CN115386299B - 一种砷化镓衬底抛光液及其应用 - Google Patents

一种砷化镓衬底抛光液及其应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及芯片制备技术领域，尤其涉及一种砷化镓衬底抛光液及其应用，所述抛光液由以下原料组成：二氯异氰尿酸钠、苯磺酸钠、SiO2悬浮液、多聚磷酸钠、水；具体的，所述抛光液由以下质量百分比原料组成：二氯异氰尿酸钠0.6％‑1.0％，苯磺酸钠0.003％‑0.008％，SiO2悬浮液为3％‑6％，多聚磷酸钠0.05‑0.12％，余量为水。本发明的一种砷化镓衬底抛光液，通过对抛光液的组分及其配方进行调整，使得其对砷化镓衬底的抛光掉量速率比现有技术提高2.5倍左右，大大提高生产效率，缩短生产时间。

Description

一种砷化镓衬底抛光液及其应用
技术领域
本发明涉及芯片制备技术领域，尤其涉及一种砷化镓衬底抛光液及其应用。
背景技术
随着半导体集成电路的发展，砷化镓晶片的直径逐渐增大，而电子特征线宽的减小和集成度的提高，对砷化镓衬底的表面平整度也有更高的要求。目前运行成本较低且工艺较成熟的是化学机械抛光方法(chemical mechanical polishing，简称CMP)。其基本原理是将待加工晶片放入环氧树脂游星轮内，游星轮放在双面抛光机下定盘抛光垫上，上下定盘闭合，上定盘出液口释放含SiO2的游离氯溶液，在上定盘给予一定的压力，上下定盘一定的转速作用下，依靠机械和化学作用对晶片进行抛光，以去除晶片前道工序留下的损伤层，同时获得高质量的砷化镓双面抛光晶片。
现有的晶片的制备过程中，在抛光的前道工序中损伤层大约厚度为30μm，主、背面损伤层一共厚约60μm，即双面抛光的主背面去除量需大于60μm，现有的抛光液，一般由去离子水、NaClO溶液、SiO2悬浮液配制而成，用其对晶片进行抛光，平均掉量约为0.4μm/min，总厚度变化值(TTV)平均为2μm，最大TTV为3μm，一般双面抛光加工一组晶片(以16B双面抛光机为例，可以放置5个游星轮，每个游星轮可以放4片，共20片)，需要接近150min时间，即2.5h，耗时较长。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种砷化镓衬底抛光液及其应用，通过对抛光液的组分及其配方进行调整，使得其对砷化镓衬底的抛光掉量速率比现有技术提高2.5倍左右，大大提高生产效率，缩短生产时间。
本发明通过以下技术手段解决上述技术问题：
一种砷化镓衬底抛光液，所述抛光液由以下原料组成：二氯异氰尿酸钠、苯磺酸钠、SiO2悬浮液、多聚磷酸钠、水。
进一步，所述抛光液由以下质量百分比原料组成：二氯异氰尿酸钠0.6％-1.0％，苯磺酸钠0.003％-0.008％，SiO2悬浮液约为4％-8％，多聚磷酸钠0.05-0.12％，余量为水。
进一步，所述抛光液由以下质量百分比原料组成：二氯异氰尿酸钠0.93％，苯磺酸钠0.006％，SiO2悬浮液4％，多聚磷酸钠0.09％，余量为水。
进一步，所述SiO2悬浮液的质量浓度为38％-42％，所述SiO2悬浮液中SiO2的粒径为80-120nm。
此外本申请还记载了上述抛光液的应用，所述应用具体包括以下步骤：
S1：按照配比，分别取二氯异氰尿酸钠、苯磺酸钠、SiO2悬浮液、多聚磷酸钠加入去离子水中，搅拌至完全溶解后，得到抛光液；
S2：将抛光机的抛光垫表面打磨平整，并刷洗干净；
S3：取需要抛光的晶片，将晶片主面朝上，均匀放置于抛光机下定盘的抛光垫上；
S4：确认晶片放置稳定后，闭合抛光机的上定盘和下定盘，开启抛光液，进行一次抛光；
S5：一次抛光完成后，对晶片进行翻面，使得晶片背面朝上，闭合抛光机的上定盘和下定盘，开启抛光液，进行二次抛光，二次抛光和一次抛光的时间相同，且两次抛光的总去除量不小于60μm；
抛光时为保证主背面抛光的均匀性，进行主背面各抛光一次，且主背面的抛光时间相同，另外，在抛光时，先将主面朝上进行抛光，再背面朝上进行抛光，在抛光完成起盘后背面不会接触到抛光垫，有利于后续的精抛加工工序。
S6：抛光完成后，冲洗晶片，取下晶片进行二次冲洗，然后将晶片放入花篮，花篮放入装好去离子水的整理箱内；
S7：将晶片进行甩干，对甩干后的晶片进行厚度以及平整度测量。
进一步，所述抛光液的流量为1600±50ml/min。
进一步，所述S4和S5步骤一次抛光和二次抛光的具体操作相同，具体为：
A1：设置下定盘转速为3-8转/min，上定盘转速为1-3转/min，齿圈1-3转/min，中心齿圈0.75-2转/min，加压250-350N，程序运转时间30s；
A2：设置下定盘转速为8-15转/min，上定盘转速为2-5转/min，齿圈2.8-5.25转/min，中心齿圈1.86-3.5转/min，加压600-1000N，程序运转时间20s；
A3：设置下定盘转速为15-20转/min，上定盘转速为5-6.66转/min，齿圈5.25-7转/min，中心齿圈3.5-4.66转/min，加压800-1200N，程序运转时间20s；
A4：设置下定盘转速为20-30转/min，上定盘转速为6.66-9.99转/min，齿圈7-10.5转/min，中心齿圈4.66-6.99转/min，加压1000-1500N，程序运转至达到预定掉量；
A5：停止供药，切换为供去离子水，去离子水流量为3000-6000ml/min，设置下定盘转速为8-12转/min，上定盘转速为2.66-4转/min，齿圈2.8-4.2转/min，中心齿圈1.86-2.8转/min，加压700-900N，程序运转时间30s；
A6：继续供去离子水，设置下定盘转速为3-8转/min，上定盘转速为1-2.66转/min，齿圈1.05-2.8转/min，中心齿圈0.7-1.86转/min，加压250-350N，程序运转时间15s。
本发明的有益效果：
本发明的一种砷化镓衬底抛光液，以二氯异氰尿酸钠取代传统的NaClO，二氯异氰尿酸钠挥发性更弱，性质更稳定，运输和使用更方便；同时引入多聚磷酸钠，以提高双面抛光去除量速率，如果多聚磷酸钠的比例过高，去除量速率过快，晶片平整度会变差，并且晶片表面会形成橘皮状麻点缺陷，多聚磷酸钠的比例过低，去除量速率没有达到最大化，影响加工效率；引入苯磺酸钠，在晶片抛光过程中，能够提高晶片表面的光泽度，并且还能提高晶片的亲水性，以便晶片在进行清洗时更容易去除晶片表面吸附的颗粒，SiO2悬浮液作为研磨颗粒，影响抛光时的去除量速率以及抛光成本，SiO2悬浮液比例过低，会影响抛光去除量速率，比例过高，去除量速率提升不明显，但是药液使用率和人工成本都会大大增加。
附图说明
图1是多聚磷酸钠的添加比例对TTV及掉量速率的影响的折线图；
图2是二氧化硅添加量比例对TTV及掉量速率的影响的折线图。
具体实施方式
以下将结合具体实施例对本发明进行详细说明：
实施例一
S1：按照配比，分别称取1277g二氯异氰尿酸钠、5.6g苯磺酸钠、7660g SiO2悬浮液、120g多聚磷酸钠加入120L去离子水中，搅拌至完全溶解后，得到抛光液，其中SiO2悬浮液的质量浓度为40％，SiO2的粒径为80-120nm；
S2：用修盘轮将抛光机抛光垫的表面打磨平整，并用毛刷盘刷洗干净；
S3：取20个厚度为740±10μm的，前道工序来的需要抛光的6寸晶片，分为5组，每组4片，然后将晶片主面朝上，均匀放置于16B双面抛光机下定盘的抛光垫上；
S4：点动下定盘，使得抛光机的环氧树脂游星轮在齿圈、中心齿圈以及下定盘的转动之下做行星运动，确认晶片放置稳定，晶片不会滑出环氧树脂游星轮后，闭合抛光机的上定盘和下定盘，开启抛光液，进行一次抛光，设置流量为1600±50ml/min；具体操作为：
A1：设置下定盘转速为5.0转/min，上定盘转速为1.67转/min，齿圈1.75转/min，中心齿圈1.17转/min，加压312N，程序运转时间20s；
A2：设置下定盘转速为11转/min，上定盘转速为3.66转/min，齿圈3.85转/min，中心齿圈2.56转/min，加压831N，程序运转时间20s；
A3：设置下定盘转速为17转/min，上定盘转速为5.66转/min，齿圈5.95转/min，中心齿圈3.96转/min，加压1038N，程序运转时间20s；
A4：设置下定盘转速为22转/min，上定盘转速为7.33转/min，齿圈7.70转/min，中心齿圈5.13转/min，加压1211N，程序运转至达到预定掉量；
A5：停止供药，切换为供去离子水，去离子水流量为5000±100ml/min，设置下定盘转速为11转/min，上定盘转速为3.66转/min，齿圈3.85转/min，中心齿圈2.56转/min，加压831N，程序运转时间30s；
A6：继续供去离子水，设置下定盘转速为5.0转/min，上定盘转速为1.67转/min，齿圈1.75转/min，中心齿圈1.17转/min，加压346N，程序运转时间15s。
S5：一次抛光完成后，对晶片进行翻面，使得晶片背面朝上，闭合抛光机的上定盘和下定盘，开启抛光液，进行二次抛光，二次抛光和一次抛光的操作完全相同，即重复A1-A6步骤，二次抛光和一次抛光的时间也相同，且两次抛光的总去除量不小于60μm。
S6：抛光完成后，开启喷淋装置，冲洗晶片30s，喷淋完毕，将晶片从环氧树脂游星轮内取下，进行二次冲洗，对晶片主背面各冲水5s，然后将晶片放入花篮，花篮放入装好去离子水的整理箱内；
S7：将晶片进行甩干，对甩干后的晶片进行厚度以及平整度测量。
实施例二
本实施例和实施例一相比其不同之处在于，本实施例的抛光液为：
按照配比，分别称取766g二氯异氰尿酸钠、10.2g苯磺酸钠、5783g SiO2悬浮液、153g多聚磷酸钠加入120L去离子水中，搅拌至完全溶解后，得到抛光液，其中SiO2悬浮液的质量浓度为38％，SiO2的粒径为80-120nm；
后续S2-S7步骤与实施例一相同。
实施例三
本实施例和实施例一相比其不同之处在于，本实施例的抛光液为：
按照配比，分别称取1000g二氯异氰尿酸钠、3.8g苯磺酸钠、3830g SiO2悬浮液、64g多聚磷酸钠加入120L去离子水中，搅拌至完全溶解后，得到抛光液，其中SiO2悬浮液的质量浓度为42％，SiO2的粒径为80-120nm；
后续S2-S7步骤与实施例一相同。
实施例四
本实施例和实施例一相比，抛光液的配方相同，即S1-S3步骤相同，而抛光的具体操作为：
S4：点动下定盘，使得抛光机的环氧树脂游星轮在齿圈、中心齿圈以及下定盘的转动之下做行星运动，确认晶片放置稳定，晶片不会滑出环氧树脂游星轮后，闭合抛光机的上定盘和下定盘，开启抛光液，进行一次抛光，设置流量为1600±50ml/min；具体操作为：
A1：设置下定盘转速为下定盘设置为8转/min，上定盘转速为上定盘2.66转/min，齿圈2.8转/min，中心齿圈1.86转/min，加压312N，程序运转时间30s；
A2：设置下定盘转速为下定盘设置为15转/min，上定盘转速为上定盘5转/min，齿圈5.25转/min，中心齿圈3.5转/min，加压831N，程序运转时间20s；
A3：设置下定盘转速为下定盘设置为20转/min，上定盘转速为上定盘6.66转/min，齿圈7转/min，中心齿圈4.66转/min，加压1038N，程序运转时间20s；
A4：设置下定盘转速为下定盘设置为30转/min，上定盘转速为上定盘9.99转/min，齿圈10.5转/min，中心齿圈6.99转/min，加压1211N，程序运转至达到预定掉量程序运转时间自行设定；
A5：停止供药，切换为供去离子水，去离子水流量为5000±100ml/min，设置下定盘转速为下定盘设置为12转/min，上定盘转速为上定盘4转/min，齿圈4.2转/min，中心齿圈2.8转/min，加压831N，程序运转时间30s；
A6：继续供去离子水，设置下定盘转速为下定盘设置为8转/min，上定盘转速为上定盘2.66转/min，齿圈2.8转/min，中心齿圈1.86转/min，加压346N，程序运转时间15s。
S5：一次抛光完成后，对晶片进行翻面，使得晶片背面朝上，闭合抛光机的上定盘和下定盘，开启抛光液，进行二次抛光，二次抛光和一次抛光的操作完全相同，即重复A1-A6步骤，二次抛光和一次抛光的时间也相同，且两次抛光的总去除量不小于60μm。
S6：抛光完成后，开启喷淋装置，冲洗晶片30s，喷淋完毕，将晶片从环氧树脂游星轮内取下，进行二次冲洗，对晶片主背面各冲水5s，然后将晶片放入花篮，花篮放入装好去离子水的整理箱内；
S7：将晶片进行甩干，对甩干后的晶片进行厚度以及平整度测量。
实施例五
本实施例和实施例一相比，抛光液的配方相同，即S1-S3步骤相同，而抛光的具体操作为：
S4：点动下定盘，使得抛光机的环氧树脂游星轮在齿圈、中心齿圈以及下定盘的转动之下做行星运动，确认晶片放置稳定，晶片不会滑出环氧树脂游星轮后，闭合抛光机的上定盘和下定盘，开启抛光液，进行一次抛光，设置流量为1600±50ml/min；具体操作为：
A1：设置下定盘转速为下定盘设置为3转/min，上定盘转速为上定盘1转/min，齿圈1.05转/min，中心齿圈0.7转/min，加压312N，程序运转时间30s；
A2：设置下定盘转速为下定盘设置为8转/min，上定盘转速为上定盘2.66转/min，齿圈2.8转/min，中心齿圈1.86转/min，加压831N，程序运转时间20s；
A3：设置下定盘转速为下定盘设置为15转/min，上定盘转速为上定盘5转/min，齿圈5.25转/min，中心齿圈3.5转/min，加压1038N，程序运转时间20s；
A4：设置下定盘转速为下定盘设置为20转/min，上定盘转速为上定盘6.66转/min，齿圈7转/min，中心齿圈4.66转/min，加压1211N，程序运转至达到预定掉量程序运转时间自行设定；
A5：停止供药，切换为供去离子水，去离子水流量为5000±100ml/min，设置下定盘转速为下定盘设置为8转/min，上定盘转速为上定盘2.66转/min，齿圈2.8转/min，中心齿圈1.86转/min，加压831N，程序运转时间30s；
A6：继续供去离子水，设置下定盘转速为下定盘设置为3转/min，上定盘转速为上定盘1转/min，齿圈1.05转/min，中心齿圈0.7转/min，加压312N，程序运转时间15s。
S5：一次抛光完成后，对晶片进行翻面，使得晶片背面朝上，闭合抛光机的上定盘和下定盘，开启抛光液，进行二次抛光，二次抛光和一次抛光的操作完全相同，即重复A1-A6步骤，二次抛光和一次抛光的时间也相同，且两次抛光的总去除量不小于60μm。
S6：抛光完成后，开启喷淋装置，冲洗晶片30s，喷淋完毕，将晶片从环氧树脂游星轮内取下，进行二次冲洗，对晶片主背面各冲水5s，然后将晶片放入花篮，花篮放入装好去离子水的整理箱内；
S7：将晶片进行甩干，对甩干后的晶片进行厚度以及平整度测量。
对比例一
本对比例和实施例一相比，其不同之处在于，本对比例是采用现有的抛光液进行抛光，即由去离子水、NaClO溶液、SiO2悬浮液溶液按照15:0.6:0.8的体积比搅拌配制得到，其中SiO2悬浮液的质量浓度为40％，SiO2的粒径为80-120nm。
对实施例一～实施例五、对比例制备得到的晶片进行厚度和平整度的测量，并计算得到掉量速率和TTV，测量结果如表1所示：
表1实施例一～实施例五、对比例抛光后晶片测量结果
实验一多聚磷酸钠添加比例影响实验
分别称取1277g二氯异氰尿酸钠、5.6g苯磺酸钠、7660g SiO2悬浮液加入120L去离子水中，其中SiO2悬浮液的质量浓度为40％，SiO2的粒径为80-120nm，然后按照表2的比例称取多聚磷酸钠加入去离子水中，搅拌至完全溶解后，得到抛光液，然后利用制备得到的抛光液按照实施例一的抛光方法进行晶片的抛光。
表2多聚磷酸钠添加量
通过表2数据绘制得到如图1所示折线图，抛光需求的是在保证表面质量的条件下，TTV越小，晶片掉量速率越高越好，从图1中可以看出在多聚磷酸钠:水的比例在0.5:1000～1.2:1000范围内，既能保证晶片抛光之后的TTV≤3μm，还能将抛光掉量速率提高到1μm/min，抛光速率和效果最好。
实验二二氧化硅悬浮液添加量对抛光掉量速率的影响试验
按照表3所示的数据，进行配制得到抛光液，再利用配制得到抛光液，按照实施例一的抛光方法进行晶片抛光，然后进行晶片掉量速率统计，具体为：
表3
其中，其中SiO2悬浮液的质量浓度为40％，SiO2的粒径为80-120nm。
表4不同二氧化硅添加量，晶片掉量速率
序号 二氧化硅悬浮液比例 双面粗抛掉量(um/min)
1 4.04％ 0.76
2 4.72％ 0.88
3 5.83％ 0.86
4 6.91％ 0.86
5 7.76％ 0.82
通过表4数据绘制得到图2所示折线图，抛光需求的是在保证TTV越小及表面质量的条件下，晶片掉量速率越高越好，从图2中可以看出在随着二氧化硅悬浮液的添加比例从4.04％到7.76％不断增大，掉量速率呈现先上升后下降的趋势，在不改变多聚磷酸钠只改变二氧化硅颗粒的添加比例的情况下掉量速率最大为0.88μm/min，此时的二氧化硅悬浮液的添加比例为4.72％，此时抛光掉量速率最高。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。本发明未详细描述的技术、形状、构造部分均为公知技术。

Claims (5)

1.一种砷化镓衬底抛光液，其特征在于，所述抛光液由以下质量百分比原料组成：二氯异氰尿酸钠0.6％-1.0％，苯磺酸钠0.003％-0.008％，SiO2悬浮液为4％-8％，多聚磷酸钠0.05-0.09％，余量为水；所述SiO2悬浮液的质量浓度为38％-42％，所述SiO2悬浮液中SiO2的粒径为80-120nm。
2.根据权利要求1所述的一种砷化镓衬底抛光液，其特征在于，所述抛光液由以下质量百分比原料组成：二氯异氰尿酸钠0.93％，苯磺酸钠0.006％，SiO2悬浮液4％，多聚磷酸钠0.09％，余量为水。
3.根据权利要求1-2任一权利要求所述的一种砷化镓衬底抛光液的应用，其特征在于，所述应用具体包括以下步骤：
S1：按照配比，分别取二氯异氰尿酸钠、苯磺酸钠、SiO2悬浮液、多聚磷酸钠加入去离子水中，搅拌至完全溶解后，得到抛光液；
S2：将抛光机的抛光垫表面打磨平整，并刷洗干净；
S3：取需要抛光的晶片，将晶片主面朝上，均匀放置于抛光机下定盘的抛光垫上；
S4：确认晶片放置稳定后，闭合抛光机的上定盘和下定盘，开启抛光液，进行一次抛光；
S5：一次抛光完成后，对晶片进行翻面，使得晶片背面朝上，闭合抛光机的上定盘和下定盘，开启抛光液，进行二次抛光，二次抛光和一次抛光的时间相同，且两次抛光的总去除量不小于60μm；
S6：抛光完成后，冲洗晶片，取下晶片进行二次冲洗，然后将晶片放入花篮，花篮放入装好去离子水的整理箱内；
S7：将晶片进行甩干，对甩干后的晶片进行厚度以及平整度测量。
4.根据权利要求3所述的一种砷化镓衬底抛光液的应用，其特征在于，所述抛光液的流量为1000-2000ml/min。
5.根据权利要求4所述的一种砷化镓衬底抛光液的应用，其特征在于，所述S4和S5步骤一次抛光和二次抛光的具体操作相同，具体为：
A1：设置下定盘转速为3-8转/min，上定盘转速为1-3转/min，齿圈1-3转/min，中心齿圈0.75-2转/min，加压250-350N，程序运转时间30s；
A2：设置下定盘转速为8-15转/min，上定盘转速为2-5转/min，齿圈2.8-5.25转/min，中心齿圈1.86-3.5转/min，加压600-1000N，程序运转时间20s；
A3：设置下定盘转速为15-20转/min，上定盘转速为5-6.66转/min，齿圈5.25-7转/min，中心齿圈3.5-4.66转/min，加压800-1200N，程序运转时间20s；
A4：设置下定盘转速为20-30转/min，上定盘转速为6.66-9.99转/min，齿圈7-10.5转/min，中心齿圈4.66-6.99转/min，加压1000-1500N，程序运转至达到预定掉量；
A5：停止供药，切换为供去离子水，去离子水流量为3000-6000ml/min，设置下定盘转速为8-12转/min，上定盘转速为2.66-4转/min，齿圈2.8-4.2转/min，中心齿圈1.86-2.8转/min，加压700-900N，程序运转时间30s；
A6：继续供去离子水，设置下定盘转速为3-8转/min，上定盘转速为1-2.66转/min，齿圈1.05-2.8转/min，中心齿圈0.7-1.86转/min，加压250-350N，程序运转时间15s。
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