CN116652700A - 一种锑化镓单晶片的手工抛光方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种锑化镓单晶片的手工抛光方法，通过手工进行研磨抛光，结合配置的抛光浆料与抛光液，以及与之配合的手工抛光工艺与流程进行结合，实现了锑化镓单晶片表面平坦手工化成型的方法。与传统的机加工抛光工艺相比，本发明的手工抛光方法工艺简单，稳定性好，无需机械设备，有利于降低成本。抛光时可随时观察表面状态并调整抛光方向与压力。且锑化镓单晶片抛光后表面质量高，无划痕和起雾的缺陷，说明所配置抛光液的化学氧化作用与手工抛光的机械作用相适配，晶片表面粗糙度低，可达到粗糙度值Ra小于0.70nm。
Description
技术领域
本发明属于半导体晶体表面加工技术领域，具体涉及一种锑化镓单晶片的手工抛光方法。
背景技术
GaSb晶体材料由于其优异的匹配特性与光电性能，是中红外领域Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体中最优秀的衬底材料之一，由于GaSb的晶格常数能够和多种三元、四元Ⅲ-V族化合物半导体匹配，制作成的光电器件可以覆盖2-5μm和8-14μm波段，即小部分近红外和部分中红外波段，因而被广泛应用于红外探测器、热光伏电池、半导体激光器、二极管以及红外成像器件等领域。
随着锑化物Ⅱ类超晶格(T2SL)概念的发展，GaSb衬底在红外领域具有更广阔的前途，由于Ⅱ类超晶格的传统生长方法分子束外延法涉及外延层原子尺寸的平整度，这对GaSb衬底的表面质量提出了更高要求，同时与GaAs等Ⅲ-V族半导体相比，GaSb晶片表面极易自发氧化，生成纳米级的非均匀氧化层，并且GaSb材料本身硬度低、脆性强，以上表面问题需要一种合适的表面抛光加工技术来解决。
由于GaSb材料本身的软脆性，采用传统机加工抛光方式易于使晶片产生碎边、掉渣，形成表面划痕或抛光雾。由于采用机加工抛光时，难以做到随时检查晶片表面状态并做出调整，抛光盘长时间沿同一方向旋转易引起晶片表面单侧的应力与热量堆积，且GaSb晶片因品质不同具有不同的表面脆性使固定参数下的机加工方法不具有普遍性，上述原因都使得GaSb晶片在机加工抛光时易于产生划痕等缺陷，使次品率增高。而手工抛光方式力度易于调控，且无需依赖设备，操作方便，相比于抛光机等机加工方式可以极大的节约成本，并获得不输于机加工精抛后的低粗糙度表面。此外传统机加工中的抛光液成分复杂，部分盐与酸的废液对环境有污染，不易分类处理。
因此，开发出一种能获得平坦光滑低损伤表面的GaSb单晶抛光方法，且该方法同时具备通用性与便捷性，将具有重大的实际应用价值。
发明内容
本发明的目的在于提供一种锑化镓单晶片的手工抛光方法，解决并完善现有技术中对设备的过度依赖以及易于产生高表面应力的问题。该方法易于操作，无需机械设备，所使用化学试剂成本低，抛光废液易于处理，对人体与环境无害。
本发明的技术方案是：一种锑化镓单晶片的手工抛光方法，包括以下步骤：
步骤1：对锑化镓单晶片进行手工研磨，包括以下子步骤：
步骤1.1：夹持单晶片，采用粒度逐渐增大的砂纸对单晶片依次进行“8”字型滑动研磨，其中完整滑动“8”字记为一次；
步骤1.2：研磨后对单晶片进行清洗，以确保表面无砂纸颗粒或晶体碎屑残留；
步骤2：对步骤1研磨后的锑化镓单晶片在抛光布上配合抛光浆料，进行手工抛光，之后对单晶片进行清洗，以确保表面无砂纸颗粒或晶体碎屑残留；
步骤3：对步骤2中手工抛光的锑化镓单晶片，配合抛光液，进一步进行手工化学抛光，之后对单晶片进行清洗，清洗确保表面无砂纸颗粒或晶体碎屑残留；至此抛光完成。
进一步的，所述步骤1.1中，大拇指和中指夹持单晶片平行的两边，食指轻按在单晶片上表面，依靠拇指与中指的力量推动单晶片滑行进行研磨，研磨20次-30次后将单晶片水平旋转90度继续研磨，旋转四次后，保证单晶片的研磨面能够研磨完全。
进一步的，其特征在于，所述步骤1.1中，所述砂纸为碳化硅砂纸，且锑化镓单晶片依次在1000#、2000#、3000#、5000#碳化硅砂纸上进行研磨，其中在1000#、2000#、3000#、5000#碳化硅砂纸上手工研磨80-120下，在7000#砂纸上研磨240-360下。
进一步的，所述步骤2中，抛光浆料的组成为：70％～90％ MgO粉末磨料和10％～30％去离子水，其中比例为体积百分比。
进一步的，所述MgO粉末的粒径为2～3μm。
进一步的，所述步骤3中，抛光液的组成为：60％～65％的酸性硅溶胶、34％～39％的双氧水、0.5％～1％的冰醋酸，其中比例为体积百分比。
进一步的，所述酸性硅溶胶中SiO2磨料的有效物质含量为30％～40％，SiO2磨料的粒径为60～80nm，酸性硅溶胶的PH值为3～4。
进一步的，所述清洗的内容为：锑化镓单晶片在去离子水中清洗后，再依次经过丙酮、无水乙醇分别清洗；清洗后取出晶片；再经过去离子水清洗后进行吹干。
进一步的，所述清洗时间为7-10分钟。
发明效果
本发明的技术效果在于：本发明提供的这种对锑化镓单晶片的手工抛光方法通过对抛光浆料与抛光液的组分和含量，以及与之配合的手工抛光工艺与流程进行选择，实现了锑化镓单晶片表面平坦手工化成型的方法。
与传统的机加工抛光工艺相比，本发明的手工抛光方法工艺简单，稳定性好，无需机械设备，有利于降低成本。抛光时可随时观察表面状态并调整抛光方向与压力。且锑化镓单晶片抛光后表面质量高，无划痕和起雾的缺陷，说明所配置抛光液的化学氧化作用与手工抛光的机械作用相适配，晶片表面粗糙度低，可达到粗糙度值Ra小于0.70nm。
附图说明
图1为手工夹持晶片示意图。
图2为实施例1在尼康光镜下的显微形貌图。
图3为实施例1的原子力显微镜测试结果。
图4为实施例2在尼康光镜下的显微形貌图。
图5为实施例2的原子力显微镜测试结果。
图6为实施例3在尼康光镜下的显微形貌图。
图7为实施例3的原子力显微镜测试结果。
图8为实施例4在尼康光镜下的显微形貌图。
图9为实施例4的原子力显微镜测试结果。
具体实施方式
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
参见图1-图9，为实现上述目的，本发明所提供的技术解决方案是：
一种锑化镓单晶片的手工抛光方法，包括以下步骤：
1)对锑化镓单晶片进行双面砂纸手工研磨，去除单晶片表面相对大的凹坑和凸起；
2)将步骤1)研磨后得到的锑化镓单晶片在抛光布上配合抛光浆料进行手工机械抛光；
3)将步骤2)机械抛光后得到的锑化镓单晶片在抛光布上配合抛光液进行手工化学机械抛光；
进一步的，所述步骤1)中锑化镓单晶片手工研磨过程如下：采用碳化硅砂纸，研磨时使晶片在砂纸上沿“8”字型滑动，完整滑动一次“8”字记为一下，将晶片依次在1000#、2000#、3000#、5000#砂纸上手工研磨各80-120下，在7000#砂纸上研磨240-360下。
进一步的，本实施例中以研磨单晶片一面为例，
所述步骤1)中手工研磨方法为：以大拇指和中指夹持晶片平行的两边，食指轻按在晶片上表面以保持晶片无上下震动，依靠拇指与中指的力量推动晶片滑行，食指起到稳定的作用保持用力均匀；每滑行20-30次水平转动90度，继续滑行研磨，同样操作直至单晶片转动一周，。
更换砂纸时将晶片旋转90°以消除手指施压不均匀的影响，换砂纸后新砂纸上晶片相对旧砂纸上晶片旋转90°，研磨20-30次后继续旋转重复操作，手工夹持晶片示意图如图1所示。
进一步的，所述步骤2)中抛光浆料按体积百分比计的组分为：70％～90％ MgO粉末磨料与10％～30％去离子水。
进一步的，所述抛光浆料中MgO粉末的粒径为2～3μm。
进一步的，所述步骤3)中抛光液按体积百分比计的组分为：60％～65％的酸性硅溶胶、34％～39％的双氧水、0.5％～1％的冰醋酸。
进一步的，所述抛光液中酸性硅溶胶中SiO2磨料的有效物质含量为30％～40％，SiO2磨料的粒径为60～80nm，酸性硅溶胶的PH值为3～4。
进一步的，所述步骤2)和3)中手工机械抛光方法和化学机械抛光方法为：抛光时食指轻压在晶片上表面保持晶片相对抛光布无上下振动，大拇指与中指捏持住晶体相互平行的两个侧边，三个手指呈三角形分布以维持晶体在三维空间中仅做平行于抛光布的平移运动，如图1所示。抛光时使晶片在抛光布上配合抛光浆料或抛光液沿“8”字型匀速滑动600～800下，完整滑动一次“8”字记为一下。
抛光时随时关注晶片表面状态，一般在滑动50下左右将晶片沿逆时针旋转90度更换捏持侧边后再进行抛光，以保持晶片表面受力受热均匀，抛光结束后使用日本三丰出产数显测厚仪测量晶片四个角厚度，测厚仪精度为1μm，当四个角厚度误差小于3μm即为合格。
进一步的，所述步骤2)和3)中采用抛光布型号为Supreme RN-RPad 24”D PJ。
进一步的，所述步骤1)、2)和3)在完成后，需分别对单晶片进行清洗，清洗步骤为：晶片在流动的去离子水中清洗1min后，在超声波清洗器内依次经过丙酮、无水乙醇分别清洗5min，取出晶片，再经过流动的去离子水清洗1min后，通过氮气吹干。
以下结合附图，对比不同参数的对比例和实施例来进一步说明本发明的技术方案，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
下面以尺寸为10×10×2mm的锑化镓晶片为例，通过具体实施例对锑化镓晶片抛光效果进行具体说明。
实施例1
去除锑化镓单晶片表面大的凹坑和凸起；研磨时采用泰国TOA EF系列干湿两用碳化硅砂纸，使晶片在砂纸上沿“8”字型滑动，研磨时以大拇指和中指夹持晶片平行的两边，食指轻按在晶片上表面以保持晶片无上下震动，依靠拇指与中指的力量推动晶片在砂纸上滑行，食指起到稳定的作用保持用力均匀，完整滑动一次“8”字记为一下，将晶片依次在1000#、2000#、3000#、5000#砂纸上手工研磨各100下，在7000#砂纸上研磨300下。更换砂纸时将晶片旋转90°以消除手指施压不均匀的影响。研磨完毕使晶片在流动的去离子水中清洗1min后，在超声波清洗器内依次经过丙酮、无水乙醇分别清洗5min，取出晶片，再经过流动的去离子水清洗1min后，通过氮气吹干。
手工机械抛光：采用抛光布型号为Supreme RN-RPad 24”D PJ，抛光浆料按体积百分比计的组分为：75％ MgO粉末磨料与25％去离子水，其中MgO粉末的粒径为2～3μm。抛光时食指轻压在晶片上表面，大拇指与中指捏持住晶体相互平行的两个侧边，三个手指呈三角形分布以维持晶体在三维空间中仅做平行于抛光布的平移运动。抛光时使晶片在抛光布上配合抛光浆料或抛光液沿“8”字型匀速滑动600下，完整滑动一次“8”字记为一下。抛光完毕使晶片在流动的去离子水中清洗1min后，在超声波清洗器内依次经过丙酮、无水乙醇分别清洗5min，取出晶片，再经过流动的去离子水清洗1min后，通过氮气吹干。
手工化学机械抛光：采用抛光布型号为Supreme RN-RPad 24”D PJ，抛光液按体积百分比计的组分为：60％的酸性硅溶胶、39.5％的双氧水、0.5％的冰醋酸；酸性硅溶胶中SiO2磨料的有效物质含量为35％，SiO2磨料的粒径为60～80nm，酸性硅溶胶的PH值为3。抛光时食指轻压在晶片上表面，大拇指与中指捏持住晶体相互平行的两个侧边，三个手指呈三角形分布以维持晶体在三维空间中仅做平行于抛光布的平移运动。抛光时使晶片在抛光布上配合抛光浆料或抛光液沿“8”字型匀速滑动600下，完整滑动一次“8”字记为一下。抛光完毕使晶片在流动的去离子水中清洗1min后，在超声波清洗器内依次经过丙酮、无水乙醇分别清洗5min，取出晶片，再经过流动的去离子水清洗1min后，通过氮气吹干。
表面测试：通过尼康光学显微镜对抛光后的晶片表面进行初步镜检，测试结果如图2所示，放大倍数为50倍，结果显示晶片表面光滑无划痕起雾；最终通过原子力显微镜测试晶片表面质量，测试结果如图3所示，测量范围为1μm×1μm，Ra＝0.688nm。
实施例2
本实施例提供的锑化镓单晶片的抛光过程与上述实施例1基本一致，所不同之处在于：抛光液按体积百分比计的组分为：64％的酸性硅溶胶、35％的双氧水、1％的冰醋酸；其中硅溶胶中SiO2磨料的有效物质含量为35％，SiO2磨料的粒径为60～80nm，酸性硅溶胶的PH值为3。
表面测试结果如图4和图5所示，其中图4结果显示晶片表面光滑无划痕起雾，图5中Ra＝0.706nm。
实施例3
本实施例提供的锑化镓单晶片的抛光过程与上述实施例1基本一致，所不同之处在于：不进行步骤(3)手工化学机械抛光，在完成步骤(2)手工机械抛光后直接进行表面测试。
表面测试结果如图6和图7所示，其中图6结果显示晶片表面光滑无起雾有部分划痕，图7中Ra＝0.935nm。
实施例3说明本发明提供的手工研磨与机械抛光方案已可使晶片表面光滑，粗糙度降低到1nm以下。
通过对比实施例1和实施例3，可知本发明提供的手工化学机械抛光方案可以有效去除机械抛光后晶片表面存在的少数划痕，进一步平滑表面降低表面粗糙度。
实施例4
本实施例提供的锑化镓单晶片的抛光过程与上述实施例1基本一致，所不同之处在于：步骤(2)机械抛光与步骤(3)化学机械抛光在抛光机上进行，采用石英蜡将晶片均匀粘贴在玻璃载盘上并等其自然固化，用无水乙醇擦拭多余的石英蜡，每个步骤的抛光机转速为320rpm，抛光压力为6kPa，抛光时间为10min。
表面测试结果如图8和图9所示，其中图8结果显示晶片表面无起雾有细微划痕存在，图9中Ra＝1.61nm。
通过对比实施例1和实施例4，可知本发明提供的手工抛光方案相比同条件下的部分机加工方法对晶片表面的损伤更少，产生的缺陷更低，表面反而更光滑。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明公开的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种锑化镓单晶片的手工抛光方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：对锑化镓单晶片进行手工研磨，包括以下子步骤：
步骤1.1：夹持单晶片，采用粒度逐渐增大的砂纸对单晶片依次进行“8”字型滑动研磨，其中完整滑动“8”字记为一次；
步骤1.2：研磨后对单晶片进行清洗，以确保表面无砂纸颗粒或晶体碎屑残留；
步骤2：对步骤1研磨后的锑化镓单晶片在抛光布上配合抛光浆料，进行手工抛光，之后对单晶片进行清洗，以确保表面无砂纸颗粒或晶体碎屑残留；
步骤3：对步骤2中手工抛光的锑化镓单晶片，配合抛光液，进一步进行手工化学抛光，之后对单晶片进行清洗，清洗确保表面无砂纸颗粒或晶体碎屑残留；至此抛光完成。
2.如权利要求1所述的一种锑化镓单晶片的手工抛光方法，其特征在于，所述步骤1.1中，大拇指和中指夹持单晶片平行的两边，食指轻按在单晶片上表面，依靠拇指与中指的力量推动单晶片滑行进行研磨，研磨20次-30次后将单晶片水平旋转90度继续研磨，旋转四次后，保证单晶片的研磨面能够研磨完全。
3.如权利要求1所述的一种锑化镓单晶片的手工抛光方法，其特征在于，所述步骤1.1中，所述砂纸为碳化硅砂纸，且锑化镓单晶片依次在1000#、2000#、3000#、5000#碳化硅砂纸上进行研磨，其中在1000#、2000#、3000#、5000#碳化硅砂纸上手工研磨80-120下，在7000#砂纸上研磨240-360下。
4.如权利要求1所述的一种锑化镓单晶片的手工抛光方法，其特征在于，
所述步骤2中，抛光浆料的组成为：70％～90％MgO粉末磨料和10％～30％去离子水，其中比例为体积百分比。
5.如权利要求4所述的一种锑化镓单晶片的手工抛光方法，其特征在于，所述MgO粉末的粒径为2～3μm。
6.如权利要求1所述的一种锑化镓单晶片的手工抛光方法，其特征在于，所述步骤3中，抛光液的组成为：60％～65％的酸性硅溶胶、34％～39％的双氧水、0.5％～1％的冰醋酸，其中比例为体积百分比。
7.如权利要求6所述的一种锑化镓单晶片的手工抛光方法，其特征在于，所述酸性硅溶胶中SiO2磨料的有效物质含量为30％～40％，SiO2磨料的粒径为60～80nm，酸性硅溶胶的PH值为3～4。
8.如权利要求1所述的一种锑化镓单晶片的手工抛光方法，其特征在于，所述清洗的内容为：锑化镓单晶片在去离子水中清洗后，再依次经过丙酮、无水乙醇分别清洗；清洗后取出晶片；再经过去离子水清洗后进行吹干。
9.如权利要求8所述的一种锑化镓单晶片的手工抛光方法，其特征在于，所述清洗时间为7-10分钟。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112082992A (zh) * | 2020-07-22 | 2020-12-15 | 威科赛乐微电子股份有限公司 | 一种磷化铟晶片的位错测定方法 |
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- 2023-05-29 CN CN202310614974.8A patent/CN116652700A/zh active Pending
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