專利名稱：：用于GaAs晶片的機(jī)械化學(xué)拋光方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種用于GaAs晶片的拋光方法，更具體地，涉及作為用于GaAs晶片初步拋光而進(jìn)行的機(jī)械化學(xué)拋光方法中的改進(jìn)。
背景技術(shù)：
：眾所周知，使用屬于III-V族化合物半導(dǎo)體的GaAs的結(jié)晶晶片作為用來(lái)制造各種類型半導(dǎo)體器件(例如發(fā)光元件和光接收元件)的襯底。近年來(lái)，存在不斷增加的對(duì)用于半導(dǎo)體器件的GaAs晶片的需求，特別是在無(wú)線通訊領(lǐng)域，并由此希望增加生產(chǎn)效率(加速)和降低其成本。GaAs晶片是利用線鋸、切片機(jī)等從GaAs晶錠上切下來(lái)的，并通過(guò)機(jī)械研磨等修整。最后將通過(guò)機(jī)械加工制備的這種GaAs晶片拋光，以將其主表面拋光成鏡面似的表面。為了拋光GaAs晶片，通常進(jìn)行通過(guò)機(jī)械化學(xué)拋光的初步拋光(粗拋光)和通過(guò)化學(xué)拋光的二次拋光(鏡面精拋光)(例如，參見曰本專利特開No.2002-18705和日本專利特開No.2005-264057)。在這種情況下，作為粗拋光的初步拋光指的是利用磨粒和化學(xué)拋光溶液而進(jìn)行的機(jī)械化學(xué)拋光，而作為鏡面精拋光的二次拋光指的是僅利用化學(xué)拋光溶液沒(méi)有利用磨粒的化學(xué)拋光。換句話說(shuō)，作為初步拋光的機(jī)械化學(xué)拋光的目的是增加通過(guò)上述機(jī)械加工制備的晶片的平面度和平滑度。與此相反，作為二次拋光的化學(xué)拋光的目的是將具有通過(guò)初步拋光改善的平面度和平滑度的晶片的主表面精加工成鏡面似的表面?？紤]到初步拋光和二次拋光目的之間的不同，用作初步拋光的機(jī)械化學(xué)拋光要求具有以比用作二次拋光的化學(xué)拋光的速率更快的速率拋光的能力。然而，通常，如果在作為初步拋光的機(jī)械化學(xué)拋光中提高拋光速率，晶片的平面度和平滑度則傾向于相對(duì)降低。這里，初步拋光利用磨粒也利用化學(xué)拋光溶液，并且因此還可能在一定程度上導(dǎo)致修整晶片的效果。然而，二次拋光僅利用化學(xué)拋光溶液而沒(méi)有利用磨粒，因此幾乎不會(huì)導(dǎo)致修整晶片的效果。因而，如果作為初步拋光的機(jī)械化學(xué)拋光未能確保規(guī)定的平面度和平滑度，那么作為二次拋光的化學(xué)拋光就不能實(shí)現(xiàn)期望的平面度和鏡面似的平滑度。順便提及，對(duì)于可用于作為對(duì)GaAs晶片的初步拋光的機(jī)械化學(xué)拋光的拋光溶液，已知，例如除了水之外包含二氯異氰尿酸、三聚磷酸鈉、硫酸鈉、碳酸鈉和硅膠的機(jī)械化學(xué)拋光溶液(例如，參見日本專利特開No.2005-264057和日本專利特開No.ll-283943)。如前所述，存在對(duì)用于半導(dǎo)體器件的GaAs晶片的增加的需求，并且因此期望實(shí)現(xiàn)用于GaAs晶片的拋光工藝的加速和成本節(jié)約。然而，如果進(jìn)行嘗試增加作為二次拋光的化學(xué)拋光中的化學(xué)反應(yīng)，以由此減少拋光時(shí)間，那么晶片表面就傾向于粗糙，且變得很難獲得鏡面似的表面。換句話說(shuō)，作為二次拋光的化學(xué)拋光需要通過(guò)平緩的化學(xué)反應(yīng)來(lái)拋光，以獲得晶片的鏡面似的表面。由此內(nèi)在地很難降低其拋光時(shí)間。因此，為了實(shí)現(xiàn)GaAs晶片拋光的加速，期望增加受機(jī)械化學(xué)拋光影響的初步拋光的速率。然而，如果進(jìn)行嘗試以不加區(qū)別地增加受機(jī)械化學(xué)拋光影響的初步拋光的速率，則在初步拋光之后不能確保規(guī)定的平面度和平滑度，且變得很難在作為二次拋光的化學(xué)拋光中獲得晶片的鏡面似的表面。
發(fā)明內(nèi)容鑒于前面所述，本發(fā)明的目的在于使得能夠在用于晶片初步拋光的機(jī)械化學(xué)拋光中增加拋光速率并且保證GaAs晶片的平面度和光滑度，然后通過(guò)作為隨后的二次拋光的化學(xué)拋光磨光晶片以具有鏡面似的表面。根據(jù)本發(fā)明，一種通過(guò)利用除水之外包含二氯異氰尿酸、三聚磷酸鈉、硫酸鈉、碳酸鈉和硅膠作為組分的機(jī)械化學(xué)拋光溶液，執(zhí)行用于GaAs晶片的初步拋光操作的機(jī)械化學(xué)拋光的方法，包括步驟將晶片安裝在機(jī)械化學(xué)拋光設(shè)備上；通過(guò)向拋光設(shè)備供給以具有第一成分拋光溶液來(lái)執(zhí)行第一階段拋光，其中除水之外組分中包含20-31質(zhì)量％的三聚磷酸鈉；隨后通過(guò)供給拋光設(shè)備以具有第二成分的其它拋光溶液來(lái)執(zhí)行第二階段拋光，其中除水之外組分中包含13-19質(zhì)量％的三聚磷酸鈉。優(yōu)選的，機(jī)械化學(xué)拋光溶液除水之外組分中包含40-50質(zhì)量％的硅膠。而且，為了在第一階段拋光之后從機(jī)械化學(xué)拋光設(shè)備排出具有第一成分的拋光溶液，優(yōu)選在終止供給具有第一成分的拋光溶液之后，驅(qū)動(dòng)機(jī)械化學(xué)拋光設(shè)備5-60秒的清洗時(shí)間，隨后執(zhí)行第二階段拋光。另外，更優(yōu)選的，在清洗期間將水或包含硅膠的水供給到拋光設(shè)備。當(dāng)結(jié)合附圖時(shí)，由本發(fā)明的以下詳細(xì)描述，本發(fā)明的上述的和其它目的、特征、方面和優(yōu)點(diǎn)將變得更明顯。圖1示出了本發(fā)明中在用于GaAs晶片的機(jī)械化學(xué)拋光的實(shí)驗(yàn)中使用的拋光設(shè)備的示意截面圖。具體實(shí)施方式如前所述，已知除水之外包含二氯異氰尿酸、三聚磷酸鈉、硫酸鈉、碳酸鈉和硅膠作為組分的拋光溶液可用于作為初步拋光GaAs晶片的機(jī)械化學(xué)拋光，(例如，參見日本專利特開No.2005-264057和日本專利特開No.l1-283943)。關(guān)于這種機(jī)械化學(xué)拋光溶液，根據(jù)除水之外組分的比率，自然會(huì)顯著地影響GaAs晶片的拋光速率以及拋光的晶片的平面度和平滑度。因此，在利用除水之外包含二氯異氰尿酸、三聚磷酸鈉、硫酸鈉、碳酸鈉和硅膠作為組分的拋光溶液作為初步拋光的機(jī)械化學(xué)拋光中，本發(fā)明人不同地改變除水之外的組分的比率，以試圖增加拋光速率而不使GaAs晶片的拋光狀態(tài)惡化。然而，在本發(fā)明人實(shí)施的機(jī)械化學(xué)拋光GaAs晶片同時(shí)多樣地改變除水之外各種改變組分比率的各種實(shí)驗(yàn)中，拋光速率的增加不可避免地引起了拋光狀態(tài)(晶片的平面度和平滑度)的退化。因此發(fā)現(xiàn)，僅通過(guò)調(diào)整機(jī)械化學(xué)拋光溶液的成分，很難在拋光狀態(tài)不退化下顯著地增加拋光速率。由本發(fā)明人研究的結(jié)果確定，鑒于主機(jī)械化學(xué)拋光的速率和在初步拋光之后GaAs晶片應(yīng)具有足以在二次化學(xué)拋光中磨光成鏡面似的表面的平面度和平滑度的需要之間的折中，除水之外包含23%的二氯異氰尿酸(在本說(shuō)明書中以下"％"將被表示質(zhì)量百分比)、16%的三聚磷酸鈉、3%的碳酸鈉、8°/。的硫酸鈉和50%的硅膠作為組分比率最理想。此外，發(fā)現(xiàn)在包含這種構(gòu)成的機(jī)械化學(xué)拋光溶液中的三聚磷酸鈉對(duì)GaAs晶片的平面度和平滑度影響較小且對(duì)拋光速率影響最大。然而，還揭示了，在機(jī)械化學(xué)拋光之后GaAs晶片的平面度和平滑度的觀點(diǎn)來(lái)看，三聚磷酸鈉組分比率變化的容許范圍是16%±3%(即，13%-19%)，然后在這種范圍內(nèi)三聚磷酸鈉組分比率的調(diào)整僅能夠提供拋光速率的微小增加。因此，本發(fā)明人考慮分兩個(gè)階段執(zhí)行作為用于GaAs晶片的初步拋光的機(jī)械化學(xué)拋光。特別是，本發(fā)明人考慮第一階段機(jī)械化學(xué)拋光的目的在于顯著地增加拋光速率，即使與第二階段機(jī)械化學(xué)拋光相比，GaAs晶片的平面度和平滑度在規(guī)定的容許范圍內(nèi)退化。相反，在第二階段機(jī)械化學(xué)拋光中，本發(fā)明人考慮使用以上描述的最理想的機(jī)械化學(xué)拋光溶液，其除水之外包含23%的二氯異氰尿酸、16%的三聚磷酸鈉、3%的碳酸鈉、8%的硫酸鈉和50%的硅膠作為組分比率，或類似的機(jī)械化學(xué)拋光溶液，其不同之處僅在于三聚磷酸鈉組分比率的變化范圍為16%±3%。本發(fā)明人考慮在第一階段機(jī)械化學(xué)拋光之后GaAs晶片的平面度和平滑度退化的規(guī)定的容許范圍應(yīng)在能夠通過(guò)第二階段機(jī)械化學(xué)拋光修正的范圍內(nèi)。基于本發(fā)明人以上描述的考慮，他們實(shí)施了一系列的拋光GaAs晶片同時(shí)不同地改變?cè)趦蓚€(gè)階段機(jī)械化學(xué)拋光的第一階段中使用的機(jī)械化學(xué)拋光溶液組分比率的試驗(yàn)。圖1示出了在拋光GaAs晶片的這種實(shí)驗(yàn)中使用的機(jī)械化學(xué)拋光設(shè)備的示意截面圖。在該拋光設(shè)備中，將研磨布II固定在上研磨墊1的下表面。同樣地，將研磨布12固定在下研磨墊2的上表面。在規(guī)定壓力下將要受機(jī)械化學(xué)拋光的GaAs晶片3夾入并保持在上研磨布11和下研磨布12之間。將機(jī)械化學(xué)拋光溶液4提供給GaAs晶片3和研磨布11和12的表面。使上研磨墊1在箭頭Rl方向旋轉(zhuǎn)，同時(shí)使下研磨墊2在與箭頭R1方向相反的箭頭R2方向旋轉(zhuǎn)。因此，用浸漬有機(jī)械化學(xué)拋光溶液4的研磨布11和12摩擦并拋光GaAs晶片3的表面。在本發(fā)明人利用如圖1所示的機(jī)械化學(xué)拋光設(shè)備實(shí)施的拋光的各種實(shí)驗(yàn)中，無(wú)紡織聚安酯布(unwovenpolyurethanecloth)用作為研磨墊材料。拋光面板的旋轉(zhuǎn)速率對(duì)于上面板為7.7rpm和對(duì)于下面板為23.2rpm。將被拋光的GaAs晶片的初始尺寸為直徑100mm厚度0.6mm。關(guān)于研磨布11和12的材料，使用由浸漬有聚安酯的樹脂基材料制成的無(wú)紡布。機(jī)械化學(xué)拋光溶液的供給速率為800ml/min。對(duì)GaAs晶片3加以50g/cn^的負(fù)荷，作為將晶片夾在研磨布11和12之間的壓力。在如上所述的機(jī)械化學(xué)拋光設(shè)備的條件下，利用成分調(diào)整過(guò)的多種機(jī)械化學(xué)拋光溶液實(shí)施兩階段機(jī)械化學(xué)拋光實(shí)驗(yàn)。下面將在表1中列出并示出它的結(jié)果。[表1]拋光溶液編號(hào)機(jī)械化學(xué)拋光溶液的組分比率(質(zhì)量％)兩個(gè)階段拋光后的測(cè)定<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>在表1中，附于拋光溶液的編號(hào)表示在第一階段機(jī)械化學(xué)拋光中使用的拋光溶液的類型。在這些拋光溶液中，當(dāng)在如上描述的一個(gè)階段執(zhí)行機(jī)械化學(xué)拋光GaAs晶片時(shí)，鑒于拋光速率和拋光狀態(tài)之間的折中，拋光溶液1實(shí)現(xiàn)最佳結(jié)果。注意，當(dāng)向拋光設(shè)備供給表1中示出的各種拋光溶液中的每一種時(shí)，同時(shí)向拋光設(shè)備供給600ml/min的溶液，該溶液中除了硅膠之外總計(jì)約1.0-1.5kg的成分溶解入45升水中,并供給200ml/min其它溶液，其中將硅膠用水稀釋到三分之一的濃度。在由本發(fā)明人實(shí)施的實(shí)驗(yàn)中，在給拋光機(jī)器供給表1中示出的各種拋光溶液中的任一種的同時(shí)，GaAs晶片經(jīng)受第一階段機(jī)械化學(xué)拋光45分鐘。隨后，在停止供給拋光溶液的同時(shí)驅(qū)動(dòng)拋光機(jī)器30秒。其后，在給拋光機(jī)器供給拋光溶液1的同時(shí)執(zhí)行第二階段機(jī)械化學(xué)拋光15分鐘。換句話說(shuō)，不管在第一階段機(jī)械化學(xué)拋光中使用的拋光溶液的類型如何，在第二階段機(jī)械化學(xué)拋光中使用拋光溶液1。注意，在第一階段機(jī)械化學(xué)拋光和第二階段機(jī)械化學(xué)拋光之間停止供給拋光溶液時(shí)驅(qū)動(dòng)拋光機(jī)器30秒的原因在于，使得能夠在更短的時(shí)間內(nèi)由第一階段機(jī)械化學(xué)拋光溶液轉(zhuǎn)換到第二階段機(jī)械化學(xué)拋光溶液。表1示出了關(guān)于如以上描述的兩階段機(jī)械化學(xué)拋光GaAs晶片的測(cè)定結(jié)果。具體的是，表1示出了拋光速率(Mm/min)和外觀，作為對(duì)兩階段機(jī)械化學(xué)拋光的評(píng)估項(xiàng)目。外觀包括GaAs晶片的平面度和平滑度，并通過(guò)視覺檢査以經(jīng)驗(yàn)地確定GaAs晶片是否落入使得能夠通過(guò)作為二次拋光的化學(xué)拋光使GaAs晶片具有鏡面似的表面的范圍內(nèi)。當(dāng)然，在表1中，符號(hào)"O"表示GaAs晶片具有良好的外觀，同時(shí)符號(hào)"X"表示GaAs晶片具有不期望的外觀。在表1中，在使用拋光溶液1的兩階段機(jī)械化學(xué)拋光之后，評(píng)估的結(jié)果與使用相同拋光溶液的一階段機(jī)械化學(xué)拋光一樣，因?yàn)樵趦呻A段機(jī)械化學(xué)拋光中在第一和第二階段兩者中都使用拋光溶液1。因此，通過(guò)將在其中在第一階段拋光中使用不同拋光溶液的兩階段機(jī)械化學(xué)拋光之后的評(píng)估結(jié)果，與使用拋光溶液1情況下的評(píng)估結(jié)果相比較，能夠確定用兩個(gè)階段拋光是否能夠得到優(yōu)選的結(jié)果。從表1看出，當(dāng)在第一階段機(jī)械化學(xué)拋光中使用拋光溶液2或3時(shí)，在兩階段拋光之后GaAs晶片得到良好的外觀。然而，與使用拋光溶液1的情況相比，它的拋光速率較低。因此得出結(jié)論，如果在第一階段機(jī)械化學(xué)拋光中使用拋光溶液2或3，那么以兩個(gè)階段執(zhí)行機(jī)械化學(xué)拋光的意圖變得沒(méi)有意義。相反，當(dāng)在第一階段機(jī)械化學(xué)拋光中使用拋光溶液19或20時(shí)，與使用拋光溶液1的情況相比，其拋光速率顯著提高。然而，在兩階段拋光之后得到的GaAs晶片具有不期望的外觀，從而在作為二次拋光的化學(xué)拋光之后無(wú)法得到鏡面似的表面。因此得出結(jié)論，如果在第一階段機(jī)械化學(xué)拋光中使用拋光溶液19或20，那么以兩個(gè)階段執(zhí)行機(jī)械化學(xué)拋光的意圖同樣變得沒(méi)有意義。然而，當(dāng)在第一階段機(jī)械化學(xué)拋光中使用拋光溶液4-18中任一種時(shí)，在兩階段拋光之后GaAs晶片得到優(yōu)選的外觀，并且與使用拋光溶液1的情況相比，它的拋光速率明顯地提高。換句話說(shuō)，發(fā)現(xiàn)與使用拋光溶液1的一階段機(jī)械化學(xué)拋光的情況相比，通過(guò)在第一階段機(jī)械化學(xué)拋光中使用拋光溶液4-18中任一種和隨后在第二階段機(jī)械化學(xué)拋光中使用拋光溶液1來(lái)執(zhí)行兩階段拋光，能夠明顯地增加作為對(duì)GaAs晶片初步拋光的機(jī)械化學(xué)拋光的效率。在表1中示出的第一階段機(jī)械化學(xué)拋光溶液中，在除水之外的組分比率中三聚磷酸鈉的組分比率變化最顯著。發(fā)現(xiàn)這種組分最支配性地且最系統(tǒng)性地影響兩拋光階段的拋光速率和兩拋光階段之后的外觀。換句話說(shuō)，發(fā)現(xiàn)在第一階段機(jī)械化學(xué)拋光溶液中除水之外三聚磷酸鈉的組分比率應(yīng)當(dāng)落在如拋光溶液4中的20%到如拋光溶液18中的31%的范圍內(nèi)。注意，盡管在表1中的各種實(shí)驗(yàn)中，在兩階段機(jī)械化學(xué)拋光的第二階段拋光中使用包含16%三聚磷酸鈉的拋光溶液1，但同樣地也可以以類似的方式使用包含在16%±3%范圍內(nèi)的三聚磷酸鈉的拋光溶液。在表1中的各種實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)在兩階段機(jī)械化學(xué)拋光的第一和第二階段之間停止供給拋光溶液時(shí)，使拋光設(shè)備驅(qū)動(dòng)30秒的清洗時(shí)間，以便噴出在第一階段中使用的拋光溶液并清洗拋光設(shè)備內(nèi)部。清洗時(shí)間僅需要落在5-60秒的范圍內(nèi)，且更優(yōu)選落在10-40秒的范圍內(nèi)。換句話說(shuō)，太短的清洗時(shí)間并不是優(yōu)選的，因?yàn)樯踔猎趦呻A段機(jī)械化學(xué)拋光的第二階段中還殘余在第一階段中所使用的拋光溶液，并且GaAs晶片傾向于具有不期望的外觀。相反，在不供給拋光溶液的狀態(tài)下將拋光設(shè)備驅(qū)動(dòng)過(guò)長(zhǎng)的清洗時(shí)間也不是優(yōu)選的，因?yàn)榫w表面趨于具有被研磨布摩擦的痕跡或晶片會(huì)有裂縫。如從前述所理解的，更優(yōu)選的，在兩階段機(jī)械化學(xué)拋光的第一和第二階段之間的清洗期間中，驅(qū)動(dòng)拋光設(shè)備而不供給機(jī)械化學(xué)拋光溶液和供給水或包含硅膠的水。如上所述，根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)在作為用于GaAs晶片的初步拋光的機(jī)械化學(xué)拋光中執(zhí)行兩階段拋光，能夠在Ga八s晶片的生產(chǎn)中實(shí)現(xiàn)加速和節(jié)約成本，該GaAs晶片然后被通過(guò)作為隨后的二次拋光的化學(xué)拋光拋光以使其具有鏡面似的表面，并響應(yīng)鏡面加工的GaAs晶片的曰益增加的需要。注意，盡管在以上描述的實(shí)例中已描述了具有100mm直徑(4英寸直徑)的晶片，但是本發(fā)明當(dāng)然也適用于具有任何其它直徑的晶片。盡管已經(jīng)詳細(xì)描述和示例了本發(fā)明，但應(yīng)清楚地明白，上述描述僅是說(shuō)明性和示例性的而并非限制性的，本發(fā)明的范圍通過(guò)所附權(quán)利要求來(lái)說(shuō)明。權(quán)利要求1.一種執(zhí)行機(jī)械化學(xué)拋光的方法，所述機(jī)械化學(xué)拋光用作對(duì)GaAs晶片的初步拋光操作，通過(guò)利用除水之外包含二氯異氰尿酸、三聚磷酸鈉、硫酸鈉、碳酸鈉和硅膠作為組分的機(jī)械化學(xué)拋光溶液，所述方法包括以下步驟將所述晶片安裝在機(jī)械化學(xué)拋光設(shè)備上；通過(guò)將具有第一成分的拋光溶液供給所述拋光設(shè)備來(lái)執(zhí)行第一階段拋光，在所述第一成分中在除水之外的所述組分中包含20-31質(zhì)量％的三聚磷酸鈉；以及隨后通過(guò)將具有第二成分的另一拋光溶液供給所述拋光設(shè)備來(lái)執(zhí)行第二階段拋光，在所述第二成分中在除水之外的所述組分中包含13-19質(zhì)量％的三聚磷酸鈉。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于GaAs晶片的機(jī)械化學(xué)拋光方法，其中所述機(jī)械化學(xué)拋光溶液在除水之外的所述組分中包含40-50質(zhì)量％的硅膠。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于GaAs晶片的機(jī)械化學(xué)拋光方法，其中，為了在所述第一階段拋光之后從所述拋光設(shè)備排出具有所述第一成分的所述拋光溶液，在終止供給具有所述第一成分的所述拋光溶液之后，將所述拋光設(shè)備驅(qū)動(dòng)5-60秒的清洗時(shí)間，并且隨后執(zhí)行所述第二階段拋光。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于GaAs晶片的機(jī)械化學(xué)拋光方法，其中在所述清洗時(shí)間期間將水或包含硅膠的水供給所述拋光設(shè)備。全文摘要一種執(zhí)行用作對(duì)GaAs晶片初步拋光操作的機(jī)械化學(xué)拋光的方法，該方法利用除水之外包含二氯異氰尿酸、三聚磷酸鈉、硫酸鈉、碳酸鈉和硅膠作為組分的機(jī)械化學(xué)拋光溶液，該方法包括步驟將該晶片安裝在機(jī)械化學(xué)拋光設(shè)備上；通過(guò)供給所述拋光設(shè)備以具有第一成分拋光溶液來(lái)執(zhí)行第一階段拋光，在該第一成分中在除水之外的所述組分中包含20-31質(zhì)量％的三聚磷酸鈉；隨后通過(guò)供給所述拋光設(shè)備以具有第二成分拋光溶液來(lái)執(zhí)行第二階段拋光，在該第二成分中在除水之外的所述組分中包含13-19質(zhì)量％的三聚磷酸鈉。文檔編號(hào)B24B37/00GK101239450SQ20081000860公開日2008年8月13日申請(qǐng)日期2008年1月29日優(yōu)先權(quán)日2007年2月9日發(fā)明者中山雅博,山崎哲彌申請(qǐng)人:住友電氣工業(yè)株式會(huì)社