專利名稱：：一種用于GaAs晶片的粗拋光溶液和粗拋光方法
技術領域：
：本發(fā)明涉及一種用于GaAs晶片的機械化學粗拋光溶液和一種機械化學粗拋光方法。
背景技術：
：GaAs由元素周期表中IIIA族元素鎵(Ga)與VA族元素砷(As)化合而成，是繼鍺、硅后發(fā)展起來的一族重要半導體材料。砷化鎵晶體的一些性能比鍺、硅更優(yōu)越，例如，其電子遷移率約為硅的6倍，可在更高的頻率下工作，是制造高速集成電路和高速電子器件的理想材料。砷化鎵單晶片主要應用于微波和毫米波通信領域，如移動電話、衛(wèi)星廣播、雷達系統(tǒng)及其他國防尖端電子產(chǎn)品。因其良好的光電性能，還大量應用于制造激光器和發(fā)光二極管。隨著技術的不斷發(fā)展和用途的不斷擴大，用戶對產(chǎn)品的質量要求越來越高，同時對成本也提出了更高的要求。因此，生產(chǎn)企業(yè)需要不斷提高產(chǎn)品質量，降低生產(chǎn)成本，同時，減少因拋光溶液中氯元素的揮發(fā)而帶來的環(huán)境污染。GaAs晶片首先是使用金屬鋸或線狀鋸等將GaAs晶錠切成片，再通過研磨、機械化學粗拋光和化學精拋光等工序完成加工過程(參見JapanesePatentLaid-OpenNo.2002-18705,2005-264057，11-283943，US2008/0194182A1)，最終通過專業(yè)清洗、包裝后提供給用戶。提供給用戶的GaAs晶片，其主面象鏡子一樣光滑明亮，并且其物理性能達到一定的要求。然后，用戶在晶片表面上沉積一定厚度的各種單晶層，即單晶襯底的器件外延層，從而制備出不同功能的器件。在機械化學粗拋光和化學精拋光過程中，分別采用不同的拋光溶液，其中在機械化學粗拋光過程中，采用的拋光溶液稱為機械化學粗拋光溶液。機械化學粗拋光的原理是利用機械化學粗拋光溶液對晶片腐蝕，并利用機械化學粗拋光溶液中的硅溶膠的機械作用，將腐蝕物去掉，從而得到適合化學精拋要求的、高平整度、高表面指標的晶片。這會使化學精拋光，在掉量(拋光過程中從晶片上去除的厚度)很少的情況下就能達到客戶的要求。機械化學粗拋光后的晶片質量，直接影響著化學精拋光晶片的一次成品率(yield)。由于晶片需要機械化學粗拋光過程去除的厚度較多，其機械化學粗拋光過程所消耗的成本較大，占整個拋光過程(即所有粗拋光和精拋光過程)的90%左右，同時，機械化學粗拋光時間較長。因而，晶片的機械化學粗拋光過程十分重要。美國專利申請2008/0194182A1公開的方法中，GaAs晶片先用含有機氯和硅溶膠和20-31%三聚磷酸鈉的機械化學粗拋光溶液實施粗拋，再調整上述拋光溶液的三聚磷酸鈉為13-19%再完成精拋。因此，如果能夠選用更合適的機械化學粗拋光溶液對GaAs晶片進行機械化學粗拋光，將有助于提高GaAs晶片的平整度質量、提高晶片表面鏡面質量，同時達到降低機械化學粗拋光作業(yè)成本，以及改善對環(huán)境帶來不良影響的作用。
發(fā)明內容本發(fā)明提供一種用于GaAs晶片的機械化學粗拋光溶液，除水以外，包括二氯代異氰尿酸鹽、磺酸鹽、焦磷酸鹽、碳酸氫鹽和硅溶膠。本發(fā)明還提供一種用于GaAs晶片的機械化學粗拋光方法，包括在一種機械化學粗拋光設備中，使用下列拋光溶液對晶片實施機械化學粗拋光所述機械化學粗拋光溶液除水以外，包括二氯代異氰尿酸鹽、磺酸鹽、焦磷酸鹽、碳酸氫鹽和硅溶膠。采用本發(fā)明的溶液和拋光方法，可以減少GaAs晶片的劃傷、提高平整度質量、提高晶片表面鏡面質量，同時達到降低機械化學粗拋光作業(yè)成本，降低對環(huán)境的影響。圖1為用于本發(fā)明機械化學粗拋光方法的設備的一個實例；圖2為通過本發(fā)明機械化學粗拋光方法所獲產(chǎn)品一例的平整度數(shù)據(jù)之翹曲度(Warp)分布圖;圖3為通過本發(fā)明機械化學粗拋光方法所獲產(chǎn)品(TTV)圖；圖4為通過本發(fā)明機械化學粗拋光方法所獲產(chǎn)品(LTV)圖;圖5為通過本發(fā)明機械化學粗拋光方法所獲產(chǎn)J(BOW)分布圖;圖6為通過本發(fā)明機械化學粗拋光方法所獲產(chǎn)品--例的平整度之總體厚度變化-例的平整度之局部厚度變化一例的平整度數(shù)據(jù)之彎曲度例的掉量速率分布圖。具體實施例方式本發(fā)明用于GaAs晶片的機械化學粗拋光溶液，除水以外，包括二氯代異氰尿酸鹽、磺酸鹽、焦磷酸鹽、碳酸氫鹽和硅溶膠。在本發(fā)明的一種優(yōu)選實施方案中，除水以外，按重量百分比計，機械化學粗拋光溶液中含二氯代異氰尿酸鹽8.0-22.0%、磺酸鹽0.01-0.30%、焦磷酸鹽4.5-19.0%、碳酸氫鹽3.0-13.0%和硅溶膠55.0-72.0%。在本發(fā)明的一種進一步優(yōu)選的實施方案中，除水以外，按重量百分比計，機械化學粗拋光溶液含二氯代異氰尿酸鹽10.0-20.0%、磺酸鹽0.05-0.30%、焦磷酸鹽8.0-15.0%、碳酸氫鹽4.5-11.0%和硅溶膠58.0-69.0%。在本發(fā)明的一種再進一步優(yōu)選的實施方案中，除水以外，按重量百分比計，機械化學粗拋光溶液含二氯代異氰尿酸鹽12.0-18.0%、磺酸鹽0.08-0.50%、焦磷酸鹽9.0-13.0%、碳酸氫鹽8.0-10.0%和硅溶膠60.0-68.0%。在本發(fā)明用于GaAs晶片的機械化學粗拋光溶液的各種實施方案中，除水以外，二氯代異氰尿酸鹽、磺酸鹽、焦磷酸鹽、碳酸氫鹽和硅溶膠各組分含量總和為100%。除水之外的各組分溶于水中后，按總量計，機械化學粗拋光溶液中化學物質(即二氯代異氰尿酸鹽、磺酸鹽、焦磷酸鹽、碳酸氫鹽和硅溶膠)總的重量百分比為不高于6.0%，優(yōu)選不高于5.0%，進一步優(yōu)選不高于4.0%，再進一步優(yōu)選不高于3.0%。在本發(fā)明的機械化學粗拋光溶液中，二氯代異氰尿酸鹽、焦磷酸鹽和碳酸氫鹽可以采用它們各自的水溶性鹽類之一。優(yōu)選的是，二氯代異氰尿酸鹽、焦磷酸鹽和碳酸氫鹽為各自的水溶性的堿金屬鹽之一或為銨鹽，特別優(yōu)選為各自的鈉鹽或銨鹽。在本發(fā)明的機械化學粗拋光溶液中，磺酸鹽可以采用水溶性磺酸鹽，優(yōu)選水溶性堿金屬鹽之一或為銨鹽，特別優(yōu)選為鈉鹽或銨鹽。優(yōu)選的是，磺酸鹽為(V16芳基(即含6-16個碳原子的芳基，包括取代的芳基)的單磺酸鹽或二磺酸鹽(例如Q—w烷基-苯磺酸鹽、苯磺酸鹽、萘磺酸鹽、蒽磺酸鹽、C4—1Q烷基_苯基二磺酸二鹽、苯基二磺酸二鹽、萘基二磺酸二鹽或蒽基二磺酸二鹽，例如1，2-苯二磺酸二鹽、1，3-苯二磺酸二鹽、苯磺酸鹽或萘磺酸鹽)、烷基磺酸鹽(優(yōu)選為4-10個碳原子烷基的磺酸鹽，例如丁烷基磺酸鹽、戊烷基磺酸鹽、己烷基磺酸鹽、庚烷基磺酸鹽、辛烷基磺酸鹽、壬烷基磺酸鹽和癸烷基磺酸鹽等)和酚磺酸鹽之一，進一步優(yōu)選l，3-苯二磺酸鹽、苯磺酸鹽、萘磺酸鹽或己烷基磺酸鹽。在本發(fā)明的機械化學粗拋光溶液中，硅溶膠可以采用常規(guī)的硅溶膠，例如市售的硅溶膠，或者是采用現(xiàn)有技術方法制備的硅溶膠。配制本發(fā)明的機械化學粗拋光溶液時，可以將各組分直接放入去離子水中，溶解、混合均勻；也可以先將各組分混合均勻，然后放入去離子水中，溶解、混合均勻；也可以分別將各組分先后放入去離子水中，溶解、混合均勻。檢測發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明的機械化學粗拋光溶液在配制好后密閉存放情況下，揮發(fā)到空氣中的氯氣濃度不高于0.50毫升/立方米(按折算成標準狀態(tài)的體積計算)，優(yōu)選不高于0.45毫升/立方米；與現(xiàn)有技術相比，可以降低氯氣在空氣中的濃度，減輕對于環(huán)境的不良影響。出乎意料地，進一步檢測發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明的機械化學粗拋光溶液在配制后，可以存放長達24小時后再用而不影響使用效果。因此，本發(fā)明的機械化學粗拋光溶液不必現(xiàn)配現(xiàn)用，從而可以減少溶液配制的操作次數(shù)。本發(fā)明應用于GaAs晶片的機械化學粗拋光方法，包括在機械化學粗拋光設備中，在下列機械化學粗拋光溶液存在下，對晶片實施機械化學粗拋光機械化學粗拋光溶液除水以外，包括二氯代異氰尿酸鹽、磺酸鹽、焦磷酸鹽、碳酸鹽和硅溶膠。出乎意料的是，本發(fā)明的機械化學粗拋光溶液可以在低濃度時實現(xiàn)晶片的良好拋光。例如，在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施方案中，以拋光溶液總重量為基準，拋光溶液中化學物質(即二氯代異氰尿酸鹽、磺酸鹽、焦磷酸鹽、碳酸氫鹽和硅溶膠)的總重量百分比不高于3.0%。這樣，可以減少固體含量及結晶物的析出，從而減少產(chǎn)品中損傷(Damage)及劃痕(Scratch)的缺陷比例，提高產(chǎn)品質量；同時，有利于清除晶片表面殘留的鋸紋，獲得較好的鏡面效果。優(yōu)選地，在本發(fā)明機械化學粗拋光方法的一種優(yōu)選實施方式中，以拋光溶液總重量為基準，拋光溶液中化學物質(即二氯代異氰尿酸鹽、磺酸鹽、焦磷酸鹽、碳酸氫鹽和硅溶膠)重量百分比不高于3.0%。上述本發(fā)明各種實施方案中的機械化學粗拋光溶液適用于本發(fā)明的GaAs晶片的機械化學粗拋光方法，并分別構成各種優(yōu)選的本發(fā)明機械化學粗拋光方法的實施方案；并且各種寬泛定義和各種優(yōu)選范圍內的含量可以互相組合，構成不同的實施方案。以圖1為例，本發(fā)明的機械化學粗拋光方法按下列方式實施將待機械化學粗拋光的GaAs晶片置于機械化學粗拋光設備中。機械化學粗拋光設備包括上下兩個部分2、3，兩個部分2、3相對的面各襯以墊5、6。晶片4置于墊5、6之間。上下兩個部分2、3各以驅動軸Rl和R2驅動旋轉。機械化學粗拋光溶液槽1盛放機械化學粗拋光溶液，并用管道通至機械化學粗拋光設備內部，供機械化學粗拋光之用。粗拋光結束后，取出GaAs晶片，洗滌、干燥，得到機械化學粗拋光的GaAs晶片。在本發(fā)明的一種實施方案中，機械化學粗拋光方法和化學精拋光方法結合使用，即實施本發(fā)明的機械化學粗拋光方法后，接著實施化學精拋光方法。所有這些實施方式均在本發(fā)明的范圍內。下面以非限制性實施例示例性說明本發(fā)明。實施例實施例1—4按表1中的比例(基于固體總重量計算)準備機械化學粗拋光溶液各種化學物質(即二氯代異氰尿酸鹽、磺酸鹽、焦磷酸鹽、碳酸氫鹽和硅溶膠)，用去離子水配制本發(fā)明的機械化學粗拋光溶液，配制完成后，分別密閉存放在一個1500L的容器內24小時，采用標準甲基橙分光光度法檢測各密閉容器內空氣中的氯氣濃度和溶液中氯元素的含量，發(fā)現(xiàn)密閉容器內空氣中的氯氣濃度均不高于0.29毫升/立方米(按折算成標準狀態(tài)的體積計算)，拋光液在密閉放置24小時后有效氯濃度降低量不低于最初配制時濃度的15%，表明該溶液穩(wěn)定，可以保證配制后在24小時內均可正常使用。將配好后的機械化學粗拋光溶液用于圖l所示的機械化學粗拋光設備，對152.4mm(6英寸)直徑、730um厚度的GaAs晶片實施機械化學粗拋光。按晶片中心離機械化學粗拋光設備中心200-400mm放置晶片，一次放置1216片，拋光機械上下兩個部分異向各以所示轉速(單位rpm，即每分鐘轉數(shù))轉動，拋光20分鐘。然后取出晶片，去離子水清洗后，干燥，進行檢測。機械化學粗拋光條件如表2所示，其中掉量速率為單位時間內從晶片上去除的厚度。檢測項目1.用AFM(原子粒顯微鏡)測試拋光后晶片的表面粗糙度Ra，以達到不高于1埃為合格(以"V"表示)；2.用一次粗拋成品率為產(chǎn)率(yield)，以不低于98%為合格(以"V"表示合格)；3.平整度以TTV(總體厚度變化)<4.0iim，LTV(局部厚度變化)<1.5iim@20X2mm區(qū)域內，WARP(翹曲度)<7iim，Bow(彎曲度)<3.0iim表示合格(以"V，，表示)；4.用掉量(即晶片機械化學粗拋光前后的厚度差)除以機械化學粗拋光時間計算掉量速率。以上14的檢測結果，見表1。5.用UltrasortInstrument(平整度測試儀，生產(chǎn)商Tropel)測試拋光后晶片的平整度參數(shù)，包括總體翹曲度(WARP)、厚度變化(TTV)、局部厚度變化(LTV)、彎曲度(BOW)等數(shù)據(jù)。以總體翹曲度(WARP)、厚度變化(TTV)、局部厚度變化(LTV)和彎曲度(BOW)為例，利用Minitab專業(yè)6西格瑪分析軟件分析，采用直方圖分析方法分析，直方圖用于檢查樣本數(shù)據(jù)的分布情況，數(shù)據(jù)擬合后形成光滑的內部曲線。直方圖的縱坐標表示相應橫坐標值的樣片出現(xiàn)的頻率，簡稱為數(shù)量。分析結果見圖25，其中，橫座標表示參數(shù)(TTV、LTV、WARP或BOW)的數(shù)值。圖25中右側"均值、標準差、樣本量(即各實施例樣品總數(shù))"從上到下按實施例14的順序排列。6.用日本MIPUT0Y0生產(chǎn)的ID-C125EB接觸式測厚儀測量掉量，利用Minitab專業(yè)6西格瑪分析軟件，采用直方圖分析方法分析，直方圖用于檢查樣本數(shù)據(jù)的分布情況，數(shù)據(jù)擬合后形成光滑的分布曲線。直方圖的縱坐標表示相應橫坐標值的樣片出現(xiàn)的頻率，簡稱為數(shù)量掉量數(shù)據(jù)見圖6，其中右側"均值、標準差、樣本量(即各實施例樣品總數(shù))"從上到下按實施例14的順序排列。表l機械化學粗拋光溶液的固體成分及拋光結果<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>表2機械化學粗拋光溶液濃度及拋光條件<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>權利要求一種用于GaAs晶片的機械化學粗拋光溶液，除水以外，包括二氯代異氰尿酸鹽、磺酸鹽、焦磷酸鹽、碳酸氫鹽和硅溶膠。2.權利要求l的機械化學粗拋光溶液，除水以外，按重量百分比計，包括二氯代異氰尿酸鹽8.0-22.0%、磺酸鹽0.01-0.30%、焦磷酸鹽4.5-16.0%、碳酸氫鹽3.0-13.0%和硅溶膠55.0-72.0%，各組分含量總和為100%。3.權利要求2的機械化學粗拋光溶液，除水之外，按重量百分比計，包括二氯代異氰尿酸鹽10.0-20.0%、磺酸鹽0.05-0.30%、焦磷酸鹽8.0-15.0%、碳酸氫鹽4.5-11.0%和硅溶膠56.0-69.0%。4.權利要求3的機械化學粗拋光溶液，除水之外，按重量百分比計，包括二氯代異氰尿酸鹽12.0-18.0%、磺酸鹽0.08-0.50%、焦磷酸鹽9.0-13.0%、碳酸氫鹽8.0-10.0%和硅溶膠58.0-68.0%。5.權利要求l的機械化學粗拋光溶液，按溶液總量計，機械化學粗拋光溶液中二氯代異氰尿酸鹽、磺酸鹽、焦磷酸鹽、碳酸氫鹽和硅溶膠重量百分比總和不高于3.0%。6.權利要求15之一的機械化學粗拋光溶液，其中二氯代異氰尿酸鹽、磺酸鹽、焦磷酸鹽和碳酸氫鹽為它們各自的水溶性堿金屬鹽或銨鹽之一。7.權利要求6的機械化學粗拋光溶液，其中二氯代異氰尿酸鹽、磺酸鹽、焦磷酸鹽和碳酸氫鹽為它們各自的鈉鹽或銨鹽。8.權利要求7的機械化學粗拋光溶液，其中二氯代異氰尿酸鹽、磺酸鹽、焦磷酸鹽和碳酸氫鹽為它們各自的鈉鹽。9.一種用于GaAs晶片的機械化學粗拋光方法，包括在機械化學粗拋光設備中，在權利要求18之一的用于GaAs晶片的機械化學粗拋光溶液存在下，對GaAs晶片實施機械化學粗拋光。全文摘要本發(fā)明涉及用于GaAs晶片的機械化學粗拋光溶液和機械化學粗拋光方法，本發(fā)明的用于GaAs晶片的機械化學粗拋光溶液，除水以外，包括二氯代異氰尿酸鹽、磺酸鹽、焦磷酸鹽、碳酸氫鹽和硅溶膠。本發(fā)明的機械化學粗拋光方法，包括在機械化學粗拋光設備中，在所述拋光溶液存在下，對晶片實施機械化學粗拋光。采用本發(fā)明的溶液和方法，可以提高GaAs晶片的平整度質量，以及晶片表面鏡面質量，同時能夠降低機械化學粗拋光作業(yè)成本及對環(huán)境的影響。文檔編號H01L21/304GK101775257SQ20091000051公開日2010年7月14日申請日期2009年1月14日優(yōu)先權日2009年1月14日發(fā)明者張捷,楊三貴,譚開燮申請人:Axt公司