一种半导体晶片光电化学机械抛光加工方法技术

本发明专利技术公开了一种半导体晶片光电化学机械抛光加工方法及其加工装置，晶片通过导电胶粘接固定在抛光头上，晶片在其下方通过导电滑环内外圈的导线连接外电源正极。抛光垫粘贴在对电极盘底部，对电极盘固定在抛光盘底部且与抛光盘对应位置加工有通孔，对电极盘通过其上方的导电滑环内外圈导线连接外电源负极。紫外光源发出的紫外光可以透过通孔照射到晶片表面，抛光液也可以喷射入通孔进入晶片与抛光垫的接触区。本发明专利技术设计的光电化学机械抛光加工装置可较好地实现本发明专利技术中涉及的加工方法，加工装置具有操作简单，实现容易，工艺参数可灵活调节的优点，加工氮化镓晶片的实际加工中可取得去除速率快，加工后表面质量好的效果。

A Photoelectrochemical Mechanical Polishing Method for Semiconductor Wafers

The invention discloses a photoelectrochemical mechanical polishing processing method and a processing device for semiconductor wafers. The wafers are fixed on the polishing head by conductive glue bonding, and the wafers are connected with the external power supply positive poles through the conductors of the inner and outer rings of the conductive sliding ring below. The polishing pad is affixed to the bottom of the opposite electrode plate. The electrode plate is fixed at the bottom of the polishing plate and machined with through holes corresponding to the position of the polishing plate. Ultraviolet light emitted by ultraviolet light source can illuminate the wafer surface through the through hole, and the polishing liquid can also be injected into the through hole into the contact area between the wafer and the polishing pad. The photoelectric chemical mechanical polishing processing device designed by the invention can better realize the processing method involved in the invention. The processing device has the advantages of simple operation, easy realization and flexible adjustment of process parameters. The actual processing of GaN wafer can achieve fast removal rate and good surface quality after processing.

【技术实现步骤摘要】
一种半导体晶片光电化学机械抛光加工方法
本专利技术涉及抛光加工
，更具体地说是一种半导体晶片的光电化学机械抛光加工方法。
技术介绍
以氮化镓(GaN)、碳化硅(SiC)、金刚石为代表的第三代半导体代表材料，因具有高的热导率，高的击穿电场，高的电子饱和速率和高的抗辐射优异性能，比上一代半导体材料更为适合制作高温、高频、高功率、抗辐射大功率器件。当GaN、SiC晶体材料作为器件时，要求材料具有较高的表面质量，无划痕、微裂纹、较低的位错，残余应力等表面/亚表面损伤。然而，GaN、SiC晶体材料键能大，化学惰性强，常温下几乎不与任何酸碱试剂发生化学反应，属于典型的硬脆难加工材料，在该两类材料的加工过程中，通常会采用金刚石磨粒对其进行磨削、研磨加工以达到较好的表面质量和较高平整度。但是由于金刚石磨粒硬度大，不可避免地会对晶片造成表面/亚表面损伤。HideoAida等学者(AppliedSurfaceScience292(2014)531–536)通过降低GaN研磨加工中的金刚石粒径使得GaN晶片的损伤深度不断降低，将金刚石磨粒粒径分别降低到500nm和50nm时，GaN晶片所对应的亚表面损伤深度也达到了1.6μm和0.26μm。为了完全去除500nm和50nm金刚石研磨加工后亚表面损伤，后续采用SiO2磨粒进行的化学机械抛光(CMP)加工分别花费了150h和35h。由此可见，在传统CMP去除亚表面损伤的加工过程中，材料极高的化学惰性使得抛光加工去除率极低，进而导致加工时间长，成本居高不下等一系列问题。
技术实现思路
本专利技术针对以上
技术介绍
问题的提出而研究设计出一种半导体晶片的光电化学机械抛光加工方法并针对该方法设计出一套加工装置，本专利技术所述的光电化学机械抛光方法，是指在现有的化学机械抛光基础之上，引入紫外线直接辐照被抛光半导体工件，并在外加电场的作用下协同紫外线产生光电化学氧化，进而半导体晶片的氧化改性层被机械抛光去除的一种加工方式。一方面本专利技术提供一种半导体晶片光电化学机械抛光加工方法：半导体晶片光电化学机械抛光加工方法，对晶片进行机械抛光；机械抛光具有通孔的抛光件；抛光过程中，紫外光透过所述通孔辐照所述晶片；抛光过程中，抛光液透过所述通孔滴在晶片表面，所述抛光液中包括磨粒；抛光过程中，晶片作为阳极，在外加电场下发生光电化学氧化改性。作为优选的技术方案，所述抛光件包括抛光盘和抛光垫，抛光盘的通孔与抛光垫的通孔的布局一致；所述方法以抛光盘作为阴极。作为优选的技术方案，所述方法包括以下步骤：(1)晶片通过导电胶固定于抛光头，经驱动，晶片随抛光头轴向旋转；所述抛光头为导电体；抛光垫粘接于抛光盘，经驱动，抛光垫与晶片表面接触，并产生相对运动；(2)对晶片施加正电位，对抛光盘施加负电位；(3)抛光过程中，紫外光依次透过抛光盘和抛光垫的通孔辐照所述晶片；抛光液经抛光盘和抛光垫的通孔浸渍晶片与抛光垫的接触区。作为优选的技术方案，所述抛光件包括抛光盘和抛光垫，所述方法在抛光盘和抛光垫之间增设具有通孔的对电极盘(本专利技术所述的对电极盘是指盘状对电极材料)作为阴极；所述抛光盘、对电极盘、抛光垫的通孔布局一致。作为优选的技术方案，所述方法包括以下步骤：(1)晶片通过导电胶固定于抛光头，经驱动，晶片随抛光头轴向旋转；所述抛光头为导电体；将抛光垫粘接在对电极盘上，对电极盘在固定于抛光盘，对电极盘设有通孔，经驱动，抛光垫与晶片表面接触，并产生相对运动；(2)对晶片施加正电位，对盘状对电极施加负电位；(3)抛光过程中，紫外光依次透过抛光盘、对电极盘和抛光垫的通孔辐照所述晶片；抛光液依次经抛光盘、对电极盘和抛光垫的通孔浸渍晶片与抛光垫的接触区。作为优选的技术方案，所述方法将晶片接通外电源的正极、将阴极接通外接电源的负极；所述外接电源、晶片、阴极构成闭合回路。作为优选的技术方案，所述方法的光电化学与机械作用的面积比为1:12～1:1。作为优选的技术方案，所述抛光盘和抛光垫位于半导体晶片的上方，紫外光源位于抛光盘的上方。作为优选的技术方案，所述的磨粒为氧化铈或氧化硅；优选所述磨粒的粒径为6nm-100nm；优选所述磨粒的浓度为0.05-10wt％；所述抛光液的供给流量为50mL/min～100mL/min；所述晶片转速100-250rpm，抛光盘转速60-150rpm，抛光压力4-6.5psi，紫外光强50～175mW·cm-2。作为优选的技术方案，所述的半导体晶片为氮化镓晶片。作为优选的技术方案，所述紫外光源为低压汞灯、高压汞灯，LED汞灯，氘灯，氙灯中的一种或几种，波长<400nm。本专利技术所述的光电化学与机械作用的面积比是指：根据抛光垫和抛光盘的通孔直径和数量，计算与晶片接触的通孔面积，即晶片表面上被通孔暴露的面积(被紫外光照射部分的晶片表面发生光电化学氧化作用)与晶片表面上剩余的被抛光垫遮盖的面积(该部分被抛光垫进行机械抛光作用)的比值记为光电化学与机械作用的面积比。为了实现上述的光电化学机械抛光加工方法，本专利技术另一方面，研究设计出光电化学机械抛光加工装置。使用该方法并结合加工装置可取得去除率更快的加工效果。本专利技术半导体晶片光电化学机械抛光装置的技术方案为，半导体晶片光电化学机械抛光加工装置，包括：具有通孔的抛光垫；具有通孔的抛光盘，用于带动抛光垫对晶片表面进行机械抛光；抛光液源，用于供给抛光液，抛光液透过抛光盘和抛光垫的通孔滴于晶片表面；紫外光源，用于供给紫外光，紫外光透过抛光盘和抛光垫的通孔辐射晶片；和外电源；晶片接通外电源的正极、抛光盘接通外接电源的负极；所述外接电源、晶片、抛光盘构成闭合回路。另一种半导体晶片光电化学机械抛光加工装置，包括：具有通孔的抛光垫；具有通孔的抛光盘，用于带动抛光垫对晶片表面进行机械抛光；具有通孔的对电极盘，位于抛光盘与抛光垫之间；抛光液源，用于供给抛光液，抛光液透过抛光盘和抛光垫的通孔滴于晶片表面；紫外光源，用于供给紫外光，紫外光透过抛光盘和抛光垫的通孔辐射晶片；和外电源；晶片接通外电源的正极、对电极盘接通外接电源的负极；所述外接电源、晶片、对电极盘构成闭合回路。作为优选的技术方案，所述抛光液为化学抛光液，化学抛光液中包括磨粒。作为优选的技术方案，所述抛光盘和抛光垫位于晶片的上方，紫外光源位于抛光盘和抛光垫的上方。作为优选的技术方案，所述抛光液源为抛光液喷头，抛光液喷头位于所述抛光盘上方。作为优选的技术方案，所述抛光盘的通孔呈从中心向外周的放射状布局；优选通孔在抛光盘的径向上呈周期性分布；优选抛光盘的中心部不设通孔，仅于抛光盘的外周部的与晶片接触的位置设通孔。作为优选的技术方案，所述抛光盘的通孔、对电极盘、抛光垫的通孔的布局一致。作为优选的技术方案，所述外加电场的提供电源是直流电源，恒电位仪，电化学工作站，干电池中的一种或几种。作为优选的技术方案，所述抛光垫的面积大于晶片的面积；优选所述抛光垫的半径大于晶片的直径；优选所述抛光盘的半径大于晶片的直径；优选所述抛光垫的通孔设置于与晶片接触的部位。作为优选的技术方案，所述装置的光电化学与机械作用的面积比为1:12～1:1。优选仅在抛光垫与晶片接触区域的一圈圆环上加工通孔，优选该圆环宽度即为晶片直径大小。优选通孔在抛光垫上的分布可以是从抛光垫圆心本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.半导体晶片光电化学机械抛光加工方法，对晶片进行机械抛光；机械抛光具有通孔的抛光件；抛光过程中，紫外光透过所述通孔辐照所述晶片；抛光过程中，抛光液透过所述通孔滴在晶片表面，所述抛光液中包括磨粒；抛光过程中，晶片作为阳极，在外加电场下发生光电化学氧化改性。

【技术特征摘要】
1.半导体晶片光电化学机械抛光加工方法，对晶片进行机械抛光；机械抛光具有通孔的抛光件；抛光过程中，紫外光透过所述通孔辐照所述晶片；抛光过程中，抛光液透过所述通孔滴在晶片表面，所述抛光液中包括磨粒；抛光过程中，晶片作为阳极，在外加电场下发生光电化学氧化改性。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述抛光件包括抛光盘和抛光垫，抛光盘的通孔与抛光垫的通孔的布局一致；所述方法以抛光盘作为阴极。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：(1)晶片通过导电胶固定于抛光头，经驱动，晶片随抛光头轴向旋转；所述抛光头为导电体；抛光垫粘接于抛光盘，经驱动，抛光垫与晶片表面接触，并产生相对运动；(2)对晶片施加正电位，对抛光盘施加负电位；(3)抛光过程中，紫外光依次透过抛光盘和抛光垫的通孔辐照所述晶片；抛光液经抛光盘和抛光垫的通孔浸渍晶片与抛光垫的接触区。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述抛光件包括抛光盘和抛光垫，所述方法在抛光盘和抛光垫之间增设具有通孔的对电极盘作为阴极；所述抛光盘、对电极盘、抛光垫的通孔布局一致。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：(1)晶片通过导电胶固定于抛光头，经驱动，晶片随抛光头轴向旋转；所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：时康，康仁科，欧李苇，董志刚，胡慧勤，田中群，
申请(专利权)人：厦门大学，
类型：发明
国别省市：福建,35