一种CMP抛光液及其在GaAs晶片抛光中的应用制造技术

本发明专利技术涉及一种CMP抛光液及其在GaAs晶片抛光中的应用，每100重量份的抛光液中，包括磨料0.1～50份、表面活性剂0.001～0.4份、成膜剂0.001～0.6份、pH值调节剂0.05～10份、抛光促进剂0.01～4份、余量为去离子水；抛光液pH值范围为9.5～12.5。采用本发明专利技术的抛光液对GaAs晶片进行抛光，可以使抛光去除速率、抛光后的晶片表面粗糙度和平整度等各项性能指标都能达到更为满意的要求，且易于清洗，不会腐蚀设备，不会引入有害金属离子。本发明专利技术的抛光液可以长时间连续循环使用6～10小时。在循环期间，抛光液的抛光去除速率、抛光后的晶片表面粗糙度和平整度等各项性能指标均保持稳定，极大地节约了资源，降低了抛光液的使用成本。

A CMP polishing solution and its application in GaAs wafer polishing

The invention relates to a CMP polishing solution and its application in the polishing of GaAs wafers. In the polishing solution for every 100 weight parts, it includes 0.1 to 50 portions of abrasive, 0.001 to 0.4 parts of surfactants, 0.001 to 0.6 filming agents, 0.05 to 10 parts of pH regulator, 0.01 to 4 phr polishing accelerators, and the residue of the deionized water; the pH value range of the polishing liquid is 9.5. To 12.5. The polishing solution of the invention can make the polishing removal rate, the surface roughness and the whole degree of the wafer polishing after polishing, and can achieve more satisfactory requirements, and easy to clean, do not corrode the equipment, and do not introduce harmful metal off the son. The polishing liquid of the invention can be recycled for 6~10 hours for a long time. During the cycle, the polishing removal rate, the wafer surface roughness and the whole degree of the polishing are stable, which greatly saves the resources and reduces the use cost of the polishing liquid.

【技术实现步骤摘要】
一种CMP抛光液及其在GaAs晶片抛光中的应用
本专利技术属于半导体加工的
，具体涉及一种CMP抛光液及其在GaAs晶片抛光中的应用。
技术介绍
砷化镓(GaAs)是一种极其重要的第二代半导体材料，具有电子迁移率高、宽禁带、直接带隙、功率消耗低等特性，在微电子和光电子产业，尤其是国防和卫星通讯领域发挥着非常重要的作用。用GaAs制成的半导体器件具有高频、高温、低温性能好及噪声小、抗辐射能力强等优点。虽然GaAs具有优越的性能，但其高温分解，使得生产理想化学配比的高纯单晶材料的技术难度较高。GaAs是目前生产量最大、应用最广的化合物半导体材料，是重要性仅次于硅的半导体材料。由于GaAs材料的优异特性，我国及世界各主要国家正大力支持其相关行业的蓬勃发展。随着智能手机进入4G时代，以至于后面的5G及物联网的崛起，多模多频的GaAs微波功率器件需求量将大幅提升。未来几年，随着我国光电通信及其它新行业(如太阳能薄膜)的快速发展，GaAs材料的市场需求将会更大。预计到2022年，我国GaAs市场销售额将会达到100亿元。GaAs电路和器件均是以GaAs抛光晶片为衬底，抛光晶片的表面质量直接影响着器件的性能和成品率，抛光晶片的表面质量越好，器件的性能和成品率就越高。GaAs晶片是由纯Ga和纯As合成并生长得到的单晶材料经过切、磨、抛等工艺制成，因此抛光工艺是GaAs晶片最终达到超精密表面要求的关键工序。目前，国内外普遍采用的抛光工艺是化学机械抛光(CMP)工艺。CMP工艺是化学腐蚀和机械磨削交替作用的组合工艺，结合了化学抛光和机械抛光的优点，借助于抛光液的化学腐蚀作用和磨料的机械磨削作用，在良好的抛光机性能和合适的抛光垫基础上，使GaAs晶片获得超光滑超平坦的表面，所以CMP抛光液是除抛光机、抛光垫之外的决定抛光晶片表面质量的因素。中国专利CN106833389A公布了一种适用于砷化镓晶片的化学机械抛光组合物，该抛光组合物的去除速率虽然较高，但抛光后的晶片表面粗糙度较高，仅小于1nm，且该抛光组合物为酸性，在使用过程中对设备腐蚀较严重，进而引入金属污染。中国专利CN105382676A公布了一种砷化镓晶片的抛光方法，利用该抛光方法配制的抛光液抛光后的晶片表面粗糙度不超过0.4nm，虽然表面粗糙度相对较好，但还有待进一步提升，且工艺复杂，需要两步抛光，抛光后的晶片平整度明显变差。中国专利CN101475778A和CN101081966A分别公布了一种用于砷化镓晶片的抛光组合物及其制备方法和一种用于砷化镓晶片的抛光液及其制备方法，利用这两种抛光液进行晶片抛光，抛光去除速率和抛光后的表面粗糙度都难以达到理想的要求。而且，国内专利对GaAs晶片加工用化学机械抛光液的报道已有一些，国内企业也在使用国产的GaAs晶片加工用化学机械抛光液，但都是一次性的，不能循环使用，能够循环使用的GaAs晶片加工用化学机械抛光液还未见有报道、未见有使用。一次性的抛光液不但造成很大的浪费，还大大增加了生产成本。因此，有必要对能够循环使用的GaAs晶片加工用化学机械抛光液进行系统的研究。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种用于GaAs晶片加工的CMP抛光液，每100重量份的抛光液中，包括磨料0.1～50份、表面活性剂0.001～0.4份、成膜剂0.001～0.6份、pH值调节剂0.05～10份、抛光促进剂0.01～4份、余量为去离子水；抛光液pH值范围为9.5～12.5。优选的，每100重量份的抛光液中，包括磨料1～45份、表面活性剂0.005～0.2份、成膜剂0.02～0.4份、pH值调节剂0.1～8份、抛光促进剂0.05～2份、余量为去离子水，抛光液pH值范围为10～12。优选的，所述磨料为硅溶胶、铝溶胶、锆溶胶、铈溶胶和钛溶胶中的一种或几种组合。上述磨料是水性多孔性胶体磨料，其硬度远低于GaAs材料的硬度，不会对晶片产生物理性损伤，有利于晶片表面粗糙度的改善。优选的，所述溶胶中磨料的粒径范围为5nm～150nm，所述溶胶的pH值为8～10。进一步优选，所述溶胶中磨料的粒径范围为10nm～100nm。优选的，所述表面活性剂为烷基酚聚氧乙烯醚、脂肪醇聚氧乙烯醚、脂肪酸聚氧乙烯酯、聚丙二醇的环氧乙烷加成物、失水山梨醇酯、吐温或烷基醇酰胺中的一种或几种组合。进一步优选为辛基酚聚氧乙烯醚、脂肪醇聚氧乙烯醚、烯丙基聚氧乙烯聚氧丙烯环氧基醚、月桂酸二乙醇酰胺、吐温或脂肪酸聚氧乙烯酯。本专利技术采用的表面活性剂可以保持磨料的均匀分散，极大地降低抛光液的表面张力，与本专利技术采用的成膜剂搭配使用，使抛光液在抛光垫和晶片表面上形成更加均匀的膜层，使抛光液在抛光垫上更加均匀分布，因此有助于改善晶片的表面粗糙度和平整度。优选的，所述成膜剂为纤维素醚类、丙烯酸共聚物、聚乙烯类共聚物、烃类共聚物和有机硅聚合物中的一种或几种组合，或是其相互改性的品种。进一步优选为丙烯酸-丙烯酸羟丙酯共聚物、羧甲基羟乙基纤维素、羟乙基羧甲基纤维素、聚乙烯乙二醇或水溶性硅油。本专利技术采用的成膜剂有利于抛光液在抛光垫和晶片表面上形成均匀的膜层，使抛光液在抛光垫上均匀分布。优选的，所述pH值调节剂为氢氧化物、碱性无机盐或伯胺、叔胺、季铵碱、亚胺中的一种或几种组合。进一步优选的，所述pH值调节剂为氨水、碳酸钠、三乙醇胺、甲胺、四甲基氢氧化铵、碳酸钠与四甲基氢氧化铵的组合物或甲胺与六次甲基四胺的组合物。本专利技术采用的pH值调节剂与抛光液中的其它组分不会产生化学反应，但与GaAs会产生一定的化学反应，因此可以使抛光液的pH值在长时间放置时保持稳定，可以与抛光促进剂协同作用，使抛光液具有稳定的较高的去除速率。优选的，所述抛光促进剂为高铁酸盐、过硫酸盐、高锰酸盐、重铬酸盐、高氯酸盐、次氯酸盐和高碘酸盐中的一种或几种组合。进一步优选为上述的盐的钠盐或钾盐。本专利技术采用的抛光促进剂在抛光液中稳定存在，不会随时间的延长而逐渐分解或水解，与GaAs的反应产物更容易去除，使得抛光液的抛光效率稳定，抛光后的晶片易于清洗。作为优选的配方，本申请的抛光液由包括如下重量份的原料制备而成：包括磨料1～45份、表面活性剂0.005～0.2份、成膜剂0.02～0.4份、pH值调节剂0.1～8份、抛光促进剂0.05～2份、余量为去离子水，抛光液pH值范围为10～12；所述磨料为硅溶胶、铝溶胶、锆溶胶、铈溶胶和钛溶胶中的一种或几种组合；所述溶胶的pH值为8～10，所述溶胶中磨料的粒径范围为10nm～100nm；所述成膜剂为丙烯酸-丙烯酸羟丙酯共聚物、羧甲基羟乙基纤维素、羟乙基羧甲基纤维素、聚乙烯乙二醇或水溶性硅油；所述表面活性剂为辛基酚聚氧乙烯醚、脂肪醇聚氧乙烯醚、烯丙基聚氧乙烯聚氧丙烯环氧基醚、月桂酸二乙醇酰胺、吐温或脂肪酸聚氧乙烯酯；所述抛光促进剂为高铁酸盐、过硫酸盐、高锰酸盐、重铬酸盐、高氯酸盐或次氯酸盐或高碘酸盐的钠盐或钾盐；所述pH值调节剂为氨水、碳酸钠、三乙醇胺、甲胺、四甲基氢氧化铵、碳酸钠与四甲基氢氧化铵的组合物或甲胺与六次甲基四胺的组合物。本专利技术的另一目的是保护本申请所述的抛光液在GaAs晶片抛光中的应用。作为优选的应用方式，所述抛光液可以在抛光过程中多次重复使用。本专利技术所述的抛光液可以使用多次，在一次抛光完成后，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种CMP抛光液，其特征在于，每100重量份的抛光液中，包括磨料0.1～50份、表面活性剂0.001～0.4份、成膜剂0.001～0.6份、pH值调节剂0.05～10份、抛光促进剂0.01～4份、余量为去离子水；抛光液pH值范围为9.5～12.5。

【技术特征摘要】
1.一种CMP抛光液，其特征在于，每100重量份的抛光液中，包括磨料0.1～50份、表面活性剂0.001～0.4份、成膜剂0.001～0.6份、pH值调节剂0.05～10份、抛光促进剂0.01～4份、余量为去离子水；抛光液pH值范围为9.5～12.5。2.根据权利要求1所述的抛光液，其特征在于，每100重量份的抛光液中，包括磨料1～45份、表面活性剂0.005～0.2份、成膜剂0.02～0.4份、pH值调节剂0.1～8份、抛光促进剂0.05～2份、余量为去离子水，抛光液pH值范围为10～12。3.根据权利要求1或2所述的抛光液，其特征在于，所述磨料为硅溶胶、铝溶胶、锆溶胶、铈溶胶和钛溶胶中的一种或几种组合。4.根据权利要求3所述的抛光液，其特征在于，所述溶胶中磨料的粒径范围为5nm～150nm，所述溶胶的pH值为8～10；优选的，所述溶胶中磨料的粒径范围为10nm～100nm。5.根据权利要求1或4所述的抛光液，其特征在于，所述表面活性剂为烷基酚聚氧乙烯醚、脂肪醇聚氧乙烯醚、脂肪酸聚氧乙烯酯、聚丙二醇的环氧乙烷加成物、失水山梨醇酯、吐温或烷基醇酰胺中的一种或几种组合；...

【专利技术属性】
技术研发人员：王乐军，宋士佳，李琳琳，刘桂勇，姜宏，彭东阳，
申请(专利权)人：北京创昱科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11