【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于电化学机械抛光领域，具体涉及一种氮化镓晶圆的绿色抛光液。
技术介绍
1、伴随着近年来人工智能领域、5g通讯技术以及新能源尖端技术的发展，半导体行业的热度日益提高，与之带来的对半导体工艺和制造方面的需求越来越高，以碳化硅(sic)、氮化镓(gan)为代表第三代半导体逐渐成为国际上尖端产品竞争的制高点。其被广泛应用于新能源汽车、智能电网、快充充电器甚至航空航天以及国防科技等重要领域。
2、氮化镓作为第三代半导体的iii-v型化合物，具备击穿电场强度高、热导率大、电子饱和漂移速率高、抗辐射能力强等优越性能，是制备高温、高频、大功率器件的理想衬底材料，当前建设的13万个5g基站全部采用了gan功率放大器，而在2024年，5g基站的部署数量将提升至600万个。gan以其特有的禁带宽度(3.4ev)，在led
也到广泛应用。由gan制成的micro led具有对比度高、色域宽、量子效率高、及可靠性好寿命长等优点，在光遗传学、无掩模光刻、高压照明芯片等多个领域具有广阔的应用前景。其晶圆表面质量和加工效率在此背景下也有了更高的要求。
3、第三代半导体材料gan表面加工的目标是在保证全局平坦化的前提下得到较高的材料表面去除率(mrr)和较好的表面质量，针对gan材料难与酸碱反应且化学性质稳定、难加工等特点，传统的化学机械抛光(cmp)工艺的氧化剂面临着氧化性的提高会带来氧化剂本身存在安全性差的问题。电场辅助下的电化学机械抛光(ecmp)工艺，能一定程度上改善此现象，能使普通氧化剂在安全用量下具有较好的氧
技术实现思路
1、目前存在的问题如下：(1)为了防止抛光液中的fe3+沉淀，常规的芬顿反应通常有着ph不大于3的限制，而在gan加工过程中酸性环境不仅需要大量的酸性电解质作为ph调节剂，长期处于酸性环境也会使仪器或人员造成危害；(2)长时间的电芬顿氧化过程中，抛光液中会产生铁絮状物，抛光液中的磨粒由于电解质的加入其抗沉降能力减弱，原始芬顿抛光液中金刚石磨粒的抗沉降能力较差，磨粒的团聚现象严重，这些都会影响晶圆的加工质量；(3)芬顿反应所产生的＊oh寿命极短，一般电解质的加入能提高了＊oh的生成总量但无法保证＊oh的存在时长，加强芬顿反应＊oh的存在时长，成为了目前芬顿反应亟待解决的问题。(4)电芬顿反应时抛光液中的h2o2会随电场和的加入部分分解，需要额外添加一定量的h2o2，对h2o2需求量较大。
2、基于以上问题，本专利技术提供了一种能将芬顿反应ph扩展至3-8且能在偏中性环境中仍具有较强氧化性、芬顿反应＊oh的存在时长加长且对比原始芬顿具有更有的抗沉降能力的金刚石电化学绿色抛光液。通过加入的直流电源在阴极部分生成的fe3+-3-tpp会被还原成fe2+-3-tpp，伴随抛光液的流动，阴极产生的fe2+-3-tpp会与阳极新产生的h2o2反应再次生成＊oh，有效地氧化氮化镓晶圆，且能减少外加h2o2的添加量。所述抛光液绿色无污染，且能在偏中性环境中使用，抛光效果好。
3、为了解决上述存在的技术问题，本申请提供如下技术方案：
4、本专利技术提供一种氮化镓晶圆的绿色抛光液，按重量分数计，包括如下组分：
5、金刚石研磨介质0.5-1.5％，
6、过氧化氢 2-8％，
7、三聚磷酸钠 0.5-1.5％，
8、硫酸亚铁0.01-0.05％，
9、柠檬酸0.02-0.05％，余量为水。
10、优选的，所述金刚石研磨介质的粒径为180-220nm，w0.18。
11、优选的，按重量分数计，所述三聚磷酸钠在氮化镓晶圆的绿色抛光液中的浓度为0.75％。
12、优选的，所述三聚磷酸钠和硫酸亚铁的摩尔比5：1-3。
13、本专利技术还提供上述氮化镓晶圆的绿色抛光液在氮化镓晶圆抛光处理中的应用，包括如下步骤：
14、s1：将所述氮化镓晶圆的表面用水清理后干燥，得到处理后的氮化镓晶圆；
15、s2：以步骤s1中处理后的氮化镓晶圆为工作电极，连接电源正极后置于所述氮化镓晶圆的绿色抛光液中，接通电源进行抛光10-20min，完成所述氮化镓晶圆抛光处理。
16、优选的，所述氮化镓晶圆干燥后进行晶圆切割。
17、优选的，所述步骤s2中，电源为可调控直流电源。
18、优选的，所述步骤s2中，接通电源的电压为5-10v。
19、优选的，所述步骤s2中，抛光的温度为20-25℃。
20、优选的，所述步骤s2中，抛光时，ph值为3-8。
21、优选的，所述步骤s2中，抛光后所述氮化镓晶圆的表面粗糙度为0.2-0.5nm。
22、优选的，所述步骤s2中，氮化镓晶圆在所述氮化镓晶圆的绿色抛光液中的去除速率为1000-1200nm/h。
23、优选的，所述步骤s2中，氮化镓晶圆在抛光后进行表面超声清洗。
24、关于本专利技术电化学机械抛光氮化镓的理论基础如下：
25、在阳极，h2o2会重新生成，并与抛光液中fe2+和3-tpp形成的较为稳定的络合物fe2+-3-tpp反应产生具有强氧化性的＊oh，＊oh再与氮化镓表面接触，与电场复合作用在电化学氧化下使晶圆表面生成ga2o3氧化层，最终在机械摩擦去除下实现晶圆表面全局平坦化，其主要包含的化学方程式为：
26、fe2++3-tpp→fe2+-3-tpp；
27、o2+fe2+-3-tpp→fe3+-3-tpp+o2●-；
28、fe2+-3-tpp+o2●-+2h2o→fe3+-3-tpp+h2o2+2oh-；
29、fe2+-3-tpp+h2o2→fe3+-3-tpp+＊oh+oh-；
30、gan+6＊oh→ga2o3+3h2o+n2；
31、即在电化学阳极氧化下，持续与＊oh反应，使氮化镓表面氧化为较低硬度的氧化镓。
32、在阴极时，抛光液中被氧化形成的fe3+-3-tpp得电子被还原，重新生成fe2+-3-tpp，同时在阴极也会再次生成一定量的h2o2，一定程度上减少了外加h2o2的投入量，在流动的抛光液中新产生的h2o2和fe2+-3-tpp会在阳极被再次利用，保证了＊oh的持续生成。其所包含的化学方程式如下：
【技术保护点】
1.一种氮化镓晶圆的绿色抛光液，其特征在于，按重量分数计，包括如下组分：
2.如权利要求1所述的氮化镓晶圆的绿色抛光液，其特征在于，所述金刚石研磨介质的粒径为180-220nm。
3.如权利要求1所述的氮化镓晶圆的绿色抛光液，其特征在于，按重量分数计，所述三聚磷酸钠在氮化镓晶圆的绿色抛光液中的浓度为0.75％。
4.如权利要求1所述的氮化镓晶圆的绿色抛光液，其特征在于，所述三聚磷酸钠和硫酸亚铁的摩尔比为5：1-3。
5.权利要求1-4中任一项所述氮化镓晶圆的绿色抛光液在氮化镓晶圆抛光处理中的应用，其特征在于，包括如下步骤：
6.如权利要求5所述的应用，其特征在于，所述步骤S2中，接通电源的电压为5-10V。
7.如权利要求5所述的应用，其特征在于，所述步骤S2中，抛光的温度为20-25℃。
8.如权利要求5所述的应用，其特征在于，所述步骤S2中，抛光时，pH值为3-8。
9.如权利要求5所述的应用，其特征在于，所述步骤S2中，抛光后所述氮化镓晶圆的表面粗糙度为0.2-0.5nm。>
10.如权利要求5所述的应用，其特征在于，所述步骤S2中，氮化镓晶圆在所述氮化镓晶圆的绿色抛光液中的去除速率为1000-1200nm/h。
...【技术特征摘要】
1.一种氮化镓晶圆的绿色抛光液，其特征在于，按重量分数计，包括如下组分：
2.如权利要求1所述的氮化镓晶圆的绿色抛光液，其特征在于，所述金刚石研磨介质的粒径为180-220nm。
3.如权利要求1所述的氮化镓晶圆的绿色抛光液，其特征在于，按重量分数计，所述三聚磷酸钠在氮化镓晶圆的绿色抛光液中的浓度为0.75％。
4.如权利要求1所述的氮化镓晶圆的绿色抛光液，其特征在于，所述三聚磷酸钠和硫酸亚铁的摩尔比为5：1-3。
5.权利要求1-4中任一项所述氮化镓晶圆的绿色抛光液在氮化镓晶圆抛光处理中的应用，其特征在于，包括如下...
【专利技术属性】
技术研发人员：彭洋，成锋，王子睿，王永光，张天宇，朱睿，师晓曼，彭超，
申请(专利权)人：苏州大学，
类型：发明
国别省市：
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