一种液相外延衬底化学抛光系统技术方案

本实用新型专利技术公开一种液相外延衬底化学抛光系统。系统采用衬底真空吸附系统来避免粘蜡工序所引起的表面平整度差、易碎及繁琐的化学清洗问题。在真空吸附系统中的样品盘上刻一深度和工艺所需衬底厚度相同的槽，并设置警铃提醒，当衬底厚度达到预定目标时就会有警铃响起，提醒操作者取出衬底。本专利的优点在于：抛光系统可以精确控制衬底厚度，消除了衬底厚度对碲镉汞水平液相外延层质量的影响。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本技术公开一种液相外延衬底化学抛光系统。系统采用衬底真空吸附系统来避免粘蜡工序所引起的表面平整度差、易碎及繁琐的化学清洗问题。在真空吸附系统中的样品盘上刻一深度和工艺所需衬底厚度相同的槽，并设置警铃提醒，当衬底厚度达到预定目标时就会有警铃响起，提醒操作者取出衬底。本专利的优点在于：抛光系统可以精确控制衬底厚度，消除了衬底厚度对碲镉汞水平液相外延层质量的影响。【专利说明】一种液相外延衬底化学抛光系统
本专利涉及一种半导体晶体抛光设备，具体涉及一种液相外延衬底的化学抛光系统。
技术介绍
碲镉汞是一种非常重要的半导体材料，它的能带间隙可以通过调节镉元素组分而连续变化，从而覆盖整个红外波段，这一特性使其成为制造红外探测器的首选材料。目前该材料生长的方法一般有液相外延(LPE)、分子束外延(MBE)、金属有机化学气相外延(MOCVD)等。和后两种方法相比，液相外延生长方法具有设备简单，成本低，生长周期短等优点，因此该方法长期广泛地应用在碲镉汞薄膜材料的生长工艺中。在碲镉汞水平液相外延工艺中，为了生长出高质量的外延材料，常选用和碲镉汞晶格参数非常接近的碲锌镉材料作为外延衬底。外延衬底在使用之前必需进行清洗和抛光，其中抛光工艺又分为机械抛光和化学抛光。机械抛光，是对材料表面进行物理类研磨，最终达到表面平滑、有光泽等效果，但此工艺抛光后表面存有一定的损伤层，此时需要通过化学抛光工艺进行去除。目前一般采用的化学抛光工艺是使用粘蜡技术将外延衬底粘在玻璃盘上进行抛光处理。该工艺步骤大体如下:首先将玻璃盘放在加热炉上进行加热，然后在玻璃盘中央放入外延衬底和固体蜡片，待融化的蜡从衬底四周渗入后，将衬底与玻璃盘一起从加热炉上水平取出，调整衬底在玻璃盘中的位置，最后等待蜡的凝固。在粘蜡的工艺过程中往往会有部分蜡存留在衬底表面，此时该衬底在进行化学抛光时由于受到蜡层的保护作用，直接抛光效果极差，通常待蜡凝固后利用刀片将衬底周围的蜡去除，使用三氯乙烯和酒精去除衬底表面的蜡。该粘蜡工艺在实际操作中存有以下不可避免的问题:抛光后衬底表面平整度不够好，这将造成碲镉汞薄膜外延层厚度不均匀；在抛光后取衬底时，仍需通过加热融化蜡后取出衬底，而在此过程中易发生衬底碎裂的现象；且取出的衬底表面易附着较多的蜡，此时需要使用三氯乙烯、酒精等化学药品进行清洗处理，这增加了工艺的繁琐性。在化学抛光工艺中除了考虑需要解决粘蜡引起的系列问题外，对于抛光过程中液相外延衬底厚度的精确控制也是目前急需解决的关键问题之一。水平液相外延方法生长的原理如下:使用低熔点的金属作为溶剂，待生长材料和掺杂材料作为溶质，当溶质在溶剂中呈饱和或过饱和状态时，通过逐步降温冷却方法使石墨舟中的溶质从溶剂中析出，在衬底上定向生长一层与单晶衬底晶体结构相似的晶体，使晶体结构得以延续，实现晶体的外延生长。外延生长结束后，母液将随滑块推走，而在此过程中若衬底厚度太厚会使得外延层表面出现划痕；若衬底太薄，部分母液则会存留在衬底表面形成粘液，这将使有效的外延层面积大幅度减小，因此在水平液相外延工艺中对衬底厚度这一关键参数的要求是非常严格的。目前衬底的厚度控制是通过调整抛光液的浓度以及流速等系列中间参数间接估测而得，这一估测在很多时候严重偏离衬底厚度真实值。尤其是在长时间抛光过程中，这些参数将会随着时间增加而缓慢变化，抛光用时越长，对衬底厚度的估算所得与既定目标值之间的差异也就越明显，这将影响碲镉汞外延材料的生长质量。
技术实现思路
针对目前化学抛光工艺过程中粘蜡工序所带来系列问题:衬底表面平整度差、取片易碎、繁琐的化学药品清洗步骤，本专利提出一种利用真空吸附工艺代替传统粘蜡工艺，同时增加警铃提醒装置的液相外延衬底化学抛光系统。该改进的系统能够解决传统粘蜡工序所引发的上述问题，并且能精确控制化学抛光后的外延衬底厚度，同时消除了多步化学清洗工艺过程，提高了效率，简化了工艺流程。本专利与现有抛光系统区别在于:本专利采用衬底真空吸附系统和衬底厚度达到预设值时会自动提示的警铃提醒装置。所述的衬底真空吸附系统包括可调节真空度大小的机械泵I和通过真空橡胶管2连接的样品盘4，所述的样品盘4的内部是一空心腔体，腔体的开口处与橡胶管2通过螺纹接口 3相连，与腔体开口相反的一面是一凹槽，凹槽的底部布满了与腔体相通的小细孔，夕卜延衬底通过真空作用吸附在样品盘4的这一面上；所述的警铃提醒装置由导线依次串联连接固定在抛光台11上的铜环6、直流电源10和报警器8、及固定在样品盘4上的铜片7所构成，当铜片7和铜环6相互接触时，警铃提醒装置就会形成完整的闭合串联电路发出提示音；在抛光过程中，当衬底9的厚度和样品盘4凹槽的深度相等时，铜片7和铜环6相互接触，报警器8提示抛光工序结束。本专利的优点在于抛光后的衬底表面平整度高，工艺流程少，工作效率高，同时精确控制衬底的厚度，对生长出高质量的碲镉汞材料提供了有利的基础条件。【专利附图】【附图说明】图1为液相外延衬底化学抛光系统的结构示意图。其中I为机械泵，2为真空橡胶管，3为螺纹接口，4为样品盘，5为抛光盘，6为铜环，7为铜片，8为报警器，9为外延衬底，10为直流电源，11为抛光台。图2为该系统具体使用的样品盘的截面图。图3为样品盘的前视图。【具体实施方式】以下结合附图对本专利进行进一步详述:本专利以抛一片长为30mm，宽为20mm，厚度为0.95mm的碲锌镉衬底为例说明。为满足水平液相外延的生长工艺，需将碲锌镉厚度精确控制为0.90mm。此时选用的样品盘凹槽厚度也精确控制为0.90mm。在进行化学抛光之前需进行以下准备工作:先将碲锌镉衬底9进行去油污的清洗；配制新的化学抛光液；调整抛光盘5的转速；调整机械泵I所抽的真空度，使碲锌镉衬底9刚好克服重力作用被吸附在样品盘4上；最后将配好的抛光液倒入抛光试剂桶中，调整抛光液的滴速。准备工作做好后，将样品盘4密布有很多小孔的一面垂直向上，用镊子把清洗好的碲锌镉衬底9放入样品盘4的凹槽中，打开机械泵I进行吸附衬底9。然后把吸附有衬底9的样品盘4反向放置，衬底9面朝下放入已被抛光液完全润湿的抛光盘5上。当衬底(9)厚度和样品凹槽的深度d—致时，铜片7和铜环6相互接触，警铃提醒系统电路随即形成闭合串联电路，该系统发出提醒铃声。操作者接收到铃声后，将样品盘4从抛光台11上拿出，并立即使用酒精冲洗碲锌镉衬底9，以防止衬底9上附着的化学抛光液继续腐蚀衬底，关闭机械泵1，最后取出衬底9。用该改进后的系统抛光的衬底表面平整度高，厚度严格控制为0.90mm。【权利要求】1.一种液相外延衬底化学抛光系统,其特征在于:所述的化学抛光系统米用了衬底真空吸附系统和警铃提醒装置； 所述的衬底真空吸附系统包括可调节真空度大小的机械泵(I)和通过真空橡胶管(2)连接的样品盘(4)，所述的样品盘(4)的内部是一空心腔体，腔体的开口处与橡胶管(2)通过螺纹接口(3)相连，与腔体开口相反的一面是一凹槽，凹槽的底部布满了与腔体相通的小细孔，外延衬底通过真空作用吸附在样品盘(4)的这一面上； 所述的警铃提醒装置由导线依次串联连接固定在抛光台(11)上的铜环(6)、直流电源(10)和报警器(8)、及固定在样品盘(4)上的铜片(7)所构成，当铜片(7本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种液相外延衬底化学抛光系统，其特征在于：所述的化学抛光系统采用了衬底真空吸附系统和警铃提醒装置；所述的衬底真空吸附系统包括可调节真空度大小的机械泵（1）和通过真空橡胶管（2）连接的样品盘（4），所述的样品盘（4）的内部是一空心腔体，腔体的开口处与橡胶管（2）通过螺纹接口（3）相连，与腔体开口相反的一面是一凹槽，凹槽的底部布满了与腔体相通的小细孔，外延衬底通过真空作用吸附在样品盘（4）的这一面上；所述的警铃提醒装置由导线依次串联连接固定在抛光台（11）上的铜环（6）、直流电源（10）和报警器（8）、及固定在样品盘（4）上的铜片（7）所构成，当铜片（7）和铜环（6）相互接触时，警铃提醒装置就会形成完整的闭合串联电路发出提示音；在抛光过程中，当衬底（9）的厚度和样品盘（4）凹槽的深度相等时，铜片（7）和铜环（6）相互接触，报警器（8）提示抛光工序结束。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张娟，魏彦锋，孙权志，孙瑞赟，陈倩男，
申请(专利权)人：中国科学院上海技术物理研究所，
类型：实用新型
国别省市：