专利名称：直径2英寸非掺<111>磷化镓单晶片抛光工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及改变半导体材料的表面物理及几何特性的一种工艺，更具体地说是半导体单晶片的抛光工艺。
传统的半导体单晶片双面抛光工艺是利用双面抛光机，在同一种抛光液中同时对单晶片的两面进行抛光。而直径2英寸非掺<111>磷化镓(GaP)的镓(Ga)面和磷(P)面在同一种抛光液中，同样的条件下的化学机械抛光速度相差相当大。且<111>GaP具有较强的小平面效应，在抛光过程中Ga面晶体中心附近易出现蚀坑、孔洞，而且利用同时抛光Ga面、P面的传统抛光工艺难以得到两面光洁、无蚀坑、无划痕，满足外延要求的磷(P)面和镓(Ga)面，且抛光后晶片的厚度难以控制。
本发明的目的就在于研究出一种适合于直径2英寸非掺<111>磷化镓(GaP)单晶片抛光的单面抛光工艺，来代替传统的双面抛光工艺，而又能生产出适合于外延生长工艺要求的直径2英寸非掺<111>磷化镓(GaP)双面抛光晶片，同时又能降低抛光成本。
本发明的一种直径2英寸非掺<111>磷化镓单晶片抛光工艺，首先将直径2英寸非掺<111>磷化镓单晶片浸入化学预处理液中进行化学预处理，所说的化学预处理液是重量百分数96～98％的硫酸∶重量百分数30％的双氧水∶水(H2O)的体积比为8～15∶4～8∶1～6的混合溶液；再进行镓面的抛光，将化学预处理过的直径2英寸非掺<111>磷化镓单晶片用蜡贴的方法，贴在抛光机的抛光盘上，镓面向上，磷面向下，用镓面抛光液对镓面进行抛光，所说的镓面抛光液是碱性抛光剂2360∶次氯酸钠(NaClO)水溶液∶水的体积比为9～12∶16～22∶150～180的混合溶液；最后进行磷(P)面的抛光，将镓面抛光好的直径2英寸非掺<111>磷化镓单晶片翻面，用蜡贴的方法贴在抛光盘上，磷(P)面向上，镓面向下，用磷面抛光液进行抛光，所说的磷面抛光液是碱性抛光剂2360∶次氯酸钠(NaClO)水溶液∶水(H2O)的体积比为3～6∶4～8∶300～400的混合溶液。
在对直径2英寸非掺<111>磷化镓单晶片浸入化学预处理液中进行化学预处理时，为了对直径2英寸非掺<111>磷化镓单晶片腐蚀均匀，以在搅拌下对直径2英寸非掺<111>磷化镓单晶片进行化学预处理5-20分钟为好，其搅拌的速度对化学预处理的质量没有什么影响，化学预处理液的温度应等于大于70℃，又以化学预处理液的温度为70～130℃为佳。将化学预处理过的直径2英寸非掺<111>磷化镓单晶片用高纯水洗涤至洗出的水为接近中性PH～7，于室温下用氮气吹干。
于室温下用氮气吹干的，经化学预处理过的直径2英寸非掺<111>磷化镓单晶片的镓面抛光时，镓面抛光液是碱性抛光剂2360∶次氯酸钠水溶液∶水的体积比为9～12∶16～22∶150～180的混合溶液。所用的次氯酸钠水溶液中含活性氯7～10％，重量百分数。对镓面进行抛光时采用一步抛抛光工艺，其温度控制在15-40℃，压力控制采用二段式，第一段为6.0～13.0×104牛顿/米2，抛光时间为20-40分钟；第二段为3.0～11.0×104牛顿/米2，抛光时间为10-30分钟。
经过镓面抛光后，对直径2英寸非掺<111>磷化镓单晶片的磷面抛光时，磷面抛光液是碱性抛光剂(2360)∶次氯酸钠(NaClO)水溶液∶水的体积比为3～6∶4～8∶300～400的混合溶液。所用的次氯酸钠水溶液中含活性氯7～10％，重量百分数。同镓面抛光一样，采用一步抛抛光工艺，温度控制在10-50℃，又以15-40℃更佳，压力控制采用二段式，第一段为5.0～13.0×104牛顿/米2，抛光时间为20-40分钟；第二段为2.0～7.0×104牛顿/米2，抛光时间为10-30分钟。
在配制化学预处理液、镓面抛光液、磷面抛光液时所用的水为高纯水。对直径2英寸非掺<111>磷化镓单晶片进行抛光时，所用的设备是本领域所属技术人员均知的。
本发明的一种直径2英寸非掺<111>磷化镓单晶片抛光工艺的优点就在于1.由于本工艺利用了单面抛工艺代替了双面抛工艺，先抛镓(Ga)面，后抛磷(P)面，利用抛光液的组成、抛光温度、抛光压力来控制镓面和磷面的抛光速度，解决了镓面抛光速度慢，厚度难以控制，抛光周期长的问题，降低了抛光成本。
2.用本发明的工艺进行抛光后，可得到两面都无划痕，无蚀坑，无雾等缺陷，满足外延要求的直径2英寸非掺<111>磷化镓单晶抛光片，其TTV≤10微米，WARP≤7微米。
以下用实施例对本发明作进一步的说明，将有助于对本发明及其优点作进一步的了解，本发明的保护范围不受这些实施例的限制，本发明的保护范围由权利要求来限定。
实施例1将直径2英寸非掺<111>磷化镓单晶片浸入重量百分数96％的硫酸∶重量百分数30％的双氧水∶水的体积比为11∶6∶4的作为化学预处理液的混合溶液中，在搅拌下进行化学预处理13分钟，化学预处理液的温度控制在95℃。将化学预处理过的直径2英寸非掺<111>磷化镓单晶片用高纯水洗涤至洗出水为PH～7，于室温下用氮气吹干。
所用的重量百分数96％的硫酸为中国北京化学试剂研究所生产。所用的重量百分数30％的双氧水为中国北京化学试剂研究所生产。
在室温下用氮气吹干的，经过化学预处理过的直径2英寸非掺<111>磷化镓单晶片的镓面进行抛光时，用蜡贴的方法，贴在抛光机的抛光盘上，镓面向上，磷面向下，用碱性抛光剂2360∶次氯酸钠水溶液∶水的体积比为10∶19∶165的混合溶液作为镓面的抛光液，进行镓面的抛光。所用的碱性抛光剂2360为美国NALCO Chemical Company所生产。所用的次氯酸钠为含活性氯9％重量百分数的水溶液，北京西中化工厂生产。对镓面进行抛光时采用一步抛抛光工艺，其温度控制在25℃，压力控制采用二段式，第一段为9.5×104牛顿/米2，抛光时间为30分钟；第二段为7.0×104牛顿/米2，抛光时间为15分钟。所用的蜡为日本化精工株式会社生产，型号SKyWAX M-1 100g round。
经过镓面抛光后，用高纯水将镓面冲洗干净，在室温下用氮气干燥，对直径2英寸非掺<111>磷化镓单晶片的磷面抛光时，磷面抛光液是碱性抛光液2360∶次氯酸钠水溶液∶水的体积比为4.5∶6∶350的混合溶液作为磷面的抛光液，对磷面进行抛光。所用的次氯酸钠为含活性氯9％的重量百分数的水溶液。同镓面抛光一样，采有一步抛抛光工艺，温度控制在30℃，压力控制采用二段式，第一段为9.0×104牛顿/米2，抛光时间为30分钟；第二段为4.0×104牛顿/米2，抛光时间为20分钟。
经过以上的抛光后，得到两面都无划痕，无蚀坑，无雾等缺陷，满足外延要求的直径2英寸非掺<111>磷化镓单晶抛光片，其TTV为≤7微米，WARP为≤5微米。
实施例2
其操作工艺基本同实施例1，唯不同的是将直径2英寸非掺<111>磷化镓单晶片浸入重量百分数98％的硫酸∶重量百分数30％的双氧水∶水的体积比为9∶4∶3的作为化学预处理液的混合溶液中，在搅拌下进行化学预处理16分钟，化学预处理液的温度控制在75℃，所用重量百分数98％的硫酸为中国北京化学试剂研究所。
经过化学预处理过的干燥的直径2英寸非掺<111>磷化镓单晶片的镓面进行抛光时，碱性抛光剂2360∶次氯酸钠水溶液∶水的体积比为9∶22∶150的混合溶液作为镓面的抛光液，进行镓面的抛光。所用的次氯酸钠为含活性氯为7.5％重量百分数的水溶液。采用一步抛抛光工艺，其温度控制在20℃，压力控制采用二段式，第一段为6.5×104牛顿/米2，抛光时间为40分钟；第二段为4.0×104牛顿/米2，抛光时间为30分钟。
对磷面进行抛光时，磷面抛光液是碱性抛光液2360∶次氯酸钠水溶液∶水的体积比为3∶4∶400的混合溶液作为磷面抛光液，对磷面进行抛光。所用的次氯酸钠为含活性氯为7.5％重量百分数的水溶液。同镓面抛光一样，采有一步抛抛光工艺，温度控制在15℃，压力控制采用二段式，第一段为5.0×104牛顿/米2，抛光时间为40分钟；第二段为2.5×104牛顿/米2，抛光时间为30分钟。
经过以上的抛光后，得到两面都无划痕，无蚀坑，无雾等缺陷，满足外延要求的直径2英寸非掺<111>磷化镓单晶抛光片，其TTV为≤9微米，WARP为≤6微米。
实施例3其操作工艺基本同实施例1，唯不同的是将直径2英寸非掺<111>磷化镓单晶片浸入重量百分数96％的硫酸∶重量百分数30％的双氧水∶水的体积比为15∶8∶6的作为化学预处理液的混合溶液中，在搅拌下进行化学预处理15分钟，化学预处理液的温度控制在125℃。
经过化学预处理过的，干燥的直径2英寸非掺<111>磷化镓单晶片的镓面进行抛光时，碱性抛光剂2360∶次氯酸钠水溶液∶水的体积比为12∶16∶180的混合溶液作为镓面的抛光液，进行镓面的抛光。所用的次氯酸钠为含活性氯为10％重量百分数的水溶液。采用一步抛抛光工艺，其温度控制在40℃，压力控制采用二段式，第一段为13.0×104牛顿/米2，抛光时间为20分钟；第二段为11.0×104牛顿/米2，抛光时间为25分钟。
对磷面进行抛光时，磷面抛光液是碱性抛光液2360∶次氯酸钠水溶液∶水的体积比为6∶8∶300的混合溶液作为磷面抛光液，对磷面进行抛光。所用的次氯酸钠为含活性氯为10％重量百分数的水溶液。同镓面抛光一样，采有一步抛抛光工艺，温度控制在40℃，压力控制采用二段式，第一段为13.0×104牛顿/米2，抛光时间为20分钟；第二段为7.0×104牛顿/米2，抛光时间为10分钟。
经过以上的抛光后，得到两面都无划痕，无蚀坑，无雾等缺陷，满足外延要求的直径2英寸非掺<111>磷化镓单晶抛光片，其TTV为≤8微米，WARP为≤5微米。
权利要求
1.一种直径2英寸非掺<111>磷化镓单晶片抛光工艺，其特征是1)首先将直径2英寸非掺<111>磷化镓单晶片浸入化学预处理液中进行化学预处理，所说的化学预处理液是重量百分数96～98％的硫酸∶重量百分数30％的双氧水∶水的体积比为8～15∶4～8∶1～6的混合溶液；2)再进行镓面的抛光，将化学预处理过的直径2英寸非掺<111>磷化镓单晶片，用蜡贴的方法，贴在抛光机的抛光盘上，镓面向上，磷面向下，用镓面抛光液对镓面进行抛光，所说的镓面抛光液是碱性抛光剂2360∶次氯酸钠水溶液∶水的体积比为9～12∶16～22∶150～180的混合溶液；3)最后进行磷面抛光，将镓面抛光好的直径2英寸非掺<111>磷化镓单晶片翻面，用蜡贴的方法贴在抛光盘上，磷面向上，镓面向下，用磷面抛光液进行抛光，所说的磷面抛光液是碱性抛光剂2360∶次氯酸钠水溶液∶水的体积比为3～6∶4～8∶300～400的混合溶液。
2.根据权利要求1的一种直径2英寸非掺<111>磷化镓单晶片抛光工艺，其特征是，化学预处理液的温度等于大于70℃。
3.根据权利要求2的一种直径2英寸非掺<111>磷化镓单晶片抛光工艺，其特征是，化学预处理液的温度为70°～130℃。
4.根据权利要求1的一种直径2英寸非掺<111>磷化镓单晶片抛光工艺，其特征是，所用的次氯酸钠水溶液中含活性氯7-10％重量百分数。
5.根据权利要求1的一种直径2英寸非掺<111>磷化镓单晶片抛光工艺，其特征是，对镓面进行抛光时，采用一步抛抛光工艺，其温度控制在15～40℃，压力控制采用二段式，第一段为6.0～13.0×104牛顿/米2，抛光时间为20-40分钟；第二段为3.0～11.0×104牛顿/米2，抛光时间为10-30分钟。
6.根据权利要求1的一种直径2英寸非掺<111>磷化镓单晶片抛光工艺，其特征是，磷面抛光时，采用一步抛抛光工艺，温度控制在10-50℃，压力控制采用二段式，第一段为5.0～13.0×104牛顿/米2，抛光时间为20-40分钟；第二段为2.0～7.0×104牛顿/米2，抛光时间为10-30分钟。
7.根据权利要求6的一种直径2英寸非掺<111>磷化镓单晶片抛光工艺，其特征是，温度控制在15～40℃。
8.根据权利要求1的一种直径2英寸非掺<111>磷化镓单晶片抛光工艺，其特征是，在搅拌下对直径2英寸非掺<111>磷化镓单晶片进行化学预处理5-30分钟。
9.根据权利要求1的一种直径2英寸非掺<111>磷化镓单晶片抛光工艺，其特征是，将化学预处理过的直径2英寸非掺<111>磷化镓单晶片用高纯水洗涤至洗出的水接近中性，于室温下用氮气吹干。
全文摘要
本发明涉及半导体单晶片的抛光工艺。本工艺是将直径2英寸非掺<111>磷化镓单晶片浸入化学预处理液中进行化学预处理;再进行镓面的抛光,最后进行磷面的抛光。本工艺解决了在同一抛光液中镓面抛光速度慢,磷面的抛光速度快,二者相差较大,厚度难以控制,抛光周期长的问题,降低了抛光成本,经抛光后得到了两面无划痕、无蚀坑、无雾等缺陷,满足外延要求的直径2英寸非掺<111>磷化镓单晶抛光片。
文档编号B24B7/22GK1273160SQ9910724
公开日2000年11月15日 申请日期1999年5月11日 优先权日1999年5月11日
发明者樊成才, 郑安生, 宋文会, 李忠义, 龙彪 申请人:北京有色金属研究总院