专利名称：：用于GaAs晶片的化学抛光溶液和化学抛光方法
技术领域：
：本发明涉及一种用于GaAs晶片的化学抛光溶液和一种化学抛光方法。
背景技术：
：GaAs由元素周期表中IIIA族元素镓(Ga)与VA元素砷(As)化合而成，是继锗、硅后发展起来的一族重要半导体材料。砷化镓晶体的一些性能比锗、硅更优越，例如，其电子迁移率约为硅的6倍，可在更高的频率下工作，是制造高速集成电路和高速电子器件的理想材料。砷化镓单晶片主要应用于微波和毫米波通信领域，如移动电话、卫星广播、雷达系统及其他国防尖端电子产品。因其良好的光电性能，还大量应用于制造激光器和发光二极管。随着技术的不断发展和用途的不断扩大，用户对产品的质量要求越来越高，同时对成本也提出了更高的要求。因此，生产企业需要不断提高产品质量，降低生产成本，同时，降低因抛光溶液中氯元素的挥发而带来的环境污染。GaAs晶片首先是使用金属锯或线状锯等将GaAs晶锭切成片，再通过研磨、机械化学粗抛光和化学精抛光(即化学抛光)等工序完成加工过程(参见J即anesePatentLaid-OpenNo.2002-18705，2005-264057，11-283943，US2008/0194182A1)，最终通过专业清洗、包装后提供给用户。提供给用户的GaAs晶片的主面象镜子一样光滑明亮。用户在晶片表面上沉积一定厚度的各种单晶层，即单晶衬底的器件外延层，从而制备出不同功能的器件。在机械化学粗抛光和化学精抛光过程中，均采用抛光溶液，其中在化学精抛光过程中，采用的抛光溶液称为化学抛光溶液。使用现有化学抛光溶液获得的GaAs晶片，常有金属离子的污染，从而导致用户生长完外延层后器件漏电流增加，器件寿命降低甚至失效。显然，如果能够选用更合适的化学抛光溶液对GaAs晶片进行化学抛光，将有助于提高GaAs晶片的质量，降低作业成本，同时可以降低对于环境的影响。
发明内容本发明提供一种用于GaAs晶片化学抛光的化学抛光溶液，除水以外，其组成是二氯代异氰尿酸盐(dichlOToisocya皿rate)、磺酸盐、酸式焦磷酸盐、碳酸氢盐和碳酸盐。本发明还提供一种用于GaAs晶片的化学抛光方法，包括在化学抛光设备中，在下列抛光溶液存在下对晶片实施化学抛光除水以外，其组成是二氯代异氰尿酸盐、磺酸盐、酸式焦磷酸盐、碳酸氢盐和碳酸盐。采用本发明的溶液和方法可以提高晶片质量、降低成本并能够降低对环境的污染。图1为用于实施本发明化学抛光方法的设备的一个实例；图2为化学抛光溶液实施例的掉量速率分布图；图3为化学抛光溶液实施例平整度数据之翘曲度(Warp)分布图；图4为化学抛光溶液实施例平整度数据之弯曲度(BOW)分布图。具体实施例方式本发明用于GaAs晶片化学抛光的化学抛光溶液，除水以外，其组成是二氯代异氰尿酸盐、磺酸盐、酸式焦磷酸盐、碳酸氢盐和碳酸盐。在本发明的一个优选实施方案中，化学抛光溶液除水之外，按重量百分比计，组成是二氯代异氰尿酸盐29.00-40.00%、磺酸盐0.20-0.45%、酸式焦磷酸盐18.00-35.00%、碳酸氢盐17.00-24.00%和碳酸盐15.0023.00%。在本发明的一个更优选的实施方案中，化学抛光溶液除水之外，按重量百分比计，组成是二氯代异氰尿酸盐31.0037.00%、磺酸盐0.280.42%、酸式焦磷酸盐20.0032.30%、碳酸氢盐17.5022.00%和碳酸盐16.0023.00%。在本发明的一个进一步优选的实施方案中，化学抛光溶液除水之外，按重量百分比计，组成是二氯代异氰尿酸盐32.0036.00%、磺酸盐0.300.40%、酸式焦磷酸盐23.0030.00%、碳酸氢盐17.5022.00%和碳酸盐17.0022.00%。本发明的化学抛光溶液除水之外，按重量百分比计，各组分总和为100%。除水之外的各组分溶于水中后，按总量计，抛光溶液中化学物质(即二氯代异氰尿酸盐、磺酸盐、酸式焦磷酸盐、碳酸氢盐和碳酸盐)总的重量百分比以不对GaAs晶片产生不利影响为限，可以为任何浓度，但是优选不高于3.0%，更优选不高于2.5%，进一步优选不高于2.0%，再进一步优选不高于1.8%。在本发明的化学抛光溶液中，二氯代异氰尿酸盐、酸式焦磷酸盐、碳酸氢盐和碳酸盐可以采用它们各自的水溶性盐类之一。优选的是，二氯代异氰尿酸盐、酸式焦磷酸盐、碳酸氢盐和碳酸盐为各自的水溶性的碱金属盐之一或为铵盐，特别优选为各自的钠盐或铵^!.o在本发明的化学抛光溶液中，磺酸盐可以采用水溶性磺酸盐，优选水溶性碱金属盐之一或为铵盐，特别优选为钠盐或铵盐。优选的是，磺酸盐为C6—16芳基(即含6-16个碳原子的芳基，包括取代的芳基)的单磺酸盐或二磺酸盐(例如Q—w烷基-苯磺酸盐、苯磺酸盐、萘磺酸盐、蒽磺酸盐、C4—1Q烷基-苯基二磺酸二盐、苯基二磺酸二盐、萘基二磺酸二盐或蒽基二磺酸二盐，例如1，2-苯二磺酸二盐、1，3-苯二磺酸二盐、苯磺酸盐或萘磺酸盐)、烷基磺酸盐(优选为4-10个碳原子烷基的磺酸盐，例如丁烷基磺酸盐、戊烷基磺酸盐、己烷基磺酸盐、庚烷基磺酸盐、辛烷基磺酸盐、壬烷基磺酸盐和癸烷基磺酸盐等)和酚磺酸盐之一，进一步优选1，3-苯二磺酸盐、苯磺酸盐、萘磺酸盐或己烷基磺酸盐。配制本发明的化学抛光溶液时，可以将各组分直接放入去离子水中，溶解、混合均匀；也可以先将各组分混合均匀，然后放入去离子水中，溶解、混合均匀；也可以分别将各组分先后放入去离子水中，溶解、混合均匀。检测发现，本发明的化学抛光溶液在配制好后密闭存放情况下，挥发到空气中的氯气浓度不高于55.3毫升/立方米，与现有技术相比，可以降低氯气在空气中的浓度，减轻对于环境的影响。出乎意料地，进一步检测发现，本发明的化学抛光溶液在配制后，可以存放长达24小时后再用而不影响使用效果。因此，本发明的化学抛光溶液不必现配现用，从而可以减少溶液配制的操作次数。本发明的化学抛光溶液以其化学物质(即二氯代异氰尿酸盐、磺酸盐、酸式焦磷酸盐、碳酸氢盐和碳酸盐)的配合，可以在低浓度时实现晶片的良好抛光。例如，在本发明的一个优选实施方案中，以抛光溶液总重量为基准，抛光溶液中化学物质总的重量百分比不高于1.8%。这样，可以减少化学物质用量，并减少溶液中结晶物的析出，进而减少GaAs晶片产品中损坏(Damage)及划痕(Scratch)的缺陷比例，提高成品率。还出乎意料的是，本发明的化学抛光溶液还可以大大降低抛光后GaAs晶片上的金属离子污染，进而防止因此而造成对晶片表面的影响，有利于提高用户外延后的产品质量。TXRF(反射X射线荧光分析仪)测试发现，采用本发明的化学抛光溶液，抛光后GaAs晶片表面未检出Cu含量——而采用现有技术的化学抛光溶液，抛光后GaAs晶片表面有Cu存在是一个难于解决的问题。不囿于特定的理论，发明人认为，现有技术抛光后的GaAs晶片表面上Cu的存在，源于现有技术化学抛光溶液中胶态Si02(制备过程中夹带了金属离子和其他杂质)的引入。实验发现，本发明的化学抛光溶液中，加入胶态二氧化硅，还可以形成用于化学机械粗抛过程(即化学抛光之前的抛光过程)的抛光溶液。本发明用于GaAs晶片化学抛光操作的化学抛光方法包括在双面化学抛光设备或单面化学抛光设备中，在下列抛光溶液存在下，对晶片实施化学抛光除水以外，其组成是二氯代异氰尿酸盐、磺酸盐、酸式焦磷酸盐、碳酸氢盐和碳酸盐。优选地，在本发明方法的一种优选实施方式中，以抛光溶液总重量为基准，抛光溶液中化学物质总的重量百分比不高于3.0%，更优选不高于2.5%，进一步优选不高于2.0%，再进一步优选不高于1.8%。上述本发明各种优选实施方案中的化学抛光溶液适用于本发明的GaAs晶片的化学抛光方法，并分别构成各种优选的本发明化学抛光方法的实施方案；并且各种宽泛定义和各种优选范围内的含量可以互相组合，构成不同的实施方案。以图1为例，本发明的化学抛光方法按下列方式实施将待化学抛光的GaAs晶片3置于单面化学抛光设备中。化学抛光设备包括上下两个部分抛光下盘1及抛光头4，1的表面衬以抛光垫2。晶片3置于抛光头4与抛光垫2之间。上下两个部分1、4各以驱动轴Rl和R2驱动旋转。化学抛光溶液经药液管道5通过药液滴孔6滴注到抛光垫2上供抛光过程使用，其中，药液管道5的水平管道部分端部封闭，而水平管道部分的下侧均匀分布有若干个直径约为3mm的药液滴孔6。抛光预定时间后，取出晶片，清洗、干燥，即得产品。任何机械化学抛光方法的产品均可以用本发明的化学抛光方法处理。在本发明的一种实施方案中，先实施采用其他抛光溶液的机械化学粗抛光方法，然后实施本发明的化学抛光方法。优选地，在本发明的化学抛光溶液中引入胶态二氧化硅，形成机械化学粗抛抛光溶液，以此溶液实施机械化学粗抛光，然后再实施本发明的化学抛光。所有这些实施方式均在本发明的范围内。下面以非限制性实施例示例性说明本发明。实施例实施例1-3按表1中的比例准备化学抛光溶液各种组分(按化学物质重量计算)，用去离子水配制本发明的化学抛光溶液(浓度以溶液总重量计算)。取10L新配制的化学抛光溶液，存放于20L密闭容器中24小时。然后采用标准甲基橙分光光度法检测各密闭容器内空气中的氯气密度(按标准状态计)，发现三种溶液挥发的氯气均不高于55.3ml/m3。折算后，表明溶液稳定，可以保证配制后24小时内使用。将配制后存放24小时的化学抛光溶液用于图1所示的化学抛光设备对150.04mm(6英寸)直径、710ym厚度的GaAs晶片实施化学抛光。按如图l所示放置晶片，一次放置4片，以下抛光盘和上抛光头均以30rpm转速的同向抛光6分钟。然后取出晶片，去离子水清洗后，干燥，检测。检测项目1.用TXRF(反射X射线荧光分析仪；TREX610型，OSAKAJapanTechnos公司)测试晶片表面元素，于晶片上均未发现Cu元素(以"V"表示)；2.用AFM(原子粒显微镜)测试抛光后晶片的表面粗抛度Ra，以达到不高于1埃为合格(以"V"表示)；3.用一次成品率为产率(yield)，以不低于90%为合格(以"V"表示合格)；[O(HO]4.测平数据以TTV(总体厚度变化)<7iim，WARP(翘曲度)<10iim，Bow(弯曲度)<5iim表示合格(以"V"表示)；5.用掉量(即晶片化学抛光前后的厚度差)除以化学抛光时间计算掉量速率。以上1-5的结果总结于表1。6.用日本MIPUTOYO生产的ID-C125EB接触式测厚仪测量，利用Minitab专业6西格玛分析软件分析，采用直方图分析方法分析，直方图用于检查样本数据的分布情况，数据拟合后形成光滑的分布曲线。直方图的纵坐标表示相应横坐标值的样片数量，简称为数量。掉量数据见图2，其中右侧"均值、标准差、样本量(即各实施例样品总数)"从上到下按实施例1-3的顺序排列。7.用UltrasortInstrument(平整度测试仪生产商Tropel)测试抛光后晶片的平整度参数，包括翘曲度(WARP)、弯曲度(BOW)等数据，以翘曲度(WARP)、弯曲度(BOW)为例，利用Minitab专业6西格玛分析软件分析，采用直方图分析方法分析，直方图用于检查样本数据的分布情况，数据拟合后形成光滑的内部曲线。直方图的纵坐标表示相应横坐标值的样片数量，简称为数量。分析结果见图3-4，其中，横座标表示参数(BOW或WARP)的数值。图3_4中右侧"均值、标准差、样本量(即各实施例样品总数)"从上到下按实施例1-3的顺序排列。表1化学抛光溶液的化学物质组分比例及实施效果<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>权利要求一种用于GaAs晶片化学抛光的化学抛光溶液，除水以外，其组成是二氯代异氰尿酸盐、磺酸盐、酸式焦磷酸盐、碳酸氢盐和碳酸盐。2.权利要求l的化学抛光溶液，除水之外，按重量百分比计，组成是二氯代异氰尿酸盐29.0040.00%、磺酸盐0.200.45%、酸式焦磷酸盐18.0035.00%、碳酸氢盐17.0024.00%和碳酸盐15.0023.00%，各组分含量总和为100%。3.权利要求2的化学抛光溶液，除水之外，按重量百分比计，组成是二氯代异氰尿酸盐31.0037.00%、磺酸盐0.280.42%、酸式焦磷酸盐20.0032.30%、碳酸氢盐17.5022.00%和碳酸盐16.0023.00%。4.权利要求3的化学抛光溶液，除水之外，按重量百分比计，组成是二氯代异氰尿酸盐32.0036.00%、磺酸盐0.300.40%、酸式焦磷酸盐23.0030.00%、碳酸氢盐17.5022.00%和碳酸盐17.00-22.00%。5.权利要求l的化学抛光溶液，按总量计，抛光溶液中化学物质重量百分比不高于2.0%。6.权利要求1-5之一的化学抛光溶液中，其中二氯代异氰尿酸盐、磺酸盐、酸式焦磷酸盐、碳酸氢盐和碳酸盐为它们各自的水溶性碱金属盐或铵盐之一。7.权利要求6的化学抛光溶液中，其中二氯代异氰尿酸盐、磺酸盐、酸式焦磷酸盐、碳酸氢盐和碳酸盐为它们各自的钠盐或铵盐。8.权利要求7的化学抛光溶液中，其中二氯代异氰尿酸盐、磺酸盐、酸式焦磷酸盐、碳酸氢盐和碳酸盐为它们各自的钠盐。9.一种用于GaAs晶片的化学抛光方法，包括在化学抛光设备中，在权利要求1-8之一的用于GaAs晶片化学抛光的化学抛光溶液存在下，对GaAs晶片实施化学抛光。全文摘要本发明涉及用于GaAs晶片的化学抛光溶液和化学抛光方法。本发明的用于GaAs晶片化学抛光的化学抛光溶液，除水以外，其组成是二氯代异氰尿酸盐、磺酸盐、酸式焦磷酸盐、碳酸氢盐和碳酸盐。本发明的化学抛光方法，包括在化学抛光设备中，在所述抛光溶液存在下对晶片实施化学抛光。采用本发明的溶液和方法可以提高晶片质量、降低成本并能够降低对环境的污染。文档编号C09G1/18GK101781526SQ20091000158公开日2010年7月21日申请日期2009年1月15日优先权日2009年1月15日发明者古燕,王元立,谭开燮申请人:Axt公司