用于GaAs晶片的機械化學拋光方法

專利名稱：：用于GaAs晶片的機械化學拋光方法
技術領域：
：本發明涉及一種用于GaAs晶片的拋光方法，更具體地，涉及作為用于GaAs晶片初步拋光而進行的機械化學拋光方法中的改進。
背景技術：
：眾所周知，使用屬于III-V族化合物半導體的GaAs的結晶晶片作為用來制造各種類型半導體器件(例如發光元件和光接收元件)的襯底。近年來，存在不斷增加的對用于半導體器件的GaAs晶片的需求，特別是在無線通訊領域，并由此希望增加生產效率(加速)和降低其成本。GaAs晶片是利用線鋸、切片機等從GaAs晶錠上切下來的，并通過機械研磨等修整。最后將通過機械加工制備的這種GaAs晶片拋光，以將其主表面拋光成鏡面似的表面。為了拋光GaAs晶片，通常進行通過機械化學拋光的初步拋光(粗拋光)和通過化學拋光的二次拋光(鏡面精拋光)(例如，參見曰本專利特開No.2002-18705和日本專利特開No.2005-264057)。在這種情況下，作為粗拋光的初步拋光指的是利用磨粒和化學拋光溶液而進行的機械化學拋光，而作為鏡面精拋光的二次拋光指的是僅利用化學拋光溶液沒有利用磨粒的化學拋光。換句話說，作為初步拋光的機械化學拋光的目的是增加通過上述機械加工制備的晶片的平面度和平滑度。與此相反，作為二次拋光的化學拋光的目的是將具有通過初步拋光改善的平面度和平滑度的晶片的主表面精加工成鏡面似的表面。考慮到初步拋光和二次拋光目的之間的不同，用作初步拋光的機械化學拋光要求具有以比用作二次拋光的化學拋光的速率更快的速率拋光的能力。然而，通常，如果在作為初步拋光的機械化學拋光中提高拋光速率，晶片的平面度和平滑度則傾向于相對降低。這里，初步拋光利用磨粒也利用化學拋光溶液，并且因此還可能在一定程度上導致修整晶片的效果。然而，二次拋光僅利用化學拋光溶液而沒有利用磨粒，因此幾乎不會導致修整晶片的效果。因而，如果作為初步拋光的機械化學拋光未能確保規定的平面度和平滑度，那么作為二次拋光的化學拋光就不能實現期望的平面度和鏡面似的平滑度。順便提及，對于可用于作為對GaAs晶片的初步拋光的機械化學拋光的拋光溶液，已知，例如除了水之外包含二氯異氰尿酸、三聚磷酸鈉、硫酸鈉、碳酸鈉和硅膠的機械化學拋光溶液(例如，參見日本專利特開No.2005-264057和日本專利特開No.ll-283943)。如前所述，存在對用于半導體器件的GaAs晶片的增加的需求，并且因此期望實現用于GaAs晶片的拋光工藝的加速和成本節約。然而，如果進行嘗試增加作為二次拋光的化學拋光中的化學反應，以由此減少拋光時間，那么晶片表面就傾向于粗糙，且變得很難獲得鏡面似的表面。換句話說，作為二次拋光的化學拋光需要通過平緩的化學反應來拋光，以獲得晶片的鏡面似的表面。由此內在地很難降低其拋光時間。因此，為了實現GaAs晶片拋光的加速，期望增加受機械化學拋光影響的初步拋光的速率。然而，如果進行嘗試以不加區別地增加受機械化學拋光影響的初步拋光的速率，則在初步拋光之后不能確保規定的平面度和平滑度，且變得很難在作為二次拋光的化學拋光中獲得晶片的鏡面似的表面。
發明內容鑒于前面所述，本發明的目的在于使得能夠在用于晶片初步拋光的機械化學拋光中增加拋光速率并且保證GaAs晶片的平面度和光滑度，然后通過作為隨后的二次拋光的化學拋光磨光晶片以具有鏡面似的表面。根據本發明，一種通過利用除水之外包含二氯異氰尿酸、三聚磷酸鈉、硫酸鈉、碳酸鈉和硅膠作為組分的機械化學拋光溶液，執行用于GaAs晶片的初步拋光操作的機械化學拋光的方法，包括步驟將晶片安裝在機械化學拋光設備上；通過向拋光設備供給以具有第一成分拋光溶液來執行第一階段拋光，其中除水之外組分中包含20-31質量％的三聚磷酸鈉；隨后通過供給拋光設備以具有第二成分的其它拋光溶液來執行第二階段拋光，其中除水之外組分中包含13-19質量％的三聚磷酸鈉。優選的，機械化學拋光溶液除水之外組分中包含40-50質量％的硅膠。而且，為了在第一階段拋光之后從機械化學拋光設備排出具有第一成分的拋光溶液，優選在終止供給具有第一成分的拋光溶液之后，驅動機械化學拋光設備5-60秒的清洗時間，隨后執行第二階段拋光。另外，更優選的，在清洗期間將水或包含硅膠的水供給到拋光設備。當結合附圖時，由本發明的以下詳細描述，本發明的上述的和其它目的、特征、方面和優點將變得更明顯。圖1示出了本發明中在用于GaAs晶片的機械化學拋光的實驗中使用的拋光設備的示意截面圖。具體實施方式如前所述，已知除水之外包含二氯異氰尿酸、三聚磷酸鈉、硫酸鈉、碳酸鈉和硅膠作為組分的拋光溶液可用于作為初步拋光GaAs晶片的機械化學拋光，(例如，參見日本專利特開No.2005-264057和日本專利特開No.l1-283943)。關于這種機械化學拋光溶液，根據除水之外組分的比率，自然會顯著地影響GaAs晶片的拋光速率以及拋光的晶片的平面度和平滑度。因此，在利用除水之外包含二氯異氰尿酸、三聚磷酸鈉、硫酸鈉、碳酸鈉和硅膠作為組分的拋光溶液作為初步拋光的機械化學拋光中，本發明人不同地改變除水之外的組分的比率，以試圖增加拋光速率而不使GaAs晶片的拋光狀態惡化。然而，在本發明人實施的機械化學拋光GaAs晶片同時多樣地改變除水之外各種改變組分比率的各種實驗中，拋光速率的增加不可避免地引起了拋光狀態(晶片的平面度和平滑度)的退化。因此發現，僅通過調整機械化學拋光溶液的成分，很難在拋光狀態不退化下顯著地增加拋光速率。由本發明人研究的結果確定，鑒于主機械化學拋光的速率和在初步拋光之后GaAs晶片應具有足以在二次化學拋光中磨光成鏡面似的表面的平面度和平滑度的需要之間的折中，除水之外包含23%的二氯異氰尿酸(在本說明書中以下"％"將被表示質量百分比)、16%的三聚磷酸鈉、3%的碳酸鈉、8°/。的硫酸鈉和50%的硅膠作為組分比率最理想。此外，發現在包含這種構成的機械化學拋光溶液中的三聚磷酸鈉對GaAs晶片的平面度和平滑度影響較小且對拋光速率影響最大。然而，還揭示了，在機械化學拋光之后GaAs晶片的平面度和平滑度的觀點來看，三聚磷酸鈉組分比率變化的容許范圍是16%±3%(即，13%-19%)，然后在這種范圍內三聚磷酸鈉組分比率的調整僅能夠提供拋光速率的微小增加。因此，本發明人考慮分兩個階段執行作為用于GaAs晶片的初步拋光的機械化學拋光。特別是，本發明人考慮第一階段機械化學拋光的目的在于顯著地增加拋光速率，即使與第二階段機械化學拋光相比，GaAs晶片的平面度和平滑度在規定的容許范圍內退化。相反，在第二階段機械化學拋光中，本發明人考慮使用以上描述的最理想的機械化學拋光溶液，其除水之外包含23%的二氯異氰尿酸、16%的三聚磷酸鈉、3%的碳酸鈉、8%的硫酸鈉和50%的硅膠作為組分比率，或類似的機械化學拋光溶液，其不同之處僅在于三聚磷酸鈉組分比率的變化范圍為16%±3%。本發明人考慮在第一階段機械化學拋光之后GaAs晶片的平面度和平滑度退化的規定的容許范圍應在能夠通過第二階段機械化學拋光修正的范圍內。基于本發明人以上描述的考慮，他們實施了一系列的拋光GaAs晶片同時不同地改變在兩個階段機械化學拋光的第一階段中使用的機械化學拋光溶液組分比率的試驗。圖1示出了在拋光GaAs晶片的這種實驗中使用的機械化學拋光設備的示意截面圖。在該拋光設備中，將研磨布II固定在上研磨墊1的下表面。同樣地，將研磨布12固定在下研磨墊2的上表面。在規定壓力下將要受機械化學拋光的GaAs晶片3夾入并保持在上研磨布11和下研磨布12之間。將機械化學拋光溶液4提供給GaAs晶片3和研磨布11和12的表面。使上研磨墊1在箭頭Rl方向旋轉，同時使下研磨墊2在與箭頭R1方向相反的箭頭R2方向旋轉。因此，用浸漬有機械化學拋光溶液4的研磨布11和12摩擦并拋光GaAs晶片3的表面。在本發明人利用如圖1所示的機械化學拋光設備實施的拋光的各種實驗中，無紡織聚安酯布(unwovenpolyurethanecloth)用作為研磨墊材料。拋光面板的旋轉速率對于上面板為7.7rpm和對于下面板為23.2rpm。將被拋光的GaAs晶片的初始尺寸為直徑100mm厚度0.6mm。關于研磨布11和12的材料，使用由浸漬有聚安酯的樹脂基材料制成的無紡布。機械化學拋光溶液的供給速率為800ml/min。對GaAs晶片3加以50g/cn^的負荷，作為將晶片夾在研磨布11和12之間的壓力。在如上所述的機械化學拋光設備的條件下，利用成分調整過的多種機械化學拋光溶液實施兩階段機械化學拋光實驗。下面將在表1中列出并示出它的結果。[表1]拋光溶液編號機械化學拋光溶液的組分比率(質量％)兩個階段拋光后的測定<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>在表1中，附于拋光溶液的編號表示在第一階段機械化學拋光中使用的拋光溶液的類型。在這些拋光溶液中，當在如上描述的一個階段執行機械化學拋光GaAs晶片時，鑒于拋光速率和拋光狀態之間的折中，拋光溶液1實現最佳結果。注意，當向拋光設備供給表1中示出的各種拋光溶液中的每一種時，同時向拋光設備供給600ml/min的溶液，該溶液中除了硅膠之外總計約1.0-1.5kg的成分溶解入45升水中,并供給200ml/min其它溶液，其中將硅膠用水稀釋到三分之一的濃度。在由本發明人實施的實驗中，在給拋光機器供給表1中示出的各種拋光溶液中的任一種的同時，GaAs晶片經受第一階段機械化學拋光45分鐘。隨后，在停止供給拋光溶液的同時驅動拋光機器30秒。其后，在給拋光機器供給拋光溶液1的同時執行第二階段機械化學拋光15分鐘。換句話說，不管在第一階段機械化學拋光中使用的拋光溶液的類型如何，在第二階段機械化學拋光中使用拋光溶液1。注意，在第一階段機械化學拋光和第二階段機械化學拋光之間停止供給拋光溶液時驅動拋光機器30秒的原因在于，使得能夠在更短的時間內由第一階段機械化學拋光溶液轉換到第二階段機械化學拋光溶液。表1示出了關于如以上描述的兩階段機械化學拋光GaAs晶片的測定結果。具體的是，表1示出了拋光速率(Mm/min)和外觀，作為對兩階段機械化學拋光的評估項目。外觀包括GaAs晶片的平面度和平滑度，并通過視覺檢査以經驗地確定GaAs晶片是否落入使得能夠通過作為二次拋光的化學拋光使GaAs晶片具有鏡面似的表面的范圍內。當然，在表1中，符號"O"表示GaAs晶片具有良好的外觀，同時符號"X"表示GaAs晶片具有不期望的外觀。在表1中，在使用拋光溶液1的兩階段機械化學拋光之后，評估的結果與使用相同拋光溶液的一階段機械化學拋光一樣，因為在兩階段機械化學拋光中在第一和第二階段兩者中都使用拋光溶液1。因此，通過將在其中在第一階段拋光中使用不同拋光溶液的兩階段機械化學拋光之后的評估結果，與使用拋光溶液1情況下的評估結果相比較，能夠確定用兩個階段拋光是否能夠得到優選的結果。從表1看出，當在第一階段機械化學拋光中使用拋光溶液2或3時，在兩階段拋光之后GaAs晶片得到良好的外觀。然而，與使用拋光溶液1的情況相比，它的拋光速率較低。因此得出結論，如果在第一階段機械化學拋光中使用拋光溶液2或3，那么以兩個階段執行機械化學拋光的意圖變得沒有意義。相反，當在第一階段機械化學拋光中使用拋光溶液19或20時，與使用拋光溶液1的情況相比，其拋光速率顯著提高。然而，在兩階段拋光之后得到的GaAs晶片具有不期望的外觀，從而在作為二次拋光的化學拋光之后無法得到鏡面似的表面。因此得出結論，如果在第一階段機械化學拋光中使用拋光溶液19或20，那么以兩個階段執行機械化學拋光的意圖同樣變得沒有意義。然而，當在第一階段機械化學拋光中使用拋光溶液4-18中任一種時，在兩階段拋光之后GaAs晶片得到優選的外觀，并且與使用拋光溶液1的情況相比，它的拋光速率明顯地提高。換句話說，發現與使用拋光溶液1的一階段機械化學拋光的情況相比，通過在第一階段機械化學拋光中使用拋光溶液4-18中任一種和隨后在第二階段機械化學拋光中使用拋光溶液1來執行兩階段拋光，能夠明顯地增加作為對GaAs晶片初步拋光的機械化學拋光的效率。在表1中示出的第一階段機械化學拋光溶液中，在除水之外的組分比率中三聚磷酸鈉的組分比率變化最顯著。發現這種組分最支配性地且最系統性地影響兩拋光階段的拋光速率和兩拋光階段之后的外觀。換句話說，發現在第一階段機械化學拋光溶液中除水之外三聚磷酸鈉的組分比率應當落在如拋光溶液4中的20%到如拋光溶液18中的31%的范圍內。注意，盡管在表1中的各種實驗中，在兩階段機械化學拋光的第二階段拋光中使用包含16%三聚磷酸鈉的拋光溶液1，但同樣地也可以以類似的方式使用包含在16%±3%范圍內的三聚磷酸鈉的拋光溶液。在表1中的各種實驗中，當在兩階段機械化學拋光的第一和第二階段之間停止供給拋光溶液時，使拋光設備驅動30秒的清洗時間，以便噴出在第一階段中使用的拋光溶液并清洗拋光設備內部。清洗時間僅需要落在5-60秒的范圍內，且更優選落在10-40秒的范圍內。換句話說，太短的清洗時間并不是優選的，因為甚至在兩階段機械化學拋光的第二階段中還殘余在第一階段中所使用的拋光溶液，并且GaAs晶片傾向于具有不期望的外觀。相反，在不供給拋光溶液的狀態下將拋光設備驅動過長的清洗時間也不是優選的，因為晶體表面趨于具有被研磨布摩擦的痕跡或晶片會有裂縫。如從前述所理解的，更優選的，在兩階段機械化學拋光的第一和第二階段之間的清洗期間中，驅動拋光設備而不供給機械化學拋光溶液和供給水或包含硅膠的水。如上所述，根據本發明，通過在作為用于GaAs晶片的初步拋光的機械化學拋光中執行兩階段拋光，能夠在Ga八s晶片的生產中實現加速和節約成本，該GaAs晶片然后被通過作為隨后的二次拋光的化學拋光拋光以使其具有鏡面似的表面，并響應鏡面加工的GaAs晶片的曰益增加的需要。注意，盡管在以上描述的實例中已描述了具有100mm直徑(4英寸直徑)的晶片，但是本發明當然也適用于具有任何其它直徑的晶片。盡管已經詳細描述和示例了本發明，但應清楚地明白，上述描述僅是說明性和示例性的而并非限制性的，本發明的范圍通過所附權利要求來說明。權利要求1.一種執行機械化學拋光的方法，所述機械化學拋光用作對GaAs晶片的初步拋光操作，通過利用除水之外包含二氯異氰尿酸、三聚磷酸鈉、硫酸鈉、碳酸鈉和硅膠作為組分的機械化學拋光溶液，所述方法包括以下步驟將所述晶片安裝在機械化學拋光設備上；通過將具有第一成分的拋光溶液供給所述拋光設備來執行第一階段拋光，在所述第一成分中在除水之外的所述組分中包含20-31質量％的三聚磷酸鈉；以及隨后通過將具有第二成分的另一拋光溶液供給所述拋光設備來執行第二階段拋光，在所述第二成分中在除水之外的所述組分中包含13-19質量％的三聚磷酸鈉。2.根據權利要求1所述的用于GaAs晶片的機械化學拋光方法，其中所述機械化學拋光溶液在除水之外的所述組分中包含40-50質量％的硅膠。3.根據權利要求1所述的用于GaAs晶片的機械化學拋光方法，其中，為了在所述第一階段拋光之后從所述拋光設備排出具有所述第一成分的所述拋光溶液，在終止供給具有所述第一成分的所述拋光溶液之后，將所述拋光設備驅動5-60秒的清洗時間，并且隨后執行所述第二階段拋光。4.根據權利要求3所述的用于GaAs晶片的機械化學拋光方法，其中在所述清洗時間期間將水或包含硅膠的水供給所述拋光設備。全文摘要一種執行用作對GaAs晶片初步拋光操作的機械化學拋光的方法，該方法利用除水之外包含二氯異氰尿酸、三聚磷酸鈉、硫酸鈉、碳酸鈉和硅膠作為組分的機械化學拋光溶液，該方法包括步驟將該晶片安裝在機械化學拋光設備上；通過供給所述拋光設備以具有第一成分拋光溶液來執行第一階段拋光，在該第一成分中在除水之外的所述組分中包含20-31質量％的三聚磷酸鈉；隨后通過供給所述拋光設備以具有第二成分拋光溶液來執行第二階段拋光，在該第二成分中在除水之外的所述組分中包含13-19質量％的三聚磷酸鈉。文檔編號B24B37/00GK101239450SQ20081000860公開日2008年8月13日申請日期2008年1月29日優先權日2007年2月9日發明者中山雅博,山崎哲彌申請人:住友電氣工業株式會社