專利名稱：砷化鎵襯底改進的快速減薄方法
技術領域：
本發明涉及半導體技術領域，特別涉及一種砷化鎵襯底改進的快速減薄方法。
背景技術：
砷化鎵(GaAs)是III-V族化合物半導體中最重要、用途最廣泛的材料之一，它的禁帶寬度大，電子遷移率高，介電常數小，能引入深能級雜質，電子有效質量小，能帶結構特殊，具有雙能谷導帶，可以制備發光器件、半導體激光器、微波體效應器件、太陽能電池和高速集成電路等，廣泛用于雷達、電子計算機、人造衛星、宇宙飛船等尖端技術中。GaAs擁有ー 些比Si還要好的電子特性，如高的飽和電子速率及高的電子移動率，使得GaAs可以用在高于250GHz的場合。如果等效的GaAs和Si元件同時都操作在高頻時，GaAs會擁有較少的噪聲。也因為GaAs有較高的崩潰電壓，所以GaAs比同樣的Si元件更適合操作在高功率的場合。因為這些特性，GaAs電路可以運用在移動電話、衛星通訊、微波點對點連線、雷達系統等地方。GaAs曾用來做成Gurmdiode (微波ニ極管或耿氏ニ極管)以發射微波。GaAs的的另ー個優點它是直接能隙的材料，所以可以用來發光，他的發光效率比鍺等材料更高， 不僅可以用來制作發光二極管，光探測器，還可以用來制作半導體激光器。在GaAs集成電路的制造中，減薄和拋光是重要的半導體エ藝，但是由于砷化鎵的硬度很低(摩氏硬度3)， 和硅エ藝比較來說，脆弱的物理機械性能使得其加工難度明顯加大，特別在減薄エ藝中，由于設備運行施放的附加重量和進給壓強的影響，極易在減薄過程中造成晶片的碎裂，因此需要開發專用于GaAs的減薄エ藝和拋光エ藝。在砷化鎵減薄エ藝已經趨于成熟的同吋，依然有很多エ藝問題勘待解決。比如摩氏硬度大于4時砷化鎵晶片減薄后容易造成表面應カ 的累計形成晶片卷曲，直接后果就是外延層的改變導致性能損失嚴重；還有就是金屬磨盤極易對GaAs造成金屬污染；固定GaAs的粘附劑不易去除等等，而在化學拋光里也很容易引入污染物等等。因此對各個エ藝細節加以繼續改進就變得尤其關鍵，這也是影響GaAs電路性能的關鍵。
發明內容
本發明目的之ー在于提供一種砷化鎵襯底改進的快速減薄方法。根據本發明的ー個方面，提供一種砷化鎵襯底改進的快速減薄方法包括步驟Si、將帶有外延層和電路金屬的砷化鎵襯底表面涂覆PMMA光刻膠層；步驟S2、采用高溫將HMDS粘附劑噴涂于所述光刻膠層上；步驟S3、在高溫條件下將藍寶石襯片通過鈦酸酯性粘附劑粘附于所述砷化鎵襯底的HMDS粘附劑上；步驟S4、將附有藍寶石襯片的砷化鎵襯底置于真空條件下進行加壓粘片；步驟S5、將上述加壓粘片后附有藍寶石襯片的砷化鎵襯底用石蠟將其粘附在陶瓷盤片上；步驟S6、通過夾具將步驟S5處理后的粘附在陶瓷盤片上的砷化鎵襯底進行減薄
4處理，待減薄厚度達到晶片襯底背面厚度吋，將所述粘附在陶瓷盤片上的砷化鎵襯底從夾具上取下；步驟S7、將上述砷化鎵襯底采用化學拋光漿液進行CMP化學拋光處理，處理后將襯底放入石蠟解離液中加熱，使加壓粘片的石蠟與陶瓷盤片分離；步驟S8、將去除陶瓷盤片的砷化鎵襯底置于高溫洗劑中融化鈦酸酷，使藍寶石村片和砷化鎵襯底分離；步驟S9、將上述處理后的砷化鎵襯底用去膠液ZDMAC浸泡，使PMMA光刻膠脫離，清洗砷化鎵襯底，即得處理后砷化鎵襯底。本發明基于在砷化鎵襯底的正面外延了復雜的外延結構，并在外延結構上制作了大量刻蝕溝槽，電阻，電容，微帶線，空氣橋等立體空間結構的基礎之上，通過化學試劑進行砷化鎵外延晶片的粘附，同時采用真空加壓方法進行固定，再使用多層疊加結構來緩沖減薄時帶來的損傷和減小尺寸失真，采用獨特材質的軟陶瓷研磨盤來實現高速精確的背面減薄，再配合使用混合氧化鋁研磨漿液，使襯底達到小于60 μ m的厚度。在研磨結束以后，使用納米拋光溶液進行CMP (化學機械拋光)エ藝，達到襯底厚度小于50 μ m,公差小于士 1 μ m，粗糙度Ra小于Inm的高鏡面效果。
圖1為本發明實施例砷化鎵襯底改進的快速減薄方法的エ藝流程圖；圖2為本發明實施例提供的砷化鎵襯底；圖3為本發明實施例提供的涂附PMMA光刻膠的砷化鎵襯底；圖4為本發明實施例提供的涂附HMDS的砷化鎵襯底；圖5為本發明實施例提供的涂附鈦酸酯的砷化鎵襯底；圖6為本發明實施例提供的帶有藍寶石襯片涂附HMDS的砷化鎵襯底；圖7為本發明實施例提供的通過真空處理加壓粘片的砷化鎵襯底；圖8為本發明實施例提供的帶有陶瓷盤片的砷化鎵襯底；圖9為本發明實施例提供的減薄處理裝置；附圖標記1-砷化鎵襯底、2-外延層、3-電路金屬、4-PMMA光刻膠、5_HMDS、6-鈦酸酷、7-藍寶石襯片、8-石蠟、9-陶瓷盤片、10-夾具、11-研磨液、12-磨盤。
具體實施例方式如圖1所示，本發明實施例提供的エ藝流程，具體按如下步驟步驟Si、將帶有外延層2和電路金屬3的砷化鎵襯底1(參見圖幻表面涂覆厚2 6μπι(實際也可以選取3，4，5，5.5μπι)的PMMA(聚甲基丙烯酸甲酷)光刻膠層4(參見圖 3)，待用；步驟S2、采用120 150°C (實際也可選取90°C、120°C、1；35で)的高溫將HMDS(六甲基ニ硅胺)5粘附劑噴涂于PMMA光刻膠層4上(參見圖4)，噴涂于PMMA光刻膠層上的 HMDS粘附劑形成的HMDS層厚度0. 1 1 μ m(例如0. 5 μ m，0. 8 μ m)。步驟S3、將粘附HMDS的砷化鎵襯底置于130_150°C (例如，120°C，140°C )熱板上通過鈦酸酯性粘附劑6 (參見圖幻將藍寶石襯片7粘附于其上(參見圖6)，所述鈦酸酯性粘附劑為主要成分為乙ニ醇鈦酸酯的鈦酸酯性粘附劑。步驟S4、將附有藍寶石襯片的砷化鎵襯底放于真空加壓黏片機內，進行加壓粘片 (參見圖7)，真空加壓黏片機的真空條件為真空度1. OX Kr1Hibar 5. 0 X liTmbar，加壓壓力1 ^ar,內部溫度1；30で 150°C ；步驟S5、將上述加壓粘片后附有藍寶石襯片的砷化鎵襯底用塑性石蠟8粘附在陶瓷盤片上9(參見圖8)，粘附溫度65°C 80°C (例如70°C，75°C)；塑性石蠟為熔點為65°C， 固體狀態柔軟，彈性很好的石英蠟。步驟S6、通過夾具10將步驟S5處理后的粘附在陶瓷盤片上的砷化鎵襯底固定于軟陶瓷磨盤內，以40-80轉/分鐘(例如，60或70轉/分鐘)的磨盤12轉速處理開始減薄，待減薄厚度達到晶片襯底背面減薄エ藝需要的70 60 μ m厚度吋，用去離子水反復沖洗步驟S5的粘附有砷化鎵襯底的陶瓷盤片，使其在夾具上去除掉，而后再用去離子水配合中性清洗劑將從夾具上取下的粘附有砷化鎵襯底的陶瓷盤片清洗干凈(參見圖9)；其中， 離子水配合中性清洗劑中去離子水和中性清洗劑之間的用量體積比為1 10。減薄處理時的陶瓷磨盤內研磨液11為氧化鋁水基成分，顆粒尺寸3-10 μ m。研磨液按重量百分比計，其組成包括5% -20%的氧化鋁，0. 1 2%的冷卻剤，0. 5 5%的分散劑余量為去離子水。軟陶瓷磨盤帶有射線型條紋溝槽，中性清洗劑為PH值在6. 5 7. 5之間的清洗剤，主要成分為有機醇的混合物，本實施例采用的有機醇的混合物是乙醇和異丙醇。冷卻劑為主要成分是質量比3 10 3 4的氯化鉀和硝酸鈉的水溶液。分散劑為主要成分為乙ニ醇和氨水混合溶剤，陶瓷盤片為螺旋型或同心圓型的軟陶瓷磨盤。步驟S7、將上述砷化鎵襯底采用化學拋光漿液進行CMP化學拋光處理，拋光處理時使用主要成分為聚氨基樹脂和聚酰胺樹脂的拋光布，處理后將襯底放入石蠟解離液中加熱至100 士 5°C，將加壓粘片的石蠟與陶瓷盤片分離。所述化學拋光漿液按重量百分比計，其組成包括的顆粒尺寸IOO-IOnm的氧化鋁微粉、2%的顆粒尺寸IOO-IOnm硅膠、5%的次氯酸鹽、0. 002%的硅酸鹽、0. 15%的PH調節劑，余量去離子水；次氯酸鹽為次氯酸鈉。硅酸鹽為硅酸鈉或硅酸鉀鹽的水合物。PH調節劑采用氨水作堿性調節劑，冰乙酸和草酸作酸性調節劑。步驟S8、將去除陶瓷盤片的砷化鎵襯底置于140士 10°C的高溫洗劑中融化鈦酸酷，使藍寶石襯片和GaAs襯底分離；高溫洗劑為可食用有機酯和去離子水的混合溶液；可食用有機酯為主要是乙酸類。步驟S9、將上述處理后GaAs襯底用去膠液ZDMAC (ZEP類光刻膠專用去除溶液)浸泡15 25分鐘，使PMMA光刻膠脫離，清洗GaAs襯底時用無水乙醇和去離子水交替清洗， 清洗后用熱氮氣吹干，即得處理后GaAs襯底。通過本發明采用的多層緩沖結構有效的保護了砷化鎵襯底正面的復雜電路結構， 在減薄過程中沒有造成附加型變。而且利用緩沖結構中的粘附層的良好延展性和弾性降低了砷化鎵的尺寸形變，并將縱向機械剪切力大大降低。使用陶瓷磨盤去除了金屬污染，配合同材質的研磨液，使得減薄過程中的殘留物不會形成二次損傷。在拋光過程中使用不同配比的混合納米拋光液，利用不同物質顆粒硬度不同，粒徑不同，分別去除不同程度的研磨劃傷，實現了不同級別粗糙度表面一次性統ー處理，制作出均勻的表面粗糙度的拋光鏡面效果。采用高精度探針厚度測試儀和掃描電子顯微鏡進行測量(可用Vecco探針壓カ0. 9mg的測試儀，日立4800掃描電子顯微鏡進行測量)，減薄エ藝最終達到襯底厚度小于50 μ m, 公差小于士 1 μ m，粗糙度Ra小于Inm的高鏡面效果。拋光完后的襯底不龜裂，不卷曲，無劃傷，效果理想。整個減薄過程速度快，效率高，污染小，重復性高。本該發明適用于砷化鎵以及磷化銅等摩氏硬度很小的半導體材料エ藝。 上述實施例為本發明較佳的實施方式，但本發明的實施方式并不受上述實施例的限制，其他的任何未背離本發明的精神實質與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化， 均應為等效的置換方式，都包含在本發明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種砷化鎵襯底改進的快速減薄方法，其特征在干，所述方法包括步驟Si、將帶有外延層和電路金屬的砷化鎵襯底表面涂覆PMMA光刻膠層；步驟S2、采用高溫將HMDS粘附劑噴涂于所述光刻膠層上；步驟S3、在高溫條件下將藍寶石襯片通過鈦酸酯性粘附劑粘附于所述砷化鎵襯底的 HMDS粘附劑上；步驟S4、將附有藍寶石襯片的砷化鎵襯底置于真空條件下進行加壓粘片；步驟S5、將上述加壓粘片后附有藍寶石襯片的砷化鎵襯底用石蠟將其粘附在陶瓷盤片上；步驟S6、通過減薄處理裝置將步驟S5處理后的粘附在陶瓷盤片上的砷化鎵襯底進行減薄處理，待減薄厚度達到晶片襯底背面厚度吋，將所述粘附在陶瓷盤片上的砷化鎵襯底從減薄處理裝置上取下；步驟S7、將上述砷化鎵襯底采用化學拋光漿液進行CMP化學拋光處理，處理后將襯底放入石蠟解離液中加熱，使加壓粘片的石蠟與陶瓷盤片分離；步驟S8、將去除陶瓷盤片的砷化鎵襯底置于高溫洗劑中融化鈦酸酷，使藍寶石襯片和砷化鎵襯底分離；步驟S9、將上述處理后的砷化鎵襯底用去膠液ZDMAC浸泡，使PMMA光刻膠脫離，清洗砷化鎵襯底，即得處理后砷化鎵襯底。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于所述步驟Sl中PMMA光刻膠層涂覆厚度為2 6Mm。
3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于所述步驟S2中光刻膠層上噴涂的HMDS粘附劑厚度為0. 1 Ιμπι。
4.根據權利要求1所述的方法，其特征在于所述步驟S3中粘附藍寶石襯片吋，將粘附HMDS的砷化鎵襯底置于130 150°C熱板上，并通過鈦酸酯性粘附劑將藍寶石襯片粘附于熱板上。
5.根據權利要求1所述的方法，其特征在干所述步驟S4的真空條件為真空度1. OX IO-1Hibar-S. OX IO-1Hibar,加壓壓カ1 2bar， 內部溫度130°C 150°C。
6.根據權利要求1所述的方法，其特征在于所述步驟S5的粘附溫度65°C 80°C。
7.根據權利要求1所述的方法，其特征在于所述步驟S6減薄處理的研磨液按重量百分比計，其組成包括5 20%的氧化鋁， 0. 1 m的冷卻剤，0. 5 5%的分散劑，余量為去離子水。
8.根據權利要求1所述的方法，其特征在干所述步驟S6減薄處理時采用帶有射線型、螺旋型或同心圓型條紋溝槽的軟陶瓷磨盤， 并以40— 80轉/分鐘的磨盤轉速處理。
9.根據權利要求1所述的方法，其特征在于所述步驟S7所述化學拋光漿液按重量百分比計，其組成包括1% 15%的氧化鋁微粉、2% 40%的硅膠、5% 8%的次氯酸鹽、0. 002% 0. 1%的硅酸鹽、0. 15% 21的PH調節劑，余量去離子水。
10.根據權利要求1所述的方法，其特征在于所述步驟S7處理后將襯底放入石蠟解離液中加熱至100士5°C。
11.根據權利要求1所述的方法，其特征在于所述步驟S8將去除陶瓷盤片的砷化鎵襯底置于140士 10°C的高溫洗劑中。
12.根據權利要求1所述的方法，其特征在于所述步驟S9將上述處理后砷化鎵襯底用去膠液ZDMAC浸泡的時間為15 25分鐘。
13.根據權利要求1所述的方法，其特征在于所述步驟S9中清洗砷化鎵襯底時用無水乙醇和去離子水交替清洗，清洗后用熱氮氣吹干。
全文摘要
公開了一種砷化鎵襯底改進的快速減薄方法。該方法基于在砷化鎵襯底通過化學試劑進行砷化鎵外延晶片的粘附，同時采用真空加壓方法進行固定，再使用多層疊加結構來緩沖減薄時帶來的損傷和減小尺寸失真，采用獨特材質的軟陶瓷研磨盤來實現高速精確的背面減薄，再配合使用混合氧化鋁研磨漿液，達到小于60μm的厚度。在研磨結束以后，使用納米拋光溶液進行CMP(化學機械拋光)工藝，達到襯底厚度小于50μm，公差小于±1μm，粗糙度Ra小于1nm的高鏡面效果。拋光完后的襯底不龜裂，不卷曲，無劃傷等效果。
文檔編號H01L21/02GK102543665SQ20101057769
公開日2012年7月4日 申請日期2010年12月7日 優先權日2010年12月7日
發明者劉新宇, 龐磊, 汪寧, 羅衛軍, 陳中子, 陳曉娟 申請人:中國科學院微電子研究所