[发明专利]一种CMP抛光液及其在GaAs晶片抛光中的应用

说明书

本发明涉及一种CMP抛光液及其在GaAs晶片抛光中的应用，每100重量份的抛光液中，包括磨料0.1～50份、表面活性剂0.001～0.4份、成膜剂0.001～0.6份、pH值调节剂0.05～10份、抛光促进剂0.01～4份、余量为去离子水；抛光液pH值范围为9.5～12.5。采用本发明的抛光液对GaAs晶片进行抛光，可以使抛光去除速率、抛光后的晶片表面粗糙度和平整度等各项性能指标都能达到更为满意的要求，且易于清洗，不会腐蚀设备，不会引入有害金属离子。本发明的抛光液可以长时间连续循环使用6～10小时。在循环期间，抛光液的抛光去除速率、抛光后的晶片表面粗糙度和平整度等各项性能指标均保持稳定，极大地节约了资源，降低了抛光液的使用成本。

技术领域

本发明属于半导体加工的技术领域，具体涉及一种CMP抛光液及其在GaAs晶片抛光中的应用。

背景技术

砷化镓(GaAs)是一种极其重要的第二代半导体材料，具有电子迁移率高、宽禁带、直接带隙、功率消耗低等特性，在微电子和光电子产业，尤其是国防和卫星通讯领域发挥着非常重要的作用。用GaAs制成的半导体器件具有高频、高温、低温性能好及噪声小、抗辐射能力强等优点。虽然GaAs具有优越的性能，但其高温分解，使得生产理想化学配比的高纯单晶材料的技术难度较高。GaAs是目前生产量最大、应用最广的化合物半导体材料，是重要性仅次于硅的半导体材料。

由于GaAs材料的优异特性，我国及世界各主要国家正大力支持其相关行业的蓬勃发展。随着智能手机进入4G时代，以至于后面的5G及物联网的崛起，多模多频的GaAs微波功率器件需求量将大幅提升。未来几年，随着我国光电通信及其它新行业(如太阳能薄膜)的快速发展，GaAs材料的市场需求将会更大。预计到2022年，我国GaAs市场销售额将会达到100亿元。

GaAs电路和器件均是以GaAs抛光晶片为衬底，抛光晶片的表面质量直接影响着器件的性能和成品率，抛光晶片的表面质量越好，器件的性能和成品率就越高。GaAs晶片是由纯Ga和纯As合成并生长得到的单晶材料经过切、磨、抛等工艺制成，因此抛光工艺是GaAs晶片最终达到超精密表面要求的关键工序。目前，国内外普遍采用的抛光工艺是化学机械抛光(CMP)工艺。CMP工艺是化学腐蚀和机械磨削交替作用的组合工艺，结合了化学抛光和机械抛光的优点，借助于抛光液的化学腐蚀作用和磨料的机械磨削作用，在良好的抛光机性能和合适的抛光垫基础上，使GaAs晶片获得超光滑超平坦的表面，所以CMP抛光液是除抛光机、抛光垫之外的决定抛光晶片表面质量的因素。

中国专利CN106833389A公布了一种适用于砷化镓晶片的化学机械抛光组合物，该抛光组合物的去除速率虽然较高，但抛光后的晶片表面粗糙度较高，仅小于1nm，且该抛光组合物为酸性，在使用过程中对设备腐蚀较严重，进而引入金属污染。

中国专利CN105382676A公布了一种砷化镓晶片的抛光方法，利用该抛光方法配制的抛光液抛光后的晶片表面粗糙度不超过0.4nm，虽然表面粗糙度相对较好，但还有待进一步提升，且工艺复杂，需要两步抛光，抛光后的晶片平整度明显变差。

中国专利CN101475778A和CN101081966A分别公布了一种用于砷化镓晶片的抛光组合物及其制备方法和一种用于砷化镓晶片的抛光液及其制备方法，利用这两种抛光液进行晶片抛光，抛光去除速率和抛光后的表面粗糙度都难以达到理想的要求。

而且，国内专利对GaAs晶片加工用化学机械抛光液的报道已有一些，国内企业也在使用国产的GaAs晶片加工用化学机械抛光液，但都是一次性的，不能循环使用，能够循环使用的GaAs晶片加工用化学机械抛光液还未见有报道、未见有使用。一次性的抛光液不但造成很大的浪费，还大大增加了生产成本。因此，有必要对能够循环使用的GaAs晶片加工用化学机械抛光液进行系统的研究。

发明内容