[发明专利]一种适用于砷化镓晶片的化学机械抛光组合物

说明书

技术领域

本发明属于微电子辅助材料及超精密加工工艺技术领域，特别涉及一种具有催化作用的抛光组合物。

背景技术

砷化镓(gallium arsenide)，化学式GaAs。GaAs是一种重要的半导体材料。用砷化镓制成的半导体器件具有高频、高温、低温性能好、噪声小、抗辐射能力强等优点。虽然砷化镓具有优越的性能，但由于它在高温下分解，故要生产理想化学配比的高纯的单晶材料，技术上要求比较高。砷化镓(GaAs)材料是目前生产量最大、应用最广泛，因而也是最重要的化合物半导体材料，是仅次于硅的最重要的半导体材料。

砷化镓材料具有很高的电子迁移率、宽禁带、直接带隙，消耗功率低的特性，广泛应用于高频及无线通讯，适于制作IC器件。从应用领域来说，主要在光电子领域和微电子领域。

生产GaAs的原材料主要有Ga(镓)、As(砷)、Al₂O₃(氧化铝)、B₂O₃(氧化硼)；其中，Ga(镓)是最为可贵的原材料。在微电子领域中，使用的化合物半导体材料属于高端产品，主要用于制作无线通讯(卫星通讯、移动通讯)、光纤通讯、汽车电子等用的微波器件。在光电子领域中，使用的化合物半导体材料属于低端产品，主要用于制作发光二极管、激光器及其它光电子器件。

由于GaAs半导体材料的特殊性,该器件将会是未来集成电路的重要发展方向,国家正大力支持该行业的迅速发展,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较3G时代将大幅提升。未来几年，随着我国光电通信等行业继续大力发展。GaAs行业的市场需求潜力依然较大。预计到2021年，我国GaAs市场销售额达65.1亿元。

GaAs电路与器件，都是以GaAs抛光晶片为衬底，抛光晶片表面质量直接影响器件的性能和成品率。尤其是离子注入工艺，通常离子注入层的深度在晶片表面范围，抛光晶片的亚表面损伤层恰好是在这个范围内，它的晶格不完整性会直接降低离子注入层电阻率的均匀性和电子迁移率；降低了源漏饱和电流的均匀性和器件的成品率。所以研究和制备表面质量好，亚表面损伤层低的GaAs抛光晶片十分重要。

化学机械抛光(chemical mechanical polishing，下简称CMP)是目前既能兼顾表面粗糙度和表面平整度要求以及获得无损伤表面的最好工艺方法，广泛应用于半导体工业的层间介质，导体，光学玻璃等表面加工领域。

目前，在GaAs抛光晶片抛光过程中，通常采用次氯酸钠或双氧水做为氧化剂，在抛光过程中将抛光液与氧化剂混合后进行抛光，此方法容易造成在抛光过程中氧化剂的失效，影响抛光效果，且造成使用过程中频繁配置，不易使用。且目前主流砷化镓抛光液抛光速率通常1微米/分钟以内，粗糙度在2nm以内；性能还有待进一步提升。

发明内容

本发明针对现有技术存在的问题，提出一种适用于砷化镓晶片的化学机械抛光组合物，本发明在实现抛光效率及表面粗糙度的最佳结合基础上，实现砷化镓抛光液高效稳定抛光，速率在1.5微米/分钟以上，粗糙度在1nm以内，且可直接稀释使用。

本发明的一种适用于砷化镓晶片的化学机械抛光组合物，其持征在于，所述组合物包含酸性二氧化硅溶胶、表面保护膜形成剂、催化氧化剂、唑类化合物、表面活性剂和去离子水；各组分配比为：

所述组合物适用于砷化镓在低压条件下的抛光，所述的低下压力为0.5-1.5psi。

所述酸性二氧化硅溶胶pH值为1.5～5。

所述表面保护膜形成剂聚乙烯醇、聚丙烯酸钠、羧甲基纤维素钠、羟丙基甲基纤维素、聚乙烯吡咯烷酮中的一种或几种。

所述催化氧化剂为甲酸、硝酸铈铵、过硫酸铵、亚硝酸钠、亚硝酸特丁酯、六水三氯化铁、九水硝酸铁、高碘酸钾、高氯酸、高碘酸铵、过氧乙酸中的一种或几种。

所述唑类化合物为咪唑、噻唑烷二酮、烯唑醇、三唑醇、双苯三唑醇、2-巯基苯并噻唑、二硫化二苯并噻唑、甲基苯并三唑中的一种或几种。

所述表面活性剂是聚丙烯酸类高分子表面活性剂、羧酸盐类表面活性剂、高级脂肪醇硫酸酯类阴离子表面活性剂、聚氧乙烯型非离子表面活性剂、山梨坦、聚山梨酯中的一种或几种。

附图说明

图1是使用本发明抛光组合物(实施例2)抛光后砷化镓表面原子力显微镜(AFM)图，表面粗糙度Ra为0.615nm。