[发明专利]一种碲锌镉晶片的绿色环保化学机械抛光方法

说明书

一种碲锌镉晶片的绿色环保化学机械抛光方法，属于半导体超精密加工技术领域。先对碲锌镉晶片进行研磨加工，研磨液为去离子水，然后是化学机械抛光，采用棒状介孔陶瓷磨料，去离子水，氧化剂，分散剂和pH调节剂配置抛光液。采用本发明方法抛光后CZT表面粗糙度检测的范围是5×5μm²，Ra值达到了0.26‑0.34nm。本发明实现了CZT的的超光滑低损伤化学机械抛光。而且磨粒的弹性模量测量结果表明，磨粒的弹性模量对碲锌镉晶片的抛光结果有影响。

技术领域

本发明属于半导体的超精密加工技术领域，涉及一种碲锌镉晶片的绿色环保化学机械抛光方法。

背景技术

碲锌镉，化学式为Cd_1-xZn_xTe(简写CZT)，是由碲化镉和碲化锌固溶而成的一种Ⅱ-Ⅵ族三元化合物半导体，具有原子序数大、光电效应强、探测射线能量灵敏度和分辨率高、禁带宽度大、电阻率高、高电压下漏电流低、热稳定性好等诸多的优异物理化学性质，是目前制作室温X射线和γ射线探测器最理想的半导体材料，在航空、航天、武器装备、核科学和技术、天文观测、医学诊断、安全检测等高能物理领域应用十分广泛。此外，CZT的晶格常数可以通过改变Zn的添加组分(x)加以调制，实现在晶格上与任意组分的碲镉汞(HgCdTe)材料完全匹配，因此CZT还被广泛应用于红外探测器材料HgCdTe外延生长的衬底材料。

然而CZT的莫氏硬度和断裂韧性分别是1.21GPa⁸和0.158MPa.m^0.5，是一种典型的难加工软脆材料，采用传统的机械加工手段往往容易产生硬质磨粒嵌入、深划痕、大凹坑等损伤，表面粗糙度值(Ra)很难达到0.5nm以下，无法实现超精密表面加工。而普遍使用的化学刻蚀方法常采用溴化物、强酸、强碱、强氧化物等对操作者、操作环境危险有害的化学试剂，不符合现代绿色环保加工的发展理念。而且，目前关于CZT的化学机械抛光加工普遍采用传统球状实心陶瓷磨粒，如氧化硅，氧化铈，氧化铝等，由于实心陶瓷磨粒弹性模量小和球状磨粒实际接触面积小的原因，磨粒在抛光面和抛光垫的挤压下，弹性变形小，受力面积小，导致抛光后的表面产生较深的划痕和较大的凹坑，表面粗糙度很难达到亚纳米级，会直接影响探测器对高能射线的灵敏度和分辨率，并且会复刻至以其为基底生长的HgCdTe材料上，进而降低HgCdTe对红外射线的探测性能。因此，使用新型的陶瓷磨粒实现CZT的绿色环保化学机械抛光尤为重要。采用新型棒状介孔陶瓷磨粒和绿色环保的化学试剂对CZT进行化学机械抛光，不仅可以保护环境，避免对操作者身体的伤害，而且可以减少表面缺陷和损伤，获得表面粗糙度值为0.26-0.34nm的超光滑表面。而且经AFM原子力显微镜对磨粒进行接触式压缩，所测得的不同长径比磨粒的弹性模量分布表明磨粒的机械性能会影响CZT晶片的抛光效果。

发明内容

本发明提供一种CZT晶片的绿色环保化学机械抛光方法，该方法采用棒状介孔陶瓷磨粒、去离子水、氧化剂、分散剂和pH调节剂配制抛光液，实现CZT晶片的超光滑超低损伤化学机械抛光。

本发明的技术方案：

一种碲锌镉晶片的绿色环保化学机械抛光方法，具体步骤如下：

步骤一、将碲锌镉晶片(即CZT晶片)间隔均匀粘接固定在铝合金载物盘上，将磨料粒度为#1000-#5000的碳化硅砂纸粘贴固定在铸铁研磨盘上，进行研磨，研磨液为去离子水；研磨时，研磨压力为25-35kPa，研磨盘和载物盘的转速均为45-55rpm，研磨液为去离子水，去离子水的流速是5-15mL/min，研磨时间是45-75s；研磨后，先后用去离子水和清洗乙醇分别冲洗15-20min，并用压缩空气吹干；

步骤二、对碲锌镉晶片进行化学机械抛光，抛光液是由棒状介孔陶瓷磨料、去离子水、氧化剂、分散剂和pH调节剂配置而成；抛光垫为多孔氯丁橡胶抛光垫，抛光压力是15-25kPa，抛光盘和载物盘的转速均为45-55rpm，抛光液的流速是0.15-0.3mL/min，抛光时间是15-25min；