隨著光電子和微電子技術(shù)的快速發(fā)展，化合物半導(dǎo)體材料正在受到越來越多的重視，磷化銦是其中的代表性材料，當(dāng)前磷化銦的研究焦點(diǎn)主要集中在拋光工藝，接下來，小編將為大家介紹磷化銦拋光現(xiàn)狀及新方法。

磁流變拋光裝置原理示意圖（圖源：文獻(xiàn)1）

磷化銦CMP機(jī)理

磷化銦的CMP過程是表面化學(xué)反應(yīng)與磨粒機(jī)械去除作用耦合的結(jié)果，晶片表面經(jīng)化學(xué)反應(yīng)形成易去除的腐蝕層，再利用磨料的機(jī)械作用進(jìn)行去除，通過這樣的復(fù)合作用，不僅提高了材料去除效率，還減少了對(duì)基體材料的損傷。如果機(jī)械去除作用強(qiáng)于化學(xué)反應(yīng)作用，那么磨粒的機(jī)械作用會(huì)在去除腐蝕層外，對(duì)基體材料進(jìn)行去除，此時(shí)就容易造成表面的機(jī)械損傷，影響工件的加工質(zhì)量。反之，如果化學(xué)反應(yīng)過強(qiáng)，那么腐蝕層就不能及時(shí)的被去除，會(huì)影響表面材料后續(xù)的腐蝕，從而影響加工效率。因此，磷化銦CMP應(yīng)控制拋光過程中化學(xué)反應(yīng)與機(jī)械作用的協(xié)同作用，使兩者達(dá)到平衡。

CMP拋光裝置（圖源：文獻(xiàn)1）

磷化銦作為光電器件和IC電路制造中非常關(guān)鍵的襯底材料，其莫氏硬度僅為3，質(zhì)地較為軟脆，一般拋光所使用的磨料硬度基本上都比磷化銦大，在加工過程中晶片表面極容易因磨料過硬而出現(xiàn)劃痕和破碎等問題。磷化銦相較硅、藍(lán)寶石等單晶更加難加工出具有高質(zhì)量的單晶基片。其次，磷化銦在拋光過程中極易與拋光液中的某些化學(xué)成分（如氧化劑）發(fā)生反應(yīng)，導(dǎo)致表面質(zhì)量下降。尤其是在拋光液pH值較低的情況下，反應(yīng)會(huì)過于劇烈而使晶片表面出現(xiàn)“閃光現(xiàn)象”，影響到后續(xù)的器件使用。因此，需要選擇化學(xué)穩(wěn)定性好的拋光液，并嚴(yán)格控制拋光液的pH值、溫度等參數(shù)，以確保拋光過程的穩(wěn)定性和可控性。磷化銦晶圓對(duì)表面平整度和粗糙度有極高的要求，通常要求表面粗糙度小于0.5nm，因?yàn)榱谆煹谋砻娲植诙葧?huì)直接影響其光電性能，表面粗糙度低有助于提高載流子的遷移率、減少散射，從而提高器件的效率和性能。為了達(dá)到這一要求，需要采用高精度的拋光設(shè)備和工藝，并進(jìn)行多次拋光和清洗處理。但目前磷化銦單晶片的拋光和清洗工藝技術(shù)尚處于保密階段，這使得相關(guān)技術(shù)的獲取和應(yīng)用受到一定限制，使得其CMP拋光的發(fā)展存在一定的困難。

2寸磷化銦晶圓CMP后的表面形貌（圖源：文獻(xiàn)5）

磷化銦集群磁流變拋光機(jī)理

為了能夠減少化學(xué)反應(yīng)對(duì)磷化銦的影響以及后續(xù)清洗工序，磷化銦集群磁流變拋光工藝開始被廣泛關(guān)注。磁流變拋光是由Kordonsky等人提出，可實(shí)現(xiàn)平面、球面及非球曲面光學(xué)元件的高精度拋光。圓柱形磁極一端被固定在磁極偏心套內(nèi)，磁極的另一端置于由非磁性材料做成的拋光盤內(nèi)，磁極偏心套安裝在偏擺盤上，偏擺軸旋轉(zhuǎn)時(shí)帶動(dòng)磁極做偏心旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)磁流變效應(yīng)拋光墊的動(dòng)態(tài)更新和整形。磁流變液一般包含磁性顆粒、添加劑以及基液，其中基液主要包括水基和油基兩類，在沒有外磁場(chǎng)時(shí)，它展現(xiàn)出類似牛頓流體的特性；當(dāng)施加外磁場(chǎng)時(shí)，它會(huì)在毫秒級(jí)時(shí)間內(nèi)發(fā)生劇烈的可逆變化，展現(xiàn)出具有一定粘彈特性的賓漢介質(zhì)。在拋光過程中，磁流變拋光液在輸送泵的作用下被輸送至拋光輪表面，在拋光輪下方的磁極作用下磁化形成粘度較大、剪切應(yīng)力較高的賓漢流體。當(dāng)拋光輪高速旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)磁流變液快速通過工件與拋光輪之間的狹小間隙時(shí)，對(duì)工件表面產(chǎn)生較大的剪切力，進(jìn)而對(duì)工件表面產(chǎn)生材料去除。由于磁流變拋光對(duì)工件的法向壓力很小，可以有效阻止亞表面裂紋的產(chǎn)生和擴(kuò)展，得到低亞表面損傷和表面粗糙度、高精度的加工表面。為了提高加工軌跡密集程度，改善表面質(zhì)量，工件可以沿拋光盤切向方向做偏擺運(yùn)動(dòng)。

磁流變液微觀結(jié)構(gòu)模擬（圖源：文獻(xiàn)1）

目前，集群磁流變拋光已經(jīng)成功應(yīng)用于光學(xué)玻璃的自由曲面高精度拋光，能夠得到表面粗糙度0.5nm以下的加工精度。相信通過進(jìn)一步的研究，可以克服磷化銦材料去除過程中對(duì)化學(xué)作用的依賴，減少加工過程中磷化銦副產(chǎn)物的污染等問題，使磷化銦能夠在光電集成電路領(lǐng)域有更好的發(fā)展和應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

1、孫世孔.磷化銦集群磁流變拋光機(jī)理研究[D].廣東工業(yè)大學(xué).

2、路家斌,孫世孔,閻秋生,等.磨料特性對(duì)InP晶片集群磁流變拋光效果的影響[J].半導(dǎo)體技術(shù).

3、孫世孔,路家斌,閻秋生.磷化銦的動(dòng)態(tài)磁場(chǎng)集群磁流變拋光工藝實(shí)驗(yàn)[J].潤(rùn)滑與密封.

4、孫世孔,路家斌,閻秋生.磷化銦的化學(xué)機(jī)械拋光技術(shù)研究進(jìn)展[J].半導(dǎo)體技術(shù).

5、成明,趙東旭,王云鵬,等.8寸CMP設(shè)備對(duì)小尺寸鍍銅InP晶圓的工藝開發(fā)[J].光學(xué)精密工程.

粉體圈 Alice