[實用新型]一種液相外延襯底化學(xué)拋光系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201320360968.6
• 申請日: 2013-06-21
• 公開（公告）號: CN203380705U
• 公開（公告）日: 2014-01-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張娟;魏彥鋒;孫權(quán)志;孫瑞赟;陳倩男
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所
• 主分類號: B24B1/00
• 分類號: B24B1/00
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司 31213
• 代理人: 郭英

技術(shù)領(lǐng)域

本專利涉及一種半導(dǎo)體晶體拋光設(shè)備，具體涉及一種液相外延襯底的化學(xué)拋光系統(tǒng)。

背景技術(shù)

碲鎘汞是一種非常重要的半導(dǎo)體材料，它的能帶間隙可以通過調(diào)節(jié)鎘元素組分而連續(xù)變化，從而覆蓋整個紅外波段，這一特性使其成為制造紅外探測器的首選材料。目前該材料生長的方法一般有液相外延（LPE）、分子束外延（MBE）、金屬有機化學(xué)氣相外延（MOCVD）等。和后兩種方法相比，液相外延生長方法具有設(shè)備簡單，成本低，生長周期短等優(yōu)點，因此該方法長期廣泛地應(yīng)用在碲鎘汞薄膜材料的生長工藝中。在碲鎘汞水平液相外延工藝中，為了生長出高質(zhì)量的外延材料，常選用和碲鎘汞晶格參數(shù)非常接近的碲鋅鎘材料作為外延襯底。外延襯底在使用之前必需進(jìn)行清洗和拋光，其中拋光工藝又分為機械拋光和化學(xué)拋光。機械拋光，是對材料表面進(jìn)行物理類研磨，最終達(dá)到表面平滑、有光澤等效果，但此工藝拋光后表面存有一定的損傷層，此時需要通過化學(xué)拋光工藝進(jìn)行去除。

目前一般采用的化學(xué)拋光工藝是使用粘蠟技術(shù)將外延襯底粘在玻璃盤上進(jìn)行拋光處理。該工藝步驟大體如下：首先將玻璃盤放在加熱爐上進(jìn)行加熱，然后在玻璃盤中央放入外延襯底和固體蠟片，待融化的蠟從襯底四周滲入后，將襯底與玻璃盤一起從加熱爐上水平取出，調(diào)整襯底在玻璃盤中的位置，最后等待蠟的凝固。在粘蠟的工藝過程中往往會有部分蠟存留在襯底表面，此時該襯底在進(jìn)行化學(xué)拋光時由于受到蠟層的保護(hù)作用，直接拋光效果極差，通常待蠟?zāi)毯罄玫镀瑢⒁r底周圍的蠟去除，使用三氯乙烯和酒精去除襯底表面的蠟。該粘蠟工藝在實際操作中存有以下不可避免的問題：拋光后襯底表面平整度不夠好，這將造成碲鎘汞薄膜外延層厚度不均勻；在拋光后取襯底時，仍需通過加熱融化蠟后取出襯底，而在此過程中易發(fā)生襯底碎裂的現(xiàn)象；且取出的襯底表面易附著較多的蠟，此時需要使用三氯乙烯、酒精等化學(xué)藥品進(jìn)行清洗處理，這增加了工藝的繁瑣性。

在化學(xué)拋光工藝中除了考慮需要解決粘蠟引起的系列問題外，對于拋光過程中液相外延襯底厚度的精確控制也是目前急需解決的關(guān)鍵問題之一。水平液相外延方法生長的原理如下：使用低熔點的金屬作為溶劑,待生長材料和摻雜材料作為溶質(zhì),當(dāng)溶質(zhì)在溶劑中呈飽和或過飽和狀態(tài)時，通過逐步降溫冷卻方法使石墨舟中的溶質(zhì)從溶劑中析出,在襯底上定向生長一層與單晶襯底晶體結(jié)構(gòu)相似的晶體,使晶體結(jié)構(gòu)得以延續(xù),實現(xiàn)晶體的外延生長。外延生長結(jié)束后，母液將隨滑塊推走，而在此過程中若襯底厚度太厚會使得外延層表面出現(xiàn)劃痕；若襯底太薄，部分母液則會存留在襯底表面形成粘液，這將使有效的外延層面積大幅度減小，因此在水平液相外延工藝中對襯底厚度這一關(guān)鍵參數(shù)的要求是非常嚴(yán)格的。目前襯底的厚度控制是通過調(diào)整拋光液的濃度以及流速等系列中間參數(shù)間接估測而得，這一估測在很多時候嚴(yán)重偏離襯底厚度真實值。尤其是在長時間拋光過程中，這些參數(shù)將會隨著時間增加而緩慢變化，拋光用時越長，對襯底厚度的估算所得與既定目標(biāo)值之間的差異也就越明顯，這將影響碲鎘汞外延材料的生長質(zhì)量。

發(fā)明內(nèi)容

針對目前化學(xué)拋光工藝過程中粘蠟工序所帶來系列問題：襯底表面平整度差、取片易碎、繁瑣的化學(xué)藥品清洗步驟，本專利提出一種利用真空吸附工藝代替?zhèn)鹘y(tǒng)粘蠟工藝，同時增加警鈴提醒裝置的液相外延襯底化學(xué)拋光系統(tǒng)。該改進(jìn)的系統(tǒng)能夠解決傳統(tǒng)粘蠟工序所引發(fā)的上述問題，并且能精確控制化學(xué)拋光后的外延襯底厚度，同時消除了多步化學(xué)清洗工藝過程，提高了效率，簡化了工藝流程。

本專利與現(xiàn)有拋光系統(tǒng)區(qū)別在于：本專利采用襯底真空吸附系統(tǒng)和襯底厚度達(dá)到預(yù)設(shè)值時會自動提示的警鈴提醒裝置。

所述的襯底真空吸附系統(tǒng)包括可調(diào)節(jié)真空度大小的機械泵1和通過真空橡膠管2連接的樣品盤4，所述的樣品盤4的內(nèi)部是一空心腔體，腔體的開口處與橡膠管2通過螺紋接口3相連，與腔體開口相反的一面是一凹槽，凹槽的底部布滿了與腔體相通的小細(xì)孔，外延襯底通過真空作用吸附在樣品盤4的這一面上；

所述的警鈴提醒裝置由導(dǎo)線依次串聯(lián)連接固定在拋光臺11上的銅環(huán)6、直流電源10和報警器8、及固定在樣品盤4上的銅片7所構(gòu)成，當(dāng)銅片7和銅環(huán)6相互接觸時，警鈴提醒裝置就會形成完整的閉合串聯(lián)電路發(fā)出提示音；在拋光過程中，當(dāng)襯底9的厚度和樣品盤4凹槽的深度相等時，銅片7和銅環(huán)6相互接觸，報警器8提示拋光工序結(jié)束。

本專利的優(yōu)點在于拋光后的襯底表面平整度高，工藝流程少，工作效率高，同時精確控制襯底的厚度，對生長出高質(zhì)量的碲鎘汞材料提供了有利的基礎(chǔ)條件。

附圖說明