专利名称：半导体锑化铟化学机械抛光液的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种抛光液，更具体的说，是涉及一种适用于锑化铟材料的高浓度、小粒径、高活性的化学机械抛光液。
背景技术：
响应在1～5.5um波段的InSb凝视红外焦平面器件具有灵敏度高(比PtSi)，工艺成熟(相对于MCT)，成本效益好等优点。目前在军用凝视红外领域中占据主导地位。例如在美国弹道导弹防御系统和若干关键性常规战术武器系统中。InSb焦平面器件大量用于制导和热成像装置中。民用方面，医用诊断、消防、救援、工业监视、森林保护等领域广泛使用InSb热成像技术。在空对空成像制导应用中，64×64元InSb凝视红外焦平面列阵被优先考虑。红外焦平面列阵器件是兼具有红外辐射探测和信号读出及处理能力的新一代红外成像传感器。凝视型的焦平面列阵可使现代红外光电系统在温度灵敏度、空间分辨率和时间分辨率方面同时实现优异的性能，又使系统更加轻便、可靠。因此InSb半导体材料要求表面无划伤，粗糙度小于3A。过多的划伤、过大的粗糙度将影响器件的灵敏度。
目前国内外主要采用以三氧化二铝、氧化铈等为磨料的抛光液，上述抛光液主要存在下述问题以三氧化二铝、氧化铈等为磨料的抛光液硬度高，分散度大，抛光液抛光后，锑化铟抛光表面损伤层深，划伤严重，极大影响器件性能。抛光后表面粗糙度太高，难以达到要求。而且，抛光速率慢。
另外现有的抛光液采用氢氧化钠(NaOH)、氢氧化钾(KOH)等的强碱，但由于碱金属离子在抛光过程中进入衬底中，容易引起器件局部穿通，漏电流增大等效应，使芯片的可靠性降低。而且，在以硅溶胶为磨料的抛光液中，强电解质金属离子会使硅溶胶凝胶，使抛光液报废。InSb抛光液常用的氧化剂有次氯酸钠。次氯酸钠会引入钠离子，形成离子沾污，影响器件性能，这对应用于生产是非常不利的，并且会造成严重的环境污染。
另外，现有的螯合剂大多采用EDTA、EDPA以及乙二胺四乙酸等难溶于水的螯合剂，它们的螯合环少，不溶于水，只有乙二胺四乙酸二钠盐才能溶于水，但增加了抛光液中金属离子的含量。
发明内容
本发明是为了克服现有技术中的不足之处，提供一种以有机碱替代无机碱，并采用纳米级二氧化硅为磨料，通过添加螯合剂、活性剂降低产品表面粗糙度，减少划伤，提高平整度、粒径分散度小的锑化铟化学机械抛光液。
本发明通过下述技术方案实现按体积百分比由下述组分组成sio2浓度为30-50％的硅溶胶50-98％，胺碱0.1-1.5％，螯合剂0.1-0.5％，表面活性剂0.5-2％，氧化剂0.5-2％，余量的去离子水。
所述硅溶胶中二氧化硅的粒径为10-50nm，分散度在±5％之间。
所述的有机碱是多羟多胺类有机碱，选择加入四甲氢氧化铵、羟乙基乙二胺、三乙醇胺、六羟乙基乙二胺、四羟乙基乙二胺等等之一。
所述的氧化剂是碱性介质下可溶的过氧化物，选择加入过氧化氢、过氧焦磷酸之一。
所述的表面活性剂是非离子界面活性剂，有O系列，Os系列，Oπ系列，JFC型；选择加入O-20、Os-15、Oπ-7、Oπ-10、JFC之一或其中几种的混合物。
所述螯合剂为具有13个螯合环、可溶于水、不含金属离子的FA/O螯合剂。
抛光剂的pH值为9-12，本发明具有下述技术效果1.本发明以纳米级二氧化硅为磨料，其硬度较小，分布均匀，可以解决InSb磨料的划伤性问题；且流动性好、无沉淀、抛光后产物粘度小，后续清洗简单；且二氧化硅磨料无毒、无污染，是理想的磨料。有效的解决了划伤及后清洗困难的问题，提高了产品的成品率。
2.本发明采用一种具有13个以上的螯合环、易溶于水、不含金属离子的FA/O螯合剂，代替EDTA、EDPA等含有金属离子的螯合剂以及乙二胺四乙酸等难溶于水的螯合剂，有效的解决了螯合剂引入的金属离子。
3.有机碱在抛光液中作为pH值调节剂，由于其不含金属离子，由它取代一般碱性抛光液常用的强碱如氢氧化钠(NaOH)、氢氧化钾(KOH)，可以避免碱金属离子在抛光过程中进入衬底中，引起器件局部穿通，漏电流增大等效应，从而提高芯片的可靠性。而且，可以防止金属离子使硅溶胶产生凝胶，提高硅溶胶的稳定性。有机碱还可以作为PH值缓冲剂，即当抛光液局部PH值发生变化时，可以迅速释放本身的羟基，使抛光液保持稳定的PH值，提高浆料的稳定性。另外，有机碱可以和金属离子形成环状结构，起到螯合剂的作用。
4.氧化剂在抛光过程中可以将InSb表面氧化成较软的氧化层，这样，在磨料的磨除作用下，能较容易的剥离下来，这样可以提高抛光速率。降低粗糙度。本发明所用的氧化剂为碱性介质下可溶的过氧化物，如过氧化氢、过氧酵磷酸等，它不含金属离子，不会引起金属离子沾污；而且反应产物无污染，易于清洗。
5.表面活性剂在InSb抛光中起着非常重要的作用。它影响着抛光液的分散性、颗粒吸附后清洗难易程度以及金属离子沾污等问题。本发明选择的活性剂，不仅可以提高质量传递速率，以降低InSb的表面粗糙度；而且能减小损伤层厚度，减少划伤，还可以优先吸附，形成长期易清洗的物理吸附表面，以改善表面状态。
6.本发明的配方中所选用的有机碱、表面活性剂、氧化剂以及螯合剂中均不含有金属离子，大大降低了抛光液中金属离子的含量，提高了产品的质量和可靠性。而且，后清洗简单，降低了后清洗中的费用。
7.本发明的抛光液中磨料的浓度大，可以对大粒子杂质起到很好的阻挡作用，能够减少划伤，从而提高了平整度，降低了产品表面粗糙度。
具体实施例方式
以下结合具体实施例对本发明详细说明。
本发明中胺碱是多羟多胺类有机碱，如四甲氢氧化铵、羟乙基乙二胺、三乙醇胺、六羟乙基乙二胺、四羟乙基乙二胺等。氧化剂为碱性介质下可溶的过氧化物，如过氧化氢、过氧酵磷酸。
本发明中，虽然有机碱具有一定的螯合作用，但是为了更为彻底地去除抛光过程中的金属离子，我们选用了1999年获国家发明奖的由河北工业大学微电子材料与技术研究所刘玉岭教授发明FA/O螯合剂，它不含钠离子且具有十三个以上螯合环，对几十种金属离子具有很强的螯合作用，能够有效去除抛光中的金属离子，且易溶于水。
实施例1配制5000ml的InSb抛光液。
加有机碱羟乙基乙二胺75ml，活性剂O-20 40ml，螯合剂FA/O5ml，氧化剂过氧化氢100ml。粒径为10nm、sio2浓度为30％的硅溶胶4780ml。
首先将硅溶胶搅拌均匀；然后在连续搅拌的情况下加入上述量值的羟乙基乙二胺，O-20活性剂，FA/O螯合剂，最后加入过氧化氢，搅拌均匀即得InSb抛光液。
抛光液pH值为12。
抛光后观测表面无划伤，粗糙度为0.5nm。
实施例2配制5000ml的InSb抛光液。
加有机碱羟乙基乙二胺75ml，活性剂O-20 40ml，螯合剂FA/O5ml，氧化剂过氧化氢100ml。粒径为50nm、sio2浓度为30％的硅溶胶2780ml，去离子水2000ml。
首先将硅溶胶搅拌均匀；然后在连续搅拌的情况下加入上述量值的羟乙基乙二胺，O-20活性剂，FA/O螯合剂，最后加入过氧化氢，搅拌均匀即得InSb抛光液。
抛光液pH值为11.5。
抛光后观测表面无划伤，粗糙度为0.7nm。
实施例3配制5000ml的InSb抛光液。
加有机碱羟乙基乙二胺75ml，活性剂O-20 40ml，螯合剂FA/O25ml，氧化剂过氧化氢100ml。粒径为30nm、sio2浓度为30％的硅溶胶3780ml，去离子水975ml。
首先将硅溶胶搅拌均匀；然后在连续搅拌的情况下加入上述量值的羟乙基乙二胺，O-20活性剂，FA/O螯合剂，最后加入过氧化氢，搅拌均匀即得InSb抛光液。
抛光液pH值为11.7。
抛光后观测表面无划伤，粗糙度为0.6nm。
实施例4配制5000ml的InSb抛光液。
加有机碱四甲氢氧化铵50ml，活性剂Oπ-730ml，螯合剂FA/O10ml，氧化剂过氧化氢80ml。粒径为10nm、sio2浓度为50％的硅溶胶4830ml。
首先将硅溶胶搅拌均匀；然后在连续搅拌的情况下加入上述量值的四甲氢氧化铵，Oπ-7活性剂，FA/O螯合剂，最后加入过氧化氢，搅拌均匀即得InSb抛光液。
抛光液pH值为11。
抛光后观测表面无划伤，粗糙度为1nm。
实施例5配制5000ml的InSb抛光液。
加有机碱三乙醇胺25ml，活性剂Os-15 50ml，螯合剂FA/O 10ml，氧化剂过氧酵磷酸50ml。粒径为20nm、sio2浓度为40％的硅溶胶2865ml，去离子水2000ml。
首先将硅溶胶搅拌均匀；然后在连续搅拌的情况下加入上述量值的三乙醇胺，Os-15活性剂，FA/O螯合剂，最后加入过氧酵磷酸，搅拌均匀即得InSb抛光液。
抛光液pH值为10。
抛光后观测表面无划伤，粗糙度为1nm。
实施例6配制5000ml的InSb抛光液。
加有机碱六羟乙基乙二胺20ml，活性剂Oπ-10 70ml，螯合剂FA/O 10ml，氧化剂过氧酵磷酸40ml。粒径为40nm、sio2浓度为40％的硅溶胶3860ml，去离子水1000ml。
首先将硅溶胶搅拌均匀；然后在连续搅拌的情况下加入上述量值的六羟乙基乙二胺，Oπ-10活性剂，FA/O螯合剂，最后加入过氧酵磷酸，搅拌均匀即得InSb抛光液。
抛光液pH值为10。
抛光后观测表面无划伤，粗糙度为0.5nm。
实施例7配制5000ml的InSb抛光液。
加有机碱四羟乙基乙二胺5ml，活性剂JFC 100ml，螯合剂FA/O10ml，氧化剂过氧化氢25ml。粒径为50nm、sio2浓度为40％的硅溶胶4860ml。
首先将硅溶胶搅拌均匀；然后在连续搅拌的情况下加入上述量值的四羟乙基乙二胺，FA/O I活性剂，FA/O螯合剂，最后加入过氧化氢，搅拌均匀即得InSb抛光液。
抛光液pH值为9。
抛光后观测表面无划伤，粗糙度为0.3nm。
尽管参照实施例对所公开的涉及一种半导体锑化铟化学机械抛光液进行了特别描述，以上描述的实施例是说明性的而不是限制性的，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，所有的变化和修改都在本发明的范围之内。
权利要求
1.一种半导体锑化铟化学机械抛光液，其特征在于按体积百分比由下述组分组成sio2浓度为30-50％的硅溶胶50-98％，胺碱0.1-1.5％，螯合剂0.1-0.5％，表面活性剂0.5-2％，氧化剂0.5-2％，余量的去离子水。
2.根据权利要求1所述的半导体锑化铟化学机械抛光液，其特征在于所述胺碱是多羟多胺类有机碱。
3.根据权利要求1所述的半导体锑化铟化学机械抛光液，其特征在于所述氧化剂为碱性介质下可溶的过氧化物。
4.根据权利要求1所述的半导体锑化铟化学机械抛光液，其特征在于所述的活性剂为O系列、Os系列、Oπ系列、JFC型中的任一种。
5.根据权利要求1所述的半导体锑化铟化学机械抛光液，其特征在于所述螯合剂为FA/O。
6.根据权利要求1所述的半导体锑化铟化学机械抛光液，其特征在于抛光剂的pH值为9-12，磨料二氧化硅的粒径为20-50nm。
全文摘要
本发明公开了一种半导体锑化铟化学机械抛光液，旨在提供一种以有机碱替代无机碱，通过添加螯合剂、活性剂降低产品表面粗糙度，减少划伤，提高平整度的锑化铟化学机械抛光液。按体积百分比由下述组分组成SiO
文档编号C09G1/14GK1858136SQ200610014029
公开日2006年11月8日 申请日期2006年6月2日 优先权日2006年6月2日
发明者刘玉岭, 刘承霖 申请人:河北工业大学