一种利用氟基等离子体预处理氧化镓的化学机械抛光法

本发明属于半导体尤其是氧化镓的抛光工艺，特别涉及一种利用氟基等离子体预处理氧化镓的化学机械抛光法。

背景技术：

1、现有的氧化镓抛光方法是化学机械抛光法，具体是将氧化镓固定在晶圆载体上，之后在研磨时添加研磨液，被抛光的晶体和抛光垫做相对运动，凭借研磨液和研磨料在纯机械研磨时发生的化学反应和物理作用，使得氧化镓的晶体表面粗糙度下降、缺陷数量降低、表面平坦化。

2、具体地，现有化学机械抛光工艺的缺陷主要为：

3、1、化学机械抛光法，在抛光时的酸性或碱性环境导致氧化镓的缺陷被腐蚀扩大，形成腐蚀坑，使得氧化镓表面粗糙度增大。

4、2、由于镓-氧键(ga-o)对机械应力敏感，氧化镓在直接受到机械应力后，易发生解理。

5、为提高氧化镓抛光良率，现有技术的方向一般包括改变抛光液的ph值、成分、比例以及ar+预处理。例如cn115386301a、cn105038606a以及cn105153943a等，均是从改进抛光液的角度出发，对于化学机械抛光工艺自身的改进尚未见报道。

技术实现思路

1、为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种利用氟基等离子体预处理氧化镓的化学机械抛光法，以期解决易发生解理以及氧化镓表面不够平坦的问题之一或全部。

2、为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

3、一种利用氟基等离子体预处理氧化镓的化学机械抛光法，包括如下步骤：

4、步骤1，采用常压的氟基等离子体对氧化镓表面进行预处理，形成氟化镓保护层；

5、步骤2，对带有氟化镓保护层的氧化镓表面进行化学机械抛光。

6、在一个实施例中，所述步骤1，利用交流电源通过电极向气体提供能量以产生氟基等离子体，所述气体中，以cf4作为反应气体，以惰性气体作为运输气体。

7、在一个实施例中，所述气体的流速比例为(0.8-1.2slm)/(20-30sccm)。

8、在一个实施例中，所述电极与待处理氧化镓表面的距离d＝1.4-1.8mm。

9、在一个实施例中，所述交流电源为射频电源，输出功率p＝15-30w，频率f＝12-14mhz。

10、在一个实施例中，所述预处理的时间t1＝20-35min。

11、在一个实施例中，所述步骤2，对带有氟化镓保护层的氧化镓表面进行时间可控的化学机械抛光，方法如下：

12、步骤2.1，设定抛光时间t2，对带有氟化镓保护层的氧化镓表面进行化学机械抛光；

13、步骤2.2，在化学机械抛光结束后，利用角分辨率x射线光电子能谱判断氧化镓表面成分，若依然为镓-氟键，则设置抛光时间增量δt，并继续化学机械抛光；

14、步骤2.3，重复步骤2.2，直至氧化镓表面成分为镓-氧键，结束化学机械抛光。

15、在一个实施例中，所述抛光时间t2＝5-10min，抛光时间增量δt＝1min。

16、在一个实施例中，所述化学机械抛光的抛光液由如下重量百分比的组分组成：2-4％的超细固体粒子研磨剂、0.02-0.06％的氧化剂、2-6％的ph值调节剂、1.5-2％的分散剂、0.1-0.4％的表面活性剂、0.04-0.06％的络合剂、0.05-2％的消泡剂和余量的去离子水。

17、在一个实施例中，所述超细固体粒子研磨剂为二氧化硅、金刚石、氧化铝、氧化钛、氧化铈中的一种或多种；所述氧化剂为质量浓度为25％的高锰酸钾；所述ph值调节剂提供化学反所需的酸碱条件，本发明氧化镓抛光采用碱性抛光液；所述分散剂为三乙基己基磷酸、十二烷基硫酸钠、甲基戊醇、聚丙烯酰胺中的一种或多种；所述表面活性剂为阴离子表面活性剂、阳离子表面活性剂或非离子表面活性剂，所述阴离子表面活性剂为硬脂酸或十二烷基苯磺酸钠，所述阳离子表面活性剂为季铵化物，所述非离子表面活性剂为烷基葡糖苷或脂肪酸甘油酯；所述络合剂为醇胺类络合剂；所述除泡剂为聚二甲基硅氧烷、磷酸三丁酯、二甲基硅油、环氧乙烷、环氧丙烷中的一种或几种。

18、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

19、1.由于gaf3保护层的存在，化学机械抛光并没有直接抛光氧化镓，避免了氧化镓表面产生腐蚀坑，增大粗糙度。

20、2.通过化学反应生成的蓬松gaf3保护层，防止了镓-氧键直接受到机械应力，避免了氧化镓发生解理。

技术特征：

1.一种利用氟基等离子体预处理氧化镓的化学机械抛光法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的利用氟基等离子体预处理氧化镓的化学机械抛光法，其特征在于，所述步骤1，利用交流电源(1)通过电极(3)向气体(2)提供能量以产生氟基等离子体(5)，所述气体(2)中，以cf4作为反应气体，以惰性气体作为运输气体。

3.根据权利要求2所述的利用氟基等离子体预处理氧化镓的化学机械抛光法，其特征在于，所述气体(2)的流速比例为(0.8-1.2slm)/(20-30sccm)。

4.根据权利要求2所述的利用氟基等离子体预处理氧化镓的化学机械抛光法，其特征在于，所述电极(3)与待处理氧化镓(6)表面的距离d＝1.4-1.8mm。

5.根据权利要求2所述的利用氟基等离子体预处理氧化镓的化学机械抛光法，其特征在于，所述交流电源(1)为射频电源，输出功率p＝15-30w，频率f＝12-14mhz。

6.根据权利要求5所述的利用氟基等离子体预处理氧化镓的化学机械抛光法，其特征在于，所述预处理的时间t1＝20-35min。

7.根据权利要求1至6任一权利要求所述的利用氟基等离子体预处理氧化镓的化学机械抛光法，其特征在于，所述步骤2，对带有氟化镓保护层的氧化镓表面进行时间可控的化学机械抛光，方法如下：

8.根据权利要求7所述的利用氟基等离子体预处理氧化镓的化学机械抛光法，其特征在于，所述抛光时间t2＝5-10min，抛光时间增量δt＝1min。

9.根据权利要求7所述的利用氟基等离子体预处理氧化镓的化学机械抛光法，其特征在于，所述化学机械抛光的抛光液由如下重量百分比的组分组成：2-4％的超细固体粒子研磨剂、0.02-0.06％的氧化剂、2-6％的ph值调节剂、1.5-2％的分散剂、0.1-0.4％的表面活性剂、0.04-0.06％的络合剂、0.05-2％的消泡剂和余量的去离子水。

10.根据权利要求7所述的利用氟基等离子体预处理氧化镓的化学机械抛光法，其特征在于，所述超细固体粒子研磨剂为二氧化硅、金刚石、氧化铝、氧化钛、氧化铈中的一种或多种；所述氧化剂为质量浓度为25％的高锰酸钾；所述ph值调节剂提供化学反应所需的酸碱条件；所述分散剂为三乙基己基磷酸、十二烷基硫酸钠、甲基戊醇、聚丙烯酰胺中的一种或多种；所述表面活性剂为阴离子表面活性剂、阳离子表面活性剂或非离子表面活性剂，所述阴离子表面活性剂为硬脂酸或十二烷基苯磺酸钠，所述阳离子表面活性剂为季铵化物，所述非离子表面活性剂为烷基葡糖苷或脂肪酸甘油酯；所述络合剂为醇胺类络合剂；所述除泡剂为聚二甲基硅氧烷、磷酸三丁酯、二甲基硅油、环氧乙烷、环氧丙烷中的一种或几种。

技术总结
一种利用氟基等离子体预处理氧化镓的化学机械抛光法，采用常压的氟基等离子体对氧化镓表面进行预处理，形成氟化镓保护层；对带有氟化镓保护层的氧化镓表面进行时间可控的化学机械抛光；与现有技术相比，本发明可避免氧化镓表面产生腐蚀坑，增大粗糙度，同时防止镓‑氧键直接受到机械应力，避免了氧化镓发生解理。

技术研发人员：李伯昌,刘艳,张嘉豪,杨学峰,韩根全,郝跃
受保护的技术使用者：西安电子科技大学杭州研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13