CN119601458A - 一种大尺寸碲锌镉衬底表面加工方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种大尺寸碲锌镉衬底表面加工方法，包括：获取切割完成的碲锌镉晶片，对碲锌镉晶片第一面进行抛光处理，直至去除第一面表面的切割起伏，得到第一晶片；对碲锌镉晶片第二面进行减薄处理，再对碲锌镉晶片第二面进行机械抛光，得到第二晶片；将第二晶片从减薄载片上取下，进行X射线衍射样貌测试，得到第二晶片对应的X射线衍射形貌图，选取X射线衍射形貌图上衬度均匀的区域，并在第二晶片对应位置进行标记；根据第二晶片对应位置的标记，将第二晶片划切为规则形状的碲锌镉衬底；将碲锌镉衬底置于抛光载片上进行衬底抛光处理，对抛光完成后的碲锌镉衬底进行涂胶保护，从抛光载片上取下后，对碲锌镉衬底进行清洗，得到加工完成的碲锌镉衬底。

Description

一种大尺寸碲锌镉衬底表面加工方法

技术领域

本申请涉及半导体材料加工技术领域，尤其涉及一种大尺寸碲锌镉衬底表面加工方法。

背景技术

碲锌镉单晶材料是制备高性能碲镉汞红外焦平面探测器的最佳衬底材料。大尺寸碲锌镉衬底不但是高分辨率、大面阵碲镉汞红外探测器发展需求，也是提升碲镉汞外延和器件前道流片的效率最有效手段之一。通过提高大尺寸碲锌镉衬底加工技术水平，可以支撑更大批量的二代、三代碲镉汞红外探测器的研制生产。

一般碲锌镉晶片的加工是经过倒角、研磨、抛光、清洗等步骤。随着碲锌镉晶体直径的增加，切片后的晶片尺寸面积达到50mm×50mm以上时，为了得到较好的面型及表面状态，为后续抛光打下基础，需要通过研磨工艺将衬底表面起伏及损伤层去除。但是无论在研磨前倒角工艺或者研磨工艺，大尺寸碲锌镉晶片的碎片风险均较大，使得大尺寸晶片的成品率较低，造成材料的浪费。此外，晶片加工后的表面平整度也难以控制，进而影响后续外延工艺和器件互连工艺。

有鉴于此，如何提供一种高效、碎片率低、平整度较好的大尺寸碲锌镉衬底表面加工方法，避免切割过程中对切割晶体产生损伤或裂纹，减小衬底损失，成为当前亟需解决的技术问题。

发明内容

本申请实施例提供一种大尺寸碲锌镉衬底表面加工方法，用于解决当前切割过程中对切割晶体产生损伤或裂纹，造成衬底损失的问题。

在本申请实施例的第一方面，提供一种大尺寸碲锌镉衬底表面加工方法，包括：

获取切割完成的碲锌镉晶片，以第一面向上，将所述碲锌镉晶片置于抛光载片上，对所述第一面进行抛光处理，直至去除所述第一面表面的切割起伏，得到第一晶片；

以第二面向上，将所述第一晶片从抛光载片上取下，置于减薄载片上，对所述第二面进行减薄处理，再对碲锌镉晶片第二面进行机械抛光，得到第二晶片，其中，所述第二晶片的厚度满足预设厚度条件，所述第二晶片的平面度满足预设平面度；

将所述第二晶片从减薄载片上取下，进行X射线衍射样貌测试，得到第二晶片对应的X射线衍射形貌图，选取所述X射线衍射形貌图上衬度均匀的区域，并在所述第二晶片对应位置进行标记；

根据所述第二晶片对应位置的所述标记，将所述第二晶片划切为规则形状的碲锌镉衬底；

将所述碲锌镉衬底置于抛光载片上进行衬底抛光处理，对抛光完成后的所述碲锌镉衬底进行涂胶保护，从抛光载片上取下后，对所述碲锌镉衬底进行清洗，得到加工完成的碲锌镉衬底。

可选的一种实施例中，所述将所述碲锌镉晶片置于抛光载片上，对所述第一面进行抛光处理，直至去除所述第一面表面的切割起伏，得到第一晶片，包括：

将所述碲锌镉晶片使用粘片蜡贴在抛光载片上，使用第一抛光液对所述第一面进行抛光处理，直至去除所述第一面表面的切割起伏，得到第一晶片，其中，所述第一抛光液为粒径范围在第一粒径阈值范围内的金刚石抛光液。

可选的一种实施例中，所述对所述第二面进行减薄处理，再对碲锌镉晶片第二面进行机械抛光，得到第二晶片，包括：

使用砂轮减薄机对所述第二面进行减薄处理，，再使用第一抛光液对碲锌镉晶片第二面进行机械抛光，得到第二晶片，其中，所述第一抛光液为粒径范围在第一粒径阈值范围内的金刚石抛光液。

可选的一种实施例中，所述将所述碲锌镉衬底置于抛光载片上进行衬底抛光处理，包括：

将所述碲锌镉衬底置于抛光载片上，使用第二抛光液进行机械抛光，得到第一碲锌镉衬底，其中，所述第二抛光液为粒径范围在第二粒径阈值范围内的金刚石抛光液；

使用第三抛光液对所述第一碲锌镉衬底进行化学机械抛光，得到第二碲锌镉衬底，其中，所述第三抛光液为粒径范围在第三粒径阈值范围内的二氧化硅溶胶抛光液，且添加氧化剂、分散剂，调节pH值至目标pH阈值范围，抛光压力处于预设抛光压力阈值范围。

可选的一种实施例中，所述从抛光载片上取下后，对所述碲锌镉衬底进行清洗，得到加工完成的碲锌镉衬底，包括：

从抛光载片上取下后，使用石油醚对所述碲锌镉衬底的第一面进行清洗，先后使用石油醚、丙酮和无水乙醇对所述碲锌镉的第二面进行清洗，并用干燥氮气吹干衬底表面，得到加工完成的碲锌镉衬底。

本申请提供了一种大尺寸碲锌镉衬底表面加工方法，包括：首先，获取切割完成的碲锌镉晶片，以第一面向上，将所述碲锌镉晶片置于抛光载片上，对所述第一面进行抛光处理，直至去除所述第一面表面的切割起伏，得到第一晶片；然后，以第二面向上，将所述第一晶片从抛光载片上取下，置于减薄载片上，对所述第二面进行减薄处理，再对碲锌镉晶片第二面进行机械抛光，得到第二晶片，其中，所述第二晶片的厚度满足预设厚度条件，所述第二晶片的平面度满足预设平面度；其次，将所述第二晶片从减薄载片上取下，进行X射线衍射样貌测试，得到第二晶片对应的X射线衍射形貌图，选取所述X射线衍射形貌图上衬度均匀的区域，并在所述第二晶片对应位置进行标记；再其次，根据所述第二晶片对应位置的所述标记，将所述第二晶片划切为规则形状的碲锌镉衬底；最后，将所述碲锌镉衬底置于抛光载片上进行衬底抛光处理，对抛光完成后的所述碲锌镉衬底进行涂胶保护，从抛光载片上取下后，对所述碲锌镉衬底进行清洗，得到加工完成的碲锌镉衬底。

应用本申请实施例提供的大尺寸碲锌镉衬底表面加工方法，具有以下有益效果：(1)适用于大尺寸晶片及衬底加工，加工效率高；(2)适用于不规则形状的晶片加工；(3)加工后衬底在保持原有粗糙度，原有表面质量的情况下，表面平整度较好；(4)加工碎片率低。

通过上述说明仅是本申请技术方案的概述，为了能够更清楚了解本申请的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本申请的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本申请的具体实施方式。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本申请的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1为本申请实施例提供的一种大尺寸碲锌镉衬底表面加工方法的流程示意图；

图2为本申请实施例提供的一种大尺寸碲锌镉衬底表面加工方法的框图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

在碲锌镉晶体高速切割过程中会对切割出的晶片产生损伤或裂纹，后续加工的主要目的就是去除这些损伤和裂纹。但是随着衬底尺寸的增大，大尺寸的碲锌镉衬底的加工耗时长，并且在加工过程中,由于研磨压力增大，大磨粒在大压力下易在晶片表面的部分区域造成裂纹、解理等问题，从而造成衬底损失。

另外，如果只通过较小粒径磨料抛光的方法去除切割损伤，则不仅加工时间很长，还增加了抛光垫的损耗。因为双面抛光的抛光垫为软质抛光垫，抛光时抛光垫的形变对抛光后晶片的表面平整度并不友好，并且在双面研磨后，在双面抛光步骤需要的去除量较大(一般大于30μm)，这更劣化了晶片的表面平整度，无法满足后续的使用要求。

本申请实施例为了克服上述问题，在加工衬底尺寸达到50mm×50mm以上的衬底时，提供一种高效、碎片率低、平整度较好的大尺寸碲锌镉衬底加工方法。

参见图1，图1为本申请实施例提供的一种大尺寸碲锌镉衬底表面加工方法的流程示意图。如图1所示，具体包括以下步骤。

步骤S102：获取切割完成的碲锌镉晶片，以第一面向上，将所述碲锌镉晶片置于抛光载片上，对所述第一面进行抛光处理，直至去除所述第一面表面的切割起伏，得到第一晶片。

步骤S104：以第二面向上，将所述第一晶片从抛光载片上取下，置于减薄载片上，对所述第二面进行减薄处理，再对碲锌镉晶片第二面进行机械抛光，得到第二晶片，其中，所述第二晶片的厚度满足预设厚度条件，所述第二晶片的平面度满足预设平面度。

步骤S106：将所述第二晶片从减薄载片上取下，进行X射线衍射样貌测试，得到第二晶片对应的X射线衍射形貌图，选取所述X射线衍射形貌图上衬度均匀的区域，并在所述第二晶片对应位置进行标记。

步骤S108：根据所述第二晶片对应位置的所述标记，将所述第二晶片划切为规则形状的碲锌镉衬底。

步骤S110：将所述碲锌镉衬底置于抛光载片上进行衬底抛光处理，对抛光完成后的所述碲锌镉衬底进行涂胶保护，从抛光载片上取下后，对所述碲锌镉衬底进行清洗，得到加工完成的碲锌镉衬底。

本申请实施例中，所述将所述碲锌镉晶片置于抛光载片上，对所述第一面进行抛光处理，直至去除所述第一面表面的切割起伏，得到第一晶片，包括：

将所述碲锌镉晶片使用粘片蜡贴在抛光载片上，使用第一抛光液对所述第一面进行抛光处理，直至去除所述第一面表面的切割起伏，得到第一晶片，其中，所述第一抛光液为粒径范围在第一粒径阈值范围内的金刚石抛光液。

本申请实施例中，所述对所述第二面进行减薄处理，再对碲锌镉晶片第二面进行机械抛光，得到第二晶片，包括：

使用砂轮减薄机对所述第二面进行减薄处理，再使用第一抛光液对碲锌镉晶片第二面进行机械抛光，得到第二晶片，其中，所述第一抛光液为粒径范围在第一粒径阈值范围内的金刚石抛光液。

本申请实施例中，所述将所述碲锌镉衬底置于抛光载片上进行衬底抛光处理，包括：

将所述碲锌镉衬底置于抛光载片上，使用第二抛光液进行机械抛光，得到第一碲锌镉衬底，其中，所述第二抛光液为粒径范围在第二粒径阈值范围内的金刚石抛光液；

使用第三抛光液对所述第一碲锌镉衬底进行化学机械抛光，得到第二碲锌镉衬底，其中，所述第三抛光液为粒径范围在第三粒径阈值范围内的二氧化硅溶胶抛光液，且添加氧化剂、分散剂，调节pH值至目标pH阈值范围，抛光压力处于预设抛光压力阈值范围。

本申请实施例中，所述从抛光载片上取下后，对所述碲锌镉衬底进行清洗，得到加工完成的碲锌镉衬底，包括：

从抛光载片上取下后，使用石油醚对所述碲锌镉衬底的第一面进行清洗，先后使用石油醚、丙酮和无水乙醇对所述碲锌镉的第二面进行清洗，并用干燥氮气吹干衬底表面，得到加工完成的碲锌镉衬底。

本申请实施例提出了一种大尺寸碲锌镉衬底的加工方法，包括A面抛光、B面减薄、X射线衍射形貌测试、划片、衬底抛光、取片和清洗，参见图2，图2为本申请实施例提供的一种大尺寸碲锌镉衬底表面加工方法的框图。

相比于常规使用的双面研磨——双面抛光——X射线衍射形貌测试——划片——衬底抛光——取片——清洗的方法，本申请实施例摒弃了双面研磨、双面抛光的步骤，改用砂轮减薄和单面抛光代替。砂轮减薄是一种运用固结磨料来实现材料去除的方法，相比于自由磨料的研磨，其可避免因磨料团聚导致的晶片局部区域压力剧增，从而导致晶片产生裂纹甚至裂片的问题；因碲锌镉晶体生长的原因，其形成的单晶片为非规则晶片，在双面研磨和双面抛光中，晶片会与游轮片孔边缘多次碰撞，极易造成崩边，应力过大时可直接造成晶片解理，而采用砂轮减薄和单面抛光工艺则可以使晶片在表面去除时避免上述问题。另外，因晶片尺寸增加，双面研磨和双面抛光单次加工的片数减少，砂轮减薄加工方式的加工效率已经可与单面抛光方式相比。最后，采用这两个工艺，能够避免因双面抛光带来的晶片表面平整度劣化。

具体的，在本申请实施例中，A面抛光的实现包括：取<111>或<211>晶向定向切割完成的碲锌镉晶片，将其A面向上使用粘片蜡粘贴在抛光载片上进行A面抛光，抛光液使用粒径为(0.25-5)μm的金刚石抛光液，抛光至切割起伏完全去除，获得平整、光亮的表面。

B面减薄的实现包括：将完成A面抛光的晶片从抛光载片上取下，以B面向上使用粘片蜡粘接在减薄载片上，使用砂轮减薄机减薄晶片B面，以高于最终衬底的目标厚度40～80μm为减薄后的目标厚度。所述减薄载片的平面度需优于5μm。

如果在减薄过程中发生裂片，可以通过增加载片厚度来改善裂片的现象。

砂轮减薄完成后进行机械抛光，抛光液使用粒径为(0.25-5)μm金刚石抛光液，以高于最终衬底的目标厚度30～70μm为减薄后的目标厚度，抛光至获得平整、光亮的表面。

X射线衍射形貌测试的实现包括：将完成B面减薄的碲锌镉晶片从减薄载片上取下，进行X射线衍射形貌测试，获得整片晶片的X射线衍射形貌图，选取衬度均匀的区域并在晶片上对应位置进行标记。

划片的实现包括：根据晶片上的标记划切碲锌镉晶片成为规则形状的碲锌镉衬底。

衬底抛光的实现包括：将完成划片的碲锌镉衬底使用粘片蜡粘贴在抛光载片上，首先进行机械抛光，抛光液使用粒径不大于3μm的金刚石抛光液，以高于最终衬底的目标厚度10μm为抛光的厚度目标。再进行化学机械抛光，以最终衬底的厚度目标为抛光的厚度目标，抛光液使用粒径为50～120nm的二氧化硅溶胶抛光液配置，添加氧化剂、分散剂并调节pH值至4～5，抛光压力按70g/cm²～130g/cm²设置。

取片和清洗的实现包括：将抛光完成后的衬底进行涂胶保护，再将衬底从抛光载片上取下，使用石油醚对衬底A面进行清洗，再先后使用石油醚、丙酮和无水乙醇清洗衬底B面，并用干燥氮气吹干衬底表面。

相比于常规使用的倒角——双面研磨——双面抛光——X射线衍射形貌测试——划片——衬底抛光——取片和清洗的方法，对比了五片80mm×80mm衬底加工的结果，如下表所示：

表1两种加工方法后相关测试结果

	常规方法	本发明方法
			碎片率	40％	0％
加工效率	1片/天	约1.3片/天
			平均粗糙度	0.33nm～0.56nm	0.31nm～0.51nm
表面平整度	3.58μm～6.24μm	1.96μm～3.87μm
			双晶衍射半峰宽	12～18arcsec	10～17arcsec

本发明方法在衬底表面质量相当(即衬底表面的平均粗糙度与双晶衍射半峰宽二者相当)的情况下较常规方法碎片率有明显降低，加工效率与加工后衬底表面平整度有较大提升。

此外，本申请实施例还提供了两个实施例。

实施例一：取<111>晶向定向切割完成的碲锌镉晶片，晶片面积可划切出80mm×80mm碲锌镉衬底，厚度为1500μm～1650μm，最终加工目标厚度为900μm～1250μm。按照上述(1)～(6)步骤进行加工。经过该方法加工的大尺寸衬底，表面平整度和粗糙度均较好。通过光学轮廓仪测试衬底的表面平整度为1.9μm。通过白光干涉仪在衬底表面随机选取三个点进行粗糙度测试，结果分别为0.33nm，0.38nm，0.38nm。

实施例二：取以<211>晶向定向切割完成的碲锌镉晶片，晶片面积可划切出60mm×60mm碲锌镉衬底，厚度为1300μm～1400μm，最终目标厚度为800μm～1050μm。按照上述(1)～(6)步骤进行加工。经过该方法加工的大尺寸衬底，表面平整度和粗糙度均较好。通过光学轮廓仪测试衬底表面平整度为1.8μm。通过光学轮廓仪在衬底表面随机选取三个点进行粗糙度测试，结果分别为0.51nm，0.49nm，0.53nm。

以上两个实施例中所加工的衬底均可作为外延衬底使用，因此，本申请实施例可以作为一种大尺寸晶片加工的方法。

应用本申请实施例，能够产生的有益效果为：(1)适用于大尺寸晶片及衬底加工，加工效率高；(2)适用于不规则形状的晶片加工；(3)加工后衬底在保持原有粗糙度，原有表面质量的情况下，表面平整度较好；(4)加工碎片率低。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于大尺寸碲锌镉衬底表面加工装置而言，由于其基本相似于大尺寸碲锌镉衬底表面加工方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见大尺寸碲锌镉衬底表面加工方法实施例的部分说明即可。

需要说明的是，上述对本说明书特定实施例进行了描述。其它实施例在所附权利要求书的范围内。在一些情况下，在权利要求书中记载的动作或步骤可以按照不同于实施例中的顺序来执行并且仍然可以实现期望的结果。另外，在附图中描绘的过程不一定要求示出的特定顺序或者连续顺序才能实现期望的结果。在某些实施方式中，多任务处理和并行处理也是可以的或者可能是有利的。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和模块并不一定都是本说明书实施例所必须的。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

以上公开的本说明书优选实施例只是用于帮助阐述本说明书。可选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书实施例的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本说明书实施例的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本说明书。本说明书仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (5)

1.一种大尺寸碲锌镉衬底表面加工方法，其特征在于，包括：

获取切割完成的碲锌镉晶片，以第一面向上，将所述碲锌镉晶片置于抛光载片上，对所述第一面进行抛光处理，直至去除所述第一面表面的切割起伏，得到第一晶片；

以第二面向上，将所述第一晶片从抛光载片上取下，置于减薄载片上，对所述第二面进行减薄处理，再对碲锌镉晶片第二面进行机械抛光，得到第二晶片，其中，所述第二晶片的厚度满足预设厚度条件，所述第二晶片的平面度满足预设平面度；

将所述第二晶片从减薄载片上取下，进行X射线衍射样貌测试，得第二晶片对应的X射线衍射形貌图，选取所述X射线衍射形貌图上衬度均匀的区域，并在所述第二晶片对应位置进行标记；

根据所述第二晶片对应位置的所述标记，将所述第二晶片划切为规则形状的碲锌镉衬底；

将所述碲锌镉衬底置于抛光载片上进行衬底抛光处理，对抛光完成后的所述碲锌镉衬底进行涂胶保护，从抛光载片上取下后，对所述碲锌镉衬底进行清洗，得到加工完成的碲锌镉衬底。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将所述碲锌镉晶片置于抛光载片上，对所述第一面进行抛光处理，直至去除所述第一面表面的切割起伏，得到第一晶片，包括：

将所述碲锌镉晶片使用粘片蜡贴在抛光载片上，使用第一抛光液对所述第一面进行抛光处理，直至去除所述第一面表面的切割起伏，得到第一晶片，其中，所述第一抛光液为粒径范围在第一粒径阈值范围内的金刚石抛光液。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对所述第二面进行减薄处理，再对碲锌镉晶片第二面进行机械抛光，得到第二晶片，包括：

使用砂轮减薄机对所述第二面进行减薄处理，再使用第一抛光液对碲锌镉晶片第二面进行机械抛光，得到第二晶片，其中，所述第一抛光液为粒径范围在第一粒径阈值范围内的金刚石抛光液。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将所述碲锌镉衬底置于抛光载片上进行衬底抛光处理，包括：

将所述碲锌镉衬底置于抛光载片上，使用第二抛光液进行机械抛光，得到第一碲锌镉衬底，其中，所述第二抛光液为粒径范围在第二粒径阈值范围内的金刚石抛光液；

使用第三抛光液对所述第一碲锌镉衬底进行化学机械抛光，得到第二碲锌镉衬底，其中，所述第三抛光液为粒径范围在第三粒径阈值范围内的二氧化硅溶胶抛光液，且添加氧化剂、分散剂，调节pH值至目标pH阈值范围，抛光压力处于预设抛光压力阈值范围。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述从抛光载片上取下后，对所述碲锌镉衬底进行清洗，得到加工完成的碲锌镉衬底，包括：

从抛光载片上取下后，使用石油醚对所述碲锌镉衬底的第一面进行清洗，先后使用石油醚、丙酮和无水乙醇对所述碲锌镉的第二面进行清洗，并用干燥氮气吹干衬底表面，得到加工完成的碲锌镉衬底。