掃碼添加微信，獲取更多半導體相關資料
引言
III―V族的化合物半導體GaAs，與Si半導體相比，如果能利用快6倍的電子移動度和少的配線容量，就有利于高速化，由于是單純的晶體管的構造，高集成化元件也是合適的。根據這樣的特征，GaAs在超高速演算元件，半導體激光，通信領域被廣泛應用。以Si晶圓為代表，用于器件平坦化的CMP被積極地研究。但是，GaAs晶圓的CMP與其重要性相比，研究并不多。這是因為GaAs晶圓的直徑還很小，使用量也不如Si，即使是現(xiàn)有的漿料也能滿足CMP特性的要求。
目前，III-V族化合物半導體，特別是GaAs和lnP晶圓的CMP用漿料主要使用次氯酸鈉（NaOCl）作為蝕刻劑，其鏡面加工的機理也在考察中。但是，由于對環(huán)境問題的應對越來越多，對開發(fā)新的GaAs超精密拋光用漿料的要求越來越高。本方法的主要目的是開發(fā)對人體和機器的工作環(huán)境無害的新的GaAs CMP漿料。
?
實驗
本方法中的GaAs晶圓是Si摻雜N―type的（100）方位角。漿料的成分是具有光觸媒用銳鈦礦結晶狀的TiO2的粉末，過氧化氫使用30%濃度的溶液。為了比較加工特性，使用了GaAs晶圓專用的研磨藥品。研磨實驗全部進行了3次。
圖1表示實驗裝置。圖1(a)是一般的CMP裝置的模式圖，(b)是為了調查本研究中使用的紫外線照射的影響的CMP裝置。在表面板上使用紫外線吸收少的石英，為了將紫外線通過石英直接照射到晶圓面上，在墊上開孔進行CMP.GaAs晶圓切成10×10mm2，如圖1(b)所示均等地貼上。其他的研磨條件如表3所示。紫外線照射用波長為365nm的水銀―氙燈進行，使用紫外線照射的平均強度為3500mW/cm2的LA―300UV。
?
圖1 實驗裝置的示意圖
首先，我們僅使用通常在半導體領域用作氧化劑的過氧化氫對GaAs晶圓進行了拋光。過氧化氫的濃度使用了30%的溶液。研磨前、研磨30分鐘后以及研磨60分鐘后的表面形狀如圖2所示。從圖2的形狀結果可以看出，平坦化沒有進展，僅用過氧化氫的研磨幾乎沒有進行。這樣的結果，用TiO2―H2O的漿料的研磨也是一樣的。
?
結果和討論
最初，使用TiO2―H2O2的漿料，進行了60分鐘的研磨。使過氧化氫的濃度從3%變化到30%。圖3顯示了研磨前的酸的蝕刻面和根據濃度變化被研磨的晶圓表面的圖像。研磨前的深蝕刻痕隨著研磨時間和濃度的增加而減少，平坦化正在進行。特別是在15%以上的濃度的研磨表面上，蝕刻痕完全消失，被鏡面化。
對高濃度的過氧化氫漿料拋光的影響進行了考察。特別是使用30%的過氧化氫濃度時，在20分鐘左右由于產生了大量的反應氣體，顯示了沸騰狀態(tài)的樣子，容器的溫度也變得相當高。因此，測定了研磨中供給的漿料的混合時間的溫度變化。圖4是測定的溫度變化的曲線。濃度越高，溫度上升的梯度越大，過氧化氫的濃度為30%時，20分鐘后上升到約97℃。
?
圖4 TiO2-H2O2隨時間的溫度變化
圖6是用15%的過氧化氫和TiO2粉末的泥漿進行1小時的研磨，使用AFM和WYKO進行其表面的評價的結果。圖6(a)的表面的觀察領域為1μm×1μm，Z軸的長度為2nm.AFM的Ra大約為0.1 nm，P―V為1.4 nm.圖6(b)顯示了更大范圍（368μm×240μm）下的結果。在該WYKO的表面形狀測定中，Ra為0.54 nm.另外，1小時的平均研磨率為0.29μm/min.該結果與GaAs晶圓專用的研磨劑的研磨特性進行了比較。
首先，通過XPS分析，闡明了紫外線對過氧化氫的光分解效果對GaAs表面的影響。將GaAs晶圓浸入濃度分別為3～5%的過氧化氫中，用紫外線照射5分鐘。另一個樣品在沒有紫外線照射的情況下放置5分鐘。測量了各晶圓表面的Ga3d軌道和As3d軌道的峰值變化，其分析結果如圖8所示。在沒有紫外線照射的圖8(a)和(b)的情況下，過氧化氫對晶圓表面的氧化正在進行。表面上GaAs，Ga2O3，As2O3以及As2O5峰共存。在Ga3d的軌道的情況下，GaAs以及Ga2O3的峰顯示出大致相同的高度。
?
圖8 XPS對是否只使用過氧化氫進行紫外線照射的表面分析
基于這樣的XPS的結果，對各個濃度的研磨效率進行了實驗驗證。圖9顯示了研磨時間的研磨量的變化以及誤差。整體上有紫外線照射的圖9(b)比(a)研磨量稍高，相對于時間的梯度也變大。特別是濃度為3%的情況下，與10%和15%的濃度相比，研磨量的差更明顯?？梢酝茰y這是因為濃度越高，與紫外線的影響相比，漿料的分解反應產生的熱的影響越強。另外，根據本方法的結果，雖然可以看到紫外線照射的效果若干，但效率與溫度上升產生的效果相比較低。
?
總結
在本方法中，使用新的泥漿系統(tǒng)H2O―TiO2―H2O的泥漿，對GaAs晶圓表面的研磨的可能性進行了考察。（1）測量漿料相對于過氧化氫濃度的溫度變化，調查了研磨效率的差。根據溫度變化，研磨效率有很大的差。特別是過氧化氫濃度為15%的情況下，AFM的Ra大約為0.1 nm.與以往的漿料相比，雖然研磨速率有所下降，但可以得到更好的平滑性。（2）研究了光分解（photolysis）和光催化作用（photocatalysis）在研磨中的應用。XPS的分析結果雖然可以看到紫外線照射的表面氧化狀態(tài)的差別，但是在實際的研磨中應用的結果，可以看到研磨量的差別很小，而且研磨表面的平滑性沒有差別。這是因為光分解產生的羥基自由基是強力的氧化劑，但是對GaAs晶圓表面的氧化是否有效果還不明確。