随着光电子和微电子技术的快速发展，化合物半导体材料正在受到越来越多的重视，磷化铟是其中的代表性材料，当前磷化铟的研究焦点主要集中在抛光工艺，接下来，小编将为大家介绍磷化铟抛光现状及新方法。

磁流变抛光装置原理示意图（图源：文献1）

磷化铟CMP机理

磷化铟的CMP过程是表面化学反应与磨粒机械去除作用耦合的结果，晶片表面经化学反应形成易去除的腐蚀层，再利用磨料的机械作用进行去除，通过这样的复合作用，不仅提高了材料去除效率，还减少了对基体材料的损伤。如果机械去除作用强于化学反应作用，那么磨粒的机械作用会在去除腐蚀层外，对基体材料进行去除，此时就容易造成表面的机械损伤，影响工件的加工质量。反之，如果化学反应过强，那么腐蚀层就不能及时的被去除，会影响表面材料后续的腐蚀，从而影响加工效率。因此，磷化铟CMP应控制抛光过程中化学反应与机械作用的协同作用，使两者达到平衡。

CMP抛光装置（图源：文献1）

磷化铟作为光电器件和IC电路制造中非常关键的衬底材料，其莫氏硬度仅为3，质地较为软脆，一般抛光所使用的磨料硬度基本上都比磷化铟大，在加工过程中晶片表面极容易因磨料过硬而出现划痕和破碎等问题。磷化铟相较硅、蓝宝石等单晶更加难加工出具有高质量的单晶基片。其次，磷化铟在抛光过程中极易与抛光液中的某些化学成分（如氧化剂）发生反应，导致表面质量下降。尤其是在抛光液pH值较低的情况下，反应会过于剧烈而使晶片表面出现“闪光现象”，影响到后续的器件使用。因此，需要选择化学稳定性好的抛光液，并严格控制抛光液的pH值、温度等参数，以确保抛光过程的稳定性和可控性。磷化铟晶圆对表面平整度和粗糙度有极高的要求，通常要求表面粗糙度小于0.5nm，因为磷化铟的表面粗糙度会直接影响其光电性能，表面粗糙度低有助于提高载流子的迁移率、减少散射，从而提高器件的效率和性能。为了达到这一要求，需要采用高精度的抛光设备和工艺，并进行多次抛光和清洗处理。但目前磷化铟单晶片的抛光和清洗工艺技术尚处于保密阶段，这使得相关技术的获取和应用受到一定限制，使得其CMP抛光的发展存在一定的困难。

2寸磷化铟晶圆CMP后的表面形貌（图源：文献5）

磷化铟集群磁流变抛光机理

为了能够减少化学反应对磷化铟的影响以及后续清洗工序，磷化铟集群磁流变抛光工艺开始被广泛关注。磁流变抛光是由Kordonsky等人提出，可实现平面、球面及非球曲面光学元件的高精度抛光。圆柱形磁极一端被固定在磁极偏心套内，磁极的另一端置于由非磁性材料做成的抛光盘内，磁极偏心套安装在偏摆盘上，偏摆轴旋转时带动磁极做偏心旋转运动，以实现磁流变效应抛光垫的动态更新和整形。磁流变液一般包含磁性颗粒、添加剂以及基液，其中基液主要包括水基和油基两类，在没有外磁场时，它展现出类似牛顿流体的特性；当施加外磁场时，它会在毫秒级时间内发生剧烈的可逆变化，展现出具有一定粘弹特性的宾汉介质。在抛光过程中，磁流变抛光液在输送泵的作用下被输送至抛光轮表面，在抛光轮下方的磁极作用下磁化形成粘度较大、剪切应力较高的宾汉流体。当抛光轮高速旋转带动磁流变液快速通过工件与抛光轮之间的狭小间隙时，对工件表面产生较大的剪切力，进而对工件表面产生材料去除。由于磁流变抛光对工件的法向压力很小，可以有效阻止亚表面裂纹的产生和扩展，得到低亚表面损伤和表面粗糙度、高精度的加工表面。为了提高加工轨迹密集程度，改善表面质量，工件可以沿抛光盘切向方向做偏摆运动。

磁流变液微观结构模拟（图源：文献1）

目前，集群磁流变抛光已经成功应用于光学玻璃的自由曲面高精度抛光，能够得到表面粗糙度0.5nm以下的加工精度。相信通过进一步的研究，可以克服磷化铟材料去除过程中对化学作用的依赖，减少加工过程中磷化铟副产物的污染等问题，使磷化铟能够在光电集成电路领域有更好的发展和应用。

参考文献：

1、孙世孔.磷化铟集群磁流变抛光机理研究[D].广东工业大学.

2、路家斌,孙世孔,阎秋生,等.磨料特性对InP晶片集群磁流变抛光效果的影响[J].半导体技术.

3、孙世孔,路家斌,阎秋生.磷化铟的动态磁场集群磁流变抛光工艺实验[J].润滑与密封.

4、孙世孔,路家斌,阎秋生.磷化铟的化学机械抛光技术研究进展[J].半导体技术.

5、成明,赵东旭,王云鹏,等.8寸CMP设备对小尺寸镀铜InP晶圆的工艺开发[J].光学精密工程.

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