隨著光電子和微電子技術的快速發展，化合物半導體材料正在受到越來越多的重視，磷化銦是其中的代表性材料，當前磷化銦的研究焦點主要集中在拋光工藝，接下來，小編將為大家介紹磷化銦拋光現狀及新方法。

磁流變拋光裝置原理示意圖（圖源：文獻1）

磷化銦CMP機理

磷化銦的CMP過程是表面化學反應與磨粒機械去除作用耦合的結果，晶片表面經化學反應形成易去除的腐蝕層，再利用磨料的機械作用進行去除，通過這樣的復合作用，不僅提高了材料去除效率，還減少了對基體材料的損傷。如果機械去除作用強于化學反應作用，那么磨粒的機械作用會在去除腐蝕層外，對基體材料進行去除，此時就容易造成表面的機械損傷，影響工件的加工質量。反之，如果化學反應過強，那么腐蝕層就不能及時的被去除，會影響表面材料后續的腐蝕，從而影響加工效率。因此，磷化銦CMP應控制拋光過程中化學反應與機械作用的協同作用，使兩者達到平衡。

CMP拋光裝置（圖源：文獻1）

磷化銦作為光電器件和IC電路制造中非常關鍵的襯底材料，其莫氏硬度僅為3，質地較為軟脆，一般拋光所使用的磨料硬度基本上都比磷化銦大，在加工過程中晶片表面極容易因磨料過硬而出現劃痕和破碎等問題。磷化銦相較硅、藍寶石等單晶更加難加工出具有高質量的單晶基片。其次，磷化銦在拋光過程中極易與拋光液中的某些化學成分（如氧化劑）發生反應，導致表面質量下降。尤其是在拋光液pH值較低的情況下，反應會過于劇烈而使晶片表面出現“閃光現象”，影響到后續的器件使用。因此，需要選擇化學穩定性好的拋光液，并嚴格控制拋光液的pH值、溫度等參數，以確保拋光過程的穩定性和可控性。磷化銦晶圓對表面平整度和粗糙度有極高的要求，通常要求表面粗糙度小于0.5nm，因為磷化銦的表面粗糙度會直接影響其光電性能，表面粗糙度低有助于提高載流子的遷移率、減少散射，從而提高器件的效率和性能。為了達到這一要求，需要采用高精度的拋光設備和工藝，并進行多次拋光和清洗處理。但目前磷化銦單晶片的拋光和清洗工藝技術尚處于保密階段，這使得相關技術的獲取和應用受到一定限制，使得其CMP拋光的發展存在一定的困難。

2寸磷化銦晶圓CMP后的表面形貌（圖源：文獻5）

磷化銦集群磁流變拋光機理

為了能夠減少化學反應對磷化銦的影響以及后續清洗工序，磷化銦集群磁流變拋光工藝開始被廣泛關注。磁流變拋光是由Kordonsky等人提出，可實現平面、球面及非球曲面光學元件的高精度拋光。圓柱形磁極一端被固定在磁極偏心套內，磁極的另一端置于由非磁性材料做成的拋光盤內，磁極偏心套安裝在偏擺盤上，偏擺軸旋轉時帶動磁極做偏心旋轉運動，以實現磁流變效應拋光墊的動態更新和整形。磁流變液一般包含磁性顆粒、添加劑以及基液，其中基液主要包括水基和油基兩類，在沒有外磁場時，它展現出類似牛頓流體的特性；當施加外磁場時，它會在毫秒級時間內發生劇烈的可逆變化，展現出具有一定粘彈特性的賓漢介質。在拋光過程中，磁流變拋光液在輸送泵的作用下被輸送至拋光輪表面，在拋光輪下方的磁極作用下磁化形成粘度較大、剪切應力較高的賓漢流體。當拋光輪高速旋轉帶動磁流變液快速通過工件與拋光輪之間的狹小間隙時，對工件表面產生較大的剪切力，進而對工件表面產生材料去除。由于磁流變拋光對工件的法向壓力很小，可以有效阻止亞表面裂紋的產生和擴展，得到低亞表面損傷和表面粗糙度、高精度的加工表面。為了提高加工軌跡密集程度，改善表面質量，工件可以沿拋光盤切向方向做偏擺運動。

磁流變液微觀結構模擬（圖源：文獻1）

目前，集群磁流變拋光已經成功應用于光學玻璃的自由曲面高精度拋光，能夠得到表面粗糙度0.5nm以下的加工精度。相信通過進一步的研究，可以克服磷化銦材料去除過程中對化學作用的依賴，減少加工過程中磷化銦副產物的污染等問題，使磷化銦能夠在光電集成電路領域有更好的發展和應用。

參考文獻：

1、孫世孔.磷化銦集群磁流變拋光機理研究[D].廣東工業大學.

2、路家斌,孫世孔,閻秋生,等.磨料特性對InP晶片集群磁流變拋光效果的影響[J].半導體技術.

3、孫世孔,路家斌,閻秋生.磷化銦的動態磁場集群磁流變拋光工藝實驗[J].潤滑與密封.

4、孫世孔,路家斌,閻秋生.磷化銦的化學機械拋光技術研究進展[J].半導體技術.

5、成明,趙東旭,王云鵬,等.8寸CMP設備對小尺寸鍍銅InP晶圓的工藝開發[J].光學精密工程.

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