1312-41-0/銻化銦的應(yīng)用

背景及概述^[1][2]

由銦和銻構(gòu)成的重要的Ⅲ-Ⅴ族化合物半導(dǎo)體材料。由于其熔點低、熔點時的離解壓小(見表)，早在50年代就已制備出單晶體。

銻化銦(InSb)是研究得較早、較深入的Ⅲ-Ⅴ族半導(dǎo)體材料。其晶體呈銀色、質(zhì)脆，為閃鋅礦結(jié)構(gòu).晶格常數(shù)為6.48Å，是一種直接帶隙材料，其禁帶寬度較窄，為0.18eV，而電子遷移率高達7800cm²/V·s，可用來制作紅外探測器，光磁探測器和Hall器件。銻化銦的熔點為525℃，與其他Ⅲ-Ⅴ族化合物相比，它易于提純和生長單晶，因而它常是Ⅲ-Ⅴ族化合物固體理論研究時所選擇的對象。InSb的主要物理性質(zhì)見下表。

單晶生長方法^[1]

采用直拉法制備單晶，所用原料InSb經(jīng)區(qū)熔法提純，InSb中除碲的有效分凝系數(shù)接近于1外，其他有害雜質(zhì)的有效分凝系數(shù)都小于或大于1，經(jīng)多次區(qū)熔可有效提高其純度。CZ生長基本工藝為：熔體保持在高純氫或含高純H210%～20%的高純氮中于800℃左右恒溫0.5h，可有效除去熔體表面浮渣，沿〈111〉方向生長有明顯的小面效應(yīng)，使徑向載流子分布很不均勻，沿〈100〉、〈115〉、〈113〉等晶向生長可消除這一效應(yīng)。InSb中除D坑外還觀察到S坑(碟形坑)和P坑(puching-out)，采用等電子摻雜(如N摻雜)可以降低這些缺陷密度。

應(yīng)用^[1]

InSb單晶電子遷移率高，是良好的紅外探測器件、霍耳器件、磁阻器件的襯底材料。例如，對應(yīng)于大氣透射窗口3～5μm波段的成像器件和InSb焦平面陣列器件。另外在電荷注入器件方面，InSb器件的位數(shù)已達128×128陣列。3～5μm波段InSb光伏探測器作為敏感元件組成的混成焦平面陣列也得到很大發(fā)展，并已作成元數(shù)較多的兩維陣列。

磨削方法^[3]

3英寸銻化銦晶片外形標準化工藝是銻化銦晶片加工工藝的關(guān)鍵工藝之 一。由于銻化銦材料本身的特殊性，使得由<111>方向生長的晶體加工的晶片，電學(xué)參數(shù)一致性較差，無法滿足焦平面器件的需要，而必須通過<211>方向生長晶體，再通過<111>方向切割晶體得到<111>的晶片。由于晶體材料的各向異性性質(zhì)，在<211>方向上生長單晶晶錠時，各個方向生長速率不同，從而生長界面并不是近似圓形，而是一個“D”形或者是梯形。

生長界面的不同，最終導(dǎo)致兩個不同方向生長的晶錠外形也不一樣。<111>方向生長的晶錠等徑部分近似圓柱體，而<211>方向生長的晶錠等徑部分則類似大壩。這種通過<211> 方向生長的晶錠，在<111>方向上切割時，需要旋轉(zhuǎn)一定角度。由于旋轉(zhuǎn)方向垂直于大面(也就是生長界面的梯形底邊)，因此可以在一定程度上增大梯形的高度，從而縮小底邊高度比。這種高度上的增加仍然和大的底邊在尺寸上有相當(dāng)大的差距，常常高度僅僅有底邊尺寸的一半。這種非規(guī)則性對于晶片的標準化工藝而言，是一項巨大的挑戰(zhàn)。

常規(guī)的半導(dǎo)體材料工藝過程是單晶生長、滾圓、做主參考面、切割、倒角。 但是由于銻化銦材料本身的特殊性，一方面，晶錠外觀非常不規(guī)則，無法通過滾圓工藝實現(xiàn)；而另一方面，即使實現(xiàn)了滾圓工藝，由于需要轉(zhuǎn)角度切割，切割出的晶片也是橢圓形，這樣就使?jié)L圓工藝失去了意義。因此常規(guī)的半導(dǎo)體材料工藝無法應(yīng)用于3英寸銻化銦材料工藝。

目前的銻化銦材料工藝是在晶體生長后，直接對非規(guī)則外形的晶錠進行切 割。目前的倒角工藝，只能針對面積較小的晶片進行加工，對于1.5英寸內(nèi)的銻化銦晶片，普遍采用原始的手工做參考面，并進行倒角的工藝。3英寸銻化銦晶片同以前的小尺寸晶片一樣，都用于同樣的探測器，由于探測器并沒有因為使用3英寸晶片而增加厚度，因此探測器對兩種晶片的最終厚度要求一致。

出于成本的考慮，原始的切割晶片厚度不可能隨著面積的增加而成比例增加，面積厚度比的增大使得3英寸的晶片更容易碎裂。早前的手工磨圓倒角工藝，對人的技能依賴性較大，無法形成規(guī)?；a(chǎn)，人的勞動強度大。而且由于銻化銦材料硬度小，容易沿解理面解理的特點，在加工的過程中很容易碎裂。3 英寸銻化銦材料的發(fā)展，使得這種困難的情況進一步加劇。

CN201010608803.7提供一種銻化銦晶片的磨削方法，用以解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的標準 化成型工藝中晶片一致性差，無法批量化生產(chǎn)、效率低下、成品率低的問題。為達上述目的，本發(fā)明提供了一種銻化銦晶片的磨削方法，所述方法包括以下步驟：對待加工的銻化銦晶片進行圖像預(yù)采集識別，獲得所述銻化銦晶片的中心位置數(shù)據(jù)；根據(jù)所述銻化銦晶片的中心位置數(shù)據(jù)，設(shè)置磨削參數(shù)；使所述銻化銦晶片縱向運動，且縱向運動過程中所述銻化銦晶片自轉(zhuǎn)，利用砂輪對所述銻化銦晶片進行磨削，完成割圓操作；利用砂輪完成對所述銻化銦晶片上表面及下表面的倒角操作。

其中，對待加工的銻化銦晶片進行圖像預(yù)采集識別后，根據(jù)識別圖像的主參考面半徑和實際加工主參考面半徑的差值，確定所述銻化銦晶片中心位置的補償值，然后選擇與所述銻化銦晶片顏色一致的陪片，調(diào)節(jié)所述陪片放置在所述銻化銦晶片的位置，獲得所述銻化銦晶片的中心位置數(shù)據(jù)。本發(fā)明精確定位晶片中心、參考面位置，配合晶片識別后的砂輪研磨工藝，進行割圓和倒角處理，來達到多步驟、精確研磨的效果。所有效地降低了倒角過程中的崩邊問題，確保了工藝條件的可重復(fù)性，提高了晶片外形的一致性，提高了成品率。

主要參考資料

[1]固體物理學(xué)大辭典

[2]中國冶金百科全書·金屬材料

[3]CN201010608803.7 一種銻化銦晶片的磨削方法