光芯片材料：InP & GaAs 研磨抛光技术探索
从材料挑战到工艺突破：
磷化铟（InP）与砷化镓（GaAs）的研磨抛光技术探索
01 光芯片时代 材料加工正在迎来新挑战题
随着5G通信、数据中心高速互联、AI算力网络以及先进光电器件的快速发展，光通信与光电集成正在成为半导体产业的重要方向。在这一过程中，磷化铟（InP）与砷化镓（GaAs）等化合物半导体材料的重要性持续提升。
作为第二代Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体的重要代表，InP与GaAs具备优异的光电转换能力、高频特性和直接带隙优势，广泛应用于高速光通信器件、高频毫米波器件、光电集成电路以及空间太阳能电池等领域。
化合物半导体材料应用概念图：
然而，从单晶材料到满足器件制造要求的高质量晶圆，并不是简单的切割与成型过程。研磨与抛光工艺直接决定晶圆表面的平整度、缺陷控制能力以及后续外延质量，是影响器件性能与良率的重要环节。
02 InP与GaAs：同属化合物半导体却拥有不同加工难度
砷化镓（GaAs）具有较好的机械稳定性，目前相关加工工艺已经较为成熟，在晶圆制造、光电器件及高频器件领域已有较多应用经验。
相比之下，磷化铟（InP）具有“软而脆”的材料特点，在研磨过程中更容易产生表面损伤层、亚表面裂纹、边缘崩裂以及晶圆翘曲等问题。这意味着InP的加工不仅要关注去除效率，更要重点控制加工应力和表面缺陷。
研究数据显示，在相同机械研磨条件下，InP产生的变形层厚度约为GaAs的2.5倍。因此，InP的研磨抛光工艺窗口更窄，对抛光液、抛光垫、压力、转速以及加工稳定性提出了更高要求。
03 去除效率与表面质量：InP加工的核心难题
在相同工艺条件下，GaAs粗抛去除速率约为 0.7～1.0μm/min，而InP约为0.10～0.15μm/min。相比GaAs，InP的材料去除效率明显偏低，这会直接影响加工节奏和量产效率。
对于光电器件制造而言，晶圆表面粗糙度通常需要达到纳米级控制。若表面存在划伤、凹坑、残余损伤层或亚表面裂纹，可能会影响后续外延生长质量，并进一步影响器件性能和可靠性。
因此，InP加工的难点并不只是“磨得快”，而是在提高去除效率的同时，尽可能降低机械损伤，实现稳定、可重复、可量产的表面加工效果。
04 CMP技术推动化合物半导体加工升级
化学机械抛光（CMP）是一种结合化学反应与机械去除的精密加工技术。其基本原理是通过化学作用在材料表面形成易去除的反应层，再结合磨料与抛光垫进行精准去除，从而获得高平整度、低损伤的晶圆表面。
对于InP、GaAs等化合物半导体材料而言，CMP不仅关系到表面粗糙度控制，也关系到表面缺陷、加工损伤层和后续工艺适配性。相比单纯机械研磨，CMP更适合用于高质量晶圆表面加工。
但传统InP抛光体系仍存在挥发性、安全性、颗粒吸附、稳定性不足等问题。因此，开发更适合InP材料特性的抛光液体系和工艺组合，是提升加工质量和量产稳定性的关键方向。
05 光诚自研系列针对InP加工需求的优化方案
针对传统InP抛光体系存在的问题，我司开发了KSTP-801~804系列氧化铝抛光液。该系列产品面向InP等化合物半导体材料粗抛工艺设计，重点优化材料去除效率、表面质量和工艺稳定性。
KSTP-801~804系列氧化铝抛光液产品图：
在保证表面加工效果的同时，KSTP-801~804系列最高去除率可达到2.5um / min，有助于改善InP加工效率偏低的问题，并为后续精抛及表面优化工艺提供更稳定的基础。
产品特点包括：
1. 针对 InP 材料软脆特性设计；
2. 优化粗抛阶段加工效率；
3. 降低表面损伤与划伤风险；
4. 提升抛光过程稳定性和工艺重复性。
除KSTP-801~804系列粗抛方案外，我司还针对InP衬底精抛工艺开发了KSTP-SP20氧化硅抛光液。
该产品采用双组分氧化硅体系，适用于InP芯片衬底精抛光加工，重点面向低粗糙度、低损伤和高表面质量需求。通过与KS09抛光垫等耗材进行工艺匹配，可进一步提升精抛阶段的表面收束效果。
KSTP-SP20氧化硅抛光液产品图：
在相关工艺验证中，KSTP-SP20可将InP衬底精抛后的表面粗糙度收束至Ra ＜ 0.2nm，为后续芯片制程及高质量表面要求提供稳定支持。
产品特点包括：
1. 针对 InP 衬底精抛工艺设计；
2. 采用双组分氧化硅抛光体系；
3. 有助于降低表面粗糙度；
4. 最终表面粗糙度可收束至 Ra＜0.2nm；
5. 可与 KS09 抛光垫形成稳定工艺匹配。
针对InP芯片背抛过程中对表面质量和加工效率的要求，我司开发了KSTP-IP80抛光液。
该产品主要应用于InP芯片背面抛光工艺，重点面向高平整度、低粗糙度和稳定去除效果需求。通过合理的抛光液体系设计及抛光垫匹配，KSTP-IP80可在保证表面质量的同时，实现较稳定的加工效率。
KSTP-IP80氧化铝抛光液产品图：
在相关工艺验证中，KSTP-IP80背抛后表面粗糙度可达到Ra＜0.2nm，去除速率可达2μm/min，适用于对表面质量要求较高的InP芯片背抛场景。
产品特点包括：
1. 针对 InP 芯片背抛工艺设计；
2. 表面粗糙度可达到 Ra＜0.2nm；
3. 去除速率可达 2μm/min；
4. 兼顾加工效率与表面质量，适用于高精度芯片背面抛光需求；
如需打样测试，请联系王工13312961176（微信同号）
06 抛光垫：决定CMP稳定性的关键耗材
在CMP工艺中，抛光垫不仅承担支撑晶圆和传递压力的作用，也影响抛光液分布、磨屑排出、材料去除均匀性以及表面缺陷控制。
对于InP这类软脆材料，抛光垫的选择尤为关键。若抛光垫硬度过高，可能增加表面划伤和亚表面损伤风险；若支撑性不足，则可能影响平整度和去除均匀性。
因此，抛光垫需要在降低机械损伤和保证去除效率之间取得平衡，并与抛光液体系、加工压力、转速等参数协同匹配，才能实现稳定的CMP加工效果。
07 KS09阻尼布：实现高质量加工匹配
在实际工艺验证中，我司采用代理日本东丽（TORAY）的 KS09 阻尼布抛光垫，搭配KSTP-IP80系列抛光液进行InP精抛加工。
KS09阻尼布抛光垫产品图：
该组合能够在精抛过程中有效控制晶圆表面缺陷，降低加工过程中的划伤风险。通过抛光液与抛光垫的协同匹配，可进一步提升InP晶圆表面质量与加工稳定性。
实际验证结果显示，该组合在精抛阶段可实现强光灯下无划伤，为后续清洗、检测及器件制造工艺提供更可靠的表面基础；如需打样测试，请联系：王工13312961176（微信同号）。
08 结语
随着高速光通信、AI 算力网络、数据中心互联以及先进光电器件持续发展InP、GaAs等化合物半导体材料将在未来产业中发挥更加重要的作用。
与此同时，高质量晶圆加工能力也将成为支撑材料应用落地的重要基础。研磨抛光工艺不仅影响晶圆表面质量，也关系到后续外延、器件制造和最终产品可靠性。
博思光诚将持续探索新型抛光液体系、多步抛光工艺以及专用抛光垫匹配方案，通过材料、耗材与工艺的协同优化，为半导体及先进制造领域提供高性能研磨抛光解决方案。
关于我们
博思光诚成立于2022年7月，专注于精密加工领域的切磨抛整体解决方案，是一家集设备代理、耗材研发、工艺定制与进出口服务于一体的企业。公司聚焦半导体、精密光学与特种陶瓷行业，以高精度研磨、抛光、切割产品与技术支持，为高端制造提供稳定可靠的一站式服务，助力客户提升品质与效率。
定位：研磨抛光行业全流程设备耗材提供及工艺方案解决。
公司业务：精密加工耗材与设备，自主产品研发，技术方案服务。
主营业务：
① 减薄砂轮，研磨抛光液、抛光垫、陶瓷球等生产耗材的提供。
② 研磨抛光行业现有工艺方案改进与新方案研发。
深度合作厂商：则武、东丽、住友化学等国际知名企业。
