[發(fā)明專利]超薄單晶鍺片的加工方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410109825.7
• 申請日: 2014-03-24
• 公開（公告）號: CN103862354A
• 公開（公告）日: 2014-06-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙研;左敦穩(wěn);孫玉利;夏保紅;邵靂
• 申請（專利權(quán)）人: 南京航空航天大學(xué)
• 主分類號: B24B29/02
• 分類號: B24B29/02;B24B37/04;B24B37/14;C09G1/18
• 代理公司: 南京天華專利代理有限責(zé)任公司 32218
• 代理人: 瞿網(wǎng)蘭

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種精密加工技術(shù)，尤其是一種超薄單晶鍺片的加工技術(shù)，具體地說是一種利用冰凍固結(jié)磨料對單晶鍺片進(jìn)行研拋獲得超薄鍺片的加工方法。

背景技術(shù)

????目前，目前，超薄單晶鍺片作為化合物太陽電池的襯底材料，需要在其上進(jìn)行MOCVD外延生長，因此不僅對其表面質(zhì)量有十分嚴(yán)格的要求，而且厚度要低于0.2mm。鍺是除硅以外最重要的半導(dǎo)體材料。除半導(dǎo)體工業(yè)外，鍺在航空航天工業(yè)、高頻超高頻電子、光纖通訊、紅外光學(xué)、電子器件、太陽能電池、化學(xué)催化劑、生物醫(yī)藥等領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用，是一種非常有前途的工業(yè)材料。

眾所周知，拋光是一種精密、超精密加工過程，廣泛應(yīng)用于多種材料的終道加工。拋光區(qū)域的環(huán)境是非常重要的因素，如環(huán)境溫度、濕度、氣壓等，影響拋光的材料去除和表面質(zhì)量。對于一些對溫度特別敏感的材料，溫度變化太大，會導(dǎo)致工件開裂。在低溫環(huán)境中，可以減少已加工表面的殘余應(yīng)力、微觀裂紋和表面損傷等。較低的環(huán)境溫度可能促進(jìn)工件表面質(zhì)量的提高。

冰凍固結(jié)磨料拋光是在傳統(tǒng)的CMP拋光基礎(chǔ)上，提出的一種兼具CMP、固結(jié)磨料拋光和低溫加工的一種新型工藝，具有加工表面精度高、表面平坦化能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。該技術(shù)不僅僅適用于硅片、鍺片還適用于微晶玻璃、SiC、水晶等硬脆材料的精密、超精密加工。研究表明，冰凍固結(jié)磨料拋光的材料去除率低于CMP和固結(jié)磨料拋光，但由于低溫條件下固結(jié)磨料拋光墊的自銳性較差，因此目前尚未見將冰凍固結(jié)磨料拋光墊用于鍺片超薄研磨加工的報(bào)道，有必要研發(fā)一種具有自銳性的冰凍固結(jié)磨料研拋超薄單晶鍺片的方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對目前超薄單晶鍺片加工中存在易碎、易變形、厚度不均勻、平行度難控制且只能加工小面積超薄單晶鍺片的問題，提供一種既能達(dá)到鍺片快速均勻減薄的目的，同時獲得平面度好、表面損傷小的超薄單晶鍺片的加工方法。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：

一種超薄單晶鍺片的加工方法，其特征是它包括以下步驟：

???首先，利用線切割設(shè)備從單晶鍺棒上切割得到厚度不超過0.5毫米的單晶鍺片；

???其次，將單晶鍺片裝夾到低溫拋光機(jī)上；

???第三，先采用粒度為10～28μm的金剛石、剛玉、碳化硅、碳化硼等莫氏硬度不小于9的硬質(zhì)磨料冰凍固結(jié)磨料拋光盤作為粗加工用拋光頭，控制拋光溫度在-30～-10℃，拋光壓力控制在100～1000g/cm²，采用無水有機(jī)溶劑作為拋光液，控制拋光液的流速為100～500ml/min，拋光盤的轉(zhuǎn)速為10～500r/min，得到厚度為0.2～0.3mm單晶鍺研磨片；所述的無水有機(jī)溶劑拋光液不含任何硬質(zhì)磨料、流動性好，可以進(jìn)入拋光工作區(qū)域，與拋光過程中摩擦生熱產(chǎn)生的液膜混合，降低拋光盤表面冰點(diǎn)，使得冰凍固結(jié)磨料拋光盤逐層融化露出下層新鮮磨料，在-30～-10℃獲得自銳性；

第四，改用粒度0.06～2μm的CeO₂、氧化硅等莫氏硬度小于9的磨料冰凍固結(jié)磨料拋光盤作為精加工用拋光頭，對上述厚度為0.2～0.3mm單晶鍺研磨片進(jìn)行二次拋光加工，控制拋光溫度在-30～-10℃，拋光壓力控制在100～500g/cm²，拋光液為無水有機(jī)溶劑，流速為50～500ml/min，拋光轉(zhuǎn)速為10～300r/min，最后得到厚度不超過0.15mm的超薄鍺片。

所述的拋光液為甲苯、戊烷、環(huán)己酮、氯苯、甲醇、乙醇、異丙醇、乙醚、環(huán)氧丙烷、醋酸甲酯、丙酮、乙二醇單乙醚或苯酚中的一種或多種的組合。

本發(fā)明的有益效果：

本發(fā)明的超薄單晶鍺片的加工工藝主要采用兩步冰凍固結(jié)磨料拋光法，第一步研磨，在保證鍺片的表面質(zhì)量的條件下，在短時間內(nèi)快速去除鍺片表面由線切割引起的深劃傷、凸起、腐蝕坑等嚴(yán)重缺陷，并降低表面粗糙度，提高表面質(zhì)量；第二步拋光，進(jìn)一步提高表面質(zhì)量，并使鍺片厚度為0.15mm，同時獲得厚度均勻、平面度好、無表面損傷的超光滑表面。

拋光時采用的拋光盤是冰凍固結(jié)磨料拋光盤，固結(jié)磨料拋光盤只需要較小的去除量就可以達(dá)到平坦化的目的，達(dá)到減少浪費(fèi)、減小環(huán)境污染的目的。研磨時，采用粒度10～28μm的金剛石、剛玉、碳化硅、碳化硼等莫氏硬度大于9的硬質(zhì)磨料拋光盤，去除量、去除速率較快。拋光時，采用粒度0.06～2μm的CeO₂、氧化硅等莫氏硬度小于9的磨料拋光盤，去除緩慢防止鍺片破碎，且可以獲得較好的表面效果。

采用低溫拋光的方法減少已加工表面的殘余應(yīng)力、微觀裂紋和表面損傷等，促進(jìn)工件表面質(zhì)量的提高。