[發明專利]適用于硬脆易解理單晶氧化鎵晶片的高效低損傷研磨方法

有效

• 申請號: 201611130455.0
• 申請日: 2016-12-09
• 公開（公告）號: CN106711032B
• 公開（公告）日: 2019-03-29
• 發明（設計）人: 徐曉明;周海;黃傳錦;徐彤彤;夏斯偉;龔凱
• 申請（專利權）人: 鹽城工學院
• 主分類號: H01L21/304
• 分類號: H01L21/304
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 楊海軍

本發明公開了一種適用于硬脆易解理單晶氧化鎵晶片的高效低損傷研磨方法，該方法包括a粗研磨前退火預處理、b粗研磨、c粗研磨后的退火預處理、d貼片和e精研磨等步驟。本發明工藝設計合理，可操作性強，材料去除速率快、加工效率高，晶片表面光滑，無明顯劃痕、解理裂紋、層間解理剝離和解理坑等缺陷，可獲得表面完整性較高及表面損傷層低的高質量晶片。

技術領域

本發明涉及半導體材料晶片平坦化研磨加工技術領域，特別是一種適用于硬脆易解理單晶氧化鎵(β-Ga₂O₃)晶片的高效低損傷研磨方法。

背景技術

氧化鎵作為新型氮化鎵襯底材料，晶格失配率低、禁帶寬度高，兼具藍寶石的透光性和碳化硅的導電性等優良特性，是代替氧化鋁和碳化硅的更為理想的GaN襯底材料，在光電器件領域具有非常廣闊的市場前景。

隨著高亮、高效LED技術的發展，對半導體晶片表面超精密加工質量提出了更為苛刻的要求，不僅要確保晶片表面高度完整性，最終表面粗糙度的要求也達到了亞納米級。研磨加工旨在去除晶片切割時產生的鋸痕、微裂紋和亞表面損傷等變質層，作為化學機械拋光(CMP)獲得超光滑無損表面之前的關鍵工藝步驟，顯得尤為重要。

單晶氧化鎵材料不僅具有與氧化鋁和碳化硅等光電子材料類似的硬脆性特征，還具有獨特的易解理特性，研磨等伴有晶體破碎去除的加工過程中會產生解理裂紋、層間解理剝離和解理坑等典型的解理缺陷，對研磨壓力、磨粒粒度、內部應力和加工過程溫度等極具敏感，進而影響后續拋光加工的整體效率和質量。

目前，適用于氧化鋁、碳化硅、硅等晶體材料晶片的研磨方法，在磨料種類及粒度的選取、研磨壓力、研磨速率、殘余應力的控制等方面，并沒有充分考慮單晶氧化鎵材料本身典型的硬脆易解理特性。使用現有氧化鋁、碳化硅、硅等晶體材料晶片的研磨方法對單晶氧化鎵晶片進行研磨加工時，易產生嚴重的解理裂紋、層間解理剝離和解理坑等解理缺陷，晶片表面完整性較低、表面損傷層厚度較大，難以實現單晶氧化鎵晶片的低成本、高質高效加工。

因此，對于單晶氧化鎵晶片研磨方法的研究，顯得尤為迫切！本發明鑒于此需求，經系列化研磨加工實驗篩選，優選出一種適用于硬脆易解理單晶氧化鎵晶片的高效低損傷研磨方法。

發明內容

發明目的：本發明的目的是為了克服現有技術中，針對現有研磨方法情況下，單晶氧化鎵晶片研磨加工表面質量不高，易產生解理裂紋、層間解理剝離和解理坑等解理缺陷，嚴重影響晶片后續超光滑無損表面化學機械拋光加工的效率、質量與成本，提出一種適用于硬脆易解理單晶氧化鎵晶片的高效低損傷研磨方法。

技術方案：為了實現以上目的，本發明所采用的主要技術方案為：

一種適用于硬脆易解理單晶氧化鎵晶片的高效低損傷研磨方法，包括以下步驟：

a、粗研磨前退火預處理：

將所述待加工的單晶氧化鎵切割晶片裝載到陶瓷工裝架上，再把陶瓷工裝架置于退火爐內的晶缽內，向晶缽內加入氧化鎵晶體粉末，直至填滿晶片與陶瓷工裝架和晶缽之間的間隙，并用氧化鎵晶體粉末覆蓋需經退火處理的單晶氧化鎵切割晶片，然后通入保護氣體氮氣，排出退火爐內空氣，然后加熱進行退火處理；

b、粗研磨：將步驟a粗研磨前退火預處理后的單晶氧化鎵晶片取出，置于鑄鐵盤雙面研磨機的行星輪的圓形預留腔內，行星輪上的輪齒分別與中心輪、外齒圈相嚙合，控制上研磨盤的調節氣缸，使上研磨盤下移與待加工單晶氧化鎵晶片上表面均勻接觸；然后向上研磨盤、下研磨盤和單晶氧化鎵晶片之間持續通入抗解理懸浮研磨液，增加研磨時的潤滑和切削力；

然后啟動鑄鐵盤雙面研磨機，調節控制上研磨盤和下研磨盤反向轉動，行星輪在中心輪和外齒圈的共同作用下與下研磨盤同向公轉，形成研磨切削作用，對單晶氧化鎵晶片上、下表面同步對稱研磨；中心輪由減速機和電機驅動；

c、粗研磨后的退火預處理：