一种亚表面无损伤氮化镓晶片的加工工艺制造技术

本发明专利技术涉及一种亚表面无损伤氮化镓晶片的加工工艺，本发明专利技术采用粗磨、细磨、粗抛、精抛、电感耦合等离子体反应离子刻蚀处理，提高了抛光效率，将单晶片的加工时间大大缩短，能够实现单晶片完全无损伤化，得到的氮化镓单晶片亚表面无损伤，并且透过率大大提高。并且透过率大大提高。

【技术实现步骤摘要】
一种亚表面无损伤氮化镓晶片的加工工艺


[0001]本专利技术涉及一种亚表面无损伤氮化镓晶片的加工工艺，属于半导体材料精密加工


技术介绍

[0002]近些年来，氮化镓作为新一代半导体材料，因其优异的性能而受到了广泛的关注。与传统半导体材料相比，氮化镓有着更宽的禁带宽度、更高的热导率以及更好的稳定性等优异性能，使其在5G通信以及新能源汽车领域备受青睐。
[0003]随着电子信息产业的发展，集成电路线宽越来越小，集成度越来越高，对衬底质量也提出了更高的要求。氮化镓单晶片在被用来制造相关器件时，就要求有非常高的表面质量，表面的损伤程度要小，平坦化要高。若氮化镓单晶表面存在划痕等损伤的话，会对器件的性能造成强烈的影响。因此为了满足氮化镓应用的需要，实现氮化镓超精密加工工艺就显得尤为重要，为了实现氮化镓表面的平坦化，在氮化镓相关器件制备过程中研磨抛光过程成为至关重要的一环。
[0004]由于氮化镓单晶一般是在异质衬底上外延生长的，有较大的热失配和晶格失配现象，导致生长出的氮化镓单晶内部有大量残余应力，使氮化镓晶圆片有很大的翘曲度。这就导致氮化镓单晶片的研磨难度上升，效率低下，并且研磨抛光过程中如果压力控制不好的话，会增加氮化镓单晶片的损伤程度，甚至导致单晶片破碎，降低氮化镓单晶的生产良率。到目前为止，关于氮化镓研磨抛光的工艺并不唯一，相关的研究也都在探索过程中，但效果均不理想，目前氮化镓单晶在研磨抛光的加工过程中易出现破损等现象，无确定的加工工艺来获得平坦化、高质量的表面抛光率低下，亚表面仍存在损伤。<br/>
技术实现思路

[0005]针对现有技术的不足，本专利技术提供一种亚表面无损伤氮化镓晶片的加工工艺。
[0006]本专利技术采用简单、高效的方法，获得高平坦化、高表面质量的氮化镓单晶片，氮化镓单晶片亚表面无损伤，并且透过率大大提高。
[0007]亚表面损伤：加工过程中晶片与磨料之间的机械碰撞而产生的损坏，损坏的表面称为亚表面损伤层(subsurface damage layer(SSD))。
[0008]为实现上述目的，本专利技术是通过以下技术方案实现的：
[0009]一种亚表面无损伤氮化镓晶片的加工工艺，包括步骤如下：
[0010]1)经多线切割机切割后的氮化镓单晶片使用粗磨盘进行初步研磨，去除氮化镓单晶片表面的切割痕；
[0011]2)粗磨后使用精磨盘配合钻石液进行细磨，去除粗磨损伤；
[0012]3)使用粗抛盘配合钻石液进行粗抛，初步浅化步骤2)的深划痕，使单晶表面的划痕深度整体一致，提高后续的抛光效率；
[0013]4)使用精抛盘配合抛光液进行精抛，消除单晶表面残留的划痕；
[0014]5)精抛后采用电感耦合等离子体反应离子刻蚀对精抛后晶片表面进行10
‑
30min的刻蚀，消除亚表面划痕损伤；
[0015]6)使用SiO2抛光液进行抛光处理，消除电感耦合等离子体反应离子刻蚀引入的表面粗糙度，进一步提高单晶表面的平坦化，获得亚表面无损伤氮化镓晶片。
[0016]根据本专利技术优选的，步骤1)中，多线切割机切割后的氮化镓单晶片厚度为600
‑
700μm。
[0017]根据本专利技术优选的，步骤1)中，初步研磨前采用将氮化镓单晶片固定在表面平整度≤2μm的石英板上。
[0018]根据本专利技术优选的，步骤1)中，粗磨盘为金刚石树脂磨盘，磨盘上设置有颗粒状凸起。
[0019]根据本专利技术优选的，步骤1)中，初步研磨时采用稀释研磨液进行研磨，稀释研磨液中研磨液与纯水重量比为1:10
‑
1:20。
[0020]根据本专利技术优选的，步骤1)中，研磨液为现有技术，广州天润新材料科技有限公司有售，型号为TRG YM
‑
05。稀释研磨液用以增加润滑冷却性能，降低磨削区温度，提高加工效率。
[0021]根据本专利技术优选的，步骤2)中，精磨盘为铜质磨盘，精磨盘上设置有深度约0.5
‑
1.5mm的凹槽。
[0022]根据本专利技术优选的，步骤2)中，钻石液为多晶钻石液，粒度为3μm。
[0023]根据本专利技术优选的，步骤3)中，粗抛盘为氧化铝材质磨盘，粗抛盘上设置有深度约0.5
‑
1.5mm的凹槽。
[0024]根据本专利技术优选的，步骤3)中，钻石液为多晶钻石液，粒度为3μm。
[0025]根据本专利技术优选的，步骤4)中，精抛盘为粘有聚氨酯材质抛光垫的磨盘。
[0026]根据本专利技术优选的，步骤4)中，抛光液包括：磨料、分散剂、氧化剂、pH调节剂和去离子水，抛光液中磨料质量百分比为0.5％
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2％，分散剂质量百分比为0.5％
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2％，氧化剂摩尔浓度为0.1
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0.5M，pH调节剂用量使抛光液pH为1
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3。
[0027]根据本专利技术优选的，步骤4)中，所述磨料为30
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300nm氧化铝纳米粉料或氧化铈纳米粉料，分散剂为有机分散剂十二烷基硫酸钠，氧化剂为高锰酸钾，pH调节剂为硝酸。
[0028]根据本专利技术优选的，步骤5)中，电感耦合等离子体反应离子刻蚀压力为10mTorr，功率为100W，样品温度为25℃，置于Ar/BCl3气氛中。
[0029]根据本专利技术优选的，步骤6)中，SiO2抛光液成分包括：SiO2浆料、过氧化氢和去离子水，SiO2抛光液中，SiO2浆料与去离子水的重量比为1:1，过氧化氢的重量为SiO2抛光液重量的3％
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5％。
[0030]本专利技术与现有技术相比具有以下优点：
[0031]1、本专利技术采用简单、高效的方法，获得高平坦化、高表面质量的氮化镓单晶片，氮化镓单晶片亚表面无损伤，并且透过率大大提高。
[0032]2、本专利技术采用粗磨、细磨、粗抛、精抛、电感耦合等离子体反应离子刻蚀处理，提高了抛光效率，将单晶片的加工时间大大缩短，能够实现单晶片完全无损伤化，得到的氮化镓单晶片亚表面无损伤，并且透过率大大提高。
附图说明
[0033]图1为实施例1处理后亚表面无损伤氮化镓晶片的电子显微图像；
[0034]图2为实施例1处理后亚表面无损伤氮化镓晶片的AFM图像。
[0035]图3为实施例1处理后亚表面无损伤氮化镓晶片以及市售晶片透过率对比图；
[0036]图4为对比例1处理后氮化镓晶片的电子显微及局部放大图像图，经过研磨抛光后，氮化镓单晶表面粗糙度降低，但是亚表面仍有一些划痕损伤。
[0037]图5为对比例2处理后氮化镓晶片的电子显微图像，经过电感耦合等离子体反应离子刻蚀处理后，亚表面划痕损伤完全消失。
[0038]图6为对比例2处理后氮化镓晶片的AFM图像。
具体实施方式
[0039]以下实施例是对本专利技术进一步的具体说明，以此来说明本专利技术的特点，但本专利技术的实施方式绝非仅限于此。
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种亚表面无损伤氮化镓晶片的加工工艺，包括步骤如下：1)经多线切割机切割后的氮化镓单晶片使用粗磨盘进行初步研磨，去除氮化镓单晶片表面的切割痕；2)粗磨后使用精磨盘配合钻石液进行细磨，去除粗磨损伤；3)使用粗抛盘配合钻石液进行粗抛，初步浅化步骤2)的深划痕，使单晶表面的划痕深度整体一致，提高后续的抛光效率；4)使用精抛盘配合抛光液进行精抛，消除单晶表面残留的划痕；5)精抛后采用电感耦合等离子体反应离子刻蚀对精抛后晶片表面进行10
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30min的刻蚀，消除亚表面划痕损伤；6)使用SiO2抛光液进行抛光处理，消除电感耦合等离子体反应离子刻蚀引入的表面粗糙度，进一步提高单晶表面的平坦化，获得亚表面无损伤氮化镓晶片。2.根据权利要求1所述的加工工艺，其特征在于，步骤1)中，多线切割机切割后的氮化镓单晶片厚度为600
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700μm。3.根据权利要求1所述的加工工艺，其特征在于，步骤1)中，初步研磨前采用将氮化镓单晶片固定在表面平整度≤2μm的石英板上。4.根据权利要求1所述的加工工艺，其特征在于，步骤1)中，粗磨盘为金刚石树脂磨盘，磨盘上设置有颗粒状凸起。5.根据权利要求1所述的加工工艺，其特征在于，步骤1)中，初步研磨时采用稀释研磨液进行研磨，稀释研磨液中研磨液与纯水重量比为1:10
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1:20。6.根据权利要求1所述的加工工艺，其特征在于，步骤2)中，精磨盘为铜质磨盘，精磨盘上设置有深度约0...

【专利技术属性】
技术研发人员：张雷，王忠新，俞娇仙，王守志，王国栋，刘磊，刘光霞，徐现刚，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：