【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于半导体晶体加工，涉及一种利用物理型等离子体抛光获得的氮化镓单晶衬底及其加工方法，具体涉及一种团簇等离子体抛光技术来逐步去除划痕和降低表面粗糙度来获得高质量表面氮化镓单晶衬底的加工方法。
技术介绍
1、随着电力电子、新能源、电动汽车、5g通讯、高速轨道列车、能源互联网和智能工业等领域的兴起，对功率器件的性能提出了越来越高的要求。由于传统硅（si）器件已达到材料的物理极限，无法满足当前应用场景的需求，寻找si以外新一代的半导体材料变得至关重要。gan具有宽带隙、高击穿电压、高热导率、高电子迁移率和高饱和电子速度的优秀性能。gan单晶衬底可以用于制造用途广泛、性能强大的新一代微芯片，属于所谓宽禁带（氮化镓的禁带宽度是3.4 ev）半导体之列，是研制高效率、高功率微电子器件、光电子器件的新型半导体材料。然而，gan由于其极高的硬度和对化学物质的强稳定性而被归类为一种难以加工的材料，这使得晶片加工非常困难。同时gan基器件的制备对gan晶片的表面质量要求是非常高，晶片表面质量的好坏不仅直接影响了后期外延薄膜的质量，也决定了是否可以用于器件的制备。
2、传统的机械研磨能够实现gan的高效加工，但是由于其机械摩擦的去除本质，不可避免地会在加工后表面产生划痕及亚表面损伤；传统的化学机械抛光（cmp）技术能够实现无损伤加工，但是其材料去除效率很低，限制其商业化发展的进程。团簇等离子体抛光（gcib）中气体在自偏压或外加偏压作用下被加速产生动能，促使等离子体形成纳米团簇，纳米团簇简便易得，尺寸和组成可调的特性，且不会和ga
技术实现思路
1、本专利技术针对现有抛光技术对gan晶片进行无损伤抛光时，抛光效率低以及使用强氧化剂等化学试剂产生大量废液难以处理等问题，专利技术了一种利用物理型等离子体抛光获得的氮化镓单晶衬底及其加工方法，最终获得无损伤、粗糙度低的光滑表面gan单晶衬底。
2、为实现上述目的，本专利技术的技术方案是：
3、一种物理型等离子体抛光氮化镓单晶衬底的加工方法，包括以下步骤：
4、（1）减薄：将gan晶片使用石蜡固定在石英板上，置于研磨抛光夹具上，加入10-30μm粒径的碳化硼液，对晶片施加压力为20-40n，转速为20-40rpm，直至在铁盘上减薄至所需目标厚度为止；
5、（2）精磨：将步骤（1）减薄后的晶片，进一步在橡胶盘或锡盘上研磨，加入1-3 μm粒径的金刚石液，对晶片施加压力为20-40 n，转速为20-40 rpm，研磨时间0.5-2 h，直至达到强光下无明显亮白划痕的状态；
6、（3）等离子体清洗：将步骤（2）精磨后的晶片放置在等离子体清洗机中，等离子体辐照清洗10-20 min，进一步去除杂质，得到gan单晶衬底，同时增加其表面的亲和力，便于下一步纳米团簇等离子体对gan表面进行作用；
7、（4）gcib（团簇等离子体抛光）：将步骤（3）得到的gan单晶衬底放置在等离子体设备加工平台上，开启等离子体通道，以氩气或氦气为载气，选择o2、cl2、ch4、co2中任一种气体为辅助气体，调节通入等离子体的气体流量，在载气流量为10-100 ml/min，辅助气体流量为10-80 ml/min，电压为10-50 kev的条件下，ar+、he2+在自偏压或外加偏压作用下被加速产生动能，促使载气和辅助气体形成纳米团簇，轰击在gan表面，利用形成的纳米团簇对gan单晶衬底进行抛光平滑表面，降低表面粗糙度；
8、（5）抛光结束后关闭气体，将步骤（4）中利用纳米团簇抛光后获得的gan单晶衬底依次用丙酮、无水乙醇、去离子水超声清洗。
9、根据本专利技术优选的，所述步骤（1）中碳化硼粒径为20 μm，碳化硼与水的质量体积比为1000：1，g/l；研磨压力为20 n，研磨转速为30 rpm。
10、根据本专利技术优选的，所述步骤（2）中在橡胶盘上研磨时加入的金刚石液的粒径为3μm，所述金刚石液为金刚石单晶液。
11、根据本专利技术优选的，所述步骤（2）中在锡盘上研磨时加入的金刚石液的粒径为1 μm，所述金刚石液为金刚石单晶液。
12、根据本专利技术优选的，所述步骤（2）中研磨压力为40 n，研磨转速为30 rpm。
13、根据本专利技术优选的，所述步骤（3）中等离子体介质为氧，辐照清洗时间为20 min。
14、根据本专利技术优选的，所述步骤（4）中载气流量为50 ml/min、辅助气体流量为20ml/min。
15、根据本专利技术优选的，所述步骤（4）中电压为30 kev。
16、根据本专利技术优选的，所述步骤（4）中形成的纳米团簇粒子为50-100 nm。
17、本专利技术还提供上述加工方法获得的氮化镓单晶衬底。
18、本专利技术的有益效果如下：
19、（1）本专利技术研磨使用大粒径的碳化硼磨料，可以循环使用，既增加了材料去除率，又节约了成本，有利于商业化的应用。
20、（2）本专利技术整个过程发生的只有物理机械摩擦作用，团簇等离子体抛光技术原理如图1所示，没有任何化学反应发生，既能保证抛光效率稳定，又对环境友好，无污染，且操作步骤简单。
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1.一种物理型等离子体抛光氮化镓单晶衬底的加工方法，其特征在于，所述加工方法包括以下步骤：
2. 根据权利要求1所述的加工方法，其特征在于，步骤（1）中碳化硼粒径为20 μm，碳化硼与水的质量体积比为1000：1，g/L；研磨压力为20 N，研磨转速为30 rpm。
3. 根据权利要求1所述的加工方法，其特征在于，步骤（2）中在橡胶盘上研磨时加入的金刚石液的粒径为3 μm，所述金刚石液为金刚石单晶液。
4. 根据权利要求1所述的加工方法，其特征在于，步骤（2）中在锡盘上研磨时加入的金刚石液的粒径为1 μm，所述金刚石液为金刚石单晶液。
5. 根据权利要求1所述的加工方法，其特征在于，步骤（2）中研磨压力为40 N，研磨转速为30 rpm。
6. 根据权利要求1所述的加工方法，其特征在于，步骤（3）中等离子体介质为氧，辐照清洗时间为20 min。
7. 根据权利要求1所述的加工方法，其特征在于，步骤（4）中载气流量为50 mL/min、辅助气体流量为20 mL/min。
8. 根据权利要求1所述的加
9. 根据权利要求1所述的加工方法，其特征在于，步骤 （4）中形成的纳米团簇粒子为50-100 nm。
10.如权利要求1-9任一项所述加工方法获得的氮化镓单晶衬底。
...【技术特征摘要】
1.一种物理型等离子体抛光氮化镓单晶衬底的加工方法，其特征在于，所述加工方法包括以下步骤：
2. 根据权利要求1所述的加工方法，其特征在于，步骤（1）中碳化硼粒径为20 μm，碳化硼与水的质量体积比为1000：1，g/l；研磨压力为20 n，研磨转速为30 rpm。
3. 根据权利要求1所述的加工方法，其特征在于，步骤（2）中在橡胶盘上研磨时加入的金刚石液的粒径为3 μm，所述金刚石液为金刚石单晶液。
4. 根据权利要求1所述的加工方法，其特征在于，步骤（2）中在锡盘上研磨时加入的金刚石液的粒径为1 μm，所述金刚石液为金刚石单晶液。
5. 根据权利要求1所述的加工...
【专利技术属性】
技术研发人员：王守志，李秋波，张雷，俞娇仙，王国栋，刘磊，徐现刚，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：
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