專利名稱：大直徑高硬度6H－SiC單晶片的表面拋光方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種大直徑高硬度6H-SiC單晶片的表面拋光方法，屬于晶體材料加工技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
碳化硅(SiC)作為第三代寬帶隙半導體材料的核心，具有寬帶隙、高熱導率、高臨界擊穿電場、高電子飽和遷移速率、高化學穩(wěn)定性等特點，在高溫、高頻、大功率、高密度集成電子器件等方面具有巨大的應(yīng)用潛力。眾所周知，氮化鎵(GaN)是制作光電子器件的最佳材料，但由于不能獲得塊狀氮化鎵單晶材料，迫使人們選擇其替代襯底藍寶石和碳化硅。由于碳化硅與氮化鎵的晶格失配和熱膨脹系數(shù)的差異均明顯小于藍寶石，因此碳化硅單晶片是更優(yōu)良的襯底材料。襯底表面平整度、粗糙度等關(guān)鍵質(zhì)量參數(shù)，將直接影響到其器件的性能，所以在襯底加工過程中必須達到以后工序要求的粗糙度、平整度、平行度等要求，最大限度減少晶片損傷層和雜質(zhì)微粒，為以后工序的進行打下基礎(chǔ)。但是，由于碳化硅莫氏硬度為9.2，僅次于金剛石，脆性大，而且化學穩(wěn)定性好，常溫下幾乎不與其他物質(zhì)反應(yīng)，故碳化硅單晶的襯底拋光已成為碳化硅廣泛應(yīng)用所必須解決的重要問題，也是促進微電子和光電子進一步發(fā)展的十分重要的因素。

發(fā)明內(nèi)容
針對碳化硅單晶的特點，本發(fā)明提供一種采用優(yōu)化的拋光工藝，可獲得表面粗糙度小，平整度高，表面損傷層小，無加工缺陷的大直徑6H-SiC單晶片的表面拋光方法。
大直徑高硬度6H-SiC單晶片的表面拋光方法，將表面經(jīng)過研磨的碳化硅晶片，進行粗拋光和精拋光兩次拋光。粗拋光是在保證平整度的條件下，快速去除前步研磨工藝造成的表面損傷層，降低表面的粗糙度；精拋光采用化學腐蝕和機械去除相結(jié)合的方法，進一步改善晶片表面的微粗糙度，實現(xiàn)表面高光潔度，無加工缺陷。具體拋光方法如下
(1)粗拋光1)采用粒度小于10um的金剛石微粉，將金剛石粉、氧化劑及分散劑按比例配成PH值為9～13、流動性好、懸浮性能好、無毒、利于清洗的拋光液；2)采用質(zhì)硬拋光布，控制晶片上的壓力在100～500g/cm2；3)選擇30～70℃的拋光溫度；4)用拋光機對碳化硅晶片進行粗拋光；(2)對粗拋光后的碳化硅晶片進行精拋光1)選用PH值為9～13，濃度為2％～50％，粒度為20～100nm的膠體二氧化硅拋光液，并加入適量氧化劑；2)采用質(zhì)軟拋光布，控制晶片上的壓力在100～500g/cm2；3)選擇20～60℃的拋光溫度；4)用拋光機對碳化硅晶片進行納米級精拋光；(3)精拋光后對碳化硅晶片清洗以去除表面上的殘留粒子和沾污物。
粗拋光和精拋光時，拋光液中所用的氧化劑是次氯酸鈉或雙氧水或氫氧化鈉或其他與拋光液相兼容的氧化劑。
粗拋光時，采用的拋光布是聚氨酯拋光布或合成革拋光布或無紡布拋光布。
粗拋光時，所用的分散劑是硅酸鈉或六偏磷酸鈉或氨水，拋光液中金剛石粉、氧化劑及分散劑的比例為1∶(0.001～1)∶(0.03～0.3)。
精拋光時，采用的拋光布是合成革拋光布或聚氨酯拋光布，拋光液中氧化劑的加入量為拋光液的1％～50％。
粗拋光和精拋光所用的拋光機都是典型的半導體晶片拋光設(shè)備，可以對晶片加壓，具有晶片自傳和拋光盤公轉(zhuǎn)的功能，自動添加拋光液的特點。例如英國Logitech公司生產(chǎn)的PM5型拋光機。
粗拋光前，碳化硅晶片表面經(jīng)過研磨后，用臺階儀測得的表面粗糙度Ra約為100nm，表面不平整度小于6μm。粗拋光過程中，材料去除速率為0.5～2μm/h，粗拋光后，用臺階儀測量表面粗糙度小于10nm；用原子力顯微鏡觀察表面有金剛石粉拋光后留下的劃痕。
精拋光過程中，材料去除速率為0.1～1μm/h，精拋光后，用原子力顯微鏡觀察表面非常光亮，測得粗糙度小于1nm，無劃痕或其它加工缺陷，2英寸晶片的不平整度小于6μm，翹曲度小于10μm，厚度不均勻度TTV(Total Thickness Variation)小于15μm。
本發(fā)明具有以下優(yōu)點1、精拋光過程采用化學機械拋光法，克服了傳統(tǒng)機械拋光法和化學腐蝕法的缺點，可獲得表面損傷層小、高完整性、高平整度、超光滑的表面，最終測得粗糙度小于1nm。
2、加工出的晶片翹曲度小，厚度均勻性好。
3、可實現(xiàn)碳化硅單晶片的連續(xù)加工；4、操作方便，自動化程度高，加工精度高。
5、工藝流程簡單，成本較低，效率高。
6、本發(fā)明不受拋光設(shè)備的限制，可以適用于符合半導體晶片加工要求的任何拋光設(shè)備。
四.
具體實施例方式
實施例1大直徑高硬度6H-SiC單晶片的表面拋光方法，將表面經(jīng)過研磨的碳化硅晶片，進行粗拋光和精拋光兩次拋光。粗拋光是在保證平整度的條件下，快速去除前步研磨工藝造成的表面損傷層，降低表面的粗糙度；精拋光采用化學腐蝕和機械去除相結(jié)合的方法，進一步改善晶片表面的微粗糙度，實現(xiàn)表面高光潔度，無加工缺陷。具體拋光方法如下(1)粗拋光1)采用粒度為0.1um的金剛石微粉，將金剛石粉、氧化劑及分散劑按比例配成PH值為9～13、流動性好、懸浮性能好、無毒、利于清洗的拋光液；2)采用質(zhì)硬拋光布，控制晶片上的壓力為100g/cm2；3)選擇30～70℃的拋光溫度；4)用拋光機對碳化硅晶片進行粗拋光；(2)對粗拋光后的碳化硅晶片進行精拋光1)選用PH值為9～13，濃度為2％～50％，粒度為20～100nm的膠體二氧化硅拋光液，并加入適量氧化劑；2)采用質(zhì)軟拋光布，控制晶片上的壓力為100g/cm2；
3)選擇20～60℃的拋光溫度；4)用拋光機對晶片進行納米級精拋光；(3)精拋光后對碳化硅晶片清洗以去除表面上的殘留粒子和沾污物。
粗拋光和精拋光時，拋光液中所用的氧化劑是次氯酸鈉。
粗拋光時，采用的拋光布是聚氨酯拋光布。
粗拋光時，所用的分散劑是硅酸鈉，拋光液中金剛石粉、氧化劑及分散劑的比例為1∶0.001∶0.03。
精拋光時，采用的拋光布是合成革拋光布，拋光液中氧化劑的加入量為拋光液的1％。
粗拋光和精拋光所用的拋光機都是PM5型拋光機。
粗拋光前，碳化硅晶片表面經(jīng)過研磨后，用臺階儀測得的表面粗糙度Ra約為100nm，表面不平整度小于6μm。粗拋光過程中，材料去除速率為0.5～2μm/h，粗拋光后，用臺階儀測量表面粗糙度小于10nm；用原子力顯微鏡觀察表面有金剛石粉拋光后留下的劃痕。
精拋光過程中，材料去除速率為0.1～1μm/h，精拋光后，用原子力顯微鏡觀察表面非常光亮，測得粗糙度小于1nm，無劃痕或其它加工缺陷，2英寸晶片的不平整度小于6μm，翹曲度小于10μm，厚度不均勻度TTV小于15μm。
實施例2大直徑高硬度6H-SiC單晶片的表面拋光方法，具體拋光方法及拋光效果與實施例1相同，不同之處在于，粗拋光和精拋光時，拋光液中所用的氧化劑是雙氧水，控制晶片上的壓力為300g/cm2；粗拋光時，采用粒度為1um的金剛石微粉，采用的拋光布是合成革拋光布；粗拋光時，所用的分散劑是六偏磷酸鈉，拋光液中金剛石粉、氧化劑及分散劑的比例為1∶0.01∶0.1；精拋光時，采用的拋光布是聚氨酯拋光布，拋光液中氧化劑的加入量為拋光液的25％。
實施例3大直徑高硬度6H-SiC單晶片的表面拋光方法，具體拋光方法及拋光效果與實施例1相同，不同之處在于，粗拋光和精拋光時，拋光液中所用的氧化劑是氫氧化鈉，控制晶片上的壓力為500g/cm2；粗拋光時，采用粒度為6um的金剛石微粉，采用的拋光布是無紡布拋光布；粗拋光時，所用的分散劑是氨水，拋光液中金剛石粉、氧化劑及分散劑的比例為1∶1∶0.3；精拋光時，采用的拋光布是聚氨酯拋光布，拋光液中氧化劑的加入量為拋光液的50％。
權(quán)利要求
1.一種大直徑高硬度6H-SiC單晶片的表面拋光方法，將表面經(jīng)過研磨的碳化硅晶片，進行粗拋光和精拋光兩次拋光。粗拋光是在保證平整度的條件下，快速去除研磨造成的表面損傷層，并降低表面粗糙度；精拋光采用化學腐蝕和機械去除相結(jié)合的方法，進一步改善晶片表面的微粗糙度，實現(xiàn)表面高光潔度，其特征在于，具體拋光步驟如下(1)粗拋光1)采用粒度小于10um的金剛石微粉，將金剛石粉、氧化劑及分散劑按比例配成PH值為9～13、流動性好、懸浮性能好、無毒、利于清洗的拋光液；2)采用質(zhì)硬拋光布，控制晶片上的壓力在100～500g/cm2；3)選擇30～70℃的拋光溫度；4)用拋光機對碳化硅晶片進行粗拋光；(2)對粗拋光后的碳化硅晶片進行精拋光1)選用PH值為9～13，濃度為2％～50％，粒度為20～100nm的膠體二氧化硅拋光液，并加入適量氧化劑；2)采用質(zhì)軟拋光布，控制晶片上的壓力在100～500g/cm2；3)選擇20～60℃的拋光溫度；4)用拋光機對碳化硅晶片進行納米級精拋光；(3)精拋光后對碳化硅晶片清洗以去除表面上的殘留粒子和沾污物。
2.如權(quán)利要求1所述的大直徑6H-SiC單晶片的表面拋光方法，其特征在于，粗拋光和精拋光均采用拋光布進行拋光。
3.如權(quán)利要求1所述的大直徑6H-SiC單晶片的表面拋光方法，其特征在于，粗拋光時采用金剛石拋光液，精拋光時采用膠體二氧化硅拋光液。
4.如權(quán)利要求1所述的大直徑6H-SiC單晶片的表面拋光方法，其特征在于，粗拋光和精拋光時，拋光液中所用的氧化劑是次氯酸鈉或雙氧水或氫氧化鈉或其他與拋光液相兼容的氧化劑。
全文摘要
大直徑高硬度6H－SiC單晶片的表面拋光方法，屬于晶體材料加工技術(shù)領(lǐng)域。將表面經(jīng)過研磨的碳化硅晶片，進行粗拋光和精拋光兩次拋光。粗拋光是在保證平整度的條件下，快速去除研磨造成的表面損傷層，并降低表面粗糙度；精拋光采用機械和化學拋光相結(jié)合的方法，進一步改善晶片表面的微粗糙度，實現(xiàn)表面高光潔度。精拋光克服了傳統(tǒng)機械拋光法和化學腐蝕法的缺點，可獲得表面損傷層小、高完整性、高平整度、超光滑的表面，加工出的晶片翹曲度小，厚度均勻性好。該方法加工精度高，工藝流程簡單，效率高。
文檔編號H01L21/02GK1836842SQ20061004381
公開日2006年9月27日 申請日期2006年4月19日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月19日
發(fā)明者徐現(xiàn)剛, 胡小波, 陳秀芳, 蔣民華 申請人:山東大學