CN101673668B

CN101673668B - 一种氮化镓晶体抛光的方法

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Publication number: CN101673668B
Application number: CN2009101805295A
Authority: CN
Inventors: 李强; 徐永宽; 程红娟; 殷海丰; 于祥潞; 杨丹丹; 赖占平; 严如岳
Original assignee: CETC 46 Research Institute
Current assignee: CETC 46 Research Institute
Priority date: 2009-10-19
Filing date: 2009-10-19
Publication date: 2012-08-01
Anticipated expiration: 2029-10-19
Also published as: CN101673668A

Abstract

本发明公开了一种氮化镓晶体抛光的方法，所述方法包括以下步骤：将氮化镓晶片粘贴在石英板上；用研磨机对粘贴在石英板上的氮化镓晶片进行研磨；对抛光液进行加热升温，用紫外光照射抛光的氮化镓晶片，用抛光机对研磨后的氮化镓晶片进行化学机械抛光。本发明在传统的氮化镓晶片化学机械抛光的基础上，使用了紫外光对其晶片进行照射，同时使用了自制水浴加热系统对抛光液进行升温，提高了化学机械抛光过程中的化学反应速率，再通过重物重量的调节，使得物理去除作用和化学作用达到平衡，不仅解决了氮化镓晶体难抛光的问题，提高了N面和Ga面去除速率，也获得了令人满意的光亮表面。本发明方法成本明显更低，工艺实施简单，并且有效的提高了抛光效率。

Description

一种氮化镓晶体抛光的方法

技术领域

本发明涉及半导体抛光领域，特别是涉及一种氮化镓晶体抛光的方法。

背景技术

第三代半导体材料氮化镓具有禁带宽度大、击穿电场高、热导率大、电子饱和漂移速度高、介电常数小、抗辐射能力强、化学稳定性高等独特的性能，它在光显示、光存储、光探测等光电子器件和高温、高频大功率电子等微电子器件领域有着广阔的应用前景。GaN基器件不仅在民用方面已得到大量应用，拥有巨大的市场潜力，而且在军事上也有重大应用前景，受到各国军方的极大重视。

上世纪90年代初中期，GaN基蓝、紫光，特别是P型掺杂技术的突破，为全固态全色显示和白光照明技术的迅速发展，打下了基础。目前，高亮度GaN基蓝、绿光二极管(LED)已形成高技术产业，2002年GaN基LED的世界市场已达18亿美元，并以年50％的速度增长，市场潜力巨大。大功率、超高亮度GaN基蓝、紫光LED制造技术的突破，将触发照明光源的革命，受到世界各国的重视，研究工作突飞猛进，日新月异。此外，GaN材料也被广阔的应用于LD(Laser disc，镭射影碟)、UV(紫外线)探测器、HEMT(High ElectronMobility Transistor，高电子迁移率晶体管)等方面。

制约GaN基器件性能及可靠性提高的关键问题是缺乏高平整度和高表面光滑度的衬底材料。目前GaN材料的生长方法主要是MOCVD(Metal OrganicChemical Vapor Deposition，金属有机化学气相沉积)法和HVPE(Hydride vaporphase epitaxy，氢化物气相外延)法。用MOVCVD法生长的氮化镓薄膜表面平整度和粗糙度比较好，可以在制备器件方面直接应用，但MOCVD法生长速度太慢，只能用来生长薄膜；而HVPE法进行氮化镓单晶生长到200μm以上，所需生长时间长，厚度大，往往出现厚度不均匀情况，并且表面平整度和粗糙度都很大，不能直接用于制造器件，必须进行抛光，改善表面的平整度和粗糙度。所以选用一种好的抛光方法是至关重要的。

氮化镓材料的硬度大，化学稳定性高，任何抛光液对它的化学腐蚀作用都非常小，以往氮化镓的抛光一般采用机械抛光，采用不同型号的金刚石抛光液进行多次抛光。虽然使用非常细的金刚石进行机械抛光可以得到光亮的表面，平整度和粗糙度很好，但仍然存在较深的机械损伤层，晶片表面即便看不到划道，通过在外延炉内高温腐蚀后，会发现表面又出现很多划道。最近有人用反应离子刻蚀方法(RIE)对氮化镓的Ga面进行处理，以去除表面损伤，得到更平整的表面。然而，这样的RIE工艺并不理想，因为由于离子轰击，又引入了新的损伤，表面更不规则，并伴有沾污，这还必须增加氧等离子体清洗工艺，使得工艺更加复杂化。

化学机械抛光(CMP，Chemical Mechanical Polishing)是化学去除和机械研磨共同作用的结果，是目前实现各种半导体材料全面平坦化的最佳方法之一，所以研究GaN材料的化学机械抛光机理是必不可少的，但是氮化镓晶片正反两面性质不同，N面化学活性高，KOH或NaOH基抛光液抛光，很容易去掉表面损伤和划道，得到高度平整抛光表面，而Ga面，用KOH或NaOH基抛光液抛光，基本没有变化。必须设法去掉表面损伤，得到良好抛光的Ga面。因此，如何提高Ga面的抛光效率，得到良好的抛光表面，是亟待解决的问题。

发明内容

本发明提供一种有效的改善晶片的表面质量，得到光亮的镜面的氮化镓晶体抛光的方法，用以解决现有技术中存在氮化镓晶体抛光不佳的问题。

为达上述发明目的，本发明提供一种氮化镓晶体抛光的方法，所述方法包括以下步骤：

将氮化镓晶片粘贴在石英板上；

用研磨机对粘贴在石英板上的氮化镓晶片进行研磨；

把抛光垫贴在抛光盘上，用环型重物把贴有氮化镓晶片的石英板压在抛光垫上，使紫外光从环形重物上方透过，照在氮化镓晶片上，对抛光液加热；启动抛光机，使研磨盘旋转进而带动氮化镓晶片以及环型重物旋转进行抛光；其中，环型重物的压力为100-500g/cm²。

其中，将氮化镓晶片粘贴在石英板上，具体为：

将石英板在加热器上加热，把蜡均匀的涂抹其上，再把氮化镓晶片粘在蜡上按实，停止加热，待蜡凝固后，将多余的蜡清除掉，完成贴片。

其中，将所述氮化镓晶片粘贴在所述石英板的中央。

其中，将所述氮化镓晶片均匀粘贴在所述石英板的四周，且与所述石英板边缘保持至少2mm的距离。

其中，对所述氮化镓晶片进行研磨的方法是：采用不同粒径的磨料对所述氮化镓晶片进行多次研磨。

其中，所述磨料立方碳化硼、碳化硅、刚玉粉。

其中，所述抛光为粗抛，粗抛抛光液为粒径为80nm的Al₂O₃抛光液，其中加入5％的三氯异氰脲酸。

其中，在粗抛之后，还包括细抛，细抛的抛光液采用粒径为25-26nm的SiO₂抛光液，其中加入5％的H₂O₂。

其中，所述抛光液的温度为30-90℃。

本发明有益效果如下：

本发明在传统的氮化镓晶片化学机械抛光的基础上，使用了紫外光对其晶片进行照射，同时使用了自制水浴加热系统对抛光液进行升温，提高了化学机械抛光过程中的化学反应速率，再通过重物重量的调节，使得物理去除作用和化学作用达到平衡，不仅解决了氮化镓晶体难抛光的问题，提高了N面和Ga面去除速率，也获得了令人满意的光亮表面。本发明方法成本明显更低，工艺实施简单，并且有效的提高了抛光效率。

附图说明

图1是本发明实施例的氮化镓晶体化学机械抛光示意图；

图2是本发明实施例大尺寸氮化镓晶片粘贴示意图；

图3是本发明实施例小尺寸氮化镓晶片粘贴示意图；

图4是本发明实施例水浴加热系统结构示意图。

其中，11：紫外灯，12：抛光液；13：抛光垫；14：抛光盘；15：环型重物；16：石英板；17：氮化镓晶片；21：石英板；22：大片的氮化镓晶片；31：小片的氮化镓晶片；32：石英板；41：加热管；42：水浴加热容器；43：抛光液；44：热电偶。

具体实施方式

以下结合附图以及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不限定本发明。

本实施例的氮化镓晶体抛光的方法包括如下步骤：

步骤A：用高温蜡将氮化镓晶片粘贴在石英板上。

步骤B：用研磨机对粘贴在石英板上的氮化镓晶片进行研磨。

步骤C：通过水浴加热对抛光液进行升温，用紫外光照射抛光的晶片，用抛光机对研磨后的氮化镓晶片进行化学机械抛光。

步骤A中所述的贴片方式包括大片粘贴和小片粘贴。如图2所示，大片的GaN晶片22(≥2英寸)直接粘贴在石英板21的中央；如图3所示，小片的氮化镓晶片31(如10×10mm)均匀的粘贴在石英板32的四周，与边缘保持至少2mm的距离。

步骤B中所述的研磨方法是采用高硬度不同粒径的磨料(如立方BC、SiC、刚玉粉等)对氮化镓晶片进行多次研磨，降低晶片表面的损伤层厚度。

步骤C中所述的抛光分为粗抛和精抛两步进行，粗抛是采用高硬度抛光料，精抛使用低硬度磨料。加热抛光液的温度为30～90℃。

下面以2英寸氮化镓晶片单面抛光为例进行说明。图1所示为氮化镓晶体抛光示意图。进行氮化镓抛光首先要进行贴片，就是将氮化镓晶片粘贴在石英板上，将石英板在加热器上加热，把高温蜡均匀的涂抹在其上，再把2英寸晶片粘在蜡上按实(为使后续工作中晶片受力均匀，要把晶片粘贴在石英板中心上)，停止加热待蜡凝固后，将多余的蜡清除掉，完成贴片，如附图2所示。出去多余的蜡的目的是在后续研磨工艺过程中多余的蜡可能会吸附粒径较大的磨料颗粒，以致产生不必要的划痕，降低抛光质量。

贴片完成后，要对其进行研磨，目的是为了去除切片过程中产生的刀痕或晶体生长过程中晶体表面大的凹凸，提高晶片的平整度。本发明采用高硬度磨料刚玉粉进行研磨，依次使用粒度为w10、w7、w3.5、w1.5的刚玉粉进行多次研磨，目的是在提高晶片的平整度的同时，尽量降低晶片表面损伤层的厚度，为后续抛光工艺打下基础。

如图1所示对晶片进行抛光。先进行粗抛光，抛光液12为粒径为80nm的Al₂O₃抛光液，其中加入5％的氧化剂三氯异氰脲酸。把抛光垫13贴在抛光盘14上，用环型重物15把贴有氮化镓晶片17的石英板16压在抛光垫13上，使紫外光11从环形重物上方透过，照在氮化镓晶片17上，用水浴加热系统把抛光液加热，水浴加热系统结构如图4所示，加热管41将水浴加热容器42中的液体加热；进而加热抛光液43；通过热电偶44监测抛光液43的温度。打开抛光机电源，使研磨盘旋转进而带动氮化镓晶片17以及环型重物15旋转进行抛光。在此抛光过程中，可通过调节环型重物15的质量来改变去除速率，我们优选低压缩比、高硬度的抛光垫，若抛光垫过软可能引起抛光晶片塌边；优选的压力为100-500g/cm²，压力太小使去除速率降低，压力过大也会使抛光垫变型，致使抛光过程中晶片产生塌边现象；优选抛光液的温度为30-90℃，温度太低使氧化剂的化学作用太弱，和压力产生物理去除无法达到平衡，抛光效果不好，并且降低抛光速率，抛光液温度过高，反而使抛光垫和抛光机受损坏；本发明中，使用紫外光照射可加速氧化剂与氮化镓晶片表面的化学反应速率，使晶片表面粗糙度降低，并能提高抛光速率。

采用上述方法进行粗抛光大约一小时，使晶片表面损伤层进一步降低，之后进行精抛光，抛光液采用低硬度粒径为25-26nm的SiO₂抛光液，其中加入5％的H₂O₂氧化剂，其它条件同粗抛光。再进行约一小时精抛光，即可得到表面粗糙度极低的晶片表面。

由上述实施例可以看出，本发明在传统的氮化镓晶片化学机械抛光的基础上，使用了紫外光对其晶片进行照射，同时使用了自制水浴加热系统对抛光液进行升温，提高了化学机械抛光过程中的化学反应速率，再通过重物重量的调节，使得物理去除作用和化学作用达到平衡，不仅解决了氮化镓晶体难抛光的问题，提高了N面和Ga面去除速率，也获得了令人满意的光亮表面。本发明方法成本明显更低，工艺实施简单，并且有效的提高了抛光效率。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims

1.一种氮化镓晶体抛光的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

将氮化镓晶片粘贴在石英板上；

用研磨机对粘贴在石英板上的氮化镓晶片进行研磨；

2.如权利要求1所述的氮化镓晶体抛光的方法，其特征在于，将氮化镓晶片粘贴在石英板上，具体为：

3.如权利要求1所述的氮化镓晶体抛光的方法，其特征在于，将所述氮化镓晶片粘贴在所述石英板的中央。

4.如权利要求1所述的氮化镓晶体抛光的方法，其特征在于，将所述氮化镓晶片均匀粘贴在所述石英板的四周，且与所述石英板边缘保持至少2mm的距离。

5.如权利要求1所述的氮化镓晶体抛光的方法，其特征在于，对所述氮化镓晶片进行研磨的方法是：

采用不同粒径的磨料对所述氮化镓晶片进行多次研磨。

6.如权利要求5所述的氮化镓晶体抛光的方法，其特征在于，所述磨料立方碳化硼、碳化硅、刚玉粉。

7.如权利要求1所述的氮化镓晶体抛光的方法，其特征在于，所述抛光为粗抛，粗抛抛光液为粒径为80nm的Al₂O₃抛光液，其中加入5％的三氯异氰脲酸。

8.如权利要求7所述的氮化镓晶体抛光的方法，其特征在于，在粗抛之后，还包括细抛，细抛的抛光液采用粒径为25-26nm的SiO2抛光液，其中加入5％的H2O2。

9.如权利要求1所述的氮化镓晶体抛光的方法，其特征在于，所述抛光液的温度为30-90℃。