不同磨料对蓝宝石晶片化学机械抛光的影响研究

本文制备了几种含不同磨料(SiC、Al2O3不同粒径SiO2)的抛光液,通过纳米粒度仪分析磨料粒径分布,采用原子力显微镜观察磨料的粒径大小.研究了不同磨料对蓝宝石晶片化学机械抛光(CMP)的影响,利用原子力显微镜检测抛光前后蓝宝石晶片表面粗糙度.实验结果表明,在相同的条件下,采用SiC、Al2O3作为磨料时,材料去除速率与表面粗糙度均不理想;而采用含1;粒径为110 nm SiO2的抛光液,材料的去除速率最高为41.6 nm/min,表面粗糙度Ra=2.3 nm;采用含1;粒径为80 nm SiO2的抛光液,材料的去除速率为36.5 nm/min,表面粗糙度最低Ra=1.2 nm.     

用于GaN薄膜生长的γ-LiAlO2晶体基片制备工艺研究

研究了铝酸锂晶体的化学机械抛光工艺.自制了SiO2悬浮液作为抛光剂,主要研究抛光过程中抛盘转速、抛光时间以及抛光压力等系列抛光工艺参数对抛光晶片表面质量的影响规律.通过优化抛光工艺参数获得了适宜制备氮化镓薄膜的铝酸锂晶体基片,最小的表面粗糙度为2.695 nm.结合氮化镓薄膜的制备条件,对抛光好的铝酸锂晶体基片采用退火的方法去除生长态晶体的热应力和机械应力.利用扫描电子显微镜研究了退火后晶片的表面质量,同时用激光共聚焦技术研究了晶体表面腐蚀坑的三维形貌.退火处理导致了铝酸锂晶体表面腐蚀坑的数目和深度增加.随着退火温度的升高和退火的保温时间的增加,铝酸锂晶体中锂元素挥发,晶体表面质量下降.但是适当的保温时间能够改善铝酸锂晶体的完整性,释放在晶体生长和试样制备过程中存在的热应力和机械应力,改善了晶体质量.     

硬盘微晶玻璃基板化学机械抛光研究

利用自制的抛光液对硬盘微晶玻璃基板进行化学机械抛光.研究了抛光压力、SiO2浓度、pH和氧化剂过硫酸铵浓度等因素对材料去除速率MRR和表面粗糙度Ra的影响,系统分析了微晶玻璃抛光工艺过程中的影响因素,优化抛光工艺条件,利用原子力显微镜检测抛光后微晶玻璃的表面粗糙度.结果表明:当抛光盘转速为100 r/min、抛光液流量为25 mL/min、抛光压力为9.4 kPa、SiO2浓度为8wt;、pH=8、过硫酸铵浓度为2wt;时,能够得到较高的去除速率(MRR=86.2 nm/min)和较低表面粗糙度(Ra=0.1 nm).     

金刚石微粉对SiC机械抛光的影响研究

研究了金刚石微粉对碳化硅晶片表面机械抛光质量及去除率的影响.选取粒径均为W0.5～1μm、粒径分布和形貌不同的3种金刚石微粉,配置3种SiC单晶片机械抛光液.通过纳米粒度仪和扫描电镜分别测试了金刚石微粉的粒度分布和微观形貌.使用原子力显微镜测试了SiC晶片机械抛光后表面粗糙度.金刚石微粉的微观形貌越圆滑,粒径分布越集中,抛光后晶片的表面质量越好.金刚石微粉中单个颗粒的表面棱角有利于提高材料去除率.     

HgInTe晶片表面化学抛光研究

对HgInTe(MIT)晶片表面化学抛光工艺进行了研究,采用不同浓度的Br2-C3H7ON以及Br2-MeOH作为抛光液对MIT晶片进行化学抛光后发现,5;Br2-C3H7ON抛光液的抛光速度平稳且易于控制,抛光3min后可以有效去除表面划痕,获得光亮表面,表面形貌达到最佳效果.AFM分析结果表明,5;Br2-C3H7ON抛光后的晶片表面粗糙度降低67;,平整度显著增加.相比之下,5;Br2-MeOH抛光液抛光速度过快,抛光后的表面形貌较差.     

硒化锌的化学机械抛光研究

采用化学机械抛光(CMP)的方法,自制抛光液作为研磨介质,对(50×50×1.5)mm3硒化锌(ZnSe)晶片抛光.通过分析抛光液的pH值、抛光盘转速、抛光液的磨料浓度、压力、抛光时间和抛光液流量等参数对CMP的影响,组合出最佳工艺参数,并通过原子力显微镜和平晶测试方法对最佳工艺参数获得的ZnSe晶片进行测试,实验结果显示,ZnSe晶片抛光后的表面粗糙度Ra为0.578 nm,平面面形误差小于1.8 μm.     

阳离子表面活性剂对A向蓝宝石晶片化学机械抛光效率的影响

为了探究阳离子表面活性剂对A向(1120)蓝宝石晶片化学机械抛光效率的影响,采用失重法计算蓝宝石的材料去除率(MRR)、原子力显微镜观察抛光后蓝宝石晶片表面粗糙度(Ra).结果表明:纯二氧化硅磨粒抛光液中,蓝宝石晶片的MRR在pH8时最优(MRR=1984/h),此时Ra为0.867 nm;添加一定浓度的阳离子表面活性剂可以提高蓝宝石晶片的抛光效率,其MRR在pH =9时达到最大(MRR=2366 nm/h),此时Ra =0.810 nm.通过粒径和Zeta电位分析,阳离子表面活性剂改变了二氧化硅磨粒表面的Zeta电位值,进而改变了磨粒与磨粒及磨粒与蓝宝石晶片的作用力,且在碱性条件下可以获得较高的MRR.     

大直径铌酸锂晶片的化学机械抛光研究

本文采用化学机械抛光方法,以SiO2作为抛光液的研磨介质,对76mm Z切向的铌酸锂晶片的抛光进行了深入的研究.分析了影响铌酸锂晶片抛光效果的因素,通过优化工艺参数,使铌酸锂的表面粗糙度Ra达到0.387nm,平面面形误差小于4μm.     

SiC晶片不同晶面的CMP抛光效果对比研究

化学机械抛光(CMP)已被认为是目前实现SiC晶片全局平坦化和超光滑无损伤纳米级表面的最有效加工方法之一,然而SiC晶片的化学氧化反应受其表面极性的强烈影响,从而导致其不同晶面表面原子在CMP过程中的可氧化性以及氧化产物去除的难易程度存在差异.采用K2 S2 O8作为氧化剂、Al2 O3纳米颗粒作为磨粒,对比研究了6H-SiC晶片Si面和C面的CMP抛光效果,并分析不同晶面对其CMP抛光效果的影响机理.结果表明,6H-SiC晶片Si面和C面的CMP抛光效果存在显著差异.6H-SiC晶片Si面的材料去除率在pH=6时达到最大值349 nm/h;相比之下,C面的材料去除率在pH=2时达到最大值1184 nm/h,抛光后的Si面和C面均比较光滑.氧化剂进攻C面上C原子的位阻明显小于其进攻Si面上的C原子的位阻,从而导致C面比Si面具有更高的反应活性和氧化速度.此外,C面上的氧化物比Si面上的氧化物更容易被去除,因此C面比Si面易于获得更高的材料去除率.     

SiC晶片研磨加工亚表面损伤深度的研究

SiC晶片研磨加工表面层损伤深度直接影响后续抛光加工的成本和效率,但SiC单晶是典型的难加工材料,亚表面损伤检测极为困难.文中利用截面显微检测技术对SiC晶片研磨加工亚表面损伤深度进行了检测分析,并研究了研磨方式、工艺参数对损伤深度的影响及晶片上损伤深度的分布规律.结果表明,同样的研磨工艺参数条件下,固结磨料研磨SiC晶片损伤深度略小于游离磨料研磨晶片的损伤深度.固结磨料研磨时,随着磨料粒度从W7增大到W28,损伤深度由3.0 μm增大到4.7 μm.随着研磨压力从1 psi增大到3 psi,晶片损伤深度从4.1 μm增大到4.9 μm.在整个晶片上,损伤深度由中心向边缘沿径向逐渐增大,增大幅度约为0.6～1.0 μm.     

LBO晶体超光滑表面抛光机理

胶体SiO2抛光LBO晶体获得无损伤的超光滑表面,结合前人对抛光机理的认识,探讨了超光滑表面抛光的材料去除机理,分析了化学机械抛光中的原子级材料去除机理.在此基础上,对胶体SiO2抛光LBO晶体表面材料去除机理和超光滑表面的形成进行了详细的描述,研究抛光液的pH值与材料去除率和表面粗糙度的关系.LBO晶体超光滑表面抛光的材料去除机理是抛光液与晶体表面的活泼原子层发生化学反应形成过渡的软质层,软质层在磨料和抛光盘的作用下很容易被无损伤的去除.酸性条件下,随抛光液pH值的减小抛光材料的去除率增大;抛光液pH值为4时,获得最好的表面粗糙度.     

碲锌镉晶体高效低损伤CMP工艺研究

本文采用新型的自行研制的化学机械抛光液,对碲锌镉晶体进行了化学机械抛光方法的尝试性试验,并分析了在化学机械抛光(CMP)过程中抛光垫的硬度、磨料的种类、氧化剂、抛光液的pH值对表面质量和材料去除率的影响,提出适合软脆功能晶体碲锌镉的高效低损伤抛光工艺.结果表明,采用自行研制的带有硝酸的化学机械抛光液,在pH优化值为2.5时,15 min即可获得Ra为0.67 nm的超光滑无损伤表面,大大提高了加工效率和精度.     

Surface preparation of AlN substrates

The Al‐polar surfaces of AlN wafers cut from physical vapor transport grown crystals were lapped and polished. Polishing procedures were developed to produce surfaces for epitaxial growth. The surface scratches and subsurface damage caused by mechanical polishing were removed by a final chemical mechanical polishing (CMP) process, which yielded a perfect surface ready for epitaxial growth. After CMP the average root mean square surface roughness on a 5 µm × 5 µm area was 0.1 nm. Characterization of the polished surfaces by electron back scatter diffraction and cathodoluminescence showed no subsurface damage. The difference of orientation dependent material removal rate during CMP went up with the increase of the misorientation from (0001) surface. (© 2008 WILEY‐VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim)     

抛光加工参数对KDP晶体材料去除和表面质量的影响

针对软脆易潮解KDP功能晶体材料的加工难点,提出了一种基于潮解原理的无磨料化学机械抛光新方法,研制了一种非水基无磨料抛光液,该抛光液结构为油包水型微乳液.通过控制抛光液中的含水量可以方便地控制KDP晶体静态蚀刻率和抛光过程中材料的去除率.实验中还研究了不同加工参数对晶体材料去除率和已加工表面质量的影响.该抛光液的设计为易潮解晶体的超精密抛光加工提供了一条新的技术途径.     

C面蓝宝石抛光液组分优化

本文利用单因素及正交试验探究磨粒种类、抛光液pH值、表面活性剂种类、磨粒粒径对C面蓝宝石化学机械抛光材料去除率的影响,试验结果表明: 采用二氧化硅作为磨粒能得到较高的材料去除率及较好的表面形貌;材料去除率随抛光液pH值的增大呈现先增大再减小的趋势,其中pH值在9附近能得到较好的去除率;材料去除率还随着磨粒粒径的增大而增大;使用三乙醇胺(TEA)、十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)作表面活性剂能得到较高的材料去除率;各试验因素对蓝宝石晶片材料去除率的主次顺序为磨粒粒径、表面活性剂、抛光液pH值;其中当磨粒粒径为50 nm,表面活性剂选CTAB,抛光液pH值为9既能得到较高的材料去除率又能获得较好的表面质量。     

CdZnTe(211)面纳米力学特性分析

采用研磨-机械抛光-化学机械抛光工艺对CdZnTe(211)面进行加工,当表面粗糙度Ra达到0.94 nm时,采用纳米压痕仪对CdZnTe(211)面进行纳米力学性能测量,试验结果表明:弹性模量和硬度随着压力的增大而减小,存在明显的尺寸效应.当针尖离开晶体表面时,黏附现象特别明显.在不同晶向上,弹性模量和硬度存在显著的各向异性.     

表面预处理对SiO2/Si结构上APCVD生长SiC薄膜的影响

采用S iH4-C3H8-H2气体反应体系在S iO2/S i复合衬底上进行了S iC薄膜的APCVD生长。实验结果表明,H2表面预处理温度过高或时间过长会导致衬底表面S iO2层熔化再结晶或被腐蚀掉。通过“先硅化再碳化”的工艺方法可以较好地解决S iO2/S i复合衬底上S iC成核困难以及粘附性差的问题,同时还可以有效抑制S iO2中的O原子向S iC生长膜扩散。选择预处理温度和薄膜生长温度为1180℃、H2预处理、S iH4硅化和C3H8碳化时间均为30 s的最佳生长条件时,可以得到<111>晶向择优生长的多晶3C-S iC外延薄膜,薄膜生长速率约为2.0~2.5nm/m in.     

单晶蓝宝石球罩的磁控研磨试验研究

开展了金刚石磁性磨料在磁场控制下研磨加工单晶蓝宝石球罩的实验,研究了研磨压力、研磨时间、乙二胺浓度等因素对单晶蓝宝石球罩材料去除率及面粗糙度的影响.实验结果表明:随着研磨压力的增大,材料去除率增加但增幅减小,面粗糙度Sa也降低,降低幅度也减小.当乙二胺浓度为3;,研磨压力为25 kPa时,材料去除率在前30 min能保持在5μm·h-1以上,但在30 min之后,材料去除率开始出现较大幅度的下降,面粗糙度Sa在前30 min较为快速地降低到110 nm左右,后30 min略有降低.     

大尺寸单晶金刚石磨抛一体化加工研究

金刚石因其优异的物理性质被视为下一代半导体材料,然而其极高的硬度、脆性和耐腐蚀性导致其加工困难,尤其是对于大尺寸的化学气相沉积(chemical vapor deposition, CVD)单晶金刚石(SCD)晶片而言,目前还缺乏一种高效、低成本的磨抛加工方法。本文提出一种基于工件自旋转的同心双砂轮磨抛一体化加工技术,在一次装夹中,先采用金刚石磨料的陶瓷内圈砂轮磨削单晶金刚石晶片表面,将单晶金刚石表面迅速平坦化,后采用金刚石与CuO混合磨料的外圈溶胶-凝胶(sol-gel,SG)抛光轮抛光单晶金刚石晶片表面,使其在较短时间内完成从原始生长面(Sa约46 nm)到原子级表面精度(Sa＜0.3 nm)的加工。磨削加工中,硬质金刚石磨料的陶瓷砂轮高速划擦金刚石晶片表面,在强机械作用下获得较大的材料去除以及纳米级的光滑单晶金刚石表面,同时引起进一步的表面非晶化;SG抛光加工中,硬质金刚石磨料高速划擦单晶金刚石表面形成高温高压环境,进一步诱导CuO粉末与单晶金刚石表面的非晶碳发生氧化还原反应,实现反应抛光。磨抛一体化的加工技术为晶圆级的单晶、多晶金刚石的工业化生产提供借鉴。