6H-SiC衬底片的表面处理

相比于蓝宝石,6H-SiC是制作GaN高功率器件更有前途的衬底.本文研究了表面处理如研磨、化学机械抛光对6H-SiC衬底表面特性的影响.用显微镜、原子力显微镜、拉曼光谱、卢瑟福背散射谱表征了衬底表面.结果表明经过两步化学机械抛光后提高了表面质量.经第二步化学机械抛光后的衬底具有优异的表面形貌、高透射率和极小的损伤层,其表面粗糙度RMS是0.12nm.在该衬底上用MOCVD方法长出了高质量的GaN外延膜.     

低亚表面损伤的YCOB晶体超精密抛光

通过选择合适的研磨剂、抛光垫以及抛光材料,采用机械抛光与CMP抛光相结合的方法对应用于高激光损伤阈值的薄膜基体材料YCOB晶体进行表面加工.通过优化研磨抛光工艺后得到超光滑晶体表面,样品表面在125μm×94μm的范围内粗糙度RMS值达到0.6 nm,同时具有非常低的亚表面损伤层,经过超声清洗和有机溶剂刻蚀后,在高倍显微镜下无明显划痕.     

磨料形貌及分散介质对4H碳化硅晶片研磨质量的影响研究

研磨作为4H碳化硅(4H-SiC)晶片加工的重要工序之一,对4H-SiC衬底晶圆的质量具有重要影响。本文研究了金刚石磨料形貌和分散介质对4H-SiC晶片研磨过程中材料去除速率和面型参数的影响,基于研磨过程中金刚石磨料与4H-SiC晶片表面的接触情况,推导出简易的晶片材料去除速率模型。研究结果表明,磨料形貌显著影响4H-SiC晶片的材料去除速率,材料去除速率越高,晶片的总厚度变化(TTV)越小。由于4H-SiC中C面和Si面的各向异性,4H-SiC晶片研磨过程中C面的材料去除速率高于Si面。在分散介质的影响方面：水基体系研磨液的Zeta电位绝对值较高,磨料分散均匀,水的高导热系数有利于控制研磨过程中的盘面温度;乙二醇体系研磨液的Zeta电位绝对值小,磨料易发生团聚,增大研磨过程的磨料切入深度,晶片的材料去除速率提高,晶片最大划痕深度随之增大。     

固结金刚石研磨盘加工蓝宝石基片的磨削性能研究

通过蓝宝石基片磨削试验研究了陶瓷结合剂、树脂结合剂和陶瓷树脂复合结合剂制备的固结金刚石研磨盘磨削工件的材料去除率、表面粗糙度和磨盘自锐性能,确定了磨削性能最佳的金刚石研磨盘结合剂,在此基础上,进一步研究了W40、W20、W7和W2.5金刚石研磨盘磨削蓝宝石基片的材料去除率、表面粗糙度、表面/亚表面损伤及其材料去除机理,提出依次采用W40金刚石研磨盘粗磨、W7金刚石研磨盘半精磨和W2.5金刚石研磨盘精磨的蓝宝石基片高效低损伤磨削新工艺.结果表明,陶瓷树脂复合结合剂制备的固结金刚石研磨盘磨削蓝宝石基片的综合性能最好,随着磨料粒径的减小,磨削蓝宝石基片的表面材料去除方式从脆性断裂去除向塑性流动去除转变,同时蓝宝石基片的材料去除率、表面粗糙度和亚表面损伤深度也随之减小.     

研磨方式对单晶蓝宝石亚表面损伤层深度的影响

研磨过程中产生的亚表面损伤层深度是影响单晶蓝宝石抛光质量的关键因素.本文开展了游离磨料和固结磨料两种研磨方式研磨单晶蓝宝石的实验研究,采用三维形貌仪观察了加工前后的工件表面质量,运用差动腐蚀法比较了研磨方式对研磨后工件亚表面损伤层深度的影响.结果表明,金刚石磨料粒径分别为W 50和W 14的游离磨料研磨加工蓝宝石晶片的亚表面损伤层深度分别为48.85 μm和7.02 μm,而相同粒径固结磨料加工的亚表面损伤层深度分别为5.47 μm和3.25 μm.固结磨料研磨后的工件表面粗糙度也优于相同粒径的游离磨料加工的工件.固结磨料研磨方式对于蓝宝石单晶表面研磨质量的改善和亚表面损伤层深度的降低具有显著的效果.     

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.     

无位错Te-GaSb(100)单晶抛光衬底的晶格完整性

采用液封直拉(LEC)法批量生长的直径2英寸(1英寸=2.54 cm)n型Te-GaSb(100)单晶的位错腐蚀坑密度(EPD)通常低于300 cm^-2,达到无位错水平。本文利用X射线摇摆曲线以及倒易空间图(RSM)对这种GaSb单晶抛光衬底的晶格完整性和亚表面损伤情况进行了分析表征,结果表明经过工艺条件优化的化学机械抛光处理,GaSb单晶衬底表面达到原子级光滑,不存在亚表面损伤层。利用分子束外延在这种衬底上可稳定生长出高质量的Ⅱ类超晶格外延材料并呈现出优异的红外探测性能。在此基础上,对CaSb衬底材料的物性、生长制备和衬底加工条件之间的内在关系进行了综合分析。     

化学机械磨削(CMG)加工单晶硅片

单晶硅是半导体行业重要的功能材料,加工时首先被切割成晶片,然后通过研磨和抛光获得光滑表面.本文介绍了一种新的化学机械磨削(CMG)工艺,用于硅片的终端加工.CMG是把化学反应和机械磨削融为一体的固结磨料加工工艺,在加工效率、磨粒可控性、废料处理等方面优于化学机械抛光(CMP).利用CMG加工单晶硅片,能有效减小亚表面损伤和消除残余应力,对碳化硅、氮化硅、蓝宝石等其它功能材料的超精密加工具有一定的借鉴意义.     

4H-SiC的强氧化液化学机械抛光

研究了一种新型的化学机械抛光方法,使用以KMnO4作为氧化剂的强氧化性化学机械抛光液(SOAS)进行化学机械抛光.研究了在4H-SiC硅面和碳面的化学机械抛光过程中,SOAS溶液中KMnO4的浓度对抛光质量的影响.使用原子力显微镜(AFM)和精密电子天平,分别测试了表面粗糙度和去除率.结果表明,适量的KMnO4可以大幅度提高4H-SiC的化学机械抛光去除率,同时可提高4H-SiC衬底的表面抛光质量.     

4H碳化硅单晶中的位错

4H碳化硅(4H-SiC)单晶具有禁带宽度大、载流子迁移率高、热导率高和稳定性良好等优异特性,在高功率电力电子、射频/微波电子和量子信息等领域具有广阔的应用前景。经过多年的发展,6英寸(1英寸=2.54 cm)4H-SiC单晶衬底和同质外延薄膜已得到了产业化应用。然而,4H-SiC单晶中的总位错密度仍高达10³~10⁴ cm^-2,阻碍了4H-SiC单晶潜力的充分发挥。本文介绍了4H-SiC单晶中位错的主要类型,重点讲述4H-SiC单晶生长、衬底晶圆加工以及同质外延过程中位错的产生、转变和湮灭机理,并概述4H-SiC单晶中位错的表征方法,最后讲述了位错对4H-SiC单晶衬底和外延薄膜的性质,以及4H-SiC基功率器件性质的影响。     

SiC单晶片研磨机理及试验

SiC因其优良的物理机械性能而广泛应用于大功率器件以及IC领域.但其高的硬度和脆性导致其加工过程非常困难.本文分析了SiC单晶在研磨过程中的材料去除机理,讨论了塑性去除时磨粒的临界切削深度,建立了塑性条件下的材料去除模型.采用不同粒度的金刚石磨粒对SiC晶片进行研磨实验,验证了理论模型的正确性,结果表明在塑性模式下的材料去除能获得良好的表面形貌和较低粗糙度,同时对不同磨粒粒度的材料去除率进行了讨论.     

单晶硅低裂纹损伤切片加工技术研究进展

单晶硅晶圆衬底的直径增大、厚度减薄和集成电路(IC)制程减小是集成电路领域主流发展趋势。随着集成电路制程减小至5 nm,对单晶硅晶圆衬底质量的要求越来越高。切片加工是晶圆衬底制造的第一道机械加工工序,金刚石线锯切片是大尺寸单晶硅切片加工的主要技术手段。本文介绍了金刚石线锯切片加工的发展趋势和面临的挑战,阐述了以单晶硅刻划加工研究为基础的金刚石线锯切片加工材料去除机制和电镀金刚石线锯三维形貌建模技术,总结了单晶硅切片加工的晶片表面创成机制和裂纹损伤产生机制,展望了单晶硅低裂纹损伤切片加工的工艺措施,指出了单晶硅切片加工技术的发展趋势,对集成电路制造技术的发展具有一定的指导意义。     

铌酸锂晶体的研磨损伤层研究

研究了铌酸锂晶体在研磨过程中产生的表面损伤层.首先通过激光共聚焦显微镜观察了研磨后晶体的表面形貌,通过原子力显微镜测试了研磨后晶体表面的粗糙度,分别通过角度抛光法及直接抛光层层去除的方法测量了损伤层的深度.分析了损伤层的组成及影响因素,对优化研磨工艺参数、提高研磨效率具有指导意义.     

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.     

光学元件磨削加工亚表面损伤检测研究

基于氢氟酸刻蚀对光学元件亚表面裂纹影响的刻蚀模型,将化学刻蚀、逐层抛光技术和激光共聚焦扫描技术相结合,提出了一种磨削加工光学元件亚表面损伤的检测方法.实验证实该方法得到的亚表面损伤深度与公认的亚表面损伤预测模型的预测结果吻合性较好,是一种可靠的亚表面深度检测方法.     

KDP晶体超声辅助磨削的亚表面损伤研究

通过采用角度抛光和逐层抛光法以及择优化学腐蚀,对基于超声辅助磨削的KDP晶体试件进行亚表面损伤形式观察以及损伤深度检测,以便为后续加工提供指导.损伤检测实验表明:在超声辅助磨削工艺条件下,亚表面损伤以与磨粒运动方向平行的中位裂纹为主,且裂纹间距具有一定的规律性;亚表面损伤深度为19～48 μm,磨头形状(有无倒角)较之磨头磨粒粒度对亚表面损伤深度具有更大的影响,使用有倒角的磨头可得最小亚表面损伤.     

表面处理对蓝宝石衬底的影响

蓝宝石衬底是目前最为普遍的一种衬底材料,是生长GaN、ZnO材料最常用的衬底.本文用光学显微镜、原子力显微镜(AFM)和高分辨X射线双晶洐射对蓝宝石衬底进行了分析测试,系统研究了经过机械抛光、化学机械抛光、化学腐蚀等表面处理对蓝宝石衬底表面性能的影响.结果表明经过化学机械抛光随后再经腐蚀后的蓝宝石衬底的表面性能最好.     

离子束作用下KDP晶体表面粗糙度研究

为了避免传统加工过程对KDP( Potassium dihydrogen phosphate)晶体表面产生损伤、嵌入杂质等降低晶体抗激光损伤阈值的不利因素,文章探索采用离子束抛光技术实现KDP晶体的加工.本文主要分析了离子束抛光作用下KDP晶体表面粗糙度的演变过程,采用垂直入射和倾斜45°入射两种方式研究KDP晶体表面粗糙度,利用倾斜45°入射的加工方式提高了KDP晶体的表面质量,其表面均方根粗糙度值由初始的3.07 nm减小到了1.95 nm,实验结果验证了离子束抛光加工KDP晶体的可行性.     

高质量N型SiC单晶生长及其器件应用

采用物理气相传输法在(0001)面偏向<11-20>方向4°的籽晶上生长了掺氮低电阻率碳化硅(SiC)单晶.结合碳化硅邻位面生长机制,通过优化温场设计,在近平温场下生长出了晶型稳定、微管密度低、高结晶质量的低电阻率4H-SiC单晶.在加工的“epi-ready”SiC衬底上进行了同质外延,获得了光滑的外延层表面.利用该外延材料研制了600V/10 A SiC肖特基二极管,器件的直流性能与进口衬底结果相当,反向漏电成品率高达67;.另外研制了600 V/50 A SiC肖特基二极管,器件的直流性能也达到了进口衬底水平.     

固结磨料研磨蓝宝石衬底的工艺研究

为获得高材料去除率和优表面质量的蓝宝石衬底,采用固结磨料研磨蓝宝石衬底提高加工效率,研究研磨压强、工作台转速、三乙醇胺(TEA)浓度和研磨垫类型四个因素对材料去除率和表面粗糙度的影响,并综合优化获得高材料去除率和优表面质量的工艺参数.结果表明:有图案的研磨垫、研磨压强为100 kPa、工作台转速为120 r/min、三乙醇胺的浓度为5;为最优研磨工艺参数组合,固结磨料研磨蓝宝石的材料去除率为31.1 μm/min,表面粗糙度为0.309 μm.