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SiC晶片加工工艺及其对晶片表面的损伤

赵树峰  
【摘要】: SiC单晶材料的硬度及脆性大,且化学稳定性好,故如何获得高平面精度的无损伤晶片表面已成为其广泛应用所必须解决的重要问题。本论文采用定向切割晶片的方法,分别研究了切割参数对切割质量的影响;在使用高效碳化硼粉研磨液的基础上,分别讨论研磨参数对研磨晶片品质的影响。同时也分析了金刚石微粉悬浮抛光液进行机械抛光(MP)与碱性二氧化硅胶体抛光液进行化学机械抛光结合和先氧化后化学机械抛光抛光这两种技术,对6H-SiC晶锭进行加工,获得了(0001)Si面的抛光表面。实验中采用金相显微镜、X射线晶体定向仪、台阶仪和原子力显微镜(AFM)等测试手段对SiC各个加工阶段进行品质管理的方法,结果表明: (1).SiC晶锭经定向切割晶片的晶向偏差可控制在±4%以内;SiC单晶锭切割的实际去除率和切割效率随x轴进给及线速的增加而上升。 (2).晶片研磨和抛光等加工过程中,材料的研磨去除速率对粗磨过程为20-55μm/h、半精磨过程为10-15μm/h、精磨过程为4-8μm/h;粗磨结束后晶片表面粗糙度Ra=220nm,半精磨后晶片表面粗糙度Ra=143nm精磨结束后晶片表面粗糙度Ra=90nm。 (3).机械抛光晶片表面光亮,双面抛光样品透明;抛光结束后采用高温熔融碱刻蚀晶片表面出现划痕及亚表面损伤层,亚表面损伤层的深度为65nm左右;AFM测试结果表明晶片表面2μm×2μm范围内Ra=1.1nm,Ry=1.4nm, Rz=39.9nm。(4).采用机械抛光及化学机械抛光相结合的工艺可以达到较好的抛光效果,晶片表面2μm×2μm范围内Ra=0.79nm, RMS=1.06nm, Rz=4.61nm,较机械抛光样品表面有很大改善;AFM测试结果表明,使用这种加工方法的晶片亚表面损伤层的深度小于10nm。 (5).采用热氧化辅助加工晶片表面与化学机械抛光相结合的方法可获得1μm×1μm范围内Ra=0.33nm, RMS=0.42nm, Rz=1.1nm的近原子级平坦表面,机械加工损伤相对机械抛光有所减少。


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