GaN材料的CMP加工机理与工艺技术的研究

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第三代半导体GaN晶体,由于其特殊的物理、化学及良好的光学性能,在航空航天、探测、卫星等先进领域应用越来越广泛,因此对该晶体无缺陷生长及无损伤加工的要求也越来越高。由于其属于典型硬脆材料,超精密加工十分困难。现有对GaN晶体的加工方法,主要集中在刻蚀或利用碱性溶液对其进行电离等技术方法,这些加工方法条件要求苛刻,且加工效率不是很高,很难实现批量生产。   针对以上问题,本文尝试性的提出了一种对GaN晶体的CMP(机械研磨抛光)技术方法,选用特殊的研磨抛光液,对该晶体进行先研磨后精密抛光。这种方法加工设备比较简单,利于批量生产,且得到的晶片表面精度较高,晶片的内层损伤较小。本文的主要研究工作包括以下几个方面:   1.进行了单晶GaN晶片的研磨抛光工艺实验,研究了磨粒粒度、压力、研磨抛光时间及研磨抛光液等参数对GaN晶片质量的影响,通过实验分析,对工艺参数进行了合理选择,同时得到的晶片表面质量较高,表面损伤较小;   2.从单颗粒与晶片表面的微型接触模型入手,对单颗粒在加工过程中的受力、参与磨削的颗粒数量、磨粒对晶片表面的材料去除率等方面进行了理论分析。对晶片表面可能产生的化学反应进行了探讨,并分析了由于这种反应对晶片材料去除的影响;   3.应用扫描电子显微镜、纳米力学显微镜、X射线光电子能谱仪等仪器,对加工后的晶片结果进行了表面测试和亚表面损伤的检测分析,得到了不同工艺参数对GaN晶片表面产生的划痕深度的影响;同时利用纳米压痕仪器进行纳米压痕与划痕实验,与工艺实验相对照,研究表面损伤与受力之间的关系;对晶片的表面损伤与晶面的关系进行了初步研究,加工条件相同时,不同晶面的加工精度也不相同,为以后对GaN晶片的超精密加工提供参考依据;   4.本文重点在于利用一种新的抛光液对GaN晶片进行CMP方法加工,得到的晶片表面精度在0.8nm以下,这种加工方法对晶片结构与性能的影响较小,晶片能够满足目前的使用要求。  
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