[发明专利]单晶SiC的离子注入表面改性与纳米尺度抛光方法

说明书

本发明公开了一种单晶SiC的离子注入表面改性与纳米尺度抛光方法，具体按照以下步骤进行：步骤1，对研磨后要进行抛光的晶片表面进行粗糙度测量，根据研磨后晶片表面粗糙度度决定离子注入深度；步骤2，确定操作所选用的离子注入机以后，选用Al离子进行注入，根据步骤1测量的晶片表面粗糙度和离子注入深度和离子注入能量值的比例关系，选择晶片表面粗糙度对应的离子注入能量值进行注入分次注入，使离子在注入深度上纵向都有较为均匀的分布；步骤3，将离子注入完成的晶片置于抛光机中，去除晶片离子注入的表面层，即成。本发明能主动改变脆性材料表面层的物理机械性能，降低材料的硬度和脆性，从而采用非常小的机械作用力去除。

技术领域

本发明属于脆性材料超精密加工技术领域，具体涉及一种单晶SiC的离子注入表面改性与纳米尺度抛光方法。

背景技术

随着技术的发展，SiC作为第三代半导体材料在功率器件和IC行业的应用越来越广泛。在其大直径生长过程突破后，晶片的制造过程成为人们关注的焦点。由于高硬度和脆性，使得SiC单晶片的切割、研磨和抛光成为器件制造过程的瓶颈。抛光的主要目的是为了降低表面粗糙度。

目前，单晶SiC的主要抛光方法有，(1)化学的方法：如化学机械抛光(CMP)，使表面层材料与抛光液中的元素发生化学反应，生成一种薄膜而去除，但化学污染、后续的清理过程复杂；(2)加热的方法：如等离子体抛光(PAP)，使得加工区表面层的材料在高温等离子作用下处于活化，产生相应的化学反应然后在纳米尺度去除，材料去除率(MRR)非常低；(3)机械的方法：如磨粒研磨和超声抛光，使得材料在塑性域去除，但掌控过程困难。

研究发现单晶SiC存在着脆性和塑性转变的临界切削深度，在低于临界切削深度切削时材料就能够在塑性状态下去除，其表面质量会获得良好改善。因此，大量的研究者集中精力去寻找单晶SiC的临界切削深度，大量的结果表明，该材料的临界切削深度低于75纳米。以上几种方法的目的都是使得材料的表面层产生活化或产生化学反应或使得材料加工处在塑性域，而发生的纳米尺度材料去除，可以获得满足要求的表面粗糙度，但材料去除非常有限，导致抛光时间很长。

发明内容

本发明的目的是提供一种单晶SiC的离子注入表面改性与纳米尺度抛光方法，解决了在单晶SiC的抛光过程中去除脆性材料表面层的物理机械性能容易导致挤压和剪切产生的材料的剧烈变形的问题。

本发明所采用的技术方案是，单晶SiC的离子注入表面改性与纳米尺度抛光方法，具体按照以下步骤进行：

步骤1，对研磨后要进行抛光的晶片表面进行粗糙度测量，根据研磨后晶片表面粗糙度度决定离子注入深度；

步骤2，离子注入SiC晶片表面，

确定操作所选用的离子注入机以后，选用Al离子进行注入，根据步骤1测量的晶片表面粗糙度和离子注入深度和离子注入能量值的比例关系，选择晶片表面粗糙度对应的离子注入能量值进行注入，并依次减小能量值分次注入，使离子在注入深度上纵向都有较为均匀的分布；

步骤3，机械去除晶片表面，

将离子注入完成的晶片置于抛光机中，转动过程中，SiC表面与金刚石磨料相对运动，机械抛光去除晶片离子注入的表面层，即成。

本发明的特点还在于，

步骤1中确认研磨后的晶片表面粗糙度一般为25nm～110nm之间。

步骤2中离子注入能量值与离子注入深度呈比例关系

步骤2中选定晶片表面粗糙度对应的能量值后，以对应的能量值为最大值，选择3-5组依次减小的能量值对晶片表面进行注入。