[发明专利]一种硬质材料的表面抛光方法

说明书

本发明公开了一种硬质材料的表面抛光方法，包括以下步骤：对待抛光硬质材料表面进行精磨和/或粗抛；对已完成精磨和/或粗抛的硬质材料表面进行等离子体刻蚀处理；对已完成等离子体刻蚀处理的硬质材料表面进行化学机械抛光。通过本发明的抛光方法，进行CMP处理前晶片表面损伤层厚度仅为数纳米，大大缩短了CMP抛光工艺的耗时，改善了晶片抛光后的表面全局平坦度，同时也提高了晶片抛光效率，缩短了抛光周期，适合规模化生产。

技术领域

本发明属于半导体晶片表面加工处理技术领域，具体涉及一种硬质材料的表面抛光方法。

背景技术

碳化硅(SiC)等硬质材料是重要的第三代半导体材料，作为宽禁带半导体材料的典型代表，碳化硅材料具有高热导率、高击穿场强、高饱和电子漂移速率和高键合能等特点，在高温、高频、高功率及抗辐射等电子器件方面拥有巨大的应用前景。

其中SiC单晶抛光片作为外延衬底材料，在光电和电力电子器件等方面也得到了越来越广泛的研究和应用。将SiC单晶材料作为外延衬底片使用，需要将其加工成一定尺寸和厚度的抛光晶片，其基本制造工艺包括SiC晶体生长、晶锭裁切与检测、外径研磨、切片、倒角、表面研磨、抛光、清洗等步骤。通常对于衬底材料来说表面粗糙度、平坦度、翘曲度和材料去除率是衡量加工质量和加工效率的主要因素。由于SiC晶体材料的硬度较大，其莫氏硬度约为9.3左右，仅次于金刚石，属于硬质材料，导致其加工难度变大，加工技术门槛升高，尤其是SiC晶片的外延级表面抛光加工，加工速度缓慢，耗用时间长。

随着碳化硅单晶抛光片成功地应用于各个领域，人们开始更多的关注碳化硅单晶片的加工技术。目前对于SiC表面处理的通用做法是先进行精磨和粗抛，一般来讲精磨和粗抛的损伤层深达数微米，然后使用抛光液磨料对表面进行化学机械抛光(CMP)去除损伤层的同时获得超光滑、无缺陷、无损伤的表面。由于材料硬度大，通常需要数十小时的时间才能对碳化硅表面完成CMP工序，故抛光加工周期长，抛光效率低，影响产能及产出效率。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明公开了一种硬质材料的表面抛光方法，经精磨和/或粗抛、等离子体刻蚀、化学机械抛光工艺之后，成功地解决了碳化硅、金刚石、氮化硼、氮化镓、氮化铝、蓝宝石等硬质材料晶片表面平坦化去除速率低等技术难点，能够显著缩短CMP抛光时间，大大提高了抛光效率，缓解了化学机械抛光这一瓶颈工序的加工压力，缩短了加工周期，提高了生产能力，能在较短工艺时间内获得晶片的超光滑表面，表面粗糙度达到亚纳米级。

本发明采取的技术方案为：

一种硬质材料的表面抛光方法，包括以下步骤：

(1)提供待抛光材料，所述待抛光材料为硬质材料；

(2)对待抛光材料表面进行精磨和/或粗抛；

(3)对待抛光材料已完成精磨和/或粗抛的表面进行等离子体刻蚀；

(4)对待抛光材料已完成等离子体刻蚀的表面进行化学机械抛光。

进一步地，所述硬质材料为莫氏硬度在7.0以上的半导体材料，包括碳化硅、金刚石、氮化硼、氮化镓、氮化铝或蓝宝石。

进一步地，在进行所述精磨和/或粗抛之前，还包括对硬质材料进行前期加工处理的步骤，前期加工处理之后，用于精磨和/或粗抛的硬质材料的晶片厚度在100～1000微米，并且晶片的总厚度偏差(TTV)小于50微米，这样可利于后续抛光工艺的进行，保证抛光后硬质材料表面的平整性。

进一步地，所述前期加工处理为机械研磨(Lapping)和/或磨削(Grinding)。

所述步骤(2)中，精磨指的是精细磨削(Grinding)，进行精磨时，使用的砂轮中，磨料粒度的目数大于4000目。磨料粒度的目数越大，则粒径越小，相应地，由磨削造成的表面损伤层越薄，有利于缩短后续加工的时间。