[发明专利]一种易解理半导体晶体的加工方法

说明书

本发明公开了一种易解理半导体晶体的加工方法，该方法采用控制磨削力和工件旋转法对易解理的氧化镓晶片进行磨削加工，步骤为将氧化镓晶片固定在工作台上，其下设有力传感器；分别采用粗、细粒度的金刚石砂轮对氧化镓晶片进行粗磨削和精磨削；分别设定粗磨削和精磨削时的初始进给速度、进给量、最大磨削力F_粗和F_细，并且在粗、精磨削过程中分别保证磨削力在F_粗±0.1N、F_细±0.1N的范围内。数据处理器实时采集力传感器测得的磨削力信号，并放大处理输送给负反馈系统，负反馈系统对进给速度实时控制以实现磨削力小于氧化镓解理应力阈值。此方案解决了氧化镓机械加工中易出现的解离现象，实现了高成品率。

技术领域

本发明属于硬脆半导体晶片超精密加工技术领域，特别是涉及一种易解理半导体晶体的加工方法。

背景技术

氧化镓(β-Ga₂O₃)是一种新型的超宽禁带氧化物半导体材料，物理和化学性能非常稳定，击穿场强度高，抗辐射能力强，较适应于大功率半导体的研制。与其他两种作为新一代功率半导体材料(如碳化硅(SiC)和氮化镓(GaN))相比，氧化镓(β-Ga₂O₃)有望以低成本制造出高耐压、低损耗的功率半导体元件。此外，β-Ga₂O₃晶体紫外截止边可达260nm，紫外波段透过率高，可满足新二代光电材料对短波长工作范围的要求，这使得光电探测器可在更短的波长(紫外线)下运行。因此，氧化镓(β-Ga₂O₃)将在高性能光电子和电力电子器件等领域都有重大的应用前景。

目前，氧化镓晶体超精密加工技术难点在于其硬度高、脆性大、各向异性、易解理，属于典型的极难加工材料。在传统的晶体加工过程中，为提高材料去除率，必须对晶片施加一定的压力。但氧化镓晶体极易在应力作用下发生解理破碎，加工精度和表面质量不稳定。近年来，β-Ga₂O₃基片的加工工艺类似于硅晶片的加工，需要先对生长良好的氧化镓单晶棒进行切片，氧化镓晶体在切割之后，晶片表面会留下切割刀痕和微裂纹，通常先采用游离磨料研磨工艺快速消除刀痕、减少损伤层厚度和改善面型精度，随后采用金刚石砂轮对其进行超精密磨削和机械抛光，最后采用CMP抛光工艺获得无损伤平坦化表面。因此，鉴于氧化镓晶体极易在应力作用下发生解理破碎，氧化镓晶体的研磨工艺效果并不理想。

在硬脆半导体晶片超精密加工领域对加工的质量要求非常高，氧化镓由生产或加工引起的表面和亚表面损伤可能会显著影响半导体材料的机械、光学和电学性能，高质量晶片的获得是半导体器件制作的基础，特别是在对硬脆且具有较强的解理属性的氧化镓晶体的机械加工过程中。在超精密加工方面，氧化镓晶片的加工多采用磨削的方式，虽然β-Ga₂O₃易解理的特性在磨削过程中会产生崩裂和凹坑，降低成品率，但是相对比研磨工艺，磨削工艺更容易控制。另外，目前国内外关于易解理氧化镓单晶基片超精密加工的研究仅处于初期探索阶段。因此，迫切需要一种易解理半导体晶体的高效率加工方法来弥补目前的空缺。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种易解理半导体晶体的加工方法，本发明整个加工过程基于负反馈系统来有效控制最大磨削力，确保整个磨削过程中的实时磨削力小于氧化镓晶体发生解理的临界磨削力；其次采用细粒度金刚石砂轮来减小磨削力的波动，降低解理现象，二者相结合有效地控制了在传统晶体加工工艺中（尤其是磨削阶段）出现的解理现象，提高了产品的成品率，提高了产品的表面质量。

本发明采用的技术手段如下：

一种易解理半导体晶体的加工方法，具有如下步骤：

S1、将氧化镓晶片固定在工作台上，其下设有力传感器；

S2、启动粗粒度金刚石砂轮和工作台旋转；