SiC单晶抛光片的制备与表征

论文摘要

由于SiC单晶材料的硬度及脆性大,且化学稳定性好,故如何获得超平滑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。为此,研究SiC单晶抛光片的加工技术和表面质量的表征方法具有较高的实用价值。本文在讨论SiC单晶抛光片加工机理的基础上,分析了划痕和凹坑的形成原因,优化了线切割、研磨和抛光工艺参数,并对次表面损伤层进行了测试和去除,提高了SiC单晶抛光片的加工质量和加工效率。论文的主要研究内容及结论:1.SiC单晶锭切割的实际去除率和切割效率随x轴进给的增加而上升,但x轴进给速度的上限受到金刚石线径及其使用次数的影响。实验中选用了线径为0.21mm,0.26mm,0.31mm的金刚石线,结果表明:线径为0.31mm的金刚石线可以保证较高的去除率和较大的切割面积,在重复使用第二次时应适当降低x轴进给速度可以减少线的磨损。2.SiC切割片的研磨去除率随研磨液金刚石颗粒浓度的升高而上升,粒径为W14的研磨液在浓度为2%wt时,去除率达到饱和。根据晶片的形状特点合理的搭配载荷和主盘转速,以保证高的研磨质量和效率。3.SiC研磨片的机械抛光选择2mm厚的聚氨酯抛光垫和改进的供液方式有利于改善片内非均匀性并减少划痕,使用主盘转速大于100rpm、抛光时间为16小时。4.对机械抛光的晶片进行CMP加工应该根据胶体二氧化硅抛光液的PH值与温度使用范围,适当提高它们有利于增加化学去除作用。当PH值控制在11～12之间且温度略小于50℃时获得的晶片表面均方根粗糙度达到4nm,H2O2的加入有利于降低了粗糙峰值,提高了去除率。5.使用熔碱腐蚀技术与AFM对SiC单晶抛光片的次表面损伤层进行了去除和测试,通过改变腐蚀条件得到最佳的腐蚀工艺为430℃/10min。AFM测试表明,晶片表面的损伤层厚度＜10nm,均方根粗糙度为1.7m。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 SiC单晶材料概述
• 1.2 SiC单晶抛光片加工和表征的研究进展
• 1.3 研究内容及研究方法
• 2 SiC单晶抛光片加工设备与工艺机理
• 2.1 SiC单晶加工设备的结构
• 2.1.1 金刚石线切割机的结构和使用
• 2.1.2 研抛机的结构和使用
• 2.2 SiC单晶抛光片的主要加工原理
• 2.2.1 金刚石颗粒磨削原理
• 2.2.2 脆性材料断裂原理
• 2.2.3 研磨和机械抛光加工机理
• 2.2.4 CMP加工机理
• 3 SiC单晶抛光片工艺实验
• 3.1 单晶锭的线切割
• 3.1.1 线切割的工艺流程
• 3.1.2 线切割工艺参数的选取
• 3.2 SiC单晶切割片的研磨
• 3.2.1 研磨的工艺流程
• 3.2.2 研磨工艺参数的选取
• 3.3 研磨片的抛光
• 3.2.1 抛光的工艺流程
• 3.2.2 抛光工艺参数的选取
• 3.4 SiC单晶片表面参数的测试方法
• 3.4.1 几何尺寸的测试
• 3.4.2 表面加工缺陷的测试
• 3.5 SiC单晶片次表面参数的测试方法
• 3.5.1 单晶片腐蚀表面形貌观察
• 3.5.2 次表面损伤层的腐蚀工艺
• 4 SiC单晶抛光片工艺优化与结果讨论
• 4.1 单晶锭的线切割工艺优化
• 4.1.1 金刚石线线径的选择
• 4.1.2 x轴径给速度的选择
• 4.2 切割片的研磨工艺优化
• 4.2.1 研磨效率的优化
• 4.2.2 研磨精度的优化
• 4.3 研磨片的机械抛光工艺优化
• 4.3.1 机械抛光的抛光盘材料的选择
• 4.3.2 机械抛光的主盘转速和载荷的影响
• 4.3.3 单晶抛光片的表面划痕的产生
• 4.3.4 单晶抛光片的片内非均匀性改善
• 4.3.5 抛光液供给方式的影响
• 4.5 抛光片的化学机械抛光工艺优化
• 5 结束语
• 5.1 总结
• 5.2 对今后工作的一些设想
• 致谢
• 参考文献
• 在校学习期间发表的论文