紫外光催化辅助GaN化学机械抛光机理及工艺研究.pdf

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摘要

摘要

单晶氮化镓(GaN)作为近年来备受关注的一种第三代半导体材料,具有能带间

隙小、饱和速率高等优点,然而氮化镓是一类典型的硬脆性难切削材料,由于其

硬度高、脆性大以及断裂韧性低等特点,加工过程中极易发生机械损伤。

此外传统的化学机械抛光(CMP)加工易在GaN晶体表面形成划痕、凹坑等,

造成加工表面材料去除率低,抛光效果差等现象。基于上述原因,本文提出新型

复合抛光技术,紫外光催化辅助GaN化学机械抛光,通过化学与机械复合作用对

GaN表面进行高效低损伤材料去除。

GaN(GaN)GaN

本课题以单晶的两个面面与面为主要研究对象,探究了单晶

在紫外光催化辅助抛光(PACMP)过程中的抛光效果及材料去除机理。此外,进行

了相应的紫外光催化辅助GaN的CMP试验,根据试验结果,优化抛光工艺的试

验参数,提高其化学机械抛光效率。本文的主要研究内容及结论如下:

(1)基于紫外光催化原理搭建单晶GaN的CMP的试验平台,然后通过单因素

试验及正交试验探究GaN材料的Ga面和N面的材料去除机理,同时借助相关的

GaNGaN

检测仪器观察并分析单晶的面及面的抛光后的形貌变化。

(2)通过将紫外光催化与CMP技术相结合,探究GaN晶片的Ga面和N面在

PACMP过程中的抛光效果和去除机理。此外,比较在无光照、光照抛光盘、光照

TiOpHHO

抛光液等抛光方式和不同2浓度、值、22含量、抛光压力、抛光盘转速

和抛光液流量等相关因素下对GaN晶片的抛光效果,并对工艺参数进行优化。试

验表明,在紫外光催化辅助CMP条件下,单晶GaN的Ga面材料去除率值MRR

698.864nm/hRa0.430nmSq0.842nm

为,表面粗糙度值仅为,面均方根高度为;

N面材料去除率MRR为619.435nm/h,表面粗糙度Ra值为0.725nm,面均方根

高度Sq为1.162nm。紫外光辅助CMP的复合抛光方式可以获得亚纳米级的超光

滑GaN晶体表面,其中光照抛光液方式能够明显提高抛光效率。

(3)通过将紫外光与芬顿反应协同作用对GaN晶片进行抛光试验,探究化学作

2+

用(光照方式、抛光液pH值、HO浓度以及Fe含量)和机械作用(抛光压力、抛光

22

)GaN

盘转速以及抛光液流量对晶片的抛光效果。试验表明,工艺参数经优化后

GaN材料去除率MRR可达178.63nm/h,表面粗糙度Ra降至0.244nm。因此,通

过将软硬混合磨料结合紫外光催化与芬顿反应协同作用可以实现高效低损伤的单

晶GaN抛光加工工艺。

关键词:单晶氮化镓,紫外光催化,化学机械拋光,正交试验,芬顿反应

I

盐城工学院硕士学位论文

Abstract

Singlecrystalgalliumnitride(GaN)asafocusofthethirdgeneration

semiconductormaterials,withsmallgap,ahighsaturationrate,butg

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