CN103624675A - 一种获得低加工损伤的碳化硅衬底表面的加工方法 - Google Patents

一种获得低加工损伤的碳化硅衬底表面的加工方法 Download PDF

Info

Publication number
CN103624675A
CN103624675A CN201310625942.4A CN201310625942A CN103624675A CN 103624675 A CN103624675 A CN 103624675A CN 201310625942 A CN201310625942 A CN 201310625942A CN 103624675 A CN103624675 A CN 103624675A
Authority
CN
China
Prior art keywords
silicon carbide
carbide substrates
grinding
abrasive
machining damage
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201310625942.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN103624675B (zh
Inventor
高宇
邓树军
陶莹
段聪
赵梅玉
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hebei Tongguang Semiconductor Co.,Ltd.
Original Assignee
HEBEI TONGGUANG CRYSTAL CO Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by HEBEI TONGGUANG CRYSTAL CO Ltd filed Critical HEBEI TONGGUANG CRYSTAL CO Ltd
Priority to CN201310625942.4A priority Critical patent/CN103624675B/zh
Publication of CN103624675A publication Critical patent/CN103624675A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN103624675B publication Critical patent/CN103624675B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B37/00—Lapping machines or devices; Accessories
    • B24B37/04—Lapping machines or devices; Accessories designed for working plane surfaces
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B37/00—Lapping machines or devices; Accessories
    • B24B37/11—Lapping tools
    • B24B37/20—Lapping pads for working plane surfaces
    • B24B37/24—Lapping pads for working plane surfaces characterised by the composition or properties of the pad materials
    • B24B37/245—Pads with fixed abrasives
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)
  • Mechanical Treatment Of Semiconductor (AREA)

Abstract

本发明涉及一种获得低加工损伤的碳化硅衬底表面的加工方法，包括以下步骤：先将磨料固化到研磨垫中，得到固定磨料研磨垫，作为研磨介质；再将碳化硅衬底置于固定磨料研磨垫上方，利用研磨设备使固定磨料研磨垫旋转，并加入冷却润滑剂，进行碳化硅衬底表面的加工，得到低加工损伤的碳化硅衬底表面。通过本发明的技术创新，可以大大简化碳化硅衬底加工工艺步骤，降低研发及生产设备投入，提高加工效率，节约磨料、保护人员和环境，得到低加工损伤的碳化硅衬底表面。

Description

一种获得低加工损伤的碳化硅衬底表面的加工方法
技术领域
本发明涉及一种获得低加工损伤的碳化硅衬底表面的加工方法，属于碳化硅衬底表面加工技术领域。
背景技术
碳化硅基器件的应用前提是，在碳化硅衬底表面通过外延（Epitaxy）技术，获得多层特定结构的外延功能层。外延技术典型技术特征之一就是其繁衍性，即衬底表面原子态与外延层原子态的是相似或接近的。
对于表面有加工损伤的碳化硅衬底，意味着碳化硅衬底表面原子处于近程无序排列状态。容易理解，基于该表面获得的外延功能层，其原子排列肯定也是无序性的，最终影响就是器件性能。
现在碳化硅衬底加工工艺基本特点是：利用游离的且颗粒度逐渐减小的研磨或抛光液、在不同材质研磨抛光盘上，分多步骤、逐步实现加工损伤的减小的目的。以上工艺特点存在的诸多问题如下：
1)整体工艺步骤多，工艺复杂，影响工艺稳定性的因素多；
2)整体工艺中包含的工序多，每道工序需配备1台设备，需要硬件设备多，增加研发或生产投入；
3)研磨液或抛光液中的磨料（有效成分）处于游离状态，容易流失，消耗快，不能充分发挥其加工效果，导致原材料浪费，增加成本；
4)游离磨料加工的移除速率慢，加工效率低；
5)磨料处于游离状态，相同颗粒直径的磨料，产生的加工损伤更厚。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种获得低加工损伤的碳化硅衬底表面的加工方法，解决了现有技术的不足，可以得到低加工损伤的碳化硅衬底表面。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种获得低加工损伤的碳化硅衬底表面的加工方法，包括以下步骤：
（1）将磨料固化到研磨垫中，得到固定磨料研磨垫，作为研磨介质；
（2）将碳化硅衬底置于固定磨料研磨垫上方，利用研磨设备使固定磨料研磨垫旋转，并加入冷却润滑剂，进行碳化硅衬底表面的加工，得到低加工损伤的碳化硅衬底表面。
本发明的有益效果是：通过本发明的技术创新，可以大大简化碳化硅衬底加工工艺步骤，降低研发及生产设备投入，提高加工效率，节约磨料、保护人员和环境，得到低加工损伤的碳化硅衬底表面。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，步骤（1）中，所述磨料为硬度为Ⅱ型或Ⅰ型单晶金刚石微粉、聚晶金刚石微粉、碳化硅微粉或者近球型氧化铝微粉；所述磨料的颗粒度直径范围是0.5～20微米。
采用上述进一步方案的有益效果是对于相同颗粒直径的磨料，使用游离磨料工艺加工过程中，在压力的作用下，颗粒自身全部与碳化硅衬底进行接触，产生的微裂痕深度较大；而磨料固化后，颗粒自身几乎全部陷在高分子层中，仅有部分体积暴露（<1/3）在高分子材料表面，这样颗粒与衬底接触过程中，产生的微裂痕深度明显低于游离磨料的状态，从而显著降低加工损伤，提高表面质量；磨料不会流失，可以充分发挥磨料的研磨效果，降低成本；由于磨料效果得到有效发挥，其研磨效率会显著提高，提高效率。
进一步，步骤（1）中，所述研磨垫由有机高分子材料制成，所述有机高分子材料为聚丙烯树脂、聚乙烯或芳纶中的一种。
采用上述进一步方案的有益效果是有机高分子材料其耐磨性良好、抗压性良好、耐腐蚀性良好，可以很方便的进行碳化硅衬底表面的加工。
进一步，步骤（1）中，所述研磨垫中磨料固化的质量分数为1%～30%。
进一步，步骤（2）中，所述冷却润滑剂为体积比为1:（100～500）甘油和水的混合溶液，所述冷却润滑剂的流量控制在2～5L/min。所述冷却润滑剂经沉淀、过滤后，可以循环使用。
传统工艺中，研磨液成分包括磨料、有机油或酯类（如丁烯酸）、防锈油等添加材料，其中的有机成分对人体、环境等具有较大伤害，需要经过特殊处理后才能实现排放。而本发明中，采用了环境友好、且含量极低的甘油等润滑剂、配以去离子水作为冷却及润滑剂，对人、环境起到很好的保护作用。
采用上述进一步方案的有益效果是既保护人员，对环境友好，而且减少后续废水处理难度，降低未来研发及生产的运行成本。
使用现有工艺，加工过程中使用的磨料、添加剂等对设备存在腐蚀，且加工后设备清洗难度大等缺点；而本工艺中，使用的润滑、冷却剂为去离子水，不涉及对设备的腐蚀问题，且加工完的设备几乎不用清洗。
进一步，步骤（2）中，所述研磨设备包括大盘和抛光头，所述大盘的转速范围为10～80rpm，所述抛光头的转速范围为10～60rpm。
进一步，步骤（2）中，所述加工时，压力的范围控制在0.05～1kg/cm2。
具体实施方式
以下对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
实施例1
将磨料固化到研磨垫中，得到固定磨料研磨垫，作为研磨介质，其中磨料为单晶、Ⅱ型、颗粒度直径D50=3微米的金刚石，研磨垫采用聚乙烯制成，研磨垫中磨料固化的质量分数为10%；将碳化硅衬底置于固定磨料研磨垫上方，利用研磨设备使固定磨料研磨垫旋转，大盘转速设定40rpm，抛光头转速设定为15rpm，并加入体积比为1:400的甘油和水的混合溶液作为冷却润滑剂，其流量为2L/min，进行碳化硅衬底表面的加工，加工压力0.1kg/cm2，得到低加工损伤的碳化硅衬底表面。
奥林巴斯显微镜下观察，本实施例加工完的表面有少量、细微划伤，效果较好。从侧面说明其加工损伤低，该表面状态降低了后续工序的负担。
通过称重法计算去除速率，本实施例中，衬底的加工表面去除速率为15微米/小时。
为与传统碳化硅衬底加工工艺进行对比，采用选用相同工艺参数，选择单晶、Ⅱ型金刚石为磨料，且颗粒控制直径为D50=3；研磨垫选用同型号的高分子材料合成的研磨垫；压力、转速等加工参数均与改进加工工艺相同；加工过程中，保证游离磨料始终可以全面覆盖整个研磨垫，即保证研磨液的充分供应。
奥林巴斯显微镜下观察，传统工艺加工完的表面有大量、明显划伤，效果较差。从侧面说明其加工损伤大。为去除该划伤，后续需要增加1-2道工艺进行去除，增加了工艺复杂性。
通过称重法计算去除速率，传统加工工艺表面去除速率为5微米/小时。是改进工艺的1/3，说明了本发明工艺的效率远高于传统工艺。
实施例2
将磨料固化到研磨垫中，得到固定磨料研磨垫，作为研磨介质，其中磨料为单晶、Ⅱ型、颗粒度直径D50=6微米的金刚石，研磨垫采用聚乙烯制成，研磨垫中磨料固化的质量分数为5%；将碳化硅衬底置于固定磨料研磨垫上方，利用研磨设备使固定磨料研磨垫旋转，大盘转速设定40rpm，抛光头转速设定为15rpm，并加入体积比为1:200的甘油和水的混合溶液作为冷却润滑剂，其流量为3L/min，进行碳化硅衬底表面的加工，加工压力0.5kg/cm2，得到低加工损伤的碳化硅衬底表面。
奥林巴斯显微镜下观察，本实施例加工完的表面有少量、细微划伤，效果较好。同时，显微镜观察，其表面粗糙度较实施例1中的粗糙度略大。该点应该与实施例2中使用的磨料颗粒直径大、加工压力大有一定关系。
通过称重法计算去除速率，本实施例中，衬底的加工表面去除速率为25微米/小时。
实施例3
将磨料固化到研磨垫中，得到固定磨料研磨垫，作为研磨介质，其中磨料为颗粒度直径D50=20微米的近球型氧化铝微粉，其边缘较锐利，研磨垫采用聚丙烯树脂制成，研磨垫中磨料固化的质量分数为30%；将碳化硅衬底置于固定磨料研磨垫上方，利用研磨设备使固定磨料研磨垫旋转，大盘转速设定80rpm，抛光头转速设定为60rpm，并加入体积比为1:500的甘油和水的混合溶液作为冷却润滑剂，其流量为5L/min，进行碳化硅衬底表面的加工，加工压力1kg/cm2，得到低加工损伤的碳化硅衬底表面。
实施例4
将磨料固化到研磨垫中，得到固定磨料研磨垫，作为研磨介质，其中磨料为颗粒度直径D50=0.5微米的碳化硅微粉，研磨垫采用芳纶制成，研磨垫中磨料固化的质量分数为1%；将碳化硅衬底置于固定磨料研磨垫上方，利用研磨设备使固定磨料研磨垫旋转，大盘转速设定10rpm，抛光头转速设定为10rpm，并加入体积比为1:100的甘油和水的混合溶液作为冷却润滑剂，其流量为2L/min，进行碳化硅衬底表面的加工，加工压力0.1kg/cm2，得到低加工损伤的碳化硅衬底表面。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种获得低加工损伤的碳化硅衬底表面的加工方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将磨料固化到研磨垫中，得到固定磨料研磨垫，作为研磨介质；
（2）将碳化硅衬底置于固定磨料研磨垫上方，利用研磨设备使固定磨料研磨垫旋转，并加入冷却润滑剂，进行碳化硅衬底表面的加工，得到低加工损伤的碳化硅衬底表面。
2.根据权利要求1所述获得低加工损伤的碳化硅衬底表面的加工方法，其特征在于，步骤（1）中，所述磨料为硬度为Ⅱ型或Ⅰ型单晶金刚石微粉、聚晶金刚石微粉、碳化硅微粉或者近球型氧化铝微粉；所述磨料的颗粒度直径范围是0.5～20微米。
3.根据权利要求1所述获得低加工损伤的碳化硅衬底表面的加工方法，其特征在于，步骤（1）中，所述研磨垫由有机高分子材料制成，所述有机高分子材料为聚丙烯树脂、聚乙烯或芳纶中的一种。
4.根据权利要求1所述获得低加工损伤的碳化硅衬底表面的加工方法，其特征在于，步骤（1）中，所述研磨垫中磨料固化的质量分数为1%～30%。
5.根据权利要求1至4任一项所述获得低加工损伤的碳化硅衬底表面的加工方法，其特征在于，步骤（2）中，所述冷却润滑剂为体积比为1:（100～500）甘油和水的混合溶液，所述冷却润滑剂的流量控制在2～5L/min。
6.根据权利要求1至4任一项所述获得低加工损伤的碳化硅衬底表面的加工方法，其特征在于，步骤（2）中，所述研磨设备包括大盘和抛光头，所述大盘的转速范围为10～80rpm，所述抛光头的转速范围为10～60rpm。
7.根据权利要求1至4任一项所述获得低加工损伤的碳化硅衬底表面的加工方法，其特征在于，步骤（2）中，所述加工时，压力的范围控制在0.05～1kg/cm2。
CN201310625942.4A 2013-11-29 2013-11-29 一种获得低加工损伤的碳化硅衬底表面的加工方法 Active CN103624675B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201310625942.4A CN103624675B (zh) 2013-11-29 2013-11-29 一种获得低加工损伤的碳化硅衬底表面的加工方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201310625942.4A CN103624675B (zh) 2013-11-29 2013-11-29 一种获得低加工损伤的碳化硅衬底表面的加工方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN103624675A true CN103624675A (zh) 2014-03-12
CN103624675B CN103624675B (zh) 2016-05-11

Family

ID=50206314

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201310625942.4A Active CN103624675B (zh) 2013-11-29 2013-11-29 一种获得低加工损伤的碳化硅衬底表面的加工方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN103624675B (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105463405A (zh) * 2014-08-15 2016-04-06 瑞科硅公司 用于形成用在流化床反应器中的碳化硅的高纯度硅
CN109545680A (zh) * 2018-10-16 2019-03-29 山东天岳先进材料科技有限公司 一种高平整度、低损伤单晶碳化硅衬底的快速制备方法
CN112980391A (zh) * 2021-03-02 2021-06-18 河北思瑞恩新材料科技有限公司 一种用于碳化硅晶片加工的粗磨液及其制备方法
TWI748260B (zh) * 2018-10-16 2021-12-01 大陸商山東天岳先進科技股份有限公司 高平整度、低損傷大直徑單晶碳化矽基材及其製備方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050059247A1 (en) * 2003-09-16 2005-03-17 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Method for manufacturing SiC substrate
CN102029573A (zh) * 2009-10-07 2011-04-27 硅电子股份公司 用于研磨半导体晶片的方法
CN102528648A (zh) * 2012-02-10 2012-07-04 安徽工业大学 一种用于固结磨料抛光垫的纳米金刚石-高分子复合磨料
CN103252708A (zh) * 2013-05-29 2013-08-21 南京航空航天大学 基于固结磨料抛光垫的蓝宝石衬底的超精密加工方法
CN203171414U (zh) * 2013-03-11 2013-09-04 中芯国际集成电路制造(北京)有限公司 固着磨料化学机械研磨设备
CN103381573A (zh) * 2013-05-27 2013-11-06 河南科技学院 一种SiC单晶片研磨工序用固结磨料化学机械研磨盘

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050059247A1 (en) * 2003-09-16 2005-03-17 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Method for manufacturing SiC substrate
CN102029573A (zh) * 2009-10-07 2011-04-27 硅电子股份公司 用于研磨半导体晶片的方法
CN102528648A (zh) * 2012-02-10 2012-07-04 安徽工业大学 一种用于固结磨料抛光垫的纳米金刚石-高分子复合磨料
CN203171414U (zh) * 2013-03-11 2013-09-04 中芯国际集成电路制造(北京)有限公司 固着磨料化学机械研磨设备
CN103381573A (zh) * 2013-05-27 2013-11-06 河南科技学院 一种SiC单晶片研磨工序用固结磨料化学机械研磨盘
CN103252708A (zh) * 2013-05-29 2013-08-21 南京航空航天大学 基于固结磨料抛光垫的蓝宝石衬底的超精密加工方法

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105463405A (zh) * 2014-08-15 2016-04-06 瑞科硅公司 用于形成用在流化床反应器中的碳化硅的高纯度硅
CN105463405B (zh) * 2014-08-15 2020-08-04 陕西有色天宏瑞科硅材料有限责任公司 用于形成用在流化床反应器中的碳化硅的高纯度硅
CN109545680A (zh) * 2018-10-16 2019-03-29 山东天岳先进材料科技有限公司 一种高平整度、低损伤单晶碳化硅衬底的快速制备方法
TWI748260B (zh) * 2018-10-16 2021-12-01 大陸商山東天岳先進科技股份有限公司 高平整度、低損傷大直徑單晶碳化矽基材及其製備方法
CN112980391A (zh) * 2021-03-02 2021-06-18 河北思瑞恩新材料科技有限公司 一种用于碳化硅晶片加工的粗磨液及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN103624675B (zh) 2016-05-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Luo et al. A comparative study on the material removal mechanisms of 6H-SiC polished by semi-fixed and fixed diamond abrasive tools
Luo et al. Study on the processing characteristics of SiC and sapphire substrates polished by semi-fixed and fixed abrasive tools
CN103624675B (zh) 一种获得低加工损伤的碳化硅衬底表面的加工方法
CN103252708B (zh) 基于固结磨料抛光垫的蓝宝石衬底的超精密加工方法
CN105086837B (zh) 一种蓝宝石钻石液
CN108500741B (zh) 一种定点释放化学作用的力流变抛光方法
CN101462256B (zh) 应用纳米胶体射流抛光元件表面的方法
CN107398779A (zh) 一种晶圆的精抛光方法
CN105290892B (zh) 一种无心磨床的蓝宝石晶棒外圆加工机构
CN104002252A (zh) 超细磨料生物高分子柔性抛光膜及其制备方法
Shen et al. Minimum quantity lubrication (MQL) grinding using vitrified CBN wheels
CN113683962B (zh) 二氧化硅研磨抛光剂的制备方法
CN108098536A (zh) 一种高效超精密剪切增稠-化学协同抛光装置
CN105364694A (zh) 基于剪切增稠机理的工件表面光整去毛刺加工方法
CN115181498A (zh) 一种用于kdp晶体的抛光液及高效研磨抛光工艺
CN107378648A (zh) 一种基于磁流变效应的工件局部高精度抛光装置
US20070238397A1 (en) Finishing process
CN102721594A (zh) 一种钨镍铁合金金相组织的观测方法
CN102554759B (zh) 油路密封圈研磨的加工方法
CN103074631A (zh) 高合金铝金相试样用抛光剂及精抛光方法
CN1140117A (zh) 水轮发电机镜板的研磨、抛光方法
CN110421494A (zh) 一种基于溶胶凝胶法的树脂金属复合镜面磨削砂轮及其制备方法
CN107312595B (zh) 一种钢球磨削液及其制备方法
CN109679506A (zh) 一种SiC单晶片精抛用水基抛光液及其制备方法
CN103387795A (zh) 抛光膏及硅锭的抛光方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
PE01 Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right

Denomination of invention: Machining method for acquiring silicon carbide substrate surface small in machining damage

Effective date of registration: 20160826

Granted publication date: 20160511

Pledgee: Chinese for key construction fund limited

Pledgor: Hebei Tongguang Crystal Co., Ltd.

Registration number: 2016990000669

PLDC Enforcement, change and cancellation of contracts on pledge of patent right or utility model
PC01 Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right

Date of cancellation: 20201207

Granted publication date: 20160511

Pledgee: Chinese for key construction fund Ltd.

Pledgor: HEBEI TONGGUANG CRYSTAL Co.,Ltd.

Registration number: 2016990000669

PC01 Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right
CP03 Change of name, title or address

Address after: No. 6001, North Third Ring Road, Baoding City, Hebei Province, 071000

Patentee after: Hebei Tongguang Semiconductor Co.,Ltd.

Address before: 071000 A007, 4th floor, block B, building 6, University Science Park, No. 5699, North 2nd Ring Road, Baoding City, Hebei Province

Patentee before: HEBEI TONGGUANG CRYSTAL Co.,Ltd.

CP03 Change of name, title or address