CN109648463B - 一种半导体晶片光电化学机械抛光加工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种半导体晶片光电化学机械抛光加工方法及其加工装置，晶片通过导电胶粘接固定在抛光头上，晶片在其下方通过导电滑环内外圈的导线连接外电源正极。抛光垫粘贴在对电极盘底部，对电极盘固定在抛光盘底部且与抛光盘对应位置加工有通孔，对电极盘通过其上方的导电滑环内外圈导线连接外电源负极。紫外光源发出的紫外光可以透过通孔照射到晶片表面，抛光液也可以喷射入通孔进入晶片与抛光垫的接触区。本发明设计的光电化学机械抛光加工装置可较好地实现本发明中涉及的加工方法，加工装置具有操作简单，实现容易，工艺参数可灵活调节的优点，加工氮化镓晶片的实际加工中可取得去除速率快，加工后表面质量好的效果。

Description

一种半导体晶片光电化学机械抛光加工方法
技术领域
本发明涉及抛光加工技术领域，更具体地说是一种半导体晶片的光电化学机械抛光加工方法。
背景技术
以氮化镓(GaN)、碳化硅(SiC)、金刚石为代表的第三代半导体代表材料，因具有高的热导率，高的击穿电场，高的电子饱和速率和高的抗辐射优异性能，比上一代半导体材料更为适合制作高温、高频、高功率、抗辐射大功率器件。
当GaN、SiC晶体材料作为器件时，要求材料具有较高的表面质量，无划痕、微裂纹、较低的位错，残余应力等表面/亚表面损伤。然而，GaN、SiC晶体材料键能大，化学惰性强，常温下几乎不与任何酸碱试剂发生化学反应，属于典型的硬脆难加工材料，在该两类材料的加工过程中，通常会采用金刚石磨粒对其进行磨削、研磨加工以达到较好的表面质量和较高平整度。但是由于金刚石磨粒硬度大，不可避免地会对晶片造成表面/亚表面损伤。HideoAida等学者(Applied Surface Science 292(2014)531–536)通过降低GaN研磨加工中的金刚石粒径使得GaN晶片的损伤深度不断降低，将金刚石磨粒粒径分别降低到500nm和50nm时，GaN晶片所对应的亚表面损伤深度也达到了1.6μm和0.26μm。为了完全去除500nm和50nm金刚石研磨加工后亚表面损伤，后续采用SiO2磨粒进行的化学机械抛光(CMP)加工分别花费了150h和35h。
由此可见，在传统CMP去除亚表面损伤的加工过程中，材料极高的化学惰性使得抛光加工去除率极低，进而导致加工时间长，成本居高不下等一系列问题。
发明内容
本发明针对以上背景技术问题的提出而研究设计出一种半导体晶片的光电化学机械抛光加工方法并针对该方法设计出一套加工装置，本发明所述的光电化学机械抛光方法，是指在现有的化学机械抛光基础之上，引入紫外线直接辐照被抛光半导体工件，并在外加电场的作用下协同紫外线产生光电化学氧化，进而半导体晶片的氧化改性层被机械抛光去除的一种加工方式。
一方面本发明提供一种半导体晶片光电化学机械抛光加工方法：半导体晶片光电化学机械抛光加工方法，对晶片进行机械抛光；机械抛光具有通孔的抛光件；抛光过程中，紫外光透过所述通孔辐照所述晶片；抛光过程中，抛光液透过所述通孔滴在晶片表面，所述抛光液中包括磨粒；抛光过程中，晶片作为阳极，在外加电场下发生光电化学氧化改性。
作为优选的技术方案，所述抛光件包括抛光盘和抛光垫，抛光盘的通孔与抛光垫的通孔的布局一致；所述方法以抛光盘作为阴极。
作为优选的技术方案，所述方法包括以下步骤：
(1)晶片通过导电胶固定于抛光头，经驱动，晶片随抛光头轴向旋转；所述抛光头为导电体；抛光垫粘接于抛光盘，经驱动，抛光垫与晶片表面接触，并产生相对运动；
(2)对晶片施加正电位，对抛光盘施加负电位；
(3)抛光过程中，紫外光依次透过抛光盘和抛光垫的通孔辐照所述晶片；抛光液经抛光盘和抛光垫的通孔浸渍晶片与抛光垫的接触区。
作为优选的技术方案，所述抛光件包括抛光盘和抛光垫，所述方法在抛光盘和抛光垫之间增设具有通孔的对电极盘(本发明所述的对电极盘是指盘状对电极材料)作为阴极；所述抛光盘、对电极盘、抛光垫的通孔布局一致。
作为优选的技术方案，所述方法包括以下步骤：
(1)晶片通过导电胶固定于抛光头，经驱动，晶片随抛光头轴向旋转；所述抛光头为导电体；将抛光垫粘接在对电极盘上，对电极盘在固定于抛光盘，对电极盘设有通孔，经驱动，抛光垫与晶片表面接触，并产生相对运动；
(2)对晶片施加正电位，对盘状对电极施加负电位；
(3)抛光过程中，紫外光依次透过抛光盘、对电极盘和抛光垫的通孔辐照所述晶片；抛光液依次经抛光盘、对电极盘和抛光垫的通孔浸渍晶片与抛光垫的接触区。
作为优选的技术方案，所述方法将晶片接通外电源的正极、将阴极接通外接电源的负极；所述外接电源、晶片、阴极构成闭合回路。
作为优选的技术方案，所述方法的光电化学与机械作用的面积比为1:12～1:1。
作为优选的技术方案，所述抛光盘和抛光垫位于半导体晶片的上方，紫外光源位于抛光盘的上方。
作为优选的技术方案，所述的磨粒为氧化铈或氧化硅；优选所述磨粒的粒径为6nm-100nm；优选所述磨粒的浓度为0.05-10wt％；所述抛光液的供给流量为50mL/min～100mL/min；所述晶片转速100-250rpm，抛光盘转速60-150rpm，抛光压力4-6.5psi，紫外光强50～175mW·cm-2。
作为优选的技术方案，所述的半导体晶片为氮化镓晶片。
作为优选的技术方案，所述紫外光源为低压汞灯、高压汞灯，LED汞灯，氘灯，氙灯中的一种或几种，波长<400nm。
本发明所述的光电化学与机械作用的面积比是指：根据抛光垫和抛光盘的通孔直径和数量，计算与晶片接触的通孔面积，即晶片表面上被通孔暴露的面积(被紫外光照射部分的晶片表面发生光电化学氧化作用)与晶片表面上剩余的被抛光垫遮盖的面积(该部分被抛光垫进行机械抛光作用)的比值记为光电化学与机械作用的面积比。
为了实现上述的光电化学机械抛光加工方法，本发明另一方面，研究设计出光电化学机械抛光加工装置。使用该方法并结合加工装置可取得去除率更快的加工效果。
本发明半导体晶片光电化学机械抛光装置的技术方案为，半导体晶片光电化学机械抛光加工装置，包括：具有通孔的抛光垫；具有通孔的抛光盘，用于带动抛光垫对晶片表面进行机械抛光；抛光液源，用于供给抛光液，抛光液透过抛光盘和抛光垫的通孔滴于晶片表面；紫外光源，用于供给紫外光，紫外光透过抛光盘和抛光垫的通孔辐射晶片；和外电源；晶片接通外电源的正极、抛光盘接通外接电源的负极；所述外接电源、晶片、抛光盘构成闭合回路。
另一种半导体晶片光电化学机械抛光加工装置，包括：具有通孔的抛光垫；具有通孔的抛光盘，用于带动抛光垫对晶片表面进行机械抛光；具有通孔的对电极盘，位于抛光盘与抛光垫之间；抛光液源，用于供给抛光液，抛光液透过抛光盘和抛光垫的通孔滴于晶片表面；紫外光源，用于供给紫外光，紫外光透过抛光盘和抛光垫的通孔辐射晶片；和外电源；晶片接通外电源的正极、对电极盘接通外接电源的负极；所述外接电源、晶片、对电极盘构成闭合回路。
作为优选的技术方案，所述抛光液为化学抛光液，化学抛光液中包括磨粒。
作为优选的技术方案，所述抛光盘和抛光垫位于晶片的上方，紫外光源位于抛光盘和抛光垫的上方。
作为优选的技术方案，所述抛光液源为抛光液喷头，抛光液喷头位于所述抛光盘上方。
作为优选的技术方案，所述抛光盘的通孔呈从中心向外周的放射状布局；优选通孔在抛光盘的径向上呈周期性分布；优选抛光盘的中心部不设通孔，仅于抛光盘的外周部的与晶片接触的位置设通孔。
作为优选的技术方案，所述抛光盘的通孔、对电极盘、抛光垫的通孔的布局一致。
作为优选的技术方案，所述外加电场的提供电源是直流电源，恒电位仪，电化学工作站，干电池中的一种或几种。
作为优选的技术方案，所述抛光垫的面积大于晶片的面积；优选所述抛光垫的半径大于晶片的直径；优选所述抛光盘的半径大于晶片的直径；优选所述抛光垫的通孔设置于与晶片接触的部位。
作为优选的技术方案，所述装置的光电化学与机械作用的面积比为1:12～1:1。
优选仅在抛光垫与晶片接触区域的一圈圆环上加工通孔，优选该圆环宽度即为晶片直径大小。
优选通孔在抛光垫上的分布可以是从抛光垫圆心向外放射状分布在不同直径的圆周上，也可以不按照放射状而是在不同直径的圆周上一定数量地均匀分布。
作为优选的技术方案，所述装置还包括抛光液收集槽，所述抛光头和抛光盘设置于抛光液收集槽内。
作为优选的技术方案，所述抛光垫的为聚氨酯抛光垫、无纺布抛光垫、绒布抛光垫中的一种。
与现有技术相比：本发明涉及的光电化学机械抛光方法及其抛光装置具有以下优点：
(1)抛光去除效率高
本发明采用了紫外光通过通孔照射到晶片表面，晶片和对电极盘分别施加电位的方式(晶片为阳极，对电极盘为阴极)将光电化学作用进行结合，可以高效地氧化改性晶片，再通过抛光垫和磨粒机械性地去除氧化改性层。加工过程中，晶片与抛光盘各自旋转产生相对运动，同时紫外线的照射，晶片与对电极之间的电势差和抛光液的送入使得光电化学改性作用和机械抛光作用交替进行，对晶片进行光电化学机械加工。光电化学改性作用与机械抛光作用交替进行，该方法采用光电化学改性与机械抛光结合的方式，可以取得抛光去除速率快，抛光加工后晶片粗糙度低的优点。
(2)光电化学改性作用和机械抛光作用比例可调节
抛光盘及底部抛光垫上的通孔直径，通孔数量以及通孔在抛光盘上的排布均可以人为地进行优化布局，使得晶片在光电化学机械抛光加工过程中的光电化学改性作用与机械抛光作用比例(即光电化学与机械作用的面积比)可以任意调节优化。
(3)抛光过程中不需要加入氧化剂
晶片在抛光加工过程中，紫外光所激发的电子-空穴对可由外部电场施加的电位分离，不需要额外在抛光液中加入氧化剂夺取光生电子而促使电子-空穴的分离。
(4)加工装置简单，加工方法实现容易
本加工装置中的加工参数如：抛光压力、晶片转速、抛光垫转速、溶液种类和浓度，紫外光源强度，光电化学与机械作用的面积比，晶片与对电极的电位差均可以根据实际的工件类型调节以达到较好的加工效果。
附图说明
图1是本发明半导体晶片的光电化学机械抛光方法示意图。
图2是本发明半导体晶片的光电化学机械抛光方法中对电极盘，抛光盘，抛光垫上通孔的示意图。
图3是本发明半导体晶片的光电化学机械抛光装置示意图。
图3中的各个标识的部件是：调平螺钉13，直角固定板14，转接板15，L形支撑板16a，法兰盘17，外球面轴承18，导电滑环2，直角电机19，电机支架20上，弹性联轴器21，交叉滚子轴承22a，台阶轴I 23，抛光头3，抛光垫5，台阶轴II 24，导电滑环11，晶片4，对电极盘6，抛光盘7，抛光液池1，紫外光源10，弹性联轴器25，电机支架26，电机27，转接板28，模组面板29，弹簧30，导轨31，滑块32，模组底板33上，立支板34a，34b，直角支撑板35上，底板36上。
图4是本发明半导体晶片的光电化学机械抛光加工装置俯视图；
图5是本发明半导体晶片的光电化学机械抛光加工装置轴视图。
图6是GaN晶片表面原始形貌，表面粗糙度值为Ra为1.16nm。
图7是实施例1加工条件下，光电化学机械抛光加工后的GaN晶片表面形貌图，晶片表面粗糙度值Ra为0.48nm；
图8是实施例2加工条件下，光电化学机械抛光加工后的GaN晶片表面形貌图，晶片表面粗糙度值Ra为0.1nm(原子力显微镜视场为5×5μm2)；
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步地说明。
(1)将晶片固定抛光头上，经驱动，晶片随抛光头轴向旋转；晶片通过导电胶和抛光头金属部分粘接而导通，抛光头和导电滑环内圈导线连接，再和导电滑环外圈连接形成通路；
(2)将抛光垫粘接在对电极盘上，对电极盘在固定在抛光盘上，经驱动，抛光垫与晶片表面接触，并产生相对运动，对电极盘可以和导电滑环内圈导线连接，进而和外圈导线连接形成通路；
(3)对电极盘和抛光盘上加工有通孔，抛光垫(优选粘贴在对电极盘底部)也对应地加工有通孔；抛光过程中紫外线位于抛光盘上方，紫外光可透过抛光盘和对电极盘以及抛光垫的通孔直接照射在所述晶片表面；抛光液经抛光盘和对电极盘以及抛光垫的通孔浸渍晶片表面。
(4)外加的负电位可以依次通过对电极盘上方的导电滑环外圈引线到内圈引线再接到对电极盘，外加的正电位可以依次通过晶片下的导电滑环外圈引线到内圈引线再接到晶片。对电极盘和晶片被分别施加的负，正电位可以形成两者在加工中的电势差。
所述半导体晶片优选为氮化镓晶片。
本发明所述的光电化学机械抛光方法，是指在现有的化学机械抛光基础之上，紫外线可以通过抛光盘上的通孔直接辐照被抛光半导体工件，外加电场可以在抛光过程中施加到半导体工件和对电极盘，半导体工件在紫外线的照射以及外加电场的作用下发生光电化学氧化改性，紧接着改性层被抛光垫机械性地抛光去除的一种加工方式。
光电化学机械抛光装置包括：
抛光头，用于固定晶片，并可以通过抛光头与晶片之间的导电胶将晶片与外电路接通；
抛光垫通过自身背面胶层粘接在对电极盘上；
对电极盘通过螺钉固定在抛光盘上，对电极盘加工有与抛光盘一样的通孔；
抛光盘连接对电极盘，在抛光过程中对晶片进行加压，所述抛光盘设有通孔；
抛光液喷头，位于所述抛光盘上方，用于喷射抛光液；供给的抛光液可以通过通孔进入到抛光区域。
第一驱动传动部，连接抛光盘，用于带动抛光盘定轴回转；
第二驱动传动部，连接抛光头，用于带动抛光头进而带动晶片定轴回转；
和支撑部，用于支撑和固定所述第一驱动传动部、第二驱动传动部、抛光头、抛光盘、抛光液喷头；
外加的负电位依次通过对电极盘上方的导电滑环外圈引线到内圈引线再接到对电极盘，外加的正电位可以依次通过晶片下方的导电滑环外圈引线到内圈引线再接到晶片。
所述对电极盘与晶片表面接触的一面设有抛光垫，所述抛光垫设有通孔，优选所述抛光垫粘贴于对电极盘底部，且对电极盘和抛光盘对应地加工有通孔。
抛光盘，对电极盘和底部粘贴的抛光垫上都加工有通孔，晶片在加工的过程中，位于抛光盘上方的紫外线可以在抛光过程中，通过通孔到达晶片表面，在加外电场作用协助下对晶片进行光点化学氧化作用，使得被紫外线照射部分的工件发生改性。
优选地，抛光盘依次通过连接轴，弹性联轴器与驱动电机连接，驱动电机可以驱动抛光轴绕定轴回转。
所述装置还包括抛光液收集槽，所述抛光头和抛光盘设置于抛光液收集槽内。
抛光过程中抛光压力可通过抛光盘进行加载。
抛光垫与晶片各自回转时二者可产生相对速度。
所述装置还包括线性模组，线性模组包括模组面板，导轨，导轨滑块，模组底板，导轨固定在模组底板上，滑块与模组面板固定，可在导轨上直线滑动。电机和转接板以及线性模组部分的自重可作为光电化学机械抛光的加工压力来源。
模组面板与模组底板之间设有弹簧，可通过更换不同劲度系数的弹簧来定量调整抛光过程中的加工压力，当整个部分的自重都不满足抛光压力时，可额外增加配重实现较大抛光压力的加载。
抛光盘，对电极盘与抛光垫上通孔的位置与大小均可进行优化设计；
进一步地，抛光垫，对电极盘和抛光盘上的通孔的大小和分布位置可以进行优化设计，改变通孔的大小和位置可以使得在加工过程中，晶片被紫外光辐照部分和机械抛光部分时间比例可调节。如图2所示，抛光盘上的不同直径同心圆上，均匀地分布着通孔，每一圈通孔所对应的同心圆半径(D1或Dn)可以进行优化设计，每一圈通孔所在的同心圆之间的距离也可以优化设计，同时每一个通孔的直径大小(d1)，通孔的个数均可以进行优化设计。
光电化学机械抛光加工时，晶片和抛光垫分别由其驱动电机驱动，二者产生相对运动，抛光盘及其驱动装置的自重提供加工压力，紫外线可通过通孔照射到晶片表面，外加电场的电位可以分别施加到晶片和对电极上，光电化学机械抛光加工中，光电化学氧化改性作用与机械抛光作用不断交替进行对晶片进行抛光加工。
参照图1：抛光液槽1，导电滑环2，抛光头3，晶片4，抛光垫5，对电极盘6，抛光盘7，通孔8，抛光液喷头9，紫外灯10，导电滑环11，外接电源12。所述晶片4通过导电胶粘接固定在抛光头3上，导电滑环2内圈导线可以连接晶片4，并与导电滑环2外圈导线接通进而连接外电源12的正极，导电滑环2内圈紧定在抛光头的轴上可随之一起旋转，抛光头3可被电机驱动带着晶片做旋转运动；所述抛光垫5通过自身背面胶层粘贴在对电极盘6底部，对电极盘6再通过螺钉固定在抛光盘7上，对电极盘6连接在导电滑环11的内圈导线上，进而与导电滑环11外圈导线连接，导电滑环11外圈导线连接外电源12的负极，导电滑环11内圈紧定在抛光盘的台阶轴上可随之一起旋转。抛光垫5，对电极盘6和抛光盘7都加工有通孔8；所述紫外光源10发出的紫外光线可以通过通孔8照射到晶片4表面，同时抛光液喷头9喷出的抛光液也可以通过通孔8进入晶片4与抛光垫5的接触区域，晶片4接外电源12正极，对电极盘6接外电源12负极，抛光液中加入导电介质如硫酸，硫酸钾作为支撑电解质，晶片4和对电极盘6可由抛光液导通，晶片4和对电极盘6可以在加工过程中由外电源12提供产生电势差。
光电化学机械抛光加工方法的过程如下：晶片4通过导电胶粘接固定到抛光头8上，随抛光头8一起由电机驱动旋转，晶片4依次通过导电胶，抛光头3，导电滑环2内圈导线，导电滑环2外圈导线连接外电源12正极。紫外光源10发出的紫外线可通过抛光垫5，对电极盘6和抛光盘7上的通孔，照射到晶片4表面，对电极盘6依次通过导电滑环11内圈导线，导电滑环11外圈导线，接到外电源12的负极，抛光液喷头9喷出的抛光液进入晶片4与抛光垫5接触区，抛光液中的导电介质如硫酸，硫酸钾可以作为支撑电解质充斥在晶片4和对电极6之间，导通对电极盘6和晶片4，晶片4和对电极盘6之间的电势差由外电源12提供。紫外光源10发出的紫外线通过通过照射到晶片4表面，紫外辐照加上外加电场作用可对晶片4产生光电化学氧化改性作用。抛光垫5粘贴在对电极盘6底部，对电极盘6通过螺钉连接在抛光盘7底部，再由电机驱动抛光盘旋转，使得抛光垫5的旋转与晶片4的旋转产生相对运动。抛光压力F可以通过抛光盘7加载到晶片4与抛光垫7的接触区。加载压力后，晶片4与抛光垫5的相对运动可以对晶片4进行机械抛光作用，去除光电化学作用对晶片4形成的氧化改性层，氧化改性层被机械去除后，暴露出新的表面再被光电化学改性，如此循环，光电化学作用和机械抛光作用的交替进行可以对晶片4进行光电化学机械抛光加工。
现结合具体实施例对为实现该加工方法而研究设计的加工装置进行详细说明：
参见图3、图4、图5，4个调平螺钉13，支撑起底板36，直角固定板14，通过螺钉安装在底板36上，支撑抛光头3及其驱动传动部分。转接板15通过螺钉固定在直角支撑板14上，直角电机19安装在电机支架20上，电机支架20通过螺钉安装在转接板15上。晶片4通过导电胶粘接在抛光头3上，抛光头3再通过螺钉安装在台阶轴23上。抛光头3与导电胶接触部分为能导电的金属，抛光头3上金属部分接到导电滑环2内圈导线上，导电滑环2的内圈通过螺钉紧定在台阶轴23上，该内圈导线可以随着台阶轴23同步回转，导电滑环2的外圈导线连通内圈导线进而将晶片4连通。台阶轴23的一个轴肩顶在外球面轴承18的轴承内圈上，外球面轴承18可承载一定量的轴向载荷，且具有适当的调心作用，能够让晶片4与抛光垫5接触时，由于安装误差或晶片4与抛光头3面型误差较小时，通过外球面轴承18适当地调心作用使得晶片4与抛光垫5可以较好平行贴合接触。外球面轴承18通过螺钉固定在法兰盘17上，法兰盘17通过螺钉安装在交叉滚子轴承22a的内圈上，交叉滚子轴承22a的外圈通过螺钉固定在L形支撑板16a上，L形支撑板16a再通过螺钉固定在转接板15上。台阶轴23轴肩顶在外球面轴承18的轴承内圈上，依次穿过法兰盘17(轴径小于法兰盘孔径)，交叉滚子轴承23a(轴径小于轴承内圈孔径)和L形支撑板16a(轴径小于L形支撑板孔径)通过弹性联轴器21与直角电机19的电机轴连接，台阶轴23起到传递驱动扭矩和支撑抛光头3的作用。抛光垫5通过自身的背面胶层粘接在对电极盘6上，对电极盘6在通过螺钉安装在抛光盘7上，对电极盘6和抛光盘7在同样的位置上加工有通孔以便紫外光源10发出的紫外线和抛光液进入晶片4与抛光垫接触区域(可以从俯视图4中看出)，抛光液池1收集并集中排出抛光液废液。导电滑环11的内圈紧定在台阶轴II 24上，随内圈同步回转，内圈导线与对电极盘6连接，对电极盘6上的电位可以依次通过导电滑环11内圈导线，外圈导线与外电源负极连接。抛光盘7固定在台阶轴II 24上，台阶轴II 24的轴肩顶在交叉滚子轴承22b的内圈上，台阶轴II 24穿过L形支撑板16b与弹性联轴器25连接，弹性联轴器25的另一端连接电机27的电机轴。电机27安装在电机支架26上，电机支架26通过螺钉固定在转接板28上，转接板28通过螺钉安装在模组面板29上，模组面板29与多个滑块32连接，滑块32可在导轨31上直线运动，导轨31安装在模组底板33上。模组面板29和模组底板33之间串接有一个弹簧30。抛光垫5，对电极盘6，抛光盘7，台阶轴II 24，导电滑环11，交叉滚子轴承22b，弹性联轴器25，电机支架26，电机27，转接板28，模组面板29，弹簧30，滑块32这些零件自重可以做为光电化学机械抛光加工时的抛光压力来源，如果需要改变抛光压力，可以通过改变弹簧30的劲度系数来实现。模组底板33固定在立支板34a上，立支板34a固定在立支板34b上，立支板34b通过螺钉固定在直角支撑板35上，直角支撑板35安装固定在底板36上。
下面以一个使用本发明的加工装置来实现该加工方法的具体实施例来对本发明的技术效果进行说明。
本实施例中采用的GaN晶片为由HVPE方法生长的GaN自支撑晶片，晶片直径为1英寸(25.4mm)，晶片厚度约为350μm，初始晶片经过金刚石研磨后，表面形貌采用原子力显微镜进行测量，晶片初始形貌如图6所示。图6中，原始晶片表面经过金刚石超硬磨粒的研磨后，表面粗糙度Ra值为1.16nm，表面可见到金刚石研磨后造成的大量的划痕。
晶片去除率采用精密天平称量加工前后的质量，计算加工前后质量差的方式进行折算。称量前，依次采用丙酮，酒精，氢氟酸，去离子水清洗GaN晶片，去除晶片表面上附着的尘埃等粘附物对晶片质量称量造成的误差。
(1)将GaN晶片用导电胶粘接接晶片夹具上，用导电滑环内圈导线与夹具接通，将晶片夹具安装在台阶轴上，导电滑环内圈紧定在台阶轴上，抛光垫为SUBA800；
(2)紫外光源位于抛光盘正上方，开启光源后，紫外光线可以照射到晶片表面；
(3)外电源负极接同对电极盘，外电源正极接通工件；
(4)抛光液喷头将抛光液通过通孔送入晶片与抛光垫接触区，抛光液供给流量为80mL/min，SiO2磨粒质量浓度(10wt.％)，SiO2磨粒质量粒径25nm，抛光液具体成分如表1所示；
(5)GaN晶片转速250rpm，抛光盘转速150rpm，抛光压力6.5psi，紫外光强175mW·cm-2，抛光时长1h。
(5)加热融化导电胶，取下晶片依次采用丙酮，酒精，2wt％氢氟酸，去离子水清洗后用氮气吹干晶片，称量质量，测量抛光后的表面粗糙度。
表1.实施例条件及光电化学机械抛光效果列表
Figure BDA0001907182800000111
Figure BDA0001907182800000121
表1中不同加工条件对应下晶片光电化学机械抛光加工对应了不同的去除速率。取实施例1，实施例2加工后的晶片，对其表面质量进行测量，测量结果分别如图7、图8所示。对比图6中原始晶片形貌，发现晶片表面改善明显。采用表面粗糙度可分别降低0.48nm。图7中，晶片表面较为平整，可以见到清晰的原子级台阶，图8中表面粗糙度Ra值可达0.1nm。原始晶片表面由金刚石研磨引起的划痕损伤均被抛光去除。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.半导体晶片光电化学机械抛光加工方法，
对晶片进行机械抛光；机械抛光具有通孔的抛光件；
抛光过程中，紫外光透过所述通孔辐照所述晶片；
抛光过程中，抛光液透过所述通孔滴在晶片表面，所述抛光液中包括磨粒；
抛光过程中，晶片作为阳极，在外加电场下发生光电化学氧化改性；
所述抛光件位于半导体晶片的上方，紫外光源位于抛光件的上方；
所述通孔在抛光件上呈从中心向外周的放射状布局或在不同直径的圆周上呈一定数量地均匀分布；
所述晶片转速100-250rpm，抛光盘转速60-150rpm。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述抛光件包括抛光盘和抛光垫，抛光盘的通孔与抛光垫的通孔的布局一致；所述方法以抛光盘作为阴极。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
(1)晶片通过导电胶固定于抛光头，经驱动，晶片随抛光头轴向旋转；所述抛光头为导电体；抛光垫粘接于抛光盘，经驱动，抛光垫与晶片表面接触，并产生相对运动；
(2)对晶片施加正电位，对抛光盘施加负电位；
(3)抛光过程中，紫外光依次透过抛光盘和抛光垫的通孔辐照所述晶片；抛光液经抛光盘和抛光垫的通孔浸渍晶片与抛光垫的接触区。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述抛光件包括抛光盘和抛光垫，所述方法在抛光盘和抛光垫之间增设具有通孔的对电极盘作为阴极；所述抛光盘、对电极盘、抛光垫的通孔布局一致。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
(1)晶片通过导电胶固定于抛光头，经驱动，晶片随抛光头轴向旋转；所述抛光头为导电体；将抛光垫粘接在对电极盘上，对电极盘固定于抛光盘，对电极盘设有通孔，经驱动，抛光垫与晶片表面接触，并产生相对运动；
(2)对晶片施加正电位，对盘状对电极施加负电位；
(3)抛光过程中，紫外光依次透过抛光盘、对电极盘和抛光垫的通孔辐照所述晶片；抛光液依次经抛光盘、对电极盘和抛光垫的通孔浸渍晶片与抛光垫的接触区。
6.根据权利要求2或4所述的方法，其特征在于，所述方法将晶片接通外电源的正极、将阴极接通外接电源的负极；所述外接电源、晶片、阴极构成闭合回路。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法的光电化学与机械作用的面积比为1:12～1:1。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的磨粒为氧化铈或氧化硅；所述磨粒的粒径为6nm-100nm；所述磨粒的浓度为0.05-10wt％；所述抛光液的供给流量为50mL/min～100mL/min；抛光压力4-6.5psi，紫外光强50～175mW·cm-2。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的半导体晶片为氮化镓晶片。
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