CN112757150A - 一种电子器件用氮化镓单晶材料的快速抛光方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电子器件用氮化镓单晶材料的快速抛光方法，属于晶体加工技术。本发明针对蓝宝石等异质衬底上生长的氮化镓单晶材料的外形特征，其单晶材料的上下表面均不平整，且厚度较小，无法通过磨床等工具加工，本发明提出一种晶片固定装置，结合定向仪，可以快速固定并确定抛光面的氮化硅单晶片，通过机械抛光后可以得到平整的晶片晶面。本方法工艺简单易操作。

Description

一种电子器件用氮化镓单晶材料的快速抛光方法
技术领域
本发明涉及一种衬底抛光用装置及抛光方法，尤其涉及一种电子器件用氮化镓单晶材料的快速抛光方法。
背景技术
20世纪40年代人类发明了晶体管，随之人们对于半导体材料的研究越来越关注。随着电子器件与大规模集成电路的发展，第一代元素半导体材料硅、锗的研究变得越发广泛，并逐渐形成了从材料到器件的成熟完整制备工艺。随后，第二代化合物半导体材料砷化镓、磷化铟等材料的研究又促进了微波及光电子器件的广泛应用。而以碳化硅、氮化镓为代表的第三代半导体材料具有禁带宽度的典型特质，所以也被称为宽禁带半导体。第三代半导体材料的物理化学与电子学特性决定了其在高温、高频、高压及大功率等器件领域有更为优越的性能及应用前景。
氮化镓自1990年起用于发光二极管中。其在高功率、高速的光电元件中应用越来越广泛，如紫光激光二极管。近年来的手机等电子产品的快充设备也是基于氮化镓材料。器件的制备依赖于材料。当前氮化镓材料的常用制备方法包括氢化物气相外延、化学气相沉积、分子束外延等。其中又以氢化物气相外延方法应用更为广泛。氮化镓的体材料制备难度很大，主要的原因是材料很难长厚，这样就很难得到同质衬底。因而氢化物气相外延生长氮化镓常用蓝宝石、碳化硅、硅等异质衬底。由于这些异质衬底材料与氮化镓材料的晶格失配、热失配等原因，使得生长过程中随着氮化镓厚度的慢慢增大，衬底与外延材料之间产生较大应力，使得生长的氮化镓材料生长面与靠衬底面均有较大厚度差。这给氮化镓的加工带来很大困难。而且氮化镓材料的硬度较大，因而在加工过程中很容易出现碎片现象。这给氮化镓材料的应用带来困难，也极大的提高了加工成本。
发明内容
针对上述问题，本发明提供一种电子器件用氮化镓单晶材料的快速抛光装置及抛光方法，针对蓝宝石等异质衬底上生长的氮化镓单晶材料的外形特征，其单晶材料的上下表面均不平整，且厚度较小，无法通过磨床等工具加工，提出一种晶片固定装置，结合定向仪，可以快速固定并确定抛光面的氮化硅单晶片，通过机械抛光后可以得到平整的晶片晶面。本方法工艺简单易操作。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种电子器件用氮化镓单晶材料的快速抛光方法，包括下述步骤：
步骤(1)生长的氮化镓单晶片从异质衬底上剥离下来，经过清洗处理，在晶片固定模具的晶片固定槽中放入适量粘接剂，将晶片固定模具放在加热台上进行加热，待粘接剂熔化，放入氮化镓单晶片，使得氮化镓单晶片下侧不平整区域完全浸入粘接剂中；
步骤(2)用夹具将步骤(1)中的含有氮化镓单晶片的晶片固定模具从加热台取下，放到定向仪样品台对氮化镓单晶片进行定向，确定研磨面的正法线方向，在粘接剂未完全冷却凝固之前，微调氮化镓单晶片取向，确保其研磨面水平；
步骤(3)待粘接剂完全冷却固化，将晶片固定模具放到研磨盘上，晶片固定模具背面槽中加上适当金属压块，进行晶片研磨抛光，待氮化镓单晶片表面完全研磨抛光平整，即完成第一面的机械抛光，得到平整的衬底面。
进一步的，所述步骤(1)中，所述氮化镓单晶片的制备方法包括但不限于氢化物气相外延方法；所述异质衬底包括但不限于碳化硅、氧化铝、氧化锌、硅等材料。
进一步的，所述步骤(1)中，所述晶片固定模具材质包括但不限于金属、陶瓷、硬质聚酯材料；所述晶片固定模具上部开有圆柱形凹槽，所述凹槽直径稍大于氮化镓单晶直径，所述凹槽深度1mm-10mm。
进一步的，所述步骤(1)中，所述粘接剂包括但不限于石蜡等；所述晶片固定模具背部同样开有圆柱形凹槽，所述凹槽直径稍大于研磨设备配件金属压块直径，所述凹槽深度3mm-10mm。
本发明的有益效果如下：
本发明提供了一种电子器件用氮化镓单晶材料的快速抛光装置及抛光方法，针对蓝宝石等异质衬底上生长的氮化镓单晶材料的外形特征，其单晶材料的上下表面均不平整，且厚度较小，无法通过磨床等工具加工，提出一种晶片固定装置，结合定向仪，可以快速固定并确定抛光面的氮化硅单晶片，通过机械抛光后可以得到平整的晶片晶面。实现对双面厚度差较大的氮化镓单晶材料进行快速抛光，获得平整的氮化镓衬底片。本发明可以大大减少氮化镓单晶衬底片抛光时间，节约了成本，提高了产品率。
附图说明
图1为本发明的工作流程图。
图2为抛光前氮化镓单晶材料外形示意图。
图3为本发明提出的晶片固定模具示意图，其中1为上凹槽，2为主体，3为下凹槽。
具体实施方式
为了使本专业领域人员更好地理解本发明的技术方案，下面我们将结合具体实施例对本发明作进一步的详细说明。下面描述的实施例为示例性的，仅仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种电子器件用氮化镓单晶材料的快速抛光装置及抛光方法，针对蓝宝石等异质衬底上生长的氮化镓单晶材料的外形特征，其单晶材料的上下表面均不平整，且厚度较小，无法通过磨床等工具加工，提出一种晶片固定装置，结合定向仪，可以快速固定并确定抛光面的氮化硅单晶片，通过机械抛光后可以得到平整的晶片晶面。本方法工艺简单易操作。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种电子器件用氮化镓单晶材料的快速抛光方法，包括下述步骤：
步骤(1)将氢化物气相外延法在蓝宝石衬底上生长的氮化镓单晶片从蓝宝石衬底上剥离下来，经过清洗处理，在晶片固定模具的晶片固定槽中放入适量石蜡，将晶片固定模具放在加热台上进行加热，待石蜡完全熔化，放入氮化镓单晶片，使得氮化镓单晶片下侧不平整区域完全浸入液态石蜡中；
步骤(2)用夹具将步骤(1)中的含有氮化镓单晶片的晶片固定模具从加热台取下，放到定向仪样品台对氮化镓单晶片进行定向，确定研磨面的正法线方向，在石蜡未完全冷却凝固之前，微调氮化镓单晶片取向，确保其研磨面水平；
步骤(3)待石蜡完全冷却固化，将晶片固定模具放到研磨盘上，晶片固定模具背面槽中加上圆柱形金属压块，进行氮化镓晶片的研磨抛光，抛光液粒径为3微米，待氮化镓单晶片表面完全研磨抛光平整，即完成第一次机械抛光，得到平整的衬底面，按照需要，分别选择粒径1微米和0.5微米的抛光液进行第二次和第三次抛光。
由此，本发明提供一种电子器件用氮化镓单晶材料的快速抛光装置及抛光方法，针对蓝宝石等异质衬底上生长的氮化镓单晶材料的外形特征，其单晶材料的上下表面均不平整，且厚度较小，无法通过磨床等工具加工，提出一种晶片固定装置，结合定向仪，可以快速固定并确定抛光面的氮化硅单晶片，通过机械抛光后可以得到平整的晶片晶面。本方法工艺简单易操作。
在本说明书的描述中，参考术语“实施例”、“具体实施例”、“一些实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、材料、结构或者特点包含于本发明的至少一个实施例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例。而且，描述的具体特征、材料、结构或者特点可以在任何的一个或多个实施例中以合适的方式结合。
尽管给出和描述了本发明的实施例，本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (4)

1.一种电子器件用氮化镓单晶材料的快速抛光方法，其特征在于：包括下述步骤：
步骤(1)生长的氮化镓单晶片从异质衬底上剥离下来，经过清洗处理，在晶片固定模具的晶片固定槽中放入适量粘接剂，将晶片固定模具放在加热台上进行加热，待粘接剂熔化，放入氮化镓单晶片，使得氮化镓单晶片下侧不平整区域完全浸入粘接剂中；
步骤(2)用夹具将步骤(1)中的含有氮化镓单晶片的晶片固定模具从加热台取下，放到定向仪样品台对氮化镓单晶片进行定向，确定研磨面的正法线方向，在粘接剂未完全冷却凝固之前，微调氮化镓单晶片取向，确保其研磨面水平；
步骤(3)待粘接剂完全冷却固化，将晶片固定模具放到研磨盘上，晶片固定模具背面槽中加上适当金属压块，进行晶片研磨抛光，待氮化镓单晶片表面完全研磨抛光平整，完成第一面的机械抛光。
2.如权利要求1所述的电子器件用氮化镓单晶材料的快速抛光方法，其特征在于：所述步骤(1)中，所述氮化镓单晶片的制备方法包括但不限于氢化物气相外延方法；所述异质衬底包括但不限于碳化硅、氧化铝、氧化锌、硅等材料。
3.如权利要求1所述的电子器件用氮化镓单晶材料的快速抛光方法，其特征在于：所述步骤(1)中，所述晶片固定模具材质包括但不限于金属、陶瓷、硬质聚酯材料；所述晶片固定模具上部开有圆柱形凹槽，所述凹槽直径稍大于氮化镓单晶直径，所述凹槽深度1mm-10mm。
4.如权利要求1所述的电子器件用氮化镓单晶材料的快速抛光方法，其特征在于：所述步骤(1)中，所述粘接剂包括但不限于石蜡等；所述晶片固定模具背部同样开有圆柱形凹槽，所述凹槽直径稍大于研磨设备配件金属压块直径，所述凹槽深度3mm-10mm。
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