CN113199397A - 一种氮化镓单晶片固定装置及抛光方法 - Google Patents

一种氮化镓单晶片固定装置及抛光方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种氮化镓单晶片固定装置及抛光方法，属于晶体加工技术。本发明针对碳化硅、蓝宝石等异质衬底上生长的氮化镓单晶厚膜材料的外形特征，其单晶材料与衬底片之间由于热失配及晶格失配产生裂缝，剥离过程中容易碎裂，即使剥离开来，其厚度较小，厚度差较大，很难通过磨床研磨机等工具进行研磨抛光加工，本发明提出一种氮化镓单晶片固定装置，无需剥离异质衬底，结合定向设备，可以快速固定并确定抛光面，后期即可通过机械抛光得到平整的氮化镓单晶片。本方法工艺简单易于操作。

Description

一种氮化镓单晶片固定装置及抛光方法
技术领域
本发明涉及晶体加工技术领域，尤其涉及一种氮化镓单晶片固定装置及抛光方法。
背景技术
二十世纪的晶体管的发明，促使人们越发关注半导体材料的研究。集成电路的发展应用促进了硅、锗等第一代元素半导体的研究。进而发展为从材料研究到器件制备的完整工艺产业链。而第二代化合物半导体材料的研究则促进了微波及光电子器件的应用。氮化镓为典型的第三代半导体材料，其在光学与电子学领域有重要的应用，特别是在高亮度蓝光LED上的突出表现使得氮化镓材料的研究与应用成为热点。
最初，因为缺乏同质衬底，没有人采用气相外延的方法来生长氮化镓材料。直到1968年，Maruska和Tietjen首次尝试采用氢化物气相外延方法在蓝宝石衬底上生长厘米尺度的氮化镓外延层。传统的HVPE反应是由III族元素的氯化物与V族元素的氢化物在衬底上完成。其中氯化物是由氯化氢气体流过液态III族元素而反应合成。选择蓝宝石作为衬底材料则是因为蓝宝石衬底不会与氨气发生反应。随后，碳化硅、硅、砷化镓、镓酸锂、氮化铝等材料都被尝试用来作为衬底材料制备氮化镓晶体。但是由于氮化镓和异质衬底的热膨胀系数失配，导致生长的氮化镓外延晶体厚度越大弯曲度越大，甚至可能从异质衬底上自己脱落下来，这对于其后期作为新的衬底来同质外延制备器件是很不利的。而且要作为衬底材料，需要对其表面做精密加工到原子级别，弯曲度较大的晶片是很难加工到所需精度的。而且氮化镓材料的硬度大脆性大，加工过程中很容易碎片。这给氮化镓材料的应用带来致命困难。
发明内容
针对上述问题，本发明提供一种氮化镓单晶片固定装置及抛光方法，针对异质衬底上生长的氮化镓单晶材料的外形特征，其单晶材料与衬底片之间由于热失配及晶格失配产生裂缝，剥离过程中容易碎裂，即使剥离开来，其厚度较小，厚度差较大，很难通过磨床研磨机等工具进行研磨抛光加工，本发明提出一种氮化镓单晶片固定装置，无需剥离衬底，结合定向设备，可以快速固定并确定抛光面，后期即可通过机械抛光得到平整的氮化镓单晶片。
本发明的一种氮化镓单晶片固定装置包括圆柱体本体、开设在圆柱体本体上表面的凹槽、以及开设在圆柱体本体下表面的凹槽。
开设在圆柱体本体上表面的凹槽为晶片固定槽，用固定待抛光晶片，所述开设在圆柱体本体下表面的凹槽为压力块放置槽，通过改变放置在压力块放置槽中压力块的重量，从而改变待抛光晶片在抛光时所受的压力。所述压力块为金属块
进一步的，晶片固定槽槽深度略大于衬底厚度，压力块放置槽深度30-50毫米。
一种氮化镓单晶片的抛光方法，所述方法基于本发明的氮化镓单晶片固定装置，所述抛光方法包括下述步骤：
步骤1，清洗处理生长在异质衬底上的氮化镓单晶片，放入晶片固定槽，在槽中放入填充剂，加热晶片固定槽，使得填充剂熔化并充满氮化镓单晶片与异质衬底之间的缝隙，以及氮化镓单晶片与晶片固定槽之间的缝隙；
步骤2，用定向设备对氮化镓单晶片表面定向，确定氮化镓单晶片正抛光面处于水平方向；
步骤3，待填充剂冷却固化，将晶片固定槽放到研磨盘上，氮化镓单晶片的待抛光面向下，通过改变加在压力块放置槽中压力块的重量，调节待抛光晶片抛光时所受的压力，进行晶片研磨抛光加工，经过单面研磨抛光过程，加热晶片固定槽，使得填充剂熔化，取下氮化镓单晶片，进行氮化镓单晶片背面的异质衬底去除研磨。
进一步的，所述步骤1中，所述氮化镓单晶片的生长方法为气相外延方法；所述异质衬底为非氮化镓衬底材料。
本发明的有益效果如下：
本发明提供一种氮化镓单晶片的抛光方法，针对异质衬底上生长的氮化镓单晶材料的外形特征，其单晶材料与衬底片之间由于热失配及晶格失配产生裂缝，剥离过程中容易碎裂，即使剥离开来，其厚度较小，厚度差较大，很难通过磨床研磨机等工具进行研磨抛光加工，本发明提出一种氮化镓单晶片固定装置，无需剥离衬底，结合定向设备，可以快速固定并确定抛光面，后期即可通过机械抛光得到平整的氮化镓单晶片。本发明降低了异质外延氮化镓单晶片的抛光难度，减少了抛光时间，节约了加工成本，提高了产品良率。
附图说明
图1为抛光前氮化镓单晶材料示意图；
图2为本发明的晶片固定装置示意图。
其中，1为氮化镓单晶片，2为异质衬底，3为晶片固定槽，4为压力块放置槽。
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，本发明提供一种氮化镓单晶片的抛光方法，针对异质衬底2上生长的氮化镓单晶材料的外形特征，氮化镓单晶材料与异质衬底2之间由于热失配及晶格失配产生裂缝，如图1所示，剥离过程中容易碎裂，即使剥离开来，其厚度较小，厚度差较大，很难通过磨床研磨机等工具进行研磨抛光加工，本发明提出一种氮化镓单晶片固定装置，无需剥离异质衬底2，结合定向设备，可以快速固定并确定抛光面，后期即可通过机械抛光得到平整的氮化镓单晶片。
如图2所示，本发明的一种氮化镓单晶片固定装置包括圆柱体本体、开设在圆柱体本体上表面的凹槽、以及开设在圆柱体本体下表面的凹槽。
开设在圆柱体本体上表面的凹槽为晶片固定槽，用固定待抛光晶片，所述开设在圆柱体本体下表面的凹槽为压力块放置槽，通过改变放置在压力块放置槽中压力块的重量，从而改变待抛光晶片在抛光时所受的压力。所述压力块为金属块。
晶片固定槽槽深度略大于异质衬底2厚度，压力块放置槽深度30-50毫米。
一种氮化镓单晶片的抛光方法，所述方法基于本发明的氮化镓单晶片固定装置，所述抛光方法包括下述步骤：
步骤1，清洗处理生长在异质衬底2上的氮化镓单晶片1，放入晶片固定槽，在槽中放入填充剂，加热晶片固定槽，使得填充剂熔化并充满氮化镓单晶片1与异质衬底2之间的缝隙，以及氮化镓单晶片1与晶片固定槽之间的缝隙；所述氮化镓单晶片1的生长方法为气相外延方法；所述异质衬底2为非氮化镓衬底材料。步骤2，用定向设备对氮化镓单晶片1表面定向，确定氮化镓单晶片1正抛光面处于水平方向；
步骤3，待填充剂冷却固化，将晶片固定槽放到研磨盘上，氮化镓单晶片1的待抛光面向下，通过改变加在压力块放置槽中压力块的重量，调节待抛光晶片抛光时所受的压力，进行晶片研磨抛光加工，经过单面研磨抛光过程，加热晶片固定槽，使得填充剂熔化，取下氮化镓单晶片1，进行氮化镓单晶片1背面的异质衬底2去除研磨。
由此，本发明提供了一种氮化镓单晶片的抛光方法，针对异质衬底2上生长的氮化镓单晶材料的外形特征，其单晶材料与衬底片之间由于热失配及晶格失配产生裂缝，剥离过程中容易碎裂，即使剥离开来，其厚度较小，厚度差较大，很难通过磨床研磨机等工具进行研磨抛光加工，本发明提出一种氮化镓单晶片固定装置，无需剥离衬底，结合定向设备，可以快速固定并确定抛光面，后期即可通过机械抛光得到平整的氮化镓单晶片1。
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)

1.一种氮化镓单晶片固定装置，其特征在于，包括圆柱体本体、开设在圆柱体本体上表面的凹槽、以及开设在圆柱体本体下表面的凹槽；
开设在圆柱体本体上表面的凹槽为晶片固定槽，所述开设在圆柱体本体下表面的凹槽为压力块放置槽。
2.根据权利要求1所述一种氮化镓单晶片固定装置，其特征在于，压力块放置槽深度30-50毫米。
3.一种氮化镓单晶片的抛光方法，其特征在于，所述方法基于权利要求1或2所述氮化镓单晶片固定装置，所述抛光方法包括下述步骤：
步骤1，清洗处理生长在异质衬底上的氮化镓单晶片，放入晶片固定槽，在槽中放入填充剂，加热晶片固定槽，使得填充剂熔化并充满氮化镓单晶片与异质衬底之间的缝隙，以及氮化镓单晶片与晶片固定槽之间的缝隙；
步骤2，用定向设备对氮化镓单晶片表面定向，确定氮化镓单晶片正抛光面处于水平方向；
步骤3，待填充剂冷却固化，将晶片固定槽放到研磨盘上，氮化镓单晶片的待抛光面向下，通过改变加在压力块放置槽中压力块的重量，调节待抛光晶片抛光时所受的压力，进行晶片研磨抛光加工，经过单面研磨抛光过程，加热晶片固定槽，使得填充剂熔化，取下氮化镓单晶片，进行氮化镓单晶片背面的异质衬底去除研磨。
4.根据权利要求3所述一种氮化镓单晶片的抛光方法，其特征在于，步骤1中，氮化镓单晶片的生长方法为气相外延方法；所述异质衬底为非氮化镓衬底材料。
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