SiC单晶片固结磨料化学机械抛光垫研制

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半导体照明是21世纪最具发展前景的高技术领域之一。半导体照明器件的核心是发光二极管（LED），LED的心脏是一个半导体芯片。当前用于GaN基LED的衬底材料比较多，但是能用于商品化的衬底材料，目前只有蓝宝石（Al2O3）和碳化硅（SiC）衬底。由于SiC单晶衬底化学稳定性好、导电性能好、导热性能好、不吸收可见光、特有的大禁带宽度、高临界击穿场强、高电子迁移率等特性,成为制作高温、高频、大功率、抗辐射、短波长发光及光电集成器件的理想衬底材料，已成为国际上半导体照明、微电子、光电子及新材料领域研究的热点。SiC是除了Al2O3衬底外用于氮化镓（GaN）外延的主要商品化衬底材料，在市场上的占有率位居第二。
　　LED的制造技术要求SiC衬底表面超光滑无损伤，化学机械抛光（CMP）技术是实现衬底表面全局平坦化最实用最有效的技术，已广泛用于ULSI等器件的制造中。由于传统的化学机械抛光技术使用自由磨粒，存在耗材成本高等很多缺点，人们在不断完善传统化学机械抛光技术的同时，也在研制新的平坦化技术。固结磨料化学机械抛光（FA-CMP)技术是在传统CMP技术基础之上发展起来的一种新型平坦化技术，由于具有很多优点，有望取代传统化学机械抛光技术。经过查阅有关文献资料，还没有关于 SiC晶体基片固结磨料化学机械抛光方面的文献资料报告，因此，本文提出了 SiC晶体基片固结磨料化学机械抛光垫研制课题，为SiC晶体基片固结磨料化学机械抛光理论与技术研究提供参考依据。
　　本文的主要研究内容如下：
　　1.根据游离磨料化学机械抛光垫的物理与化学性质，参考抛光垫基体的表面结构、硬度、磨粒镶嵌的牢固程度和制备的方便程度等指标，通过大量的实验与分析，研究了SiC晶体基片固结磨料化学机械抛光垫的组成成份。结果表明，抛光垫的成分为聚氨酯丙烯酸酯（油性）、聚乙二醇二丙烯酸酯、二乙二醇二丙烯酸酯、2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮和助剂等，制造工艺与抛光效果较为理想。
　　2.根据SiC晶体基片固结磨料抛光垫的成份，通过实验，研究了固结磨料抛光垫UV光固化制备工艺与技术，通过实验，得出了UV光固化固结磨料抛光垫的光固化工艺参数。结果表明，光照距离25mm；光照时间90s时，固化效果最佳。
　　3.提出了分层光固化固结磨料抛光垫的思路，设计并试制了一系列光固化抛光垫的模具，通过试制的系列固结磨料抛光垫，研究了固结磨料抛光垫不同层的厚度、表面纹理结构对材料去除率和表面粗糙度的影响，优化了固结磨料抛光垫的结构。
　　4.根据上述研究结果，试制了固结磨料抛光垫，应用课题组研制的固结磨料化学机械抛光液，进行了SiC晶体基片固结磨料化学机械抛光实验，并与游离磨料化学机械抛光结果进行了比较。实验结果表明，相同条件下，固结磨料化学机械抛光后的材料去除率远高于游离磨料化学机械抛光，固结磨料化学机械抛光后的表面粗糙度低于游离磨料化学机械抛光。

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作者
刘志响;
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作者单位

河南理工大学;

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授予单位河南理工大学;
学科机械工程
授予学位硕士
导师姓名苏建修;
年度 2014
页码
总页数
原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类半导体器件制造工艺及设备;
关键词
SiC单晶片; 固结磨料化学机械抛光垫; 制备工艺; 半导体照明;

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