单晶SiC基片的化学机械抛光技术研究进展

单晶SiC因其优异的物理化学性质而成为重要的外延衬底材料,广泛应用于卫星通信、集成电路和消费电子等领域。衬底外延生长需要单晶SiC具有较低的加工表面损伤和残余应力的超光滑平坦表面,其表面质量决定了后续的外延层质量并最终影响器件的性能。化学机械抛光(CMP)是目前实现单晶SiC基片超精密加工的一种常用且有效方法。我们综述了单晶SiC基片化学机械抛光加工的研究现状,根据加工原理进行归类并分析了各种类别的优缺点及运用局限,指出了其在化学机械抛光领域的发展前景。      

砷化镓气相外延层表面缺陷与衬底缺陷的关系

利用SEM、EDX研究砷化镓气相外延层表面缺陷与衬底缺陷的关系,进一步揭示了砷化镓衬底缺陷对砷化镓外延层质量的影响。     

砷化镓气相外延层表面缺陷和衬底缺陷的关系

利用ＳＥＭ，ＥＤＸ研究砷化镓气相外延层表面缺陷与衬底缺陷的关系，进一步揭示了砷化镓衬底缺陷对砷化镓外延层质量的影响。     

磁流变变间隙动压平坦化加工的工艺及机理

为提高光电晶片的磁流变抛光效率并实现其超光滑平坦化加工,提出其磁流变变间隙动压平坦化加工方法,研究不同变间隙条件下蓝宝石晶片的材料去除率和表面粗糙度随加工时间的变化,并分析磁流变变间隙动压平坦化加工机理。结果表明:通过蓝宝石晶片对磁流变抛光液施加轴向低频挤压振动,其抛光压力动态变化且磁流变液产生挤压强化效应,使抛光效率与抛光效果显著提升。在工件下压速度为1.0 mm/s,拉升速度为3.5 mm/s,挤压振动幅值为1 mm条件下磁流变变间隙动压平坦化抛光120 min后,蓝宝石晶片的表面粗糙度R_a由 6.22 nm下降为0.31 nm,材料去除率为5.52 nm/min,相较于恒定间隙磁流变抛光,其表面粗糙度降低66%,材料去除率提高55%。改变变间隙运动速度可以调控磁流变液的流场特性,且合适的工件下压速度和工件拉升速度有利于提高工件的抛光效率和表面质量。      

超光滑表面加工技术的发展及应用

超光滑表面加工技术是超精密加工体系的一个重要组成部分,超光滑表面在国防和民用等领域都有着广泛的应用.本文针对超光滑表面的需求,介绍了超光滑表面制造技术的发展过程,对各种超光滑表面加工原理与方法进行了简单描述与评价,最后提出了一种基于流体二维振动的超光滑表面加工技术,为超光滑表面的加工提供了新的方法.     

红外光电薄膜材料的界面结构与光电性能

分析了InAs/GaInSb应变层超晶格、AlGaN/GaN量子阱和超晶格红外光电薄膜材料的界面结合类型及其对材料界面结构和光电性能的影响.描述了在超晶格界面处的原子置换和扩散现象.阐述了分子束外延生长过程中控制量子阱超晶格界面结构的工艺方法.试验结果表明,调节组元的束流和采用表面迁移增强外延技术可以有效控制界面处的原子交换过程,从而提高薄膜材料的生长质量.     

脆性材料磨粒加工的纳米尺度去除机理

以共价键或离子键结合的脆性单晶、多晶和光学玻璃是能源、通信、交通和医疗领域新兴微电子和光电器件的核心材料。为满足高性能器件的制造需求,脆性材料通常需要经过磨削、研磨、抛光等超精密磨粒加工,获得具有原子级光滑的表面、近无损伤的亚表面和微米甚至纳米级的加工精度。优化磨粒加工工艺不仅可以有效地提高加工效率,降低制造成本,还能够延长脆性材料元器件的服役寿命,但开发高效率、低损伤超精密磨粒加工技术需深入理解脆性材料纳米尺度的去除机理。本文基于划擦力学原理,揭示脆性材料纳米尺度磨粒加工去除的本质,阐明磨粒加工过程中脆性材料脆性–塑性转变去除的基本原理,概述单磨粒纳米划擦脆性材料的形变和去除机制,以及磨粒加工过程中脆性材料的去除机理及材料微观结构对其局部变形及后续去除的影响规律,提出实现脆性材料高效延性加工的控制策略,有助于推动脆性材料超精密磨粒加工技术的进一步发展。      

化学机械抛光超薄SUS304不锈钢抛光液研究

柔性显示已成为下一代显示技术的研究热点,不锈钢材料是柔性大尺寸显示器衬底的主要材料之一。为优化不锈钢表面的超光滑无损伤加工,采用化学机械抛光（CMP）技术,通过正交试验,研究磨料粒度尺寸、分散剂、氧化剂、磨料质量、缓蚀剂用量等因素对抛光后材料去除率和表面粗糙度的影响。试验结果表明:磨料粒度尺寸对表面粗糙度的影响最大,其次为双氧水、丙三醇、草酸、磨料质量;影响材料去除率的因素排列是磨料粒度尺寸、磨料含量、丙三醇含量、草酸含量、双氧水含量。      

AN INVESTIGATION ON THE VAPOUR PHASE EPITAXY OF DOPED GaAs

本文用Ga-AsCl_3-H_2体系在改进的外延设备上生长了GaAs掺杂外延片.文中研究了GaAs气相掺杂过程并评价了外延层的质量.对掺杂外延时的表面形貌、生长速率、电子迁移率、击穿电压、横向浓度均匀性、纵向浓度分布、缺陷和外延重现性等参数进行了讨论.结果表明,所得外延片具有较好的质量,已用于制作微波器件,如变容管和开关管等.     

GaAs气相掺杂外延的研究

本文用Ga-AsCl_3-H_2体系在改进的外延设备上生长了GaAs掺杂外延片.文中研究了GaAs气相掺杂过程并评价了外延层的质量.对掺杂外延时的表面形貌、生长速率、电子迁移率、击穿电压、横向浓度均匀性、纵向浓度分布、缺陷和外延重现性等参数进行了讨论.结果表明,所得外延片具有较好的质量,已用于制作微波器件,如变容管和开关管等.     

The volume production of GaAs and related compounds by MOVPE

An increasing market for advanced telecommunications has dramatically increased the demand for high-performance heterostructure compound semiconductor devices. Among a variety of epitaxial technologies for compound semiconductor materials growth, metalorganic vapor-phase epitaxy has succeeded in producing a wide variety of epitaxial wafers for optical devices such as laser diodes, optical detectors, and high-brightness light-emitting diodes. Although molecular-beam epitaxy has been applied to high-speed electronic devices, the continuous R&D efforts on metalorganic vaporphase epitaxy have made the technology a valuable alternative. The performance of the most advanced heterostructure devices, such as pseudomorphic high-electron mobility transistors or heterostructure bipolar transistors, greatly depends upon the qualities of the epitaxial wafer, as does the manufacturing cost. In the future, epitaxial materials supply must become a robust, real-production technology in order to keep the cost-performance ratio of the heterostructure devices competitive with other technologies (such as ion-implanted GaAs metal-semiconductor field-effect transistors) and silicon-based devices. Masahiko Hata earned his M.S. in solid-state photochemistry at the University of Kyoto in 1981. He is currently a senior research associate at Sumitomo Chemical Company, Ltd.     

大直径硅片超精密磨削技术的研究与应用现状

随着IC制造技术的飞速发展，为了增加IC芯片产量和降低单元制造成本，硅片趋向大直径化，原始硅片的厚度也相应增大以保证大尺寸硅片的强度；与此相反，为了满足IC封装的要求，芯片的厚度却不断减小，需要对图形硅片进行背面减薄。硅片和芯片尺寸变化所导致的硅片加工量的增加以及对硅片加工精度和表面质量更高的要求，使已有的硅片加工技术面临严峻的挑战。本文详细分析了传统硅片加工工艺的局限性，介绍了几种大直径硅片超精密磨削加工工艺的原理和特点，评述了国内外硅片超精密磨削技术与装备研究和应用的现状及发展方向，强调了我国开展大直径硅片超精密磨削技术和装备研究的必要性。     

大尺寸硅片自旋转磨削的试验研究

利用基于自旋转磨削原理的硅片超精密磨床,通过试验研究了砂轮粒度、砂轮转速、工件转速及砂轮进给速度等主要因素对材料去除率、砂轮主轴电机电流以及磨削后硅片表面粗糙度的影响关系。研究结果表明,增大砂轮轴向进给速度和减小工件转速,采用粗粒度砂轮有利于提高磨削硅片的材料去除率,砂轮轴向进给速度对材料去除率的影响最为显著;适当增大砂轮转速,减小砂轮轴向进给速度,采用细粒度砂轮可以减小磨削表面粗糙度;在其它条件一定的情况下,砂轮速度超过一定值会导致材料去除率减小,主轴电机电流急剧增大,表面粗糙度变差;采用比#2000粒度更细的砂轮磨削时,材料去除率减小,硅片表面粗糙度没有明显改善。     

超精密晶圆减薄砂轮及减薄磨削装备研究进展

在芯片制程的后道阶段,通过超精密晶圆减薄工艺可以有效减小芯片封装体积,导通电阻,改善芯片的热扩散效率,提高其电气性能、力学性能。目前的主流工艺通过超细粒度金刚石砂轮和高稳定性超精密减薄设备对晶圆进行减薄,可实现大尺寸晶圆的高精度、高效率、高稳定性无损伤表面加工。重点综述了目前超精密晶圆减薄砂轮的研究进展,在磨料方面综述了机械磨削用硬磨料和化学机械磨削用软磨料的研究现状,包括泡沫化金刚石、金刚石团聚磨料、表面微刃金刚石的制备方法及磨削性能,同时归纳总结了软磨料砂轮的化学机械磨削机理及材料去除模型。在结合剂研究方面,综述了金属、树脂和陶瓷3种结合剂的优缺点,以及在晶圆减薄砂轮上的应用,重点综述了目前在改善陶瓷结合剂的本征力学强度及与金刚石之间的界面润湿性方面的研究进展。在晶圆减薄超细粒度金刚石砂轮制备方面,由于微纳金刚石的表面能较大,采用传统工艺制备砂轮会导致磨料发生团聚,影响加工质量。在此基础上,总结论述了溶胶–凝胶法、高分子网络凝胶法、电泳沉积法、凝胶注模法、结构化砂轮等新型工艺方法在超细粒度砂轮制备方面的应用研究,同时还综述了目前不同的晶圆减薄工艺及超精密减薄设备的研究进展,并指出未来半导体加工工具及装备的发展方向。     

金刚石散热衬底在GaN基功率器件中的应用进展

氮化镓(GaN)基功率器件性能的充分发挥受到沉积GaN的衬底低热导率的限制,具有高热导率的化学气相沉积(CVD)金刚石,成为GaN功率器件热扩散衬底材料的优良选择。相关学者在高导热金刚石与GaN器件结合技术方面开展了多项技术研究,主要包括低温键合技术、GaN外延层背面直接生长金刚石的衬底转移技术、单晶金刚石外延GaN技术和高导热金刚石钝化层散热技术。对GaN功率器件散热瓶颈的原因进行了详细评述,并对上述各项技术的优缺点进行了系统分析和评述,揭示了各类散热技术的热设计工艺开发和面临的技术挑战,并认为低温键合技术具有制备温度低、金刚石衬底导热性能可控的优势,但是大尺寸金刚石衬底的高精度加工和较差的界面结合强度对低温键合技术提出挑战。GaN外延层背面直接生长金刚石则具有良好的界面结合强度,但是涉及到高温、晶圆应力大、界面热阻高等技术难点。单晶金刚石外延GaN技术和高导热金刚石钝化层散热技术则分别受到单晶金刚石尺寸小、成本高和工艺不兼容的限制。因此,开发低成本大尺寸金刚石衬底,提高晶圆应力控制技术和界面结合强度,降低界面热阻,提高金刚石衬底GaN器件性能方面,将是未来金刚石与GaN器件结合技术发展的重点。     

蓝宝石晶片粗磨工艺的研究

采用碳化硼（粒度尺寸61μm）作为磨料配制的研磨液对蓝宝石表面进行粗磨,并研究其工艺。通过单因素实验,选用不同悬浮液、不同研磨压力、不同质量分数碳化硼进行实验。结果表明:当碳化硼磨料质量分数为20%,悬浮液为CM-F系列,研磨液流量250mL/min,研磨盘转速80r/min,研磨时间30min,研磨压力2.8×104 Pa时,研磨效果好,材料去除率可达2.47μm/min,表面无肉眼可见划痕,在OLYMPUS-MX50下观察,晶片表面无明显划伤。      

Residual stress analysis on silicon wafer surface layers induced by ultra-precision grinding

Grinding residual stresses of silicon wafers affect the performance of IC circuits. Based on the wafer rotation ultra-precision grinding ma-chine, the residual stress distribution along grinding marks and ground surface layer depth of the ground wafers are investigated using Raman microspectroscopy. The results show that the ground wafer surfaces mainly present compressive stress. The vicinity of pile-ups between two grinding marks presents higher a compressive stress. The stress value of the rough ground wafer is the least because the material is removed by the brittle fracture mode. The stress of the semi-fine ground wafer is the largest because the wafer surface presents stronger phase trans-formations and elastic-plastic deformation. The stress of the fine ground wafer is between the above two. The strained layer depths for the rough, semi-fine, and fine ground wafers are about 7.6 m, 2.6 m, and 1.1 m, respectively. The main reasons for generation of residual stresses are phase transformations and elastic-plastic deformation.     

硅片自旋转磨削中基于作用力的微观接触仿真研究

采用杯型金刚石砂轮进行硅片自旋转磨削是典型的硅片超精密磨削加工形式。本试验从其磨削过程中抽象出砂轮微单元与硅片的微观接触作为研究对象,建立基于作用力的仿真模型,采用软件LS-DYNA对自旋转磨削微观作用过程进行了模拟,对作用过程中硅片与砂轮微单元的应力应变情况进行了有限元分析。结果表明:硅片材料存在相应弹性转塑性和塑性转脆性的临界位移与载荷;在硅片塑性区域切向滑动时可在硅片表面产生塑性沟槽与隆起;砂轮微单元上的磨损可依据其仿真数据作出判断。研究为硅片磨削及砂轮磨损机理研究提供支撑。