激光辅助氮化镓晶体化学机械抛光方法技术

本发明专利技术提供一种激光辅助氮化镓晶体化学机械抛光方法，其中，所述激光辅助氮化镓晶体化学机械抛光方法至少包括如下步骤：S1，采用激光对所述氮化镓晶体的表面进行照射修饰；S2，在化学腐蚀与机械研磨的作用下对照射修饰后的所述氮化镓晶体进行抛光和表面平坦化。本发明专利技术通过激光辅助的方式对氮化镓晶体进行CMP之前的表面处理，克服了氮化镓晶体研磨过程耗时久和易碎的技术瓶颈，减小了物料消耗，提高了研磨效率，降低了氮化镓晶体的损伤程度，可以显著提高研磨效率和良率。

Laser assisted gallium nitride crystal chemical mechanical polishing method

The invention provides a laser assisted GaN crystal chemical mechanical polishing method, wherein, the gallium nitride crystal laser assisted chemical mechanical polishing method comprises the following steps: S1, the irradiation of the laser surface modification of gallium nitride crystal; S2, polishing and surface planarization of the gallium nitride crystal modification after irradiation chemical corrosion and mechanical polishing effect. Before the invention of CMP surface treatment on gallium nitride crystal by laser assisted manner, to overcome the technical bottleneck of gallium nitride crystal grinding process are time-consuming and fragile, reduce material consumption, improve grinding efficiency, reduce the damage degree of gallium nitride crystal, can significantly improve the grinding efficiency and yield.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体制造
，特别是涉及一种激光辅助氮化镓晶体化学机械抛光方法。
技术介绍
制备晶圆片的最后一步是化学机械平坦化(CMP，ChemicalMechanicalPlanarization，又叫化学机械抛光)它的目标是高平整度的光滑表面。平整度是晶圆片最主要的参数之一，主要因为光刻工艺对局部位置的平整度是非常敏感的。晶圆片平整度是指在通过晶圆片的直线上的厚度变化，它是通过晶圆片的上表面和一个规定参考面的距离得到的。对于一个晶圆片来说，如果它被完全平坦地放置，参考面在理论上就是绝对平坦的背面，比如利用真空压力把它拉到一个清洁平坦的面上。平整度可以规定为晶圆片上一个特定点周围的局部平整度，也可以规定为整体平整度，它是在晶圆片背面的固定质量面积上整个晶圆片的平整度。固定质量面积不包括晶圆片表面周边的无用区域。测量大面积的平整度要比小面积难控制得多。随着半导体工业飞速发展，电子器件尺寸缩小，对于晶片表面平整度的要求越来越高，且需要从加工性能和速度上同时满足晶圆片图形加工的要求。机械抛光过程可以大致分为四个部分：CMP之前的表面处理，粗抛光，细抛光和精抛光。CMP之前的表面处理目的为降低翘曲率，减少表面受损层，减少表面粗糙度等，还有对其进行倒角加工，减少裂片、崩碎的可能性以及提高良率。粗抛光主要是大幅度减薄晶圆片的受损层，表面粗糙度降低到100nm以下。细抛光主要是控制表面粗糙度，达到10nm以下，降低缺陷密度，并对表面进行平坦化。精抛光是最后的抛光步骤，可以对晶圆片进行定点平坦化和抛光，实现高质量和高精度的晶圆片。无论是消费电子产品、通讯硬体、电动车(EV)或家用电器，工程师正面对严格的要求，必须提升电源转换效能、提高功率密度水准、延长电池使用时间以及加快开关速度。这一切皆意味着电子产业将会变得越来越依赖于新型的功率半导体，采用不再以硅(Si)为基础的制程技术。随着容量可能达到前所未有的性能基准，氮化镓(GaN)正成为一项新兴的制程技术，影响电力电子系统设计的未来发展。在任何电源系统设计中，某种程度的电源转换损耗是肯定的，但由于宽频间隙，GaN明显比硅表现出更低的损耗，这也意味着更好的电源转换效能。因为GaN晶圆片可比等效的硅晶圆片更小，使用此技术的元件可被置于尺寸更小的封装规格中。由于其高流动性，GaN在用于要求快速开关的电路中效能极高。而且，提高的开关速度也有助于节省空间，因为电源电路所含被动元件可以更少，配套的磁性元件中使用的线圈可以更小。此外，GaN提供的更高的电源转换效能意味着更少的散热量，缩小了需要分配给热管理的空间。由于GaN具有一些和硅有所区别的关键功能，令它特别适合功率应用。然而，到目前为止，GaN作为一个功率元件材料的进展缓慢。其中一个技术瓶颈就是氮化镓晶体的CMP研磨过程耗时久和易碎。由于氮化镓晶体本身材料的缺陷密度较高，并且常为异质衬底上外延生长得来，其晶体内部残留大量的应力，宏观表现为晶圆片较大的翘曲度，通常而言超过200微米，从而使研磨难度较高，研磨效率低，研磨物料消耗大，制程时间过长；且在研磨过程中，氮化镓晶体内部快速释放的大量应力难以控制，会导致氮化镓晶体的损伤程度较大，碎裂的可能性也大大增加，从而降低了氮化镓晶体生产的良率。因此，如何突破氮化镓晶体研磨过程耗时久和易碎的技术瓶颈，减小物料消耗、提高研磨效率并降低氮化镓晶体的损伤程度，提高氮化镓晶体生产的良率，是亟待解决的问题。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种激光辅助氮化镓晶体化学机械抛光方法，不仅可以用于解决现有技术中氮化镓晶体研磨过程耗时久和易碎的问题，并且也适用于对氮化镓晶块的化学机械抛光。为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种激光辅助氮化镓晶体化学机械抛光方法，其中，所述激光辅助氮化镓晶体化学机械抛光方法至少包括如下步骤：S1，采用激光对所述氮化镓晶体的表面进行照射修饰；S2，在化学腐蚀与机械研磨的作用下对照射修饰后的所述氮化镓晶体进行抛光和表面平坦化。优选地，所述步骤S2至少包括如下步骤：S21，在照射修饰后的所述氮化镓晶体表面增设压力缓冲材料，在所述压力缓冲材料上进行图形设计和/或结构设计；S22，将所述氮化镓晶体表面通过压力缓冲材料固定于CMP设备的研磨载体上，对其进行化学机械研磨；S23，在所述氮化镓晶体完成化学机械研磨后，对其进行化学和/或物理清洗，将所述压力缓冲材料去除。优选地，所述步骤S21中，在所述压力缓冲材料与所述CMP设备的研磨平台的接触面上进行的结构设计为沟道设计。优选地，在所述压力缓冲材料上进行沟道设计时，所述沟道的深度到达所述氮化镓晶体的表面。优选地，所述步骤S21中，在所述压力缓冲材料上进行的图形设计为图形的重复性组合设计、图形的非重复性组合设计、相同概念下不同尺寸图形的组合设计和/或以上图形的组合设计。优选地，在所述压力缓冲材料上进行的图形设计为根据所述氮化镓晶体在所述研磨载体上的投影形状设计而成，其中，所述氮化镓晶体在所述研磨载体上的投影形状为圆形、椭圆形、三角形、多边形和/或不规则图形，根据其设计的沟道图形设计为同心形状组合、棋格形状、三角形状、同心圆形状、中心放射线形状和不规则形状中的一种或几种。优选地，所述步骤S1至少包括如下步骤：S11，将所述氮化镓晶体的任一表面向上固定于激光载台上，采用所述激光对该表面的选定区域进行照射；S12，对所述氮化镓晶体被照射过的表面进行清洗；S13，将所述氮化镓晶体未被照射过的表面向上固定于激光载台上，采用所述激光对该未被照射过的表面的选定区域进行照射；S14，重复步骤S12～步骤S13直到所述氮化镓晶体的所有表面均被激光照射。优选地，所述氮化镓晶体为单晶片和/或晶块；在所述氮化镓晶体为单晶片时，采用所述激光先照射所述氮化镓晶体的凹面一侧，再照射所述氮化镓晶体的凸面一侧，且所述激光照射从每一面的边缘区域开始；在所述氮化镓晶体为晶块时，采用所述激光照射所述氮化镓晶体各表面的整个平面。优选地，在所述氮化镓晶体为单晶片时，采用所述激光从每一面的边缘向中心逐步照射，激光烧蚀深度由边缘向中心逐步增加，所述激光在所述氮化镓晶体上的照射点的重复率在50％以上，能量密度在400mJ/cm2以上，完成激光照射修饰后的氮化镓晶体的任意一点厚度不超过或少于平均厚度的50％；在所述氮化镓晶体为晶块时，选取面积最大的平面进行激光照射，以逐渐扩大该平面的面积，使该平面在所述研磨平台上的投影可以覆盖所述氮化镓晶体在所述研磨平台上的投影。优选地，所述激光为由激光器产生的光量子波长能量值超过氮化镓材料禁带宽度，以使所述氮化镓材料分解的深紫外线激光。如上所述，本专利技术的激光辅助氮化镓晶体化学机械抛光方法，具有以下有益效果：本专利技术通过激光辅助的方式对氮化镓晶体进行CMP之前的表面处理，克服了氮化镓晶体研磨过程耗时久和易碎的技术瓶颈，减小了物料消耗，提高了研磨效率，降低了氮化镓晶体的损伤程度，可以显著提高研磨效率和良率。附图说明图1显示为本专利技术第一实施方式的激光辅助氮化镓晶体化学机械抛光方法示意图。图2显示为本专利技术第一实施方式的激光辅助氮化镓晶体化学机械抛光方法中压力缓冲材料包裹住氮化镓晶体的凹面和凸面的结构示意图。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种激光辅助氮化镓晶体化学机械抛光方法，其特征在于，所述激光辅助氮化镓晶体化学机械抛光方法至少包括如下步骤：S1，采用激光对所述氮化镓晶体的表面进行照射修饰；S2，在化学腐蚀与机械研磨的作用下对照射修饰后的所述氮化镓晶体进行抛光和表面平坦化。

【技术特征摘要】
1.一种激光辅助氮化镓晶体化学机械抛光方法，其特征在于，所述激光辅助氮化镓晶体化学机械抛光方法至少包括如下步骤：S1，采用激光对所述氮化镓晶体的表面进行照射修饰；S2，在化学腐蚀与机械研磨的作用下对照射修饰后的所述氮化镓晶体进行抛光和表面平坦化。2.根据权利要求1所述的激光辅助氮化镓晶体化学机械抛光方法，其特征在于，所述步骤S2至少包括如下步骤：S21，在照射修饰后的所述氮化镓晶体表面增设压力缓冲材料，在所述压力缓冲材料上进行图形设计和/或结构设计；S22，将所述氮化镓晶体表面通过压力缓冲材料固定于CMP设备的研磨载体上，对其进行化学机械研磨；S23，在所述氮化镓晶体完成化学机械研磨后，对其进行化学和/或物理清洗，将所述压力缓冲材料去除。3.根据权利要求2所述的激光辅助氮化镓晶体化学机械抛光方法，其特征在于，所述步骤S21中，在所述压力缓冲材料与所述CMP设备的研磨平台的接触面上进行的结构设计为沟道设计。4.根据权利要求3所述的激光辅助氮化镓晶体化学机械抛光方法，其特征在于，在所述压力缓冲材料上进行沟道设计时，所述沟道的深度到达所述氮化镓晶体的表面。5.根据权利要求2所述的激光辅助氮化镓晶体化学机械抛光方法，其特征在于，所述步骤S21中，在所述压力缓冲材料上进行的图形设计为图形的重复性组合设计、图形的非重复性组合设计、相同概念下不同尺寸图形的组合设计和/或以上图形的组合设计。6.根据权利要求5所述的激光辅助氮化镓晶体化学机械抛光方法，其特征在于，在所述压力缓冲材料上进行的图形设计为根据所述氮化镓晶体在所述研磨载体上的投影形状设计而成，其中，所述氮化镓晶体在所述研磨载体上的投影形状为圆形、椭圆形、三角形、多边形和/或不规则图形，根据其设计的沟道图形设计为同心形状组合、棋格形状、...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢宇，王颖慧，
申请(专利权)人：镓特半导体科技上海有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31