一种获得低加工损伤的碳化硅衬底表面的加工方法
【专利摘要】本发明涉及一种获得低加工损伤的碳化硅衬底表面的加工方法，包括以下步骤：先将磨料固化到研磨垫中，得到固定磨料研磨垫，作为研磨介质；再将碳化硅衬底置于固定磨料研磨垫上方，利用研磨设备使固定磨料研磨垫旋转，并加入冷却润滑剂，进行碳化硅衬底表面的加工，得到低加工损伤的碳化硅衬底表面。通过本发明的技术创新，可以大大简化碳化硅衬底加工工艺步骤，降低研发及生产设备投入，提高加工效率，节约磨料、保护人员和环境，得到低加工损伤的碳化硅衬底表面。
【专利说明】一种获得低加工损伤的碳化硅衬底表面的加工方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种获得低加工损伤的碳化硅衬底表面的加工方法，属于碳化硅衬底表面加工【技术领域】。
【背景技术】
[0002]碳化硅基器件的应用前提是，在碳化硅衬底表面通过外延(Epitaxy)技术，获得多层特定结构的外延功能层。外延技术典型技术特征之一就是其繁衍性，即衬底表面原子态与外延层原子态的是相似或接近的。
[0003]对于表面有加工损伤的碳化娃衬底,意味着碳化娃衬底表面原子处于近程无序排列状态。容易理解，基于该表面获得的外延功能层，其原子排列肯定也是无序性的，最终影响就是器件性能。
[0004]现在碳化硅衬底加工工艺基本特点是:利用游离的且颗粒度逐渐减小的研磨或抛光液、在不同材质研磨抛光盘上，分多步骤、逐步实现加工损伤的减小的目的。以上工艺特点存在的诸多问题如下:
[0005]I)整体工艺步骤多，工艺复杂，影响工艺稳定性的因素多；
[0006]2)整体工艺中包含的工序多，每道工序需配备I台设备，需要硬件设备多，增加研发或生产投入；
[0007]3)研磨液或抛光液中的磨料(有效成分)处于游离状态，容易流失，消耗快，不能充分发挥其加工效果，导致原材料浪费，增加成本；
[0008]4)游离磨料加工的移除速率慢，加工效率低；
[0009]5)磨料处于游离状态，相同颗粒直径的磨料，产生的加工损伤更厚。
【发明内容】
[0010]本发明所要解决的技术问题是提供一种获得低加工损伤的碳化硅衬底表面的加工方法，解决了现有技术的不足，可以得到低加工损伤的碳化硅衬底表面。
[0011]本发明解决上述技术问题的技术方案如下:一种获得低加工损伤的碳化硅衬底表面的加工方法，包括以下步骤:
[0012](I)将磨料固化到研磨垫中，得到固定磨料研磨垫，作为研磨介质；
[0013](2)将碳化硅衬底置于固定磨料研磨垫上方，利用研磨设备使固定磨料研磨垫旋转，并加入冷却润滑剂，进行碳化硅衬底表面的加工，得到低加工损伤的碳化硅衬底表面。
[0014]本发明的有益效果是:通过本发明的技术创新，可以大大简化碳化硅衬底加工工艺步骤，降低研发及生产设备投入，提高加工效率，节约磨料、保护人员和环境，得到低加工损伤的碳化娃衬底表面。
[0015]在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
[0016]进一步，步骤(I)中，所述磨料为硬度为II型或I型单晶金刚石微粉、聚晶金刚石微粉、碳化硅微粉或者近球型氧化铝微粉；所述磨料的颗粒度直径范围是0.5?20微米。[0017]采用上述进一步方案的有益效果是对于相同颗粒直径的磨料，使用游离磨料工艺加工过程中，在压力的作用下，颗粒自身全部与碳化硅衬底进行接触，产生的微裂痕深度较大；而磨料固化后，颗粒自身几乎全部陷在高分子层中，仅有部分体积暴露(〈1/3)在高分子材料表面，这样颗粒与衬底接触过程中，产生的微裂痕深度明显低于游离磨料的状态，从而显著降低加工损伤，提高表面质量；磨料不会流失，可以充分发挥磨料的研磨效果，降低成本；由于磨料效果得到有效发挥，其研磨效率会显著提高，提高效率。
[0018]进一步，步骤(I)中，所述研磨垫由有机高分子材料制成，所述有机高分子材料为聚丙烯树脂、聚乙烯或芳纶中的一种。
[0019]采用上述进一步方案的有益效果是有机高分子材料其耐磨性良好、抗压性良好、耐腐蚀性良好，可以很方便的进行碳化硅衬底表面的加工。
[0020]进一步,步骤(I)中，所述研磨垫中磨料固化的质量分数为1%?30%。
[0021]进一步，步骤(2)中，所述冷却润滑剂为体积比为1: (100?500)甘油和水的混合溶液，所述冷却润滑剂的流量控制在2?5L/min。所述冷却润滑剂经沉淀、过滤后，可以循环使用。
[0022]传统工艺中，研磨液成分包括磨料、有机油或酯类(如丁烯酸)、防锈油等添加材料，其中的有机成分对人体、环境等具有较大伤害，需要经过特殊处理后才能实现排放。而本发明中，采用了环境友好、且含量极低的甘油等润滑剂、配以去离子水作为冷却及润滑齐U，对人、环境起到很好的保护作用。
[0023]采用上述进一步方案的有益效果是既保护人员，对环境友好，而且减少后续废水处理难度，降低未来研发及生产的运行成本。
[0024]使用现有工艺，加工过程中使用的磨料、添加剂等对设备存在腐蚀，且加工后设备清洗难度大等缺点；而本工艺中，使用的润滑、冷却剂为去离子水，不涉及对设备的腐蚀问题，且加工完的设备几乎不用清洗。
[0025]进一步，步骤(2)中，所述研磨设备包括大盘和抛光头，所述大盘的转速范围为10?80rpm,所述抛光头的转速范围为10?60rpm。
[0026]进一步,步骤(2)中,所述加工时,压力的范围控制在0.05?lkg/cm2。
【具体实施方式】
[0027]以下对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
[0028]实施例1
[0029]将磨料固化到研磨垫中，得到固定磨料研磨垫，作为研磨介质，其中磨料为单晶、II型、颗粒度直径D50=3微米的金刚石，研磨垫采用聚乙烯制成，研磨垫中磨料固化的质量分数为10% ;将碳化硅衬底置于固定磨料研磨垫上方，利用研磨设备使固定磨料研磨垫旋转，大盘转速设定40rpm,抛光头转速设定为15rpm,并加入体积比为1:400的甘油和水的混合溶液作为冷却润滑剂，其流量为2L/min，进行碳化硅衬底表面的加工，加工压力0.1kg/cm2,得到低加工损伤的碳化娃衬底表面。
[0030]奥林巴斯显微镜下观察，本实施例加工完的表面有少量、细微划伤，效果较好。从侧面说明其加工损伤低，该表面状态降低了后续工序的负担。[0031]通过称重法计算去除速率，本实施例中，衬底的加工表面去除速率为15微米/小时。
[0032]为与传统碳化硅衬底加工工艺进行对比，采用选用相同工艺参数，选择单晶、II型金刚石为磨料，且颗粒控制直径为D50=3 ;研磨垫选用同型号的高分子材料合成的研磨垫；压力、转速等加工参数均与改进加工工艺相同；加工过程中，保证游离磨料始终可以全面覆盖整个研磨垫，即保证研磨液的充分供应。
[0033]奥林巴斯显微镜下观察，传统工艺加工完的表面有大量、明显划伤，效果较差。从侧面说明其加工损伤大。为去除该划伤，后续需要增加1-2道工艺进行去除，增加了工艺复杂性。
[0034]通过称重法计算去除速率，传统加工工艺表面去除速率为5微米/小时。是改进工艺的1/3，说明了本发明工艺的效率远高于传统工艺。
[0035]实施例2
[0036]将磨料固化到研磨垫中，得到固定磨料研磨垫，作为研磨介质，其中磨料为单晶、II型、颗粒度直径D50=6微米的金刚石,研磨垫采用聚乙烯制成,研磨垫中磨料固化的质量分数为5% ;将碳化硅衬底置于固定磨料研磨垫上方，利用研磨设备使固定磨料研磨垫旋转，大盘转速设定40rpm,抛光头转速设定为15rpm,并加入体积比为1:200的甘油和水的混合溶液作为冷却润滑剂，其流量为3L/min，进行碳化硅衬底表面的加工，加工压力0.5kg/cm2,得到低加工损伤的碳化娃衬底表面。
[0037]奥林巴斯显微镜下观察，本实施例加工完的表面有少量、细微划伤，效果较好。同时，显微镜观察，其表面粗糙度较实施例1中的粗糙度略大。该点应该与实施例2中使用的磨料颗粒直径大、加工压力大有一定关系。
[0038]通过称重法计算去除速率，本实施例中，衬底的加工表面去除速率为25微米/小时。
[0039]实施例3
[0040]将磨料固化到研磨垫中，得到固定磨料研磨垫，作为研磨介质，其中磨料为颗粒度直径D50=20微米的近球型氧化铝微粉，其边缘较锐利，研磨垫采用聚丙烯树脂制成，研磨垫中磨料固化的质量分数为30%;将碳化硅衬底置于固定磨料研磨垫上方，利用研磨设备使固定磨料研磨垫旋转，大盘转速设定80rpm,抛光头转速设定为60rpm,并加入体积比为1:500的甘油和水的混合溶液作为冷却润滑剂，其流量为5L/min，进行碳化硅衬底表面的加工，加工压力lkg/cm2，得到低加工损伤的碳化硅衬底表面。
[0041]实施例4
[0042]将磨料固化到研磨垫中，得到固定磨料研磨垫，作为研磨介质，其中磨料为颗粒度直径D50=0.5微米的碳化硅微粉，研磨垫采用芳纶制成，研磨垫中磨料固化的质量分数为1% ;将碳化硅衬底置于固定磨料研磨垫上方，利用研磨设备使固定磨料研磨垫旋转，大盘转速设定IOrpm,抛光头转速设定为IOrpm,并加入体积比为1:100的甘油和水的混合溶液作为冷却润滑剂，其流量为2L/min，进行碳化硅衬底表面的加工，加工压力0.lkg/cm2，得到低加工损伤的碳化硅衬底表面。
[0043]以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种获得低加工损伤的碳化硅衬底表面的加工方法，其特征在于，包括以下步骤: (1)将磨料固化到研磨垫中，得到固定磨料研磨垫，作为研磨介质； (2)将碳化硅衬底置于固定磨料研磨垫上方，利用研磨设备使固定磨料研磨垫旋转，并加入冷却润滑剂，进行碳化硅衬底表面的加工，得到低加工损伤的碳化硅衬底表面。
2.根据权利要求1所述获得低加工损伤的碳化硅衬底表面的加工方法，其特征在于，步骤(I)中，所述磨料为硬度为II型或I型单晶金刚石微粉、聚晶金刚石微粉、碳化硅微粉或者近球型氧化铝微粉；所述磨料的颗粒度直径范围是0.5?20微米。
3.根据权利要求1所述获得低加工损伤的碳化硅衬底表面的加工方法，其特征在于，步骤(I)中，所述研磨垫由有机高分子材料制成，所述有机高分子材料为聚丙烯树脂、聚乙烯或芳纶中的一种。
4.根据权利要求1所述获得低加工损伤的碳化硅衬底表面的加工方法，其特征在于，步骤(I)中，所述研磨垫中磨料固化的质量分数为1%?30%。
5.根据权利要求1至4任一项所述获得低加工损伤的碳化硅衬底表面的加工方法，其特征在于，步骤(2)中，所述冷却润滑剂为体积比为1: (100?500)甘油和水的混合溶液，所述冷却润滑剂的流量控制在2?5L/min。
6.根据权利要求1至4任一项所述获得低加工损伤的碳化硅衬底表面的加工方法，其特征在于，步骤(2)中，所述研磨设备包括大盘和抛光头，所述大盘的转速范围为10?80rpm,所述抛光头的转速范围为10?60rpm。
7.根据权利要求1至4任一项所述获得低加工损伤的碳化硅衬底表面的加工方法，其特征在于，步骤(2)中，所述加工时，压力的范围控制在0.05?lkg/cm2。
【文档编号】B24B37/005GK103624675SQ201310625942
【公开日】2014年3月12日 申请日期:2013年11月29日 优先权日:2013年11月29日
【发明者】高宇, 邓树军, 陶莹, 段聪, 赵梅玉 申请人:河北同光晶体有限公司