[发明专利]超硬半导体材料抛光方法

说明书

技术领域

本发明涉及属于半导体材料加工及器件制备领域，具体涉及一种超硬半导体材料抛光方法，尤其是一种能够获得具有原子台阶表面的超硬半导体材料（例如SiC、Al2O3）抛光方法。

背景技术

氧化铝（Al₂O₃）、碳化硅（SiC）、氮化铝（AlN）和氮化镓（GaN）等超硬半导体材料是宽禁带半导体的重要代表，较传统半导体他们普遍具有禁带宽度大，击穿场强高，热导率大，电子饱和漂移速度高，抗辐射能力强和良好化学稳定性等优越性质，成为继硅、锗、砷化镓之后制造新一代微电子器件和电路的关键半导体材料。Al₂O₃、SiC、AlN等在制作大功率微波器件、耐高温和抗辐照器件方面具有得天独厚的优势，是实现大功率微波与高温抗辐射相结合的理想材料，是微电子、电力电子、光电子等高新技术以及国防工业、信息产业、机电产业和能源产业等支柱产业进入二十一世纪后赖以发展的关键基础材料。同时，由于Al₂O₃、SiC、AlN与制作大功率微波、电力电子、光电子器件的重要材料GaN之间具有非常小的晶格失配和热膨胀系数差，使得它们成为新一代宽禁带半导体器件的重要衬底材料。

无论是Al₂O₃、SiC、AlN等作为直接的器件制备材料，还是以之为衬底的外延器件，超硬半导体材料（如SiC、Al₂O₃、AlN）的表面处理质量直接影响最终制备的器件的性能。所以要求加工得到的超硬半导体材料（如SiC、Al₂O₃、AlN）具有非常好质量的表面。传统的超硬半导体材料（如SiC、Al2O3、AlN）表面加工方法大都具有显著的表面损伤层，对直接的器件制备和GaN的外延都有一定的影响。

CN 101602185 B公开一种碳化硅单晶表面的多级化学机械抛光方法，其采用多级化学腐蚀作用和机械研磨作用相结合的工艺，可在一定程度上较低材料表面的损伤。

CN 101966689 A公开一种大直径4H-SiC碳面的表面抛光方法，其依次包括机械抛光、化学机械抛光。其采用于PH小于5的酸性抛光液来代替传统的碱性抛光液，最终降低了材料表面的损伤。

上述两种方法或通过多级化学机械抛光，或采用酸性抛光液可在一定程度上较低材料表面的损伤，然而这两种方法均未能完全去除材料表面的损伤层。而且这两种方法中涉及的抛光压力均较大。

因此完全去除SiC、Al₂O₃表面的损伤层，获得了接近理想晶格排列的具有原子台阶的表面对以SiC、Al2O3单晶为基础的器件和外延制备具有非常重要的意义。

此外，传统的超硬半导体材料（如SiC、Al₂O₃）抛光技术一方面对于不同的材料所采用的工艺、设备，甚至所采用的各种用料都完全不同，比如现有报道的SiC和Al₂O₃的抛光工艺就完全不同，在同一设备上同时使用这两种不同的抛光工艺，可能对机器及抛光效率都带来很大影响。这样对于一个同时完成这两种晶体材料加工的部门而言增加了很多困难；另一方面，传统工艺未能很好的匹配粗抛、精抛和化学机械抛光工艺，使得即使经过化学机械抛光得到的超硬半导体材料（如SiC、Al₂O₃）表面仍具有划痕和亚表面损伤层。因此提供一种能对大部分甚至所有超硬半导体材料都适用的抛光工艺也具有重大意义。

发明内容

面对现有技术存在的上述问题，本发明人在充分理解超硬半导体材料抛光原理的基础上，并经过锐意的研究发现通过参数非常接近的粗抛、精抛、化学机械抛光三个抛光工艺流程，即可使被加工的超硬半导体材料（如SiC、Al₂O₃）获得具有极低表面粗糙度且具有原子台阶表面。