磷化鎵晶片納米級超光滑加工工藝的製作方法
2023-11-01 10:29:32 2
專利名稱：磷化鎵晶片納米級超光滑加工工藝的製作方法
技術領域：
本發明涉及光電子和光學領域使用的磷化鎵晶片的超光滑表面加工工藝。
背景技術：
磷化鎵(GaP)晶體是現代工業重要的基礎材料，目前已經廣泛應用於光電子、微電子、雷射等領域。現在使用的磷化鎵晶片普遍存在如下問題1、磷化鎵晶片的加工工藝複雜，要經過多道研磨拋光工序；2、拋光面粗糙度較大，Ra達5納米；翹曲較大，達20微米；3、磷化鎵晶片表層存在加工應變層。
質量不好的磷化鎵晶片，做出的紅光和綠光二極體(LED)發光性能差。
發明內容
為了克服現有磷化鎵加工工藝複雜和加工質量不高等問題，本發明提出一種新的磷化鎵加工技術，該工藝能夠簡化磷化鎵晶片的工序、提高磷化鎵晶片的加工質量。
本發明所採用的技術方案是在磷化鎵晶體切片後，採用淺損傷層的磷化鎵晶片塑性域磨削技術進行晶片磨削，用微米級研磨液進行鏡面研磨，用磷化鎵專用拋光液進行化學機械拋光，從而簡化加工工序，提高質量，節省加工時間，降低加工成本。
磷化鎵晶片納米級超光滑加工工藝製備流程如附圖1所示。
下面結合附圖1的工藝製備流程對本發明進一步說明如下1、在磷化鎵晶片粘盤中，使用的無蠟粘盤技術。
2、採用錫鉛合金研磨盤，用氧化鉻微粉、橄欖油、煤油配製的磷化鎵微米級研磨液，研磨10分鐘，將磷化鎵襯底由450微米的厚度減薄至350微米、粗糙度為0.5微米左右，厚度均勻性在1.0微米以內，獲得鏡面研磨效果。
3、在磷化鎵晶片拋光工藝中，採用全局平面化超光滑無損傷精密化學機械拋光技術，磷化鎵晶片納米級拋光液的組成重鉻酸氨((NH4)2Cr2O7)，聚氧乙烯醯胺，去離子水。它們的質量比是重鉻酸氨∶聚氧乙烯醯胺∶去離子水＝50∶1∶300。
4、精密拋光機的工作原理如附圖2所示，磷化鎵晶片2吸附在承片盤1上，拋光布3粘接在拋光碟4上，拋光碟4通過電動機驅動旋轉，承片盤1通過晶片與拋光碟之間的摩擦力驅動旋轉，拋光壓力通過氣缸施加在承片盤1上。拋光液通過管子5流到拋光碟上，拋光液通過調節閥控制流量。
5、在精密拋光機上利用納米拋光液對磷化鎵進行拋光，使磷化鎵的表面粗糙度達到0.5納米以下、平整度小於5微米。
6、在磷化鎵晶片的清洗工藝中，拋光後的磷化鎵晶片在25℃～30℃的丙酮中，清洗2分鐘；用去離子水流洗2分鐘；在80℃～90℃的專用清洗液(該清洗液各組份H2SO4、H2O2、H2O的體積比是1∶6∶50)中，兆聲波清洗10分鐘；用去離子水流洗5分鐘。
7、結合附圖3對無蠟粘盤技術進一步說明如下磷化鎵晶片2通過水吸附在承片盤1上，承片盤1上粘接保持架10和襯墊6，磷化鎵晶片2被吸附在保持架10內。
8、附圖4是磷化鎵晶片精密拋光部分結構圖。
1、圖1是磷化鎵晶片納米級超光滑加工工藝流程圖，說明磷化鎵晶片的製備流程；2、圖2是磷化鎵晶片精密拋光原理圖，說明磷化鎵晶片拋光過程中的運動原理。磷化鎵晶片2吸附在承片盤1上，拋光布3粘接在拋光碟4上，拋光碟4通過電動機驅動旋轉，承片盤1通過晶片與拋光碟之間的摩擦力驅動旋轉，拋光壓力通過氣缸施加在承片盤1上。
3、圖3是磷化鎵晶片無蠟粘盤的結構圖，磷化鎵晶片2通過水吸附在承片盤1上，承片盤1上粘接保持架10和襯墊6，磷化鎵晶片2被吸附在保持架10內。
4、圖4是磷化鎵晶片精密拋光部分結構圖，拋光布3粘在拋光碟4上，通過壓板7和螺栓8將拋光碟4和拋光軸9連接，電機驅動拋光軸9旋轉，帶動拋光碟4旋轉，承片盤1在摩擦力作用下旋轉，實現對磷化鎵晶片的拋光。
5、圖5是承片盤1的結構圖，承片盤由T10A工具鋼製造，熱處理後的硬度是HRC58～65。
6、圖6是拋光碟4的結構圖，承片盤由20CrMnTi合金鋼製造。
7、圖7是拋光軸9的結構圖，直徑100的軸階與拋光碟的孔有配合。
8、圖8是磷化鎵晶片2的結構圖，尺寸和厚度根據晶片的要求確定。
9、圖9是保持架10的結構圖，保持架由環氧板製造。
具體實施例方式
1、首先將磷化鎵晶棒滾圓，然後切片；2、把磷化鎵晶片吸附到承片盤中；3、在高剛性的磨床上，用低進給量，對磷化鎵晶片進行塑性域鏡面磨削；4、在精密平面研磨機上，採用錫鉛合金研磨盤，用氧化鉻微粉、橄欖油、煤油配製的磷化鎵微米級研磨液，研磨10分鐘，獲得鏡面研磨效果；5、在精密平面研磨機上，採用由重鉻酸氨、聚氧乙烯醯胺、去離子水等組成的磷化鎵晶片納米級拋光液，進行全局平面化化學機械拋光，獲得磷化鎵晶片納米級表面粗糙度。
磷化鎵晶片拋工藝參數是拋光碟轉速70轉/分承片盤轉速30轉/分拋光時間t＝60分鐘拋光壓力P＝80Pa拋光溫度25℃±5℃拋光液流量5毫升/分，拋光液不可以循環；6、對拋光後的磷化鎵晶片進行清洗，首先把晶片在25℃～30℃的丙酮中，清洗2分鐘；然後用去離子水流洗2分鐘；再放在80℃～90℃的專用清洗液(該清洗液各組份H2SO4、H2O2、H2O的體積比是1∶6∶50)中，兆聲波清洗10分鐘；最後用去離子水流洗5分鐘；7、檢測磷化鎵晶片的幾何尺寸和表面潔淨度，以製備發光二極體對磷化鎵晶片的要求。
發明效果本發明的有益效果是可以簡化磷化鎵晶片的製造工藝，消除機械加工損傷層，獲得表面晶格完整、平整度＜5微米、拋光面粗糙度(RMS)＜0.5納米的超光滑表面，該工藝縮短磷化鎵晶片的加工時間，降低生產成本。
權利要求
1.磷化鎵晶片納米級超光滑加工工藝，其特徵在於它由無蠟粘盤、塑性域磨削、微米級研磨、納米級化學機械拋光、晶片淨化等幾個關鍵步驟組成。
2.磷化鎵晶片無蠟粘盤是通過承片盤、保持架、襯墊、水將晶片吸附在承片盤上。
3.磷化鎵晶片塑性域精密磨削的工藝條件是在高剛性臥式精密磨床上，用粒度W7青銅結合劑濃度75％的金剛石砂輪，磨削用量為砂輪的線速度vs＝1000m/min、進給量f＝0.8μm/r。
4.磷化鎵晶片微米級研磨的工藝條件是在平面研磨機上，採用錫鉛合金研磨盤(錫和鉛的質量比是7∶3)，研磨壓力為200Pa。微米級研磨液組成是粒度為W0.5的氧化鉻微粉，橄欖油，煤油。它們的質量比是氧化鉻微粉∶橄欖油∶煤油＝1∶50∶150。
5.磷化鎵晶片納米級拋光液組成是重鉻酸氨，聚氧乙烯醯胺，去離子水。它們的質量比是重鉻酸氨∶聚氧乙烯醯胺∶去離子水＝50∶1∶300。磷化鎵晶片拋光的工藝條件是溫度25℃±2℃，拋光碟轉速70轉/分，載料盤轉數30轉/分，拋光時間t＝60min，拋光壓力P＝80Pa，拋光液流量10ml/min，拋光液不可以循環。
6.磷化鎵晶片淨化工藝和清洗劑的配方是拋光後的磷化鎵晶片在25℃～30℃的丙酮中，清洗2分鐘；用去離子水流洗2分鐘；在80℃～90℃的專用清洗液(該清洗液各組份H2SO4、H2O2、H2O的體積比是1∶6∶50)中，兆聲波清洗10分鐘；用去離子水流洗5分鐘；用去離子水流洗5分鐘。
全文摘要
本發明涉及光電子器件的加工方法技術領域，是一種製備藍色和紅色發光二極體(LED)基礎材料磷化鎵(GaP)晶片的加工工藝。該加工工藝由無蠟粘片、塑性域磨削、研磨、拋光、淨化等幾個步驟組成，附圖1是磷化鎵晶片加工工藝流程圖；磷化鎵晶片是通過水吸附在承片盤上；本發明涉及磷化鎵晶片加工過程中使用的專用研磨液、拋光液和清洗液，所述的專用研磨液由氧化鉻微粉、橄欖油、煤油構成；專用拋光液則由重鉻酸氨、聚氧乙烯醯胺以及去離子水構成；專用清洗液由硫酸(H
文檔編號B24B37/04GK1947944SQ200610104388
公開日2007年4月18日 申請日期2006年8月11日 優先權日2006年8月11日
發明者周海 申請人:周海