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一種GaN厚膜片CMP組合物及其制備方法

文檔序號:8425357閱讀:218來源:國知局
一種GaN厚膜片CMP組合物及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于微電子輔助材料及超精密加工工藝技術(shù)領(lǐng)域,特別涉及一種氮化鎵厚 膜片化學(xué)機(jī)械拋光組合物及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 國內(nèi)外延片市場的基本格局是外資企業(yè)產(chǎn)品技術(shù)占據(jù)主導(dǎo),本土廠商逐步崛起。 為進(jìn)一步完善LED產(chǎn)業(yè)鏈,"十二五"期間各級政府將繼續(xù)加強(qiáng)對上游領(lǐng)域基礎(chǔ)研宄的投入, 中下游企業(yè)也在積極向上游拓展,國內(nèi)LED外延片市場發(fā)展前景樂觀。
[0003]目前,LED襯底類別包括藍(lán)寶石、碳化硅、硅以及被稱為第三代半導(dǎo)體材料的氮化 鎵(GaN)。與傳統(tǒng)襯底材料相比,GaN具有禁帶寬度大、擊穿電壓高、熱導(dǎo)率大、電子飽和漂 移速度高、抗輻射能力強(qiáng)和良好的化學(xué)穩(wěn)定性等優(yōu)越特性,是迄今理論上電光、光電轉(zhuǎn)換效 率最尚的材料體系。
[0004] 用于氮化鎵生長的最理想的襯底自然是氮化鎵單晶材料,這樣可以大大提高外延 片膜的晶體品質(zhì),降低位錯(cuò)密度,提高器件工作壽命,提高發(fā)光效率,提高器件工作電流密 度??墒?,制備氮化鎵體單晶材料非常困難,由于缺少合適的體單晶襯底,只能采用異質(zhì)外 延技術(shù)制備氮化鎵襯底。主流的外延生長方法包括氫化物氣相外延法(HVPE)、金屬有機(jī)物 化學(xué)氣相沉積(M0CVD)和分子束外延(MBE)等。目前市售的氮化鎵襯底有兩種,一種是通過 HVPE方法在異質(zhì)襯底上生長一定厚度的氮化鎵厚膜,然后通過剝離技術(shù)實(shí)現(xiàn)襯底和氮化鎵 厚膜分離,得厚度約為250-375ym的氮化鎵晶片,稱之為"氮化鎵自支撐片";另一種是保留 藍(lán)寶石襯底的氮化鎵復(fù)合襯底,稱之為"GaN厚膜片",藍(lán)寶石表面生長的氮化鎵厚膜約為 15~90ym。與同質(zhì)外延不同的是,異質(zhì)外延生長的晶體與襯底晶格失配,外延生長過程中 將會有晶格應(yīng)變累積,最終產(chǎn)生位錯(cuò)及3D島狀起伏的表面,無法直接使用,因此需要對氮 化鎵進(jìn)行平坦化處理。
[0005] 化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)是目前實(shí)現(xiàn)全局平坦化的最有效方法,其結(jié)合了機(jī)械和化學(xué) 作用,是半導(dǎo)體平坦化較常使用的方法之一。
[0006] 因工藝技術(shù)難點(diǎn)差異,氮化鎵厚膜片價(jià)格約為同面積自支撐片的1/20~1/40,氮 化鎵厚膜片的價(jià)格優(yōu)勢為其贏得一定市場份額。這兩種襯底晶片均基于異質(zhì)襯底外延生長 而得,避免不了因與異質(zhì)襯底晶格失配產(chǎn)生的缺陷,而氮化鎵厚膜片因膜厚較薄具有較高 的位錯(cuò)密度,較氮化鎵自支撐片高約2個(gè)數(shù)量級,約為lX108~9cm-2。氮化鎵的這些位錯(cuò), 因較晶格其他部位的能量低,在CMP過程中,會優(yōu)先腐蝕,即位錯(cuò)部位與晶格其他部位化學(xué) 作用速度不同,在機(jī)械作用結(jié)合下最終形成一定寬度的腐蝕坑。這些腐蝕坑將影響后續(xù)外 延的質(zhì)量。因此如何獲得高質(zhì)量的氮化鎵拋光表面是亟待解決的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的是為了獲得一種氮化鎵厚膜片高質(zhì)量拋光表面的化學(xué)拋光組合物 及其制備方法。
[0008] 在拋光過程中使用多相催化氧化方法,通過催化劑的作用促進(jìn)氧化反應(yīng)速度,提 高去除速率,通過使用固相催化劑,使催化反應(yīng)在催化劑表面發(fā)生,從而平衡調(diào)節(jié)拋光過程 中的化學(xué)和機(jī)械作用,降低氮化鎵厚膜片位錯(cuò)部位因局部過渡化學(xué)作用而產(chǎn)生的腐蝕坑。
[0009] 為達(dá)到上述目的,本發(fā)明提出一種可獲得高質(zhì)量拋光表面的化學(xué)機(jī)械拋光組合物 及其制備方法,其特征在于,所述組合物包括的組分及各組分配比如下: 氧化劑1~15wt%、固相催化劑0. 005~1wt%、拋光磨粒1~50wt%、pH值調(diào)節(jié)劑、去 離子水余量;所述組合物的pH值為1. 0~4. 3。
[0010] 其中,所述氧化劑為雙氧水、過氧化氫脲、過硫酸鈉、過硫酸鉀、過硫酸氫鉀、過硫 酸銨、過氧乙酸、過氧化苯甲酰、高錳酸鉀中的一種或幾種。
[0011] 其中,所述磨粒為氧化娃、氧化鋁、氧化鋪的一種或幾種,其粒徑均為10~150nm。
[0012] 其中,所述pH值調(diào)節(jié)劑為硫酸、硝酸、磷酸、鹽酸、醋酸中的一種或幾種。
[0013] 其中,所述固相催化劑是指鈷鐵氧化物,所述固相鈷鐵氧化物制備采用以下技術(shù) 方案,需要說明的是以下技術(shù)方案不能由如下制備方法限定本專利的催化劑制備方法: 1) 配制0. 001-0. 01mol濃度的可溶性鈷鹽和鐵鹽混合水溶液; 2) 配制0. 5-3mol濃度的無機(jī)堿溶液; 3) 在超聲和持續(xù)攪拌的條件下,將步驟1)中所得混合鈷鹽、鐵鹽水溶液,逐滴滴加到步 驟2)配置的無機(jī)堿溶液中,使鈷鹽鐵鹽共沉淀; 4) 在步驟3)所得共沉淀物中滴加5wt%-20wt%的穩(wěn)定劑,充分?jǐn)嚢杈鶆蚝笸V箶嚢瑁?5) 將步驟4)所得混合物置于管式爐中,用氮?dú)獗Wo(hù),于200-350°C條件下保持8-16h, 再冷卻、取出即可得成品; 所述可溶性鈷、鐵鹽包括鈷、鐵的硝酸鹽、硫酸鹽、鹽酸鹽、磷酸鹽等;其中,鈷鹽和鐵鹽 的摩爾比均為1 :1。
[0014] 所述無機(jī)堿溶液包括氫氧化鈉、氫氧化鉀、氨水、碳酸氫銨等一種或多種水溶液。
[0015] 所述穩(wěn)定劑包括乙醇、丙酮、丙醛、甘油、正丁醇、聚乙烯、聚丙烯酰胺。
[0016] 本發(fā)明的氮化鎵化學(xué)機(jī)械拋光組合物,具有如下優(yōu)點(diǎn): 1. 本發(fā)明拋光組合物解決了氮化鎵鎵面難腐蝕加工的問題; 2. 本發(fā)明拋光組合物可以有效降低氮化鎵位錯(cuò)部位腐蝕坑的寬度,從而獲得高質(zhì)量 的氮化鎵拋光表面; 3. 本發(fā)明無需設(shè)備改造,成本明顯更低,工藝實(shí)施簡單。
[0017] 所述用于氮化鎵厚膜片的化學(xué)機(jī)械拋光組合物的制備方法,先后加入所需用量的 水、氧化劑、催化劑、拋光磨粒,攪拌及超聲分散,最后加入pH調(diào)節(jié)劑調(diào)節(jié)目標(biāo)pH值,即配制 成本發(fā)明所述的拋光組合物。
【附圖說明】
[0018] 圖1是使用比較例1均相催化劑的拋光組合物拋光后,氮化鎵表面原子力顯微鏡 (AFM)圖,掃描范圍為5X5ym。
[0019] 圖2是使用比較例2均相催化劑的拋光組合物拋光后,氮化鎵表面原子力顯微鏡 (AFM)圖,掃描范圍為5X5ym。
[0020] 圖3、圖4、圖5、圖6是分別使用本發(fā)明實(shí)施例1-4的拋光組合物拋光后,氮化鎵表 面原子力顯微鏡(AFM)圖,掃描范圍為5X5ym。
[0021] 圖7是使用本發(fā)明實(shí)施例3的拋光組合物拋光后,氮化鎵表面局部放大原子力顯 微鏡(AFM)圖,掃描范圍為1X1ym。
[0022] 圖8是使用比較例1均相催化劑的拋光組合物拋光后,氮化鎵表面原子力顯微鏡 (A
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