研磨方法.pdf

一种研磨方法，包括以下步骤：提供待研磨的氮化镓基板；对所述氮化镓基板进行第一化学机械研磨；对所述氮化镓基板进行第二化学机械研磨，所述第二化学机械研磨的研磨速率小于所述第一化学机械研磨的研磨速率。本发明的技术方案具有以下优点：先进行粗磨的第一化学机械研磨，以去除部分待研磨的氮化镓材料，保证一定的研磨速率；而后进行相对于所述第一化学机械研磨为细磨的第二化学机械研磨，以保证最后的氮化镓基板的表面的平整度，尽量避免在的氮化镓基板的表面产生划伤。

1.  一种研磨方法，其特征在于，包括以下步骤：
提供待研磨的氮化镓基板；
对所述氮化镓基板进行第一化学机械研磨，所述第一化学机械研磨为粗磨；对所述氮化镓基板进行第二化学机械研磨，所述第二化学机械研磨相对于所述第一化学机械研磨为细磨。

2.  如权利要求1所述的研磨方法，其特征在于，进行第一化学机械研磨的步骤包括：使所述第一化学机械研磨中的研磨颗粒在研磨液中的质量百分比在2～15%的范围内。

3.  如权利要求1所述的研磨方法，其特征在于，进行第一化学机械研磨的步骤包括：使所述第一化学机械研磨中的研磨颗粒的平均直径在100～500纳米的范围内。

4.  如权利要求1所述的研磨方法，其特征在于，进行第一化学机械研磨的步骤包括：使所述第一化学机械研磨中的研磨颗粒的莫氏硬度大于7，所述研磨颗粒中包括金刚石颗粒、三氧化二铝颗粒、二氧化钛颗粒或者氧化锆颗粒的一种或者多种。

5.  如权利要求1所述的研磨方法，其特征在于，进行第一化学机械研磨的步骤包括：使第一化学机械研磨的研磨液中包括卤素氧化剂或者过氧乙酸。

6.  如权利要求5所述的研磨方法，其特征在于，所述卤素氧化剂包括溴酸盐、亚溴酸盐、次溴酸盐中的一种或者多种，或者为氯酸盐、亚氯酸盐、次氯酸盐、高氯酸盐中的一种或者多种，或者为碘酸盐、次碘酸盐、高碘酸盐中的一种或者多种。

7.  如权利要求6所述的研磨方法，其特征在于，所述氯酸盐包含氯酸钾；所述溴酸盐包含溴酸钾；所述碘酸盐包含碘酸钾；所述高碘酸盐包含偏高碘酸。

8.  如权利要求6所述的研磨方法，其特征在于，使所述卤素氧化剂的PH值在2～6的范围内。

9.  如权利要求1所述的研磨方法，其特征在于，进行第一化学机械研磨的步 骤包括：使所述第一化学机械研磨采用硬研磨垫。

10.  如权利要求1所述的研磨方法，其特征在于，进行第一化学机械研磨的步骤包括：使所述第一化学机械研磨采用研磨面上具有凹凸纹路的研磨垫。

11.  如权利要求1所述的研磨方法，其特征在于，进行第一化学机械研磨的步骤包括：使所述第一化学机械研磨的研磨下压力在5～10磅/平方英寸的范围内，并使研磨头的转速在70～150转/分钟的范围内。

12.  如权利要求1所述的研磨方法，其特征在于，进行第一化学机械研磨的步骤包括：使所述第一化学机械研磨停止于所需厚度的氮化镓基板上方1000～2000埃的位置。

13.  如权利要求1所述的研磨方法，其特征在于，进行第二化学机械研磨的步骤包括：使所述第二化学机械研磨中的研磨颗粒在研磨液中的质量百分比在1～10%的范围内，且所述研磨颗粒的平均直径在10～100纳米的范围内。

14.  如权利要求1所述的研磨方法，其特征在于，进行第二化学机械研磨的步骤包括：使所述第二化学机械研磨的研磨颗粒中包括二氧化硅、三氧化二铝或者氧化铈中的一种或者多种。

15.  如权利要求1所述的研磨方法，其特征在于，进行第二化学机械研磨的步骤包括：使所述第二化学机械研磨的研磨液中包含过氧化氢以及卤素氧化剂。

16.  如权利要求15所述的研磨方法，其特征在于，所述卤素氧化剂中包括溴酸盐、亚溴酸盐中的一种或者多种，或者，所述卤素氧化剂中包括氯酸盐、亚氯酸盐中的一种或者多种。

17.  如权利要求1所述的研磨方法，其特征在于，进行第二化学机械研磨的步骤包括：使所述第二化学机械研磨采用软研磨垫。

18.  如权利要求1所述的研磨方法，其特征在于，进行第二化学机械研磨的步骤包括：使所述第二化学机械研磨的研磨下压力在1～5磅/平方英寸的范围内；使所述第二化学机械研磨的研磨头的转速在30～150转/分钟的范围内。

19.  如权利要求1所述的研磨方法，其特征在于，进行第二化学机械研磨的步 骤包括：使所述第二化学机械研磨采用的研磨垫具有平坦的研磨面。

研磨方法
技术领域
本发明涉及半导体制造领域，具体涉及一种研磨方法。
背景技术
氮化物以及与其相关的III族-V族化合物的半导体层由化学式Al_xGa_yIn_zN（0<y≦1,x+y+z=1）表示，具有禁带宽度大、击穿电场高、热导率大、电子饱和漂移速度高、介电常数小、抗辐射能力强、化学稳定性高等独特的性能，在光显示、光存储、光探测等光电子器件和高温、高频大功率电子等微电子器件领域有着广阔的应用前景。
以氮化镓（GaN）为例，这种材料的半导体层被广泛的应用于发光二极管（Light Emitting Diodes,LED）、镭射影碟(Laser disc,LD)、UV(紫外线)探测器以及高电子迁移率晶体管(High Electron Mobility Transistor,HEMT)等领域。
但是，目前直接应用于制备器件的氮化镓层通过在蓝宝石或者碳化硅的衬底上采用金属有机化学气相沉积（Metal Organic Chemical Vapor Deposition,MOCVD)方式形成，MOCVD属于异质外延生长。蓝宝石或者碳化硅的衬底与生长的氮化镓之间的热膨胀系数、晶格常数等差异会导致生长的到的氮化镓层中存在较为严重的热应力和内应力，这种热应力和内应力会导致氮化镓层产生微裂纹、扭曲和其他缺陷。
另外，这种方式得到的氮化镓层的厚度也可能不均匀，并且表面平整度和粗糙度都很大，不能直接用于制造器件。
为了改善上述缺陷，通常的做法是对得到的氮化镓层进行化学机械研磨(Chemical Mechanical Polishing,CMP)，以改善氮化镓层表面的平整度和粗糙度。
由于氮化镓材料本身的硬度较大，且化学稳定性高，研磨液（slurry）对氮化镓材料的研磨效率很低。为了改善和提高研磨效率，一般的做法是增加 化学机械研磨的力度，也就是采用颗粒较硬、较大的研磨颗粒等。但这种做法可能对氮化镓层的表面造成划伤，即使是轻微的划伤，也可能在进行后续的制造步骤中扩散变大。
因此，如何在保证一定的研磨效率的同时，尽量避免对氮化镓层的表面造成划伤，是本领域技术人员亟待解决的问题之一。
发明内容
本发明解决的问题是一种研磨方法，在保证一定的研磨效率的同时，尽量避免对氮化镓层的表面造成划伤。
为解决上述问题，本发明提供一种研磨方法，包括以下步骤：
提供待研磨的氮化镓基板；
对所述氮化镓基板进行第一化学机械研磨，所述第一化学机械研磨为粗磨；
对所述氮化镓基板进行第二化学机械研磨，所述第二化学机械研磨相对于所述第一化学机械研磨为细磨。
可选的，进行第一化学机械研磨的步骤包括：使所述第一化学机械研磨中的研磨颗粒在研磨液中的质量百分比在2～15%的范围内。
可选的，进行第一化学机械研磨的步骤包括：使所述第一化学机械研磨中的研磨颗粒的平均直径在100～500纳米的范围内。
可选的，进行第一化学机械研磨的步骤包括：使所述第一化学机械研磨中的研磨颗粒的莫氏硬度大于7，所述研磨颗粒中包括金刚石颗粒、三氧化二铝颗粒、二氧化钛颗粒或者氧化锆颗粒的一种或者多种。
可选的，进行第一化学机械研磨的步骤包括：使第一化学机械研磨的研磨液中包括卤素氧化剂或者过氧乙酸。
可选的，所述卤素氧化剂包括溴酸盐、亚溴酸盐、次溴酸盐中的一种或者多种，或者为氯酸盐、亚氯酸盐、次氯酸盐、高氯酸盐中的一种或者多种，或者为碘酸盐、次碘酸盐、高碘酸盐中的一种或者多种。
可选的，所述氯酸盐包含氯酸钾；所述溴酸盐包含溴酸钾；所述碘酸盐包含碘酸钾；所述高碘酸盐包含偏高碘酸。
可选的，使所述卤素氧化剂的PH值在2～6的范围内。
可选的，进行第一化学机械研磨的步骤包括：使所述第一化学机械研磨采用硬研磨垫。
可选的，进行第一化学机械研磨的步骤包括：使所述第一化学机械研磨采用研磨面上具有凹凸纹路的研磨垫。
可选的，进行第一化学机械研磨的步骤包括：使所述第一化学机械研磨的研磨下压力在5～10磅/平方英寸的范围内，并使研磨头的转速在70～150转/分钟的范围内。
可选的，进行第一化学机械研磨的步骤包括：使所述第一化学机械研磨停止于所需厚度的氮化镓基板上方1000～2000埃的位置。
可选的，进行第二化学机械研磨的步骤包括：使所述第二化学机械研磨中的研磨颗粒在研磨液中的质量百分比在1～10%的范围内，且所述研磨颗粒的平均直径在10～100纳米的范围内。
可选的，进行第二化学机械研磨的步骤包括：使所述第二化学机械研磨的研磨颗粒中包括二氧化硅、三氧化二铝或者氧化铈中的一种或者多种。
可选的，进行第二化学机械研磨的步骤包括：使所述第二化学机械研磨的研磨液中包含过氧化氢以及卤素氧化剂。
可选的，所述卤素氧化剂中包括溴酸盐、亚溴酸盐中的一种或者多种，或者，所述卤素氧化剂中包括氯酸盐、亚氯酸盐中的一种或者多种。
可选的，进行第二化学机械研磨的步骤包括：使所述第二化学机械研磨采用软研磨垫。
可选的，进行第二化学机械研磨的步骤包括：使所述第二化学机械研磨的研磨下压力在1～5磅/平方英寸的范围内；使所述第二化学机械研磨的研磨头的转速在30～150转/分钟的范围内。
可选的，进行第二化学机械研磨的步骤包括：使所述第二化学机械研磨 采用的研磨垫具有平坦的研磨面。
与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：
先进行粗磨的第一化学机械研磨，以去除部分待研磨的氮化镓材料，保证一定的研磨速率；而后进行相对于所述第一化学机械研磨为细磨的第二化学机械研磨，以保证最后的氮化镓基板的表面的平整度，尽量避免在氮化镓基板的表面产生划伤。
进一步，在进行第二化学机械研磨的时候采用具有平坦研磨面的研磨垫，相对于现有技术中采用的带有凹凸纹路的研磨垫，能够避免研磨颗粒以及研磨材料的残渣聚集在研磨垫的凹凸纹路中而导致在待研磨表面形成划伤。
附图说明
图1是本发明研磨方法在一实施例的流程示意图；
图2以及图3是本发明研磨方法中采用的研磨垫的研磨面的结构示意图。
具体实施方式
氮化镓因其特殊的性质而被广泛的运用于各个领域。现有的制备氮化镓的方法是通过在蓝宝石或者碳化硅的衬底异质外延生长，得到的氮化镓层通常通过化学机械研磨进行处理以进行改善。
但是由于氮化镓自身的特性，进行化学机械研磨时的研磨效率并不高。而如果为了改善研磨效率而加大化学机械研磨的力度，又可能导致在氮化镓层表面造成划伤。
为此，本发明提供一种研磨方法，在保证一定的研磨效率的同时，尽量避免对氮化镓层的表面造成划伤。
参考图1，示出了本发明研磨方法一实施例的流程示意图。在本实施例中，所述研磨方法包括以下步骤：
步骤S1，提供待研磨的氮化镓基板；
步骤S2，对所述氮化镓基板进行第一化学机械研磨，所述的第一化学机械研磨为粗磨；
步骤S3，对所述氮化镓基板进行第二化学机械研磨，所述第二化学机械研磨相对所述第一化学机械研磨为细磨，研磨速率小于所述第一化学机械研磨的研磨速率。
通过上述步骤，以在保证一定的整体研磨速率的同时，尽量避免在的氮化镓基板的表面产生划伤。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面对本发明的具体实施例作详细的说明。
执行步骤S1，提供待研磨的氮化镓基板。所述的氮化镓基板表面可能不平整，厚度也可能不均匀，但是本发明对本步骤S1提供的氮化镓基板不作任何限制。
继续执行步骤S2，对所述氮化镓基板进行第一化学机械研磨，所述的第一化学机械研磨为粗磨。本步骤旨在不影响最终的氮化镓基板表面平整度的前提下，先去掉一部分待研磨的氮化镓材料，以保证本实施例氮化镓基板的整体的研磨速率。
在本实施例中，为了保证第一化学机械研磨具有较高的研磨速率，所述第一化学机械研磨中的研磨颗粒（abrasive）的平均直径在100～500纳米的范围内，所述研磨颗粒在研磨液中的质量百分比在2～15%的范围内。但是，本发明在实际操作中可以根据实际情况对所述平均直径以及质量百分比进行调整。
相应的，为了进一步增加所述第一化学机械研磨的研磨速率，在本实施例中可以选用莫氏硬度大于7的研磨颗粒，例如金刚石颗粒、三氧化二铝（Al₂O₃）颗粒、二氧化钛（TiO₂）颗粒或者氧化锆（ZrO₂）颗粒的一种或者多种。
与此同时，所述第一化学机械研磨所采用的研磨液中可以包括卤素氧化剂或者过氧乙酸，卤素氧化剂或者过氧乙酸具有较强的氧化性，能够加快研磨过程中与氮化镓材料的反应速率。
在本实施例中，所述卤素氧化剂包括溴酸盐、亚溴酸盐、次溴酸盐中的一种或者多种，或者为氯酸盐、亚氯酸盐、次氯酸盐、高氯酸盐中的一种或 者多种，或者为碘酸盐、次碘酸盐、高碘酸盐中的一种或者多种。
例如，所述氯酸盐中可以包含氯酸钾（KClO₃）；所述溴酸盐中可以包含溴酸钾（KBrO₃）；所述碘酸盐中可以包含碘酸钾（KIO₃）；所述高碘酸盐中可以包含偏高碘酸（HIO₄）。
此时，使第一化学机械研磨的研磨液的PH值在2～6的范围内。
另一方面，在所述第一化学机械研磨的过程中，还可以采用硬研磨垫（hard pad），以进一步加快对于氮化镓的研磨速率。
另外，所述第一化学机械研磨中采用的硬研磨垫可采用研磨面上具有凹凸纹路的研磨垫。参考图2所示为本实施例中采用的一种硬研磨垫的研磨面的结构示意图，所述的研磨面带有同心圆凹凸纹路的硬研磨垫。
此外，研磨面上的凹凸纹路还可以是方格、螺旋等其它图形，本发明对此不作任何限制。
相应的，在本实施例中，使所述第一化学机械研磨的研磨下压力在5～10磅/平方英寸的范围内，并使研磨头（platen）的转速在70～150转/分钟的范围内。但是，同样的，上述的研磨下压力以及转速可以根据实际情况进行调整，本发明对此并不做限制。
为了保证一定的研磨速率，同时又不至于使所述述第一化学机械研磨进行的过多导致损伤到最终需要保留的氮化镓基板，在本实施例中，所述第一化学机械研磨停止于所需厚度的氮化镓基板上方1000～2000埃的位置，然后进行所述第二化学机械研磨。
但是本发明对上的第一化学机械研磨停止的位置不做限定，也可以根据实际情况做出相应的调整。
执行步骤S3，对所述氮化镓基板进行第二化学机械研磨，所述第二化学机械研磨相对所述第一化学机械研磨为细磨，研磨速率小于所述第一化学机械研磨的研磨速率。本步骤S3的目的在于经过上述的第一化学机械研磨去除部分待研磨的氮化镓材料后，对剩下的氮化镓基板上的待研磨的氮化镓材料进行细磨，以得到较为平整的表面。
所述第二化学机械研磨中的研磨颗粒在研磨液中的质量百分比范围的最大值小于上述的第一化学机械研磨中研磨颗粒在研磨液中的质量百分比范围的最大值，以降低相对于第一化学机械研磨的研磨颗粒数。
在本实施例中，使所述第二化学机械研磨中的研磨颗粒的平均直径在10～100纳米的范围内，所述研磨颗粒在研磨液中的质量百分比在1～10%的范围内。但是，本发明对此不作限制，所述平均直径以及质量百分比是可以根据实际情况调整的。
由于所述第二化学机械研磨为细磨，应选用相对于第一化学机械研磨硬度相同或者较低的研磨颗粒，因此，所述在本实施例中，所述第二化学机械研磨的研磨颗粒中包括二氧化硅（SiO₂）、三氧化二铝(Al₂O₃)或者氧化铈（CeO₂）中的一种或者多种。
与此同时，所述第二化学机械研磨所采用研磨液中氧化剂的氧化性应小于或基本等同于所述第一化学机械研磨中的氧化剂的氧化性。
因此，在本实施例中，所述第二化学机械研磨中研磨液的氧化剂可以包括过氧化氢（H₂O₂）以及卤素氧化剂，所述卤素氧化剂可以包含例如溴酸盐、亚溴酸盐中的一种或者多种，还可以是包括氯酸盐、亚氯酸盐中的一种或者多种。
另一方面，在所述第二化学机械研磨的过程中，采用软研磨垫（soft pad）对所述氮化镓基板进行研磨。由于步骤S2中的所述第一化学机械研磨中采用的是硬研磨垫，本步骤S3的第二化学机械研磨降低了对于所述氮化镓基板的物理研磨力度。
相应的，使所述第二化学机械研磨的研磨下压力在1～5磅/平方英寸的范围内，并使第二化学机械研磨的研磨头的转速在30～150转/分钟的范围内。但是，上述的研磨下压力以及研磨头的转速可以根据实际情况进行调整，本发明对此并不做限制。
另外，参考图3所示为本实施例中所采用的软研磨垫的研磨面的结构示意图，在本实施例中可以采用具有平坦研磨面的软研磨垫。其原因在于，对于研磨面上具有凹凸纹路的研磨垫来说，一方面，在一段时间后将会有一些 研磨颗粒以及研磨材料的残渣聚集在研磨垫的凹凸纹路中，导致在待研磨表面造成划伤，另一方面，凹凸纹路会影响研磨液在研磨垫的分布，使得氮化镓基板上的不同区域的被研磨程度不均匀。
本发明采用平坦研磨面的软研磨垫尽量避免了上述问题，使得上述的一些研磨颗粒以及研磨材料的残渣能够得以尽量散开并离开研磨面，以尽量避免产生划伤；同时，平坦的研磨面可以使研磨液均匀分布于氮化镓基板的待研磨表面，进而达到均匀研磨的目的。
虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。