[发明专利]一种富氧环境中第三代半导体材料的表面改性方法及其装置

说明书

本发明属于激光制造技术领域，公开了一种富氧环境中第三代半导体材料的表面改性方法及其装置。利用富氧环境的构建装置在待加工材料周围形成富氧氛围，将富氧容器固定于激光加工装置工作台上，从容器开口放入待加工半导体材料，将容器密闭，开启第四管道使用真空泵排空容器内的空气至真空表‑0.1Mpa，然后分别输入氧气和空气，在混合室内得到氧气浓度为21～99％的气体，再通过开启第三管道输出富氧气体，至真空表0.03Mpa时完成构建容器的富氧环境；调整激光加工装置的工作台，使激光束能够透过石英玻璃从开口进入到容器内，并聚焦至半导体材料上表面，最后设定加工图形与加工参数，运行加工程序，即实现半导体材料的表面改性。

技术领域

本发明属于激光制造技术领域，更具体地，涉及一种富氧环境中第三代半导体材料的表面改性方法及其装置。

背景技术

半导体材料中包含第一、二、三代半导体材料，而第三代半导体材料的应用前景巨大，其中，第三代半导体材料以SiC为代表，具有宽带隙、高临界击穿电池、高热导率、高载流子饱和迁移速度、低相对介电常数、耐高温和抗辐射等特点，在IC领域具有巨大的应用潜力，其表面加工的质量和精度的优劣，直接影响外延薄膜的质量及其器件的性能。对定向生长、切割后的SiC单晶衬底材料，因其表面缺陷多、表面质量差无法得到直接的应用，需要经历复杂的超精密表面加工工艺，主要包含：研磨(粗研磨、精研磨)、抛光(机械抛光)和超精密抛光(化学机械抛光)。如果能在切割片基础上直接进行表面改性(即改变表面的结构特性、成分组成等赋予材料新的性能)，开发出半导体材料带来的其他新应用，如表面改性后在摩擦、粘附、光学吸收或反射、亲疏水性方面的特性，以及使改性表面达到甚至超越传统工艺中研磨、抛光的表面平整化效果，将是对SiC材料加工的一个新突破。

对SiC晶片进行表面改性，相比与金属表面改性有许多难以克服的困难存在，因为SiC材料具有很高的化学稳定性、惰性，常见的化学处理、表面涂层等均不适用，所以鲜有方法能对SiC材料进行表面改性，目前还仅在表面加工方面有大量学者进行研究。但同样由于SiC单晶材料的硬度极大，且化学惰性，同时SiC单晶材料的压缩强度高于其弯曲强度，表现为较大的硬脆性，使得表面加工困难。在表面加工中，对SiC晶片进行研磨和机械抛光均是利用机械作用力实现表面的平整化，虽然可以去除切割过程中造成的SiC切片表面的刀痕以及表面损伤层，但同时也会形成新的的残留应力层和机械损伤层，这是机械作用下难以避免的；而化学机械抛光是结合机械作用和化学反应作用进行最终的表面平整化，使之表面达到高质量，在IC领域得到应用。所以总体说来，SiC晶片难加工、加工成本高，以及难实现表面改性是限制其快速发展的关键。

发明内容

为了解决上述现有技术存在的不足和缺点，本发明首要目的在于提供一种富氧环境中第三代半导体材料的表面改性方法。利用氧气氛围的控制，调节、改善激光加工过程中的化学反应活性，定向控制晶片表面性质的改变，不仅解决了第三代半导体材料因化学惰性、硬脆特性精细加工困难、效率极低，更难以完成定向表面改性的问题。而且也解决了第三代半导体单晶切割片因为表面划痕和缺陷多无法得到直接应用，而后续表面精密加工工艺复杂的问题。解决激光诱导第三代半导体材料晶片表面改性时，改性表面呈现多层性质，而结构可控性好，成分含量可控性差的问题。

本发明的另一目的在于提供一种实现上述改性方法的富氧环境的构建装置。

本发明的目的通过下述技术方案来实现：

一种富氧环境中第三代半导体材料的表面改性方法，包括如下具体步骤：