化学机械抛光(Chemical Mechanical Polishing,CMP)加工技术是实现工件表面全局平坦化的有效方法,可以获得高精度、低表面粗糙度值和无损伤的表面,因此广泛应用于晶片的加工。在生产实际中,不同晶面砷化镓晶片作为衬底制作不同性能的元器件,然而用相同化学机械抛光工艺参数加工不同晶面砷化镓晶片的表面质量差异性较大。为此,本课题对不同晶面砷化镓晶片的化学机械抛光特性进行研究,以在对生产实际具有指导作用。本文主要研究工作如下:利用变载荷划痕实验在声发射自动划痕仪上对三种不同晶面砷化镓晶片的五个方向进行四次重复划痕实验,由自动划痕仪测出三种晶片在五个方向的摩擦力和声发射曲线,用最小二乘法算出三种晶片在五个方向的摩擦系数,并取平均值;然后,用恒载荷划痕实验对三种不同晶面砷化镓晶片的五个方向进行四次重复划痕实验,利用三维形貌仪测量划痕形貌,计算三种晶片在五个方向的刻划硬度和材料去除率,结果表明:三种晶片在五个方向的摩擦系数、刻划硬度和材料去除率相差很大,其中(100)to(111)15°晶片的数值相对其它两种晶面的数值大。从这三个方面说明三种不同晶面的砷化镓晶片存在严重的各向异性。利用单颗二氧化硅磨粒模拟三种晶片在化学机械抛光中的化学作用和机械作用的差异性。本实验采用单因素实验法通过改变加载压力分别研究三种晶片在过氧化氢溶液和去离子水条件下的磨损体积和表面形貌。结果表明:三种晶片在过氧化氢溶液下的磨损体积大于在去离子水中的磨损体积,但是表面较粗糙,且在相同压力下(100)to(111)15°晶片的磨损体积最大;而且随着压力的增加,磨损体积增大,但是表面形貌变差。最后,对三种不同晶面的砷化镓晶片进行化学机械抛光实验。基于单面四头抛光机ES36B-4P-4M,采用单因素实验法研究了抛光压力、抛光头转速和抛光盘转速对三种晶片的材料去除率、表面粗糙度和TTV的影响,利用三维形貌仪、精密电子天平、数显千分表分别测量三种晶片的表面形貌、抛光前后的质量和晶片的厚度。结果表明:三种晶片的材料去除率不满足Preston方程所描述的线性增加,而是在一定范围内符合,并且三种晶片的表面粗糙度和材料去除率成负相关。针对(100)to(111)15°晶片当抛光压力为90 N、抛光头转速为40 r/min和抛光盘转速为30r/min时,材料去除率和抛光质量最佳;针对(100)to(111)2°晶片和(100)to(111)6°晶片当抛光压力为90 N、抛光头转速为40 r/min和抛光盘转速为40 r/min时,材料去除率和抛光质量最佳,并且晶片破碎率低。