亚卤酸盐碳化硅蚀刻剂制造技术

本发明专利技术公开一碳化硅蚀刻剂，其通式MXO2，M为碱金属或铵，X为卤素，O为氧。当碳化硅蚀刻剂与磨料颗粒混合成水溶液浆料状型态，MXO2蚀刻剂作为摩擦化学反应剂，用以加速在化学机械研磨过程中碳化硅材料的移除速率。该移除速率相比于其他不含此亚卤酸盐蚀刻剂的浆料有时可高出几个数量级。MXO2式中的典型金属为K及Na，X包括Cl、Br及I。全系列的MXO2化合物属于金属亚卤酸盐或亚卤酸铵盐。亚氯酸钠(NaClO2)为亚卤酸盐中最简单也最易取得，故为典型例子。增加的研磨速率可大幅增加CMP的碳化硅基材研磨操作的生产率。此外，因研磨配方中不含有毒重金属离子，故废水处理厂可容易处理CMP工艺所产生的研磨废水。

Potassium salt silicon carbide etchant

The invention discloses a silicon carbide etchant, wherein the general formula is MXO2, M is alkali metal or ammonium, X is halogen, and O is oxygen. When the silicon carbide etchant is mixed with abrasive particles into an aqueous solution, the slurry form is used, and the MXO2 etchant acts as a friction chemical agent to accelerate the removal rate of silicon carbide material during the chemical mechanical polishing process. The removal rate is sometimes several orders of magnitude higher than that of other non etchant containing etchant. Typical metals in MXO2 are K and Na, and X includes Cl, Br and I. A full range of MXO2 compounds that belong to the metal halide or ammonium acid halides. Sodium chlorite (NaClO2) is the simplest and easiest to obtain, so it is a typical example. Increasing the grinding rate can substantially increase the productivity of CMP SiC substrate grinding operations. In addition, because the grinding formula does not contain toxic heavy metal ions, wastewater treatment plants can easily deal with the grinding wastewater produced by CMP process.

【技术实现步骤摘要】
亚卤酸盐碳化硅蚀刻剂
本专利技术涉及制备一系列非氧化物半导体材料研磨配方，尤其涉及一种用于碳化硅晶圆研磨的快速碳化硅化学-机械研磨浆料。交叉参考相关的美国申请案临时申请案编号：62/386,492，申请日：2015年12月03日。
技术介绍
近年来，碳化硅(SiC)功率元件可提供较高温且较高电击穿(electricbreakdown)效能，而受到瞩目。在一般的装置制作上，碳化硅可单独使用或与其他如氮化镓(GaN)的非氧化物半导体层合并使用，以提升功率元件效能。这类装置制作的第一步骤是在制备一干净且平坦的半导体表面，使得工艺可继续或可恢复错误处理的表面，使得预定工艺可重复且顺利进行。举例而言，平坦的碳化硅表面可使用化学机械研磨(CMP)工艺制备。美国专利7,998,866及7,678,700教导，当分散磨料颗粒于水中时，水溶性氧化剂可以有效的研磨碳化硅。尽管有效，该技术并未提及使用所述的最佳的化学-机械研磨(CMP)浆料组合物，在工艺中可能导致的潜在的有毒废料及工具染色问题。特别是，现有技术中的关键成分氧化剂，如：过锰酸盐(permanganate)、铬酸盐(chromate)及硝酸铈铵(ammoniumceriumnitrate)是对环境有毒的，并且在研磨过程中与CMP工具近距离接触会造成CMP工具染色。最显著的染色发生在研磨垫(lappingpad)上，造成深色印记，而此深色印记需要经常及冗长的酸洗。铬酸盐具有生物危害性，请见BioremediationofHeavyMetalToxicity-WithSpecialReferenceToChromium，S.RayandM.K.Ray，AlAmeen，J.Med.Sci.(2009)2(2)Special：57-63。锰盐具有毒性且已知为神经毒素，请见ManganeseinDrinking-water，backgrounddocumentfordevelopmentofWHOGuidelinesforDrinking-waterQuality，2011。美国专利8,557,133教导一不同的实施方法，间接利用重铬酸盐(dichromate)或过锰酸盐(permanganate)产生软颗粒作为加速剂(accelerator)，以增加在CMP过程中的碳化硅的移除。另一美国专利申请US2008/0305718指出，在该发表测试条件下，该测试的亚氯酸盐(chlorite)、氯酸盐(chlorate)、过氯酸盐(perchlorate)无法在CMP过程中显著的加速移除碳化硅。在美国专利8,247,328中，该专利技术人指出，添加显著量的重金属催化剂，例如：钴或铂，可以进一步改良以氧化剂为基础的碳化硅研磨浆料，而增加碳化硅的移除。然而，因为添加额外的重金属及贵重金属于产品中，将会使得该研磨浆料变得更毒及更昂贵。因此，目前需要一CMP配方，其不使用含重金属的氧化剂、对工具染色性低、经济、用毕后不需特殊废料处理、及具有优异的碳化硅CMP研磨功效。
技术实现思路
本专利技术关于一种非氧化物晶圆研磨用的研磨配方，包括一混合物，该混合物包含：至少一MXO2蚀刻剂；以及分散的高纯度磨料颗粒，其莫氏硬度(Mohshardness)至少为7；其中，该混合物为一具有适当pH值、适当的该MXO2蚀刻剂对该高纯度磨料颗粒混合比例、及适当的该MXO2蚀刻剂的浓度及该高纯度磨料颗粒的浓度的水性配方。本专利技术发现了一系列水溶性亚卤酸盐碳化硅蚀刻剂，其一般式为MXO2，其中M为金属或铵，选自一价阳离子、二价阳离子及三价阳离子所组成的群组；M较优是选自由钠、钾、铵、锂及其混合所组成的群组，M更优是选自由钠、钾及其混合所组成的群组；X是选自由氯、溴、碘及其混合所组成的卤素群组。该亚卤酸盐MXO2在特定pH值且特定磨料颗粒的存在下，可以在CMP过程中加速碳化硅研磨，并对研磨垫的产生较少的不良染色效应且研磨后对环境不会产生不良效应。最经济的MXO2之一，举例为亚氯酸钠(NaClO2)，其在使用后可以加入亚硫酸钠(sodiumsulfite)于废液中轻易地将其还原成无害的盐类。在移除氧化铝后，该中和废液只包含无毒氯化钠(食盐)及硫酸钠。该些良性钠盐可被轻易地以无毒性废料方式丢弃，此与一些前例使用有毒的锰、铬及铈盐的配方呈显著的对比。配制一有效碳化硅CMP浆料的筛选测试，依照下面准则：快速材料移除速率(materialremovalrate；MRR)，对单晶4H-碳化硅或6H-碳化硅晶圆的硅[0001]表面有至少大于500nm/hr的移除速率。可与现今非氧化物半导体(如SiC及GaN)研磨工艺相容。完成研磨后不需要对CMP垫做腐蚀性清理。CMP后具有光滑表面抛光(表面粗造度＜1nm)并且不具有微刮痕。与含重金属浆料相比，对CMP垫及工具造成较少的染色。在简易的废弃浆料处理下，在废弃物流中不存有残余的有毒重金属。通过由MXO2蚀刻剂(亚卤酸盐)与分散的纳米尺寸α-氧化铝水悬浮液所组成的混合物所配成的浆料，可满足所有列在上方的条件。所选的阳离子M除了溶解度与毒性考虑外，并无特定限制，商业上可得为主要的考虑因素。举例而言，MXO2蚀刻剂为金属亚氯酸盐(MClO2)，其中M为一碱金属(Na，K)或铵(NH4)，X是氯。此外，举例而言，MXO2蚀刻剂为一金属亚溴酸盐(MBrO2)，其中M为一碱金属(Na，K)或铵(NH4)，X是溴。具体的MXO2蚀刻剂包括，但不限于业氯酸钠(NaClO2)、亚氯酸钾(KClO2)、亚溴酸钠(NaBrO2)、亚溴酸钾(KBrO2)或其组合的混合物。较优的MXO2为亚氯酸钠，其中M＝Na，X＝Cl，即NaClO2。其他亚卤酸盐，如：亚氯酸铵(NH4ClO2)或亚溴酸钠(NaBrO2)显示相近的效果但无更多的优点，因为亚氯酸钠为最便宜可得的亚卤酸盐，且其在室温下具高溶解度及在相对低pH值(pH＜7)下有化学稳定性。亚溴酸盐，在较宽的pH值(pH＜8)范围有分解的倾向，请见美国专利5,032,203，其是用于一不同的非碳化硅研磨应用。基于此理由，含有亚溴酸盐的配方也许必须调整至一pH值，该pH值并不是为了有最佳的蚀刻功效，而是为了保持亚溴酸盐在研磨配方中的浓度。亚氯酸钠及亚溴酸钠均曾被用于CMP浆料中作为非碳化硅研磨应用。因此，令人惊讶的发现，在特定的条件下，亚卤酸盐可在有用的蚀刻速率(MRR＞200nm/hr)下蚀刻看似坚不可摧的碳化硅基材。在一前例中，US2008/0305718，亚氯酸钠在一特殊条件下被测试(pH＝8.8，40％胶体二氧化硅(colloiddalsilica)及10g/LNaClO2)，在研磨过程中，只有极少的碳化硅被移除(MRR＝6.6nm/hr)。尽管对于实施本专利技术的实施例是不需要的，本专利技术专利技术人仍提供一可能的机制来解释亚卤酸盐于研磨浆料中导致的非预期的碳化硅移除速率增加的原因。在CMP过程中，亚卤酸阴离子在有硬磨料颗粒(如：纳米尺寸α-氧化铝)的存在时，亚卤酸阴离子会在极端的摩擦化学压力下分解，而此为增加碳化硅移除速率的原因。以亚氯酸阴离子为例的碳化硅蚀刻反应表示如下式：5ClO2-+5H+→4ClO2+HCl+2H2O[1]2SiC+4ClO2→SiO2+Si本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种非氧化物晶圆研磨用的研磨配方，包括一混合物，该混合物包含：至少一MXO2蚀刻剂，其中M为金属或铵，X为卤素，O为氧；以及分散的高纯度磨料颗粒，其莫氏硬度至少为7；其中，该混合物为一具有适当pH值、适当的该MXO2蚀刻剂对该高纯度磨料颗粒混合比例、及适当的该MXO2蚀刻剂的浓度及该高纯度磨料颗粒的浓度的水性配方。

【技术特征摘要】
2015.12.03 US 62/386,4921.一种非氧化物晶圆研磨用的研磨配方，包括一混合物，该混合物包含：至少一MXO2蚀刻剂，其中M为金属或铵，X为卤素，O为氧；以及分散的高纯度磨料颗粒，其莫氏硬度至少为7；其中，该混合物为一具有适当pH值、适当的该MXO2蚀刻剂对该高纯度磨料颗粒混合比例、及适当的该MXO2蚀刻剂的浓度及该高纯度磨料颗粒的浓度的水性配方。2.如权利要求1所述的研磨配方，其中该MXO2蚀刻剂为一金属亚氯酸盐(MClO2)，其中M为一碱金属或铵(NH4)，X是氯。3.如权利要求1所述的研磨配方，其中该MXO2蚀刻剂为一金属亚溴酸盐(MBrO2)，其中M为一碱金属或铵(NH4)，X是溴。4.如权利要求1所述的研磨配方，其中该MXO2蚀刻剂为一包括：亚氯酸钠(NaClO2)、亚氯酸钾(KClO2)、亚溴酸钠(NaBrO2)、亚溴酸钾(KBrO2)或其组合的混合物。5.如权利要求1所述的研磨配方，其中该MXO2蚀刻剂与该高纯度磨料颗粒在该混合物中的重量比例是介于1∶1至1∶10。6.如权利要求1所述的研磨配方，其中该MXO2蚀刻剂与该高纯度磨料颗粒在该混合物中的重量比例是介于1∶1至1∶3。7.如权利要求1所述的研磨配方，其中MXO2浓度是介于11至200g/L，且...

【专利技术属性】
技术研发人员：方树辉，
申请(专利权)人：方树辉，
类型：发明
国别省市：美国,US