一种活性金属氧化物磨粒与金刚石晶圆衬底界面摩擦化学反应的检测方法技术

本发明专利技术公开了一种活性金属氧化物磨粒与金刚石晶圆衬底界面摩擦化学反应的检测方法，通过磁控溅射法，在纳米压痕划痕仪用的金刚石压头表面包覆一层厚度均匀可控的活性金属氧化物磨粒壳层，通过与金刚石晶圆衬底的划擦实验来控制活性金属氧化物磨粒与晶圆之间的界面作用关系，再通过扫描探针显微拉曼光谱仪对金刚石晶圆衬底表面的相互作用区域进行化学成分检测，从而明确活性金属氧化物磨粒与晶圆衬底的界面摩擦化学反应机理，其操作简单，在半导体晶圆衬底的高效超精密加工领域具有良好的应用前景。好的应用前景。好的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种活性金属氧化物磨粒与金刚石晶圆衬底界面摩擦化学反应的检测方法


[0001]本专利技术属于半导体晶圆的超精密加工领域，具体涉及一种活性金属氧化物磨粒与金刚石晶圆衬底界面摩擦化学反应的检测方法。

技术介绍

[0002]电子信息时代的来临极大地推动了半导体产业的发展，而半导体材料的更新换代则是电子信息产业可持续发展的关键所在。随着以单晶硅为代表的传统半导体功率器件逐渐达到其材料发展的极限，难以满足半导体器件对于高频、高温、高功率、高能效、耐恶劣环境以及轻便化小型化的新需求。以碳化硅、氮化镓、金刚石等为代表新型半导体材料凭借其优异属性，已经成为未来半导体器件的主要发展方向。
[0003]然而，上述这些新型半导体材料具有硬度高、脆性大和化学性能稳定的特性，因此被视为典型的难加工材料。而其超精密抛光技术仍然沿用传统硅晶圆的抛光方式，即化学机械抛光技术。由于这些新型半导体材料制成的晶圆的硬度远高于硅晶圆，必然导致其加工效率低，加工成本高，晶圆的表面质量难以满足要求。因此，深入分析磨粒与晶圆的界面作用过程，有助于掌握新型半导体晶圆的磨粒抛光去除机理，进而实现新型半导体材料制成的晶圆的高效超精密无损伤加工。
[0004]目前界面摩擦化学反应的方案设计与检测主要针对不同材料在宏观接触体系中的相互作用。如：CN 112147040 A公开了一种检测水合物单体和沉积物之间界面摩擦力的装置和方法；CN 104677783 A公开了一种利用电化学的方法，用以检测铝和碳反应后的Al4C3生成物，从而定量确定铝
‑/>碳界面反应程度；“Chemical modification of the interfacial frictional properties of vanadium carbide through ethanol adsorption”(乙醇吸附对碳化钒界面摩擦性能的化学改性)公开了一种利用原子力显微镜，用以检测乙醇吸附条件下碳化钒界面摩擦性能的变化。上述现有技术的测试方法存在的问题在于：(1)所研究的界面摩擦化学反应都是宏观条件下发生的，难以分析原子级层面所发生的界面摩擦作用；(2)只能检测特定的材料之间所发生的的界面摩擦化学反应，不具备普适性；(3)当界面摩擦化学反应非常微弱时，上述方法可能会失效。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于克服现有技术缺陷，提供一种活性金属氧化物磨粒与金刚石晶圆衬底界面摩擦化学反应的检测方法。
[0006]本专利技术的技术方案如下：
[0007]一种活性金属氧化物磨粒与金刚石晶圆衬底界面摩擦化学反应的检测方法，包括如下步骤：
[0008](1)在纳米压痕划痕仪的金刚石压头的针尖表面采用磁控溅射法包覆一活性金属氧化物磨粒层；
[0009](2)将具有活性金属氧化物磨粒层的金刚石压头安装于纳米压痕划痕仪上，使该金刚石压头在金刚石晶圆衬底的表面进行划擦，获得划擦后的晶圆衬底；
[0010](3)将上述划擦后的晶圆衬底置于扫描探针显微拉曼光谱仪上，对划擦后的晶圆衬底的划痕区进行化学成分检测。
[0011]在本专利技术的一个优选实施方案中，所述磁控溅射法的的靶材包括铜、铁、锌、钴、镍和锰，通入的反应气体为氧气
[0012]进一步优选的，所述磁控溅射法中将固定于工作腔内的所述金刚石压头加热至300
‑
600℃，溅射时间为4
‑
6min。
[0013]在本专利技术的一个优选实施方案中，所述划擦的润滑介质为去离子水，温度为40
‑
90℃。
[0014]进一步优选的，所述划擦的温度为50℃。
[0015]进一步优选的，所述划擦中，所述金刚石压头的载荷为1
‑
30mN，划擦的速度为1
‑
10μm/s。
[0016]在本专利技术的一个优选实施方案中，所述金刚石压头的曲率半径为1
‑
50μm。
[0017]进一步优选的，所述金刚石压头的曲率半径为25μm。
[0018]在本专利技术的一个优选实施方案中，所述活性金属氧化物磨粒层中的活性金属氧化物包括氧化铜、氧化铁、氧化锌、氧化钴、氧化镍和氧化锰。
[0019]进一步优选的，所述活性金属氧化物磨粒层中的活性金属氧化物为氧化铜。
[0020]本专利技术的有益效果是：本专利技术通过磁控溅射法，在纳米压痕划痕仪用的金刚石压头表面包覆一层厚度均匀可控的活性金属氧化物磨粒壳层，通过与金刚石晶圆衬底的划擦实验来控制活性金属氧化物磨粒与晶圆之间的界面作用关系，再通过扫描探针显微拉曼光谱仪对金刚石晶圆衬底表面的相互作用区域进行化学成分检测，从而明确活性金属氧化物磨粒与晶圆衬底的界面摩擦化学反应机理，其操作简单，在半导体晶圆衬底的高效超精密加工领域具有良好的应用前景。
附图说明
[0021]图1为本专利技术实施例1中的具有活性金属氧化物磨粒层的金刚石压头的示意图和扫描电镜照片。
[0022]图2为本专利技术实施例1和对比例1至3中活性金属氧化物磨粒在金刚石晶圆衬底的表面的划痕示意图。
[0023]图3为本专利技术实施例1中氧化铜磨粒在金刚石晶圆衬底的表面划痕处的拉曼检测结果图。
[0024]图4为本专利技术实施例1中氧化铜磨粒在金刚石晶圆衬底的表面非划痕处的拉曼检测结果图。
[0025]图5为本专利技术实施例1中的金刚石晶圆衬底的划痕处的XRD检测结果。
[0026]图6为本专利技术对比例1中的活性金属氧化物磨粒不同粘附方式下的划擦结果。
具体实施方式
[0027]以下通过具体实施方式结合附图对本专利技术的技术方案进行进一步的说明和描述。
[0028]实施例1
[0029](1)使用磁控溅射法在金刚石压头的针尖表面包覆一层氧化铜活性磨粒。具体来说：选择纯度为99.99％的单质金属铜作为靶材，然后将曲率半径为25μm的金刚石压头固定于工作腔室内，磁控溅射镀膜机的本底真空度为6.0
×
10
‑5Pa，通入的反应气体为纯度99.99％的氧气，工作气压为0.5Pa，靶和金刚石压头的间距为5cm。随后，对金刚石压头进行加热，温度控制在450℃，选择射频功率为100W，溅射时间为5min。如此即可成功的在金刚石压头表面包覆一层厚度均匀的氧化铜磨粒，包覆有氧化铜磨粒壳层的金刚石压头形貌如图1所示。
[0030](2)将步骤(1)获得的包覆有氧化铜磨粒壳层的金刚石压头安装在纳米压痕划痕仪(KLA，型号为Nano Indenter G200)上，划擦载荷为10mN，划擦速度为5μm/s，划擦的润滑条件为中性的去离子水，pH值为7，润滑介质的温度为80℃。按以上参数，参照图2对金刚石晶圆衬底进行划痕实验。
[0031](3)划痕实验结束后，取下金刚石晶圆衬底，使用扫描探针显微拉曼光谱仪(WITEC，原子力显微镜和拉曼光谱仪共联的装置)对金刚石晶圆衬底的表面的划痕区和非划痕区进行化学成分检测，如图3本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种活性金属氧化物磨粒与金刚石晶圆衬底界面摩擦化学反应的检测方法，其特征在于：包括如下步骤：(1)在纳米压痕划痕仪的金刚石压头的针尖表面采用磁控溅射法包覆一活性金属氧化物磨粒层；(2)将具有活性金属氧化物磨粒层的金刚石压头安装于纳米压痕划痕仪上，使该金刚石压头在金刚石晶圆衬底的表面进行划擦，获得划擦后的晶圆衬底；(3)将上述划擦后的晶圆衬底置于扫描探针显微拉曼光谱仪上，对划擦后的晶圆衬底的划痕区进行化学成分检测。2.如权利要求1所述的检测方法，其特征在于：所述磁控溅射法的靶材包括铜、铁、锌、钴、镍和锰，通入的反应气体为氧气。3.如权利要求2所述的检测方法，其特征在于：所述磁控溅射法中将固定于工作腔内的所述金刚石压头加热至300
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600℃，溅射时间为4
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6min。4.如权利要求1所述的检测方法，其特征在于：所述划擦的润滑...

【专利技术属性】
技术研发人员：陆静，徐西鹏，罗求发，吴跃勤，穆德魁，薛志萍，
申请(专利权)人：华侨大学，
类型：发明
国别省市：