一种碳化硅衬底研磨用抛光液、抛光液套剂及研磨方法技术

本发明专利技术公开了一种碳化硅衬底研磨用抛光液及抛光液套剂，所述抛光液的原料中含有高锰酸盐、研磨粒子、金属盐添加剂和水，其中，按照质量百分比计包含高锰酸盐0.1%

【技术实现步骤摘要】
一种碳化硅衬底研磨用抛光液、抛光液套剂及研磨方法


[0001]本专利技术涉及半导体制造
，尤其涉及一种碳化硅衬底研磨用抛光液、抛光液套剂及研磨方法。

技术介绍

[0002]作为新一代功率半导体材料，碳化硅(SiC)材料具有高热导率、高击穿场强、禁带宽度大、电子饱和漂移速率高，以及耐高温、抗辐射和化学稳定性好等优良理化特性。在SiC材料的超精密加工中，化学机械研磨(CMP)方法通常用于碳化硅衬底的减薄和碳化硅衬底表面的平坦化。但是，碳化硅衬底的超精细加工却由于SiC材料的高硬度以及化学物理特性非常稳定等特点而面临挑战，很难快速有效的进行碳化硅衬底减薄。
[0003]目前碳化硅衬底的减薄一般是采取多道的粗抛和精抛化学机械抛光等工序用来保证加工效率和加工表面品质。常使用的抛光液一般包括氧化剂，研磨粒子，添加剂和水。高锰酸钾由于其强的氧化能力而在抛光液中作为氧化剂。研磨粒子一般采用接近或比碳化硅强度(莫氏硬度为9.2)高强度的材料的研磨粒子，比如氧化铝(莫氏硬度为9.0)，和纳米级金刚石(莫氏硬度为10)，以其达到较高的碳化硅衬底的减薄速率或碳化硅衬底表面的去除率。但是包含金刚石粒子和氧化铝粒子的抛光液非常容易在SiC材料表面造成划伤，而精抛过程中的材料去除量很小，又很难将伤痕去除。而氧化硅(莫氏硬度为7.0)和氧化铈(莫氏硬度为7
‑
8)一般认为其硬度比碳化硅小使得包含氧化硅和氧化铈粒子的抛光液尽管可改善表面划伤，但是碳化硅的去除率却不能满足要求而有待提高。
[0004]另外目前针对碳化硅衬底的抛光，由于碳化硅材料制备生长的特点，其本身就具备碳(C)面和硅(Si)面两个特性差异极大的表面。同时碳化硅衬底依电阻率不同分为导电型和半绝缘型两类，使得碳化硅衬底的加工对抛光液的由更高的要求，除了碳化硅衬底的减薄速率或去除率，还要求抛光后碳化硅表面的粗糙度和划痕要更低、更少。
[0005]因此，如何使用具有比碳化硅硬度低的研磨粒子以减少碳化硅表面划痕和提高碳化硅表面粗糙度并具有较高的碳化硅衬底减薄速率或去除率是本领域技术人员致力于研究的方向。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是克服现有技术的不足，提供一种碳化硅衬底研磨用抛光液。
[0007]为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种碳化硅衬底研磨用抛光液，所述抛光液的原料中含有高锰酸盐、研磨粒子、金属盐添加剂和水，其中，按照质量百分比计包含高锰酸盐0.1％
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50％、研磨粒子0.01％
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30％、金属盐添加剂0.01％
‑
10％，通过pH调节剂调节抛光液的pH值小于7，所述研磨粒子中包含氧化铈。
[0008]所述的高锰酸盐的分子式为：
[0009]Mx(MnO4)y
[0010]其中x是阳离子数，y是高锰酸根阴离子数，M可以是金属离子，包括但不限于钾、
钠、钙、铝、铯、银、铷、锂、镁、镉、铜、钡阳离子。M还可以是氢、铵或者四级铵阳离子。
[0011]作为一种具体的实施方式，所述高锰酸盐选自高锰酸钾、高锰酸钠、高锰酸铵、高锰酸钙、高锰酸铝、高锰酸铯、高锰酸银、高锰酸铷、高锰酸锂、高锰酸镁、高锰酸镉、高锰酸四氨合铜(Ⅱ)、高锰酸钡中的一种或多种的混合物。所述高锰酸盐优选高锰酸钾和高锰酸钠之一或其混合物，更优选高锰酸钾。
[0012]所述的高锰酸盐投加量优选在0.5
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20％、0.5
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10％、0.5
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7％、0.5
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5％；1
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20％、1
–
10％、1
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7％、1
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5％；2
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20％、2
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10％、2
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7％、2
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5％；3
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20％、3
‑
10％、3
‑
7％、3
‑
5％任一一个范围内，更优选的投加量范围在1
‑
7％之间。
[0013]作为一种具体的实施方式，所述研磨粒子中的氧化铈含量不低于70％，所述研磨粒子的平均粒径在1
‑
5000nm之间。
[0014]所述研磨粒子采用了纯氧化铈粒子或氧化铈粒子及其他研磨粒子的混合物。其他研磨粒子选自氧化铝、氧化硅、氧化锆、氧化锰中的一种或多种。所述研磨粒子还可以采用有机物如各种阳离子、阴离子、非离子型表面活性剂改性氧化铈粒子得到。
[0015]优选地，所述研磨粒子中氧化铈含量不低于80％，更优选的不低于90％。
[0016]所述的氧化铈研磨粒子可以是烧结的粒子也可以是胶体粒子。氧化铈研磨粒子可以通过任意合适的制造方法得到，例如，1)使用通用的氧化物的固相制造方法如使用铈盐，具体如采用硝酸铈在高温高压下分解烧制、破碎、粉筛等；2)使用液相方法如沉淀法、溶胶凝胶法、水热合成法等；3)还可使用溅射法、激光法、热等离子体法等的气相法等制备氧化铈。所述的氧化铈研磨粒子优选烧结的氧化铈粒子。
[0017]此外，所述的研磨粒子如颗粒较大，可以通过各种粉碎方法以降低粒径，包括基于喷射磨等的干式粉碎方法和基于行星式磨珠机等的湿式粉碎方法。
[0018]所述的研磨粒子的平均粒径介于1nm
‑
5000nm。优选5nm
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2000nm、5nm
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1000nm，5nm
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800nm，5nm
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500nm，5nm
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300nm，5nm
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200nm，5nm
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100nm，10nm
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2000nm，10nm
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1000nm，10nm
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800nm，10nm
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500nm，10nm
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300nm，10nm
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200nm，10nm
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100nm，20nm
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2000nm，20nm
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1000nm，20nm
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800nm，20nm
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500nm，20nm
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300nm，20nm
‑
200nm，20nm
‑
100nm中的任一范围，更优选20
‑
300nm,更一步优选20
‑
200nm。氧化铈粒子的平均粒径是指使用激光衍射式粒度分布计测定的D50(平均二次粒径、体积分布的中位径、累积中值)的值。
[0019]所述的研磨粒子可以直接使用固体研磨粒子或者使用研磨粒子在溶剂中预分散的悬浮液。所述的溶剂包括水和有机溶剂之一或其混合物。
[0020]所述的研磨粒子的投放量是0.01％
‑
30％。优选0.1
‑
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种碳化硅衬底研磨用抛光液，其特征在于，所述抛光液的原料中含有高锰酸盐、研磨粒子、金属盐添加剂和水，其中，按照质量百分比计包含高锰酸盐0.1%
‑
50%、研磨粒子0.01%
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30%、金属盐添加剂0.01%
‑
10%，通过pH调节剂调节抛光液的pH值小于7，所述研磨粒子中包含氧化铈粒子。2.根据权利要求1所述的碳化硅衬底研磨用抛光液，其特征在于，所述高锰酸盐选自高锰酸钾、高锰酸钠、高锰酸铵、高锰酸钙、高锰酸铝、高锰酸铯、高锰酸银、高锰酸铷、高锰酸锂、高锰酸镁、高锰酸镉、高锰酸四氨合铜、高锰酸钡中的一种或多种的混合。3.根据权利要求2所述的碳化硅衬底研磨用抛光液，其特征在于，所述高锰酸盐采用了高锰酸钾。4.根据权利要求1所述的碳化硅衬底研磨用抛光液，其特征在于，所述高锰酸盐的投加量在1%
‑
7%之间。5.根据权利要求1所述的碳化硅衬底研磨用抛光液，其特征在于，所述研磨粒子中的氧化铈粒子含量不低于70%，所述研磨粒子的平均粒径在1
‑
5000nm之间。6.根据权利要求1所述的碳化硅衬底研磨用抛光液，其特征在于，所述氧化铈选用了烧结后的纯氧化铈粒子。7.根据权利要求1所述的碳化硅衬底研磨用抛光液，其特征在于，所述研磨粒子的投加量在0.5%
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2%之间。8.根据权利要求5所述的碳化硅衬底研磨用抛光液，其特征在于，所述研磨粒子的平均粒径在20nm
‑
1000nm之间。9.根据权利要求1所述的碳化硅衬底研磨用抛光液，其特征在于，所述金属盐添加剂由金属离子和阴离子组成，所述金属离子选自锂、钠、钾、铷、铯、钙、镁、锶、钡、铝、铜、钴、锌、镍、锰中的至少一种；所述阴离子选自硝酸根离子、硫酸根离子、碳酸根离子、盐酸根离子、有机羧酸根离子、磺酸根离子、磷酸根离子中的至少一种。10.根据权利要求9所述的碳化硅衬底研磨用抛光液，其特征在于，所述阴离子采用了硝酸根离子和/或盐酸根离子。11.根据权利要求9所述的碳化硅衬底研磨用抛光液，其特征在于，所述金属离子采用了铜离子。1...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙秀岩，金徽，蒋陶宝，
申请(专利权)人：张家港安储科技有限公司，
类型：发明
国别省市：