【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于碳化硅抛光液领域，具体涉及一种基于kmno4-al2o3体系的mn氧化物增效4h-sic化学机械抛光液及其制备方法
技术介绍
1、作为集成电路产业的物质基础，碳化硅凭借着其较宽的禁带宽度(3.26ev)、较高的导热系数(4.9w·cm-1·℃-1)、较大的击穿电场(3*106/v*cm)和较快的电子饱和漂移速度(2.7*107cm/s)等优越的材料特性，在耐高温、耐高压、耐高频、低能量损耗的半导体器件领域均有较大优势，被广泛应用于智能电网、轨道交通、光伏发电、5g通信、新能源汽车等领域。cmp作为半导体加工工艺中的一种抛光技术，它通过化学腐蚀和机械研磨的协同作用，实现晶圆全局平坦化的效果，在碳化硅器件的制造中有着非常重要的影响。
2、作为一种典型的硬脆性材料，单晶碳化硅材料有着极高的硬度和极强的化学惰性，为了达到半导体器件的制造标准和满足工业生产的实际需求，对碳化硅衬底的加工效率和加工后的表面质量提出了极高的要求。liang等人(doi:10.16553/j.cnki.issn1000-985x.2015.07.005)使用强氧化剂kmno4对4h-sic晶圆进行化学机械抛光，研究发现，适当浓度的高锰酸钾对4h-sic晶圆的si面和c面的抛光效果均有改善，在ph 3的条件下，当kmno4的浓度为0.3wt％时，4h-sic晶圆抛光后si面粗糙度ra为0.0946nm，达到了原子级表面平整度，但4h-sic晶圆的si面的去除速率仅为0.5um/h。wang wei lei等人(doi:10.1149/21
技术实现思路
1、本专利技术针对当前技术中存在的不足，提供一种基于kmno4-al2o3体系的mn氧化物增效4h-sic化学机械抛光液及其制备方法，具体的，在弱碱性条件下，向kmno4-al2o3体系中以单一或者复配的方式添加mn氧化物，使材料去除速率达到1.2um/h以上，表面粗糙度sq达到0.3nm以下，以解决传统碳化硅抛光液对4h-sic晶圆表面材料去除速率低、抛光后表面质量差、对设备腐蚀严重的问题。
2、为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：
3、一种基于kmno4-al2o3体系的mn氧化物增效4h-sic化学机械抛光液，所述4h-sic抛光液包括氧化剂kmno4、al2o3磨料颗粒、mn氧化物、ph调节剂和去离子水；
4、其中，氧化剂kmno4的浓度为0.01～0.1mol/l，al2o3磨料颗粒的浓度为0.01wt.％～10wt.％，al2o3磨料颗粒的粒径为100nm～500nm，mn氧化物的浓度为0.01wt.％～1wt.％，所述4h-sic抛光液ph值为7～11。
5、所述mn氧化物为mno2、mn2o3、mn3o4中的一种或几种；
6、优选的，所述氧化剂kmno4的摩尔浓度为0.025mol/l。
7、优选的，所述al2o3磨料颗粒含量为2wt.％。
8、优选的，所述al2o3磨料颗粒的粒径为300nm。
9、优选的，mn氧化物的含量为0.3wt.％。
10、优选的，所述4h-sic抛光液ph为8。
11、优选的，所述ph调节剂为hno3或koh，本专利技术对ph调节剂无特殊限定，能够保证4h-sic抛光液的ph达到上述要求即可。
12、所述基于kmno4-al2o3体系的mn氧化物增效4h-sic化学机械抛光液的制备方法，包括如下步骤：
13、称取固定含量的氧化剂kmno4、al2o3磨料颗粒和mn氧化物，使之均匀分散在固定含量的去离子水中，使用hno3或koh调节ph值至7～11，得到所述4h-sic抛光液。
14、所述的基于kmno4-al2o3体系的mn氧化物增效4h-sic化学机械抛光液的应用，用于抛光功率电子器件、光电子器件或射频微波器件制造中所需的4h-sic衬底材料。
15、所述的基于kmno4-al2o3体系的mn氧化物增效4h-sic化学机械抛光液的抛光工艺参数为：抛光机：ssp-500；抛光液流量为10ml/min、抛头转速为50r/min、抛盘转速为：50r/min、压力为：5.2psi、抛光时间：1h、温度：25℃。
16、与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
17、本专利技术的4h-sic抛光液，充分发挥了氧化剂kmno4的强氧化性和磨料al2o3的高磨削能力，同时，充分利用了mn氧化物对氧化剂kmno4的活化特性以及对氧化还原反应的催化特性，进一步提高了4h-sic晶圆的材料去除速率并改善了抛光后4h-sic晶圆的表面质量。具体的，在ph 8的条件下，当mno2和mn3o4以3：1的复配比添加到kmno4-al2o3体系中时，4h-sic晶圆的抛光效果达到最佳，相对于不加添加剂的kmno4-al2o3体系来说，4h-sic晶圆的抛光速率提高了33％，且表面粗糙度sq降到0.3nm以下。提高了加工效率，降低了成本，同时，晶圆表面质量的改善进一步提升了成品率。本专利技术的4h-sic抛光液，充分利用弱碱性条件下氧化剂kmno4腐蚀能力相对温和的特点，减缓了氧化剂kmno4对设备的侵蚀作用，延长了设备的使用寿命，降低了维护和更换设备的成本。
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1.一种基于KMnO4-Al2O3体系的Mn氧化物增效4H-SiC化学机械抛光液，其特征为所述抛光液包括氧化剂KMnO4、Al2O3磨料颗粒、Mn氧化物和去离子水，pH值为7～11；
2.如权利要求1所述的基于KMnO4-Al2O3体系的Mn氧化物增效4H-SiC化学机械抛光液，其特征为所述Mn氧化物为MnO2、Mn2O3、Mn3O4中的一种或几种。
3.如权利要求1所述的基于KMnO4-Al2O3体系的Mn氧化物增效4H-SiC化学机械抛光液，其特征为所述氧化剂KMnO4的摩尔浓度为0.025mol/L；所述Al2O3磨料颗粒含量为2wt.％；所述Al2O3磨料颗粒的粒径为300nm；Mn氧化物的含量为0.3wt.％；所述4H-SiC抛光液pH为8。
4.如权利要求1所述的基于KMnO4-Al2O3体系的Mn氧化物增效4H-SiC化学机械抛光液，其特征为所述pH调节剂为HNO3或KOH。
5.如权利要求1所述基于KMnO4-Al2O3体系的Mn氧化物增效4H-SiC化学机械抛光液的制备方法，其特征为包括如下步骤：
6.
7.如权利要求1所述的基于KMnO4-Al2O3体系的Mn氧化物增效4H-SiC化学机械抛光液的抛光工艺参数，其特征为：抛光机：SSP-500；抛光液流量为10ml/min、抛头转速为50r/min、抛盘转速为：50r/min；压力为：5.2psi；抛光时间：1h；温度：25℃。
...【技术特征摘要】
1.一种基于kmno4-al2o3体系的mn氧化物增效4h-sic化学机械抛光液，其特征为所述抛光液包括氧化剂kmno4、al2o3磨料颗粒、mn氧化物和去离子水，ph值为7～11；
2.如权利要求1所述的基于kmno4-al2o3体系的mn氧化物增效4h-sic化学机械抛光液，其特征为所述mn氧化物为mno2、mn2o3、mn3o4中的一种或几种。
3.如权利要求1所述的基于kmno4-al2o3体系的mn氧化物增效4h-sic化学机械抛光液，其特征为所述氧化剂kmno4的摩尔浓度为0.025mol/l；所述al2o3磨料颗粒含量为2wt.％；所述al2o3磨料颗粒的粒径为300nm；mn氧化物的含量为0.3wt.％；所述4h-sic抛光液ph为8。
4.如权利要求1所述的基于kmno4-a...
【专利技术属性】
技术研发人员：崔德兴，张保国，刘敏，咸文豪，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：发明
国别省市：
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