一种碳化硅用抛光液的制备和使用方法技术

本发明专利技术提供了一种用于高质量抛光碳化硅晶片表面的抛光液、抛光液的制备方法以及使用该抛光液的方法。该抛光液由去离子水、二氧化硅抛光液、辅助氧化剂、pH调节剂配制而成。利用此方法配制的抛光液无气味，分散均匀，状态稳定，无沉淀，可适当循环使用，加工晶片去除速率快，加工出的碳化硅晶片较光亮，50倍显微镜下观测无明显划痕且平整、均与，表面粗糙度经原子力显微镜检测可稳定达到纳米级。该抛光液的使用循环次数，可以通过改变加入辅助氧化剂和pH调节剂的量或者二者不同的比例来调节。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种碳化硅用抛光液及其制备方法、该抛光液可以用于化学机械抛 光，特别涉及一种用于获取高质量碳化硅晶片的抛光液及其制备方法。
技术介绍
以碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)为代表的宽禁带半导体材料，是继硅(Si)、砷化镓 (GaAs)之后的第三代半导体。与Si和GaAs传统半导体材料相比，SiC具有高热导率、高击 穿场强、高饱和电子漂移速率和高键合能等优异性能，在高温、高频、高功率及抗辐射器件 方面拥有巨大的应用前景。此外，碳化硅作为外延生长其它半导体薄膜或晶体的衬底材料， 也得到了广泛的应用和研究，具有其它衬底所没有的优势。SiC晶体的硬度大，略低于金刚石，莫氏硬度约在9. 3左右，导致其加工难度变大， 加工技术门槛升高，目前通用的做法是使用二氧化硅作为抛光液磨料进行化学机械抛光 (CMP)。这中抛光液应用在硅晶片的CMP中取得了巨大的成功，然而使用在碳化硅的CMP 中，其去除速率偏慢，晶片经过数小时CMP加工，去除厚度仅在纳米(nm)量级，远远不能满 足去除精磨损伤层的要求。因此得到的晶片表面重复性偏低，值得注意的是，当进行碳面加 工时，由于去除速度过慢，其双氧水的化学择优腐蚀速度又较快，使得CMP工艺无法顺利进 行，随着CMP的时间延长，划痕深度渐次加深，直至不得不尽心返工，重新进行研磨，才能获 得期望的表面。化学机械抛光是SiC晶片加工工序的重要一步，其加工出的晶片质量直接影响产 品表面质量以及后续产业工序的进行。传统的化学机械抛光液一般直接采用二氧化硅抛光 液，其缺点是去除速率低、加工时间非常长，且在实际生产中，总是容易造成被加工物表面 有大量划伤，很不适合与工业化生产。为了获得高去除率，实现高效快速抛光，可调酸碱度及掺杂高效氧化剂的抛光液 越来越受到重视。与传统抛光液相比，这种抛光液具有如下特点1)使用高效氧化剂，可以快速去除表面层，同时氧化在整个表面上均勻进行，择优 性在一定时间内不显著；2)由于硅和碳氧化后均属酸性，因此调节酸碱度，可以有效去除氧化产物；3)抛光液稳定性好，其中是颗粒物磨料不易团聚，可以长时间保存和运输，并保 持研磨液的分散均勻性。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种用于高质量加工SiC晶片表面的抛光液，适用于对 SiC晶片进行化学机械抛光。该抛光液的特点是表面氧化速度快，择优腐蚀不明显，氧化产 物去除状态稳定、无沉淀、分散均勻、可循环使用、去除速率快(一般40个小时，现可在6 8小时内完成)、加工出的碳化硅晶片较光亮，50倍显微镜下观测无明显划痕且平整、均与， 表面粗糙度经原子力显微镜检测可稳定达到纳米级。为实现上述目的，该抛光液由去离子水、二氧化硅抛光液、辅助氧化剂、PH调节剂配制而成。其中，辅助PH调节剂是其必不可少的成分之一，其作用是使整个抛光液稳定均勻 地存在，且在抛光过程中提供一个良好的酸碱性条件，从而加速加工过程中晶片表面的化学反应。优选的辅助氧化剂包括过氧化氢和去离子水，该辅助氧化剂用于促进加工过程中 碳化硅晶片表面与该抛光液的化学反应，从而增强抛光液的化学加工作用，增强去除速率， 减少加工时间，辅助氧化剂呈透明状液体，无气味。附图说明图1是抛光前的光学显微镜图片；图2是用本专利技术配置的抛光液抛光后的光学显 微镜图片；图3是抛光前的原子力显微镜图片；图4是用本专利技术配置的抛光液抛光后的原 子力显微镜图片。具体实施例方式下面通过实施例来进一步描述本专利技术，但实际可实现的工艺不限于这些实施例。该抛光液由去离子水、二氧化硅抛光液、辅助氧化剂、PH调节剂配制而成。特点是 状态稳定、无沉淀、分散均勻、可循环使用、去除速率快、加工出的碳化硅晶片较光亮，50倍 显微镜下观测无明显划痕且平整、均与，表面粗糙度经原子力显微镜检测可稳定达到纳米 级。(需要有具体配比，不能做广告。具体配比最好是个范围值，不要太具体，否则很容易被 模仿，要覆盖面大的那种，改完再来给我看看)本专利技术还包括一种抛光碳化硅晶片的抛光方法，尤其是一种化学机械抛光碳化硅 晶片表面的方法，在此重点要强调方法；在抛光液写完之后要具体描述该抛光液的获得方 法，紧扣题目。下面的实施例具体描述了抛光液的制备过程，其步骤和各成分含量是本领域技术 人员能够进行合理改进的，不影响本专利技术的抛光液的制备。实施例1:第一步配置抛光液(1)将试剂纯(或以上)氢氧化钾和焦磷酸钾在去离子水中按照三者质量比为 5:1: 200混合，并搅拌均勻得到PH调节剂；(2)将过氧化氢、去离子水按体积百分比为4 1的比例混合，并搅拌均勻得到辅 助氧化剂搅拌速度不超过lOOrpm。(3)将辅助氧化剂和二氧化硅抛光液按照体积百分比为1 2的比例混合就搅拌 均勻得到中间体，搅拌速度不超过lOOrpm。(4)将PH调节剂混合到中间体中，并把PH调节至9 10(9.3)搅拌速度不超过 IOOrpm第二步使用调节抛光盘的温度恒温控制在恒温10摄氏度，用蠕动泵流动供给该抛光液，流速 根据该抛光液在抛光盘表面粘结的抛光布上的分布情况而定，势必做到抛光液分布均勻， 充分。第三步循环为使该抛光液可循环利用，应对使用后的抛光液进行过滤，用300#纱布过滤后， 适当添加辅助氧化剂和PH调节剂可继续使用，循环次数不易太多，10 20次最佳。(由于 二氧化硅溶液长时间暴露在空气中，有结晶现象，循环次数较多后，二氧化硅浓度变低，颗 粒度结晶变的不再均一，容易出现划伤)抛光6小时后，晶片表面，光学显微镜和原子力显微镜下观测的变化如说明书附 图所示。权利要求1、一种用于加工高质量碳化硅晶片表面的抛光液，使用该抛光液或相应的抛光工 艺，可以获得高质量碳化硅晶片；该抛光液的特征在于包括去离子水、二氧化硅抛光液、辅 助氧化剂、PH调节剂配制而成；其制备工艺采用如下步骤(1)将试剂氢氧化钾和焦磷酸钾在去离子水中按照三者质量比为1 1 10到 9:9: 1000混合，并搅拌均勻得到PH调节剂；(2)将过氧化氢、去离子水按体积比1 1到100 1的比例混合，并搅拌均勻得到辅 助氧化剂搅拌速度不超过1000转每分钟(rmp)。(3)将辅助氧化剂和二氧化硅抛光液按照体积比1 1到1 100的比例混合搅拌均 勻得到中间体，搅拌速度不超过lOOOrpm。(4)将PH调节剂混合到中间体中，并把PH调节至4 14搅拌速度不超过lOOOrpm。2.如权利要求1所述的抛光液，其特征在于，二氧化硅抛光液是指二氧化硅采用硅粉 生长法制得，制成粒度在10 300nm，固含量在1 90%之间，PH在4 14之间的抛光液。3.如权利要求1所述的抛光液中的氧化剂，其特征在于辅助氧化剂无色透明液体，主 要由UP级30%过氧化氢和去离子水组成，该辅助氧化剂用于促进加工过程中碳化硅晶片 表面与该抛光液的化学反应，从而增强抛光液的机械化学加工作用。4.如权利要求1所述的氧化剂，其特征在于辅助氧化剂的成分主要包括体积比约为 10 95%过氧化氢、体积比为5-90%去离子水和其它辅助溶剂，如酒精、丙酮等，这些辅助 溶剂配入时，抛光液储存时间应该较短，一般应该小于5个工作日。5.如权利要求1所述的抛光液的制备方法，其特征在于，氢氧化钾和焦磷酸钾二者均 为分析纯以上，氢氧化钾可以快速刻蚀碳化硅，焦磷酸根可本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种用于加工高质量碳化硅晶片表面的抛光液，使用该抛光液或相应的抛光工艺，可以获得高质量碳化硅晶片；该抛光液的特征在于包括去离子水、二氧化硅抛光液、辅助氧化剂、ＰＨ调节剂配制而成；其制备工艺采用如下步骤：（１）将试剂氢氧化钾和焦磷酸钾在去离子水中按照三者质量比为１∶１∶１０到９∶９∶１０００混合，并搅拌均匀得到ＰＨ调节剂；（２）将过氧化氢、去离子水按体积比１∶１到１００∶１的比例混合，并搅拌均匀得到辅助氧化剂搅拌速度不超过１０００转每分钟（ｒｍｐ）。（３）将辅助氧化剂和二氧化硅抛光液按照体积比１∶１到１∶１００的比例混合搅拌均匀得到中间体，搅拌速度不超过１０００ｒｐｍ。（４）将ＰＨ调节剂混合到中间体中，并把ＰＨ调节至４～１４搅拌速度不超过１０００ｒｐｍ。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张贺，陈小龙，黄青松，王锡铭，
申请(专利权)人：苏州天科合达蓝光半导体有限公司，北京天科合达蓝光半导体有限公司，中国科学院物理研究所，
类型：发明
国别省市：32