[发明专利]一种大尺寸4H、6H-SiC单晶片的快速抛光方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种大尺寸4H、6H-SiC单晶片的快速抛光方法，属于晶体加工技术领域。

背景技术

半导体碳化硅(SiC)作为碳(C)和硅(Si)唯一稳定的化合物，被认为是继第一代半导体材料Si、Ge和第二代半导体材料GaAs、GaP、InP等之后发展起来的第三代半导体材料代表，是目前发展最为成熟的宽带隙半导体材料，具有广泛的应用前景。

随着微电子技术的迅猛发展，对电子器件的要求越来越高，传统的大型器件的设计已不能满足当今微型化、高速化、精密化的迫切要求，对于基底材料的SiC晶片的加工质量也越来越高。但由于SiC晶体加工过程中，机械抛光(MP)后会产生严重的损伤层，而抛光质量直接影响击穿特性、界面态和少子寿命，对集成电路特别是超大规模集成电路影响更大，因此一般需要对机械抛光后的晶片进行化学抛光。化学机械抛光料中的氧化剂、分散剂在强碱性环境下对晶片表面进行化学腐蚀，在晶片表面生成容易去除的氧化层，氧化层在磨料的机械作用下被去除。在化学和机械的双重作用下，使得晶片表面层层剥离，最终使晶片表面达到纳米级的高质量、无损伤状态。但SiC硬度高、脆性大，化学性质稳定，在常温下与强酸、强碱等物质几乎不发生反应，加工难度极大，增加了达到高表面质量的难度，所以目前较为常见的是使用质软的二氧化硅抛光。

传统的化学机械抛光(CMP)方法，是在二氧化硅胶体溶液中加入碱、氧化剂、分散剂等进行抛光，抛光过程中物理反应和化学反应同时进行，化学反应方程式为：

Si+2NaOH+H₂O→Na₂SiO₃+2H₂↑

该方法虽然能使晶片表面达到纳米级抛光精度，但是由于二氧化硅磨料粒子硬度小，因此去除率、抛光效率极低(小于1μm/h)，严重制约了SiC规模化、批量化生产。

发明内容

针对上述问题，本发明提出了一种大尺寸4H、6H-SiC单晶片的快速抛光方法，可快速去除机械抛光后的损伤层，划痕等，同时保证晶片的光洁度、平整度以及粗糙度，满足了客户对SiC衬底的加工质量要求。另外，本发明不仅能对SI(0001)面进行抛光，还可对C(000-1)面进行加工。

本发明所述的方法包括机械抛光和化学机械抛光，化学机械抛光采用三氧化二铝抛光液。

其具体步骤为：

(1)机械抛光；

(2)化学机械抛光

1)向水中添加氧化剂，通过搅拌使其充分混合；

2)向上述混合溶液中添加Al₂O₃抛光液和分散剂，搅拌混合均匀；

3)在上述溶液中加入KOH颗粒调节pH值至9～14；

4)常温超声10-20分钟，使得成分混合充分，氧化铝粒子分布均匀；

5)采用质软抛光布抛光，晶片压力200-600g/cm²，抛光温度为20-80℃；

(3)对化学抛光后的镜片进行清洗。

本发明所述的机械抛光过程参照专利200610043816.8进行。机械抛光后，晶片表面会残留肉眼可见的划痕以及肉眼不可见的损伤层。因此本发明需要对机械抛光后的晶片进行进一步的化学机械抛光。

本发明化学机械抛光采用的为三氧化二铝抛光液，其中Al₂O₃磨料的颗粒形貌相对金刚石磨料圆滑，所以能够使晶片表面粗糙度达到纳米级精度，满足表面划痕、粗糙度等指标要求。而且由于Al₂O₃磨料硬度比二氧化硅要高，所以去除速率、抛光效率较传统方法有极大地提高，能够很好的满足工业化生产。

本发明化学机械抛光时pH值为9-14，所述的Al₂O₃抛光液质量分数为1％-50％，粒度为50nm-500nm。若pH值低于9，化学腐蚀作用很小，影响抛光去除率；若pH值高于14，抛光液碱性过强，表面腐蚀过快，机械作用不能及时去除，抛光完后表面会残留腐蚀坑，影响精抛光质量。磨料浓度越低、粒度越高，抛光效率越高，但是抛光质量会降低；反之会影响抛光效率，因此需要选择合适的浓度和颗粒度。