[发明专利]一种用于SiC单晶片的磁流变化学机械抛光液及其使用方法

说明书

本发明提供了一种用于SiC单晶片的磁流变化学机械抛光液及其使用方法，其核心配方由A、B两部分构成，A配方包含3wt％～10wt％的磨粒、5wt％～30wt％的磁性微粒、1wt％～10wt％的分散稳定剂、基载液；B配方包含1wt％～30wt％的氧化剂、1wt％～10wt％的催化剂、0.01wt％～1wt％的PH值调节剂、基载液。采用本发明的磁流变化学机械抛光液，根据不同的设备和抛光需要，可以把A、B配方在加工前混合使用或者单独使用，并具有如下的有益效果：精抛加工后所得到的SiC单晶片表面粗糙度Ra达到0.3nm以下，材料去除速率可以达到0.1‑3.8μm/h，抛光加工表面平整光滑。本发明的抛光液制备流程简单，使用操作方便，成本低，效率高，可用于加工SiC单晶片的硅面和碳面，具有很高的适用性和经济价值。

技术领域

本发明属于光电晶体材料加工技术领域，属于半导体照明及光电子加工中的硬脆材料表面超光滑表面平坦化高效抛光加工，特别涉及一种用于SiC单晶片的磁流变化学机械抛光液及其制备、使用方法。

背景技术

作为第3代半导体材料的代表——碳化硅(SiC)具有禁带宽度大、击穿电场强度高、热传导率大、饱和电子漂移速度高、键合能高和高温稳定性等优良特性，是半导体材料领域最有发展前景的材料之一。对于SiC晶片而言，要求其表面超光滑、无缺陷、无表面/亚表面损伤且表面晶格完整，表面粗糙度要求达到Ra≤0.3nm才能满足外延膜生长的要求。当晶片表面有微小缺陷时,会遗传给外延生长膜而成为器件的致命缺陷，因此SiC晶片的加工质量和精度的优劣,直接决定SiC半导体器件的性能。SiC晶片的加工一般要经历切割、研磨(平坦化)、抛光三个阶段，而其表面性能主要决定于研磨和抛光两个阶段。SiC加工表面不仅要求形状精度高、表面粗糙度低，而且要求有良好的表面完整性。在研磨和抛光加工过程中，SiC晶片表面残留的磨粒划痕、产生的亚表面损伤层(微裂纹、晶格畸变、位错、残余应力等损伤和缺陷)及物理化学性质的变化都可能导致半导体器件的失效。由于SiC晶体莫氏硬度达到9.2仅次于金刚石,化学稳定性好,造成加工效率低、加工成本高，严重制约了SiC半导体器件的应用和发展。

为获得理想的表面质量、实现有效的材料去除和平坦化加工，国内外学者进行了多方面探索。目前，针对SiC晶片超精密平坦化高效加工技术加工精度和平坦化加工效果较好、应用较广的有磨粒加工、化学机械抛光、集群磁流变抛光等方法。磨粒加工无法得到原子级超光滑加工表面。化学机械抛光(CMP)技术综合了化学抛光和机械抛光的优势，是目前比较成功的半导体晶片全局平坦化加工方法，但是其抛光效果取决于被加工材料和磨粒的硬度、磨粒形状、抛光垫及化学抛光剂的性能等特性，其磨粒状态和浓度随机分布，被加工工件表面的抛光压力无法准确计算，因而不能对SiC表面进行确定性抛光并控制其加工精度和抛光效率。集群磁流变抛光技术是利用磁流变液流变特性形成的阵列排布的“柔性小磨头”及产生的流动动压力对加工表面进行抛光加工，可以实现磨粒的半固着状态，因此集群磁流变抛光属于确定性抛光方法，加工效率高，表面粗糙度低、不产生亚表面损伤层，能够实现复杂表面的抛光加工。为获得原子级的超光滑表面，需要磨粒对工件表面的切入深度必须足够小并且是塑性状态去除，这就必须采用超细的亚微米级乃至纳米级磨粒和磁性粒子进行磁流变抛光，而采用了亚微米/纳米级磁性粒子会导致磁流变效应急剧减弱，对加工表面的抛光压力减小，使抛光效率显著降低。如何在使用亚微米/纳米级磨粒和磁性粒子的磁流变液进行原子级超光滑表面抛光时仍能达到较高的加工效率是有待研究的问题。目前公开的专利文献和非专利文献还没有这方面的报道。

目前针对碳化硅材料的加工，急需提出一种新的方法和手段，既满足原子级超光滑表面平坦化高效加工要求，又尽可能地提高加工速率，减少加工工序，达到节约资源，降低成本的目的。

发明内容

本发明为了解决上述技术问题，针对SiC单晶片等硬脆材料的原子级超光滑表面平坦化高效加工要求，提出了一种高效率、形状精度高、表面粗糙度低、污染小的用于SiC单晶片的磁流变化学机械抛光液及其制备、使用方法。