一種大尺寸4H、6H-SiC單晶片的快速拋光方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種大尺寸4H、6H-SiC單晶片的快速拋光方法，屬于晶體加工技術(shù)領(lǐng) 域。
【背景技術(shù)】
[0002] 半導(dǎo)體碳化硅（Sic)作為碳（C)和硅（Si)唯一穩(wěn)定的化合物，被認(rèn)為是繼第一代 半導(dǎo)體材料Si、Ge和第二代半導(dǎo)體材料GaAs、GaP、InP等之后發(fā)展起來的第三代半導(dǎo)體材 料代表，是目前發(fā)展最為成熟的寬帶隙半導(dǎo)體材料，具有廣泛的應(yīng)用前景。
[0003] 隨著微電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，對(duì)電子器件的要求越來越高，傳統(tǒng)的大型器件的設(shè) 計(jì)已不能滿足當(dāng)今微型化、高速化、精密化的迫切要求，對(duì)于基底材料的SiC晶片的加工質(zhì) 量也越來越高。但由于SiC晶體加工過程中，機(jī)械拋光（MP)后會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的損傷層，而拋 光質(zhì)量直接影響擊穿特性、界面態(tài)和少子壽命，對(duì)集成電路特別是超大規(guī)模集成電路影響 更大，因此一般需要對(duì)機(jī)械拋光后的晶片進(jìn)行化學(xué)拋光。化學(xué)機(jī)械拋光料中的氧化劑、分散 劑在強(qiáng)堿性環(huán)境下對(duì)晶片表面進(jìn)行化學(xué)腐蝕，在晶片表面生成容易去除的氧化層，氧化層 在磨料的機(jī)械作用下被去除。在化學(xué)和機(jī)械的雙重作用下，使得晶片表面層層剝離，最終使 晶片表面達(dá)到納米級(jí)的高質(zhì)量、無損傷狀態(tài)。但SiC硬度高、脆性大，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，在常溫 下與強(qiáng)酸、強(qiáng)堿等物質(zhì)幾乎不發(fā)生反應(yīng)，加工難度極大，增加了達(dá)到高表面質(zhì)量的難度，所 以目前較為常見的是使用質(zhì)軟的二氧化硅拋光。
[0004] 傳統(tǒng)的化學(xué)機(jī)械拋光（CMP)方法，是在二氧化硅膠體溶液中加入堿、氧化劑、分散 劑等進(jìn)行拋光，拋光過程中物理反應(yīng)和化學(xué)反應(yīng)同時(shí)進(jìn)行，化學(xué)反應(yīng)方程式為：
[0005]Si+2Na0H+H20 -Na2Si03+2H2 個(gè)
[0006] 該方法雖然能使晶片表面達(dá)到納米級(jí)拋光精度，但是由于二氧化硅磨料粒子硬度 小，因此去除率、拋光效率極低（小于1yrn/h)，嚴(yán)重制約了SiC規(guī)?；?、批量化生產(chǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]針對(duì)上述問題，本發(fā)明提出了一種大尺寸4H、6H-SiC單晶片的快速拋光方法，可 快速去除機(jī)械拋光后的損傷層，劃痕等，同時(shí)保證晶片的光潔度、平整度以及粗糙度，滿足 了客戶對(duì)SiC襯底的加工質(zhì)量要求。另外，本發(fā)明不僅能對(duì)SI(0001)面進(jìn)行拋光，還可對(duì) C(000_1)面進(jìn)彳丁加工。
[0008]本發(fā)明所述的方法包括機(jī)械拋光和化學(xué)機(jī)械拋光，化學(xué)機(jī)械拋光采用三氧化二鋁 拋光液。
[0009] 其具體步驟為：
[0010] (1)機(jī)械拋光；
[0011] ⑵化學(xué)機(jī)械拋光
[0012] 1)向水中添加氧化劑，通過攪拌使其充分混合；
[0013] 2)向上述混合溶液中添加A1203拋光液和分散劑，攪拌混合均勻；
[0014] 3)在上述溶液中加入KOH顆粒調(diào)節(jié)pH值至9~14;
[0015] 4)常溫超聲10-20分鐘，使得成分混合充分，氧化鋁粒子分布均勻；
[0016] 5)采用質(zhì)軟拋光布拋光，晶片壓力200-600g/cm2,拋光溫度為20-80°C;
[0017] (3)對(duì)化學(xué)拋光后的鏡片進(jìn)行清洗。
[0018] 本發(fā)明所述的機(jī)械拋光過程參照專利200610043816. 8進(jìn)行。機(jī)械拋光后，晶片表 面會(huì)殘留肉眼可見的劃痕以及肉眼不可見的損傷層。因此本發(fā)明需要對(duì)機(jī)械拋光后的晶片 進(jìn)行進(jìn)一步的化學(xué)機(jī)械拋光。
[0019] 本發(fā)明化學(xué)機(jī)械拋光采用的為三氧化二鋁拋光液，其中A1203磨料的顆粒形貌相 對(duì)金剛石磨料圓滑，所以能夠使晶片表面粗糙度達(dá)到納米級(jí)精度，滿足表面劃痕、粗糙度等 指標(biāo)要求。而且由于A1203磨料硬度比二氧化硅要高，所以去除速率、拋光效率較傳統(tǒng)方法 有極大地提高，能夠很好的滿足工業(yè)化生產(chǎn)。
[0020] 本發(fā)明化學(xué)機(jī)械拋光時(shí)pH值為9-14,所述的A1203拋光液質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1 % -50%， 粒度為50nm-500nm。若pH值低于9,化學(xué)腐蝕作用很小，影響拋光去除率；若pH值高于14， 拋光液堿性過強(qiáng)，表面腐蝕過快，機(jī)械作用不能及時(shí)去除，拋光完后表面會(huì)殘留腐蝕坑，影 響精拋光質(zhì)量。磨料濃度越低、粒度越高，拋光效率越高，但是拋光質(zhì)量會(huì)降低；反之會(huì)影響 拋光效率，因此需要選擇合適的濃度和顆粒度。
[0021] 為了保證A1203拋光液、氧化劑、分散劑混合后能形成一個(gè)均勻、穩(wěn)定的懸浮液， 所述的水、A1203拋光液、氧化劑、分散劑的體積比為0. 5 :1: (0. 1~2) : (0. 1~0. 5)。氧化 劑可以加速晶片表面化學(xué)反應(yīng)，有利于機(jī)械作用磨削去除，提高CMP的去除速率。分散劑可 以增加料液的懸浮性，提高料液的均勻性。
[0022] 本發(fā)明所述的氧化劑為雙氧水或次氯酸鈉或高錳酸鉀或硝酸。所述的分散劑為硅 酸鈉。采用的拋光布為聚氨酯樹脂或無紡布拋光布。
[0023] 由于A1203拋光液在堿性條件下很容易結(jié)晶析出，因此本發(fā)明在將A1 203拋光液、分 散劑和氧化劑混合后即將使用之前采用氫氧化鉀顆粒調(diào)節(jié)pH值在9~14。
[0024] 增大拋光壓力，可以提高拋光效率，但是壓力過高，晶體表面質(zhì)量會(huì)變差，也相應(yīng) 的增大了裂片的風(fēng)險(xiǎn)，因此本發(fā)明在進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光時(shí)，晶片壓力200-600g/cm2。適當(dāng)提 高溫度，可以提高料液的化學(xué)活性，但是溫度過高，影響料液的化學(xué)穩(wěn)定性，而且局部溫度 過高會(huì)影響晶片的表面平整度，因此，化學(xué)機(jī)械拋光溫度為20-80°C。
[0025] 由于本發(fā)明采用的三氧化二鋁拋光液機(jī)械作用較強(qiáng)，不僅能對(duì)SI(0001)面進(jìn)行 拋光，還可對(duì)C(000-1)面進(jìn)行加工。
[0026] 綜上所述，本發(fā)明采用硬度較大的三氧化二鋁拋光液拋光碳化硅，并通過實(shí)驗(yàn)選 擇恰當(dāng)?shù)难趸瘎?、分散劑、氧化鋁粒度以及較為適宜的原料配比，可以在保證SiC襯底的加 工質(zhì)量要求的情況下，提高拋光速度，實(shí)現(xiàn)對(duì)晶片的快速拋光。
【附圖說明】
[0027] 圖1為采用本發(fā)明實(shí)施例1所述方法進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光后SiC單晶片的CS結(jié)果； 從圖中可以看出采用本發(fā)明得到的拋光晶片沒有加工缺陷；
[0028] 圖2為采用本發(fā)明實(shí)施例1所述方法進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光后SiC單晶片的AFM結(jié)果； 從圖中可以看出采用本發(fā)明得到的拋光晶片粗糙度Ra= 0. 149nm，達(dá)到所需精度。
【具體實(shí)施方式】
[0029] 實(shí)施例1
[0030] -種大尺寸4H、6H_SiC單晶片的快速拋光方法，包括機(jī)械拋光和化學(xué)機(jī)械拋光， 化學(xué)機(jī)械拋光采用三氧化二鋁拋光液，其具體步驟為：
[0031] (1)機(jī)械拋光；
[0032] (2)化學(xué)機(jī)械拋光
[0033] 1)向水中添加氧化劑，通過攪拌使其充分混合；
[0034] 2)向上述混合溶液中添加A1203拋光液和分散劑，攪拌混合均勻；
[0035] 3)在上述溶液中加入KOH顆粒調(diào)節(jié)pH值為9 ;
[0036] 4)常溫超聲10分鐘，使得成分混合充分，氧化鋁粒子分布均勻；
[0037] 5)采用質(zhì)軟拋光布拋光，晶片壓力200g/cm2,拋光溫度為80°C;
[0038] (3)對(duì)化學(xué)拋光后的鏡片進(jìn)行清洗。
[0039] 所述的水、A1203拋光液、氧化劑、分散劑的體積比為0. 5:1:0. 1:0. 1 ;
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