基于芬頓反應的單晶SiC化學機械拋光液研究.pdf

1、隨著半導體行業(yè)和信息技術的高速發(fā)展與進步，對能在惡劣環(huán)境（工作溫度高、頻率大、電流功率大、輻射強度大）下工作的芯片需求越來越迫切。SiC作為第三代半導體材料具有導熱能力強、介電常數小、抗輻射能力強以及良好的化學穩(wěn)定性等特點，非常適合用于制造在高溫、強輻射環(huán)境下使用的高頻高集成大功率電子元器件，在LED照明、宇航、汽車電子、計算機芯片等方面具有廣大的應用前景，已經被廣泛的關注和研究。單晶SiC材料的制造技術主要由兩個部分組成:1.晶體的生

2、長技術;2.晶圓的分切和晶片的加工技術。這兩個部分對于晶片的最后成形和使用都不可或缺，其中晶片的加工技術是電子元器件生產的保證和基礎。要想完美實現(xiàn)單晶SiC材料的優(yōu)異特性，要求晶片非常的光滑平坦、表面無缺陷、無損傷，亞表面無損傷。這樣的要求只有在先進的工藝和有效的加工技術的支持下才可以實現(xiàn)，所以，制造工藝和加工技術是應用單晶SiC的重中之重。由于單晶SiC材料的硬度大（莫氏硬度達到9.2-9.5），在自然界中僅次于金剛石;脆性大;化學穩(wěn)

3、定性好。加工單晶SiC的難度大，現(xiàn)有加工工藝效率也很低，加工后很難保證表面和亞表面的質量和完整性。所以如何實現(xiàn)單晶SiC表面的超光滑平坦化是制造SiC基芯片的關鍵技術點和未來重要的研究方向。
　　本文通過對比驗證試驗、系統(tǒng)的工藝實驗及機理分析，探索了在單晶SiC化學機械拋光中使用芬頓反應試劑對材料表面進行腐蝕從而提高拋光質量以及材料去除效率的有效性。在相同工藝參數下使用現(xiàn)有的化學機械拋光實驗裝置，研究了以下幾個方面的參數對影響Si

4、C晶片拋光加工效果的影響，改變芬頓體系拋光液中的催化劑Fe的形態(tài)和價位;.改變拋光液中的磨粒種類以及粒徑大小，改變磨料在拋光液中的質量百分比，改變拋光液中的pH值，改變拋光液中的分散劑及含量。通過拋光結果的對比優(yōu)化拋光液組分，配制了適合SiC單晶片表面拋光加工的基于芬頓反應的化學拋光液。通過使用含芬頓試劑拋光液對SiC單晶片進行CMP加工實驗研究和對CMP技術原理的分析證實了芬頓反應用于SiC晶片的CMP是可行且高效的，通過使用自制拋光

5、液對SiC單晶片進行CMP拋光，可達到原子級表面粗糙度(Ra0.288nm);通過使用芬頓試劑對SiC材料進行氧化腐蝕，探討了芬頓反應的催化反應過程以及在CMP中的作用;通過使用不同形態(tài)和價位的Fe催化劑配制含不同類型的芬頓體系的拋光液進行CMP實驗，定性研究了不同F(xiàn)e催化劑對芬頓反應和SiC晶片拋光效果和效率的影響并建立理論模型分析其原因，探討了拋光液中以Fe粉形式存在的Fe族催化劑在拋光中起到的柔性緩沖墊的作用機制，并確定了最適合S