基于芬頓反應(yīng)的單晶SiC化學(xué)機(jī)械拋光液研究.pdf

1、隨著半導(dǎo)體行業(yè)和信息技術(shù)的高速發(fā)展與進(jìn)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(qiáng)度大）下工作的芯片需求越來越迫切。SiC作為第三代半導(dǎo)體材料具有導(dǎo)熱能力強(qiáng)、介電常數(shù)小、抗輻射能力強(qiáng)以及良好的化學(xué)穩(wěn)定性等特點(diǎn)，非常適合用于制造在高溫、強(qiáng)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(jì)算機(jī)芯片等方面具有廣大的應(yīng)用前景，已經(jīng)被廣泛的關(guān)注和研究。單晶SiC材料的制造技術(shù)主要由兩個(gè)部分組成:1.晶體的生

2、長技術(shù);2.晶圓的分切和晶片的加工技術(shù)。這兩個(gè)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(shù)是電子元器件生產(chǎn)的保證和基礎(chǔ)。要想完美實(shí)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(jìn)的工藝和有效的加工技術(shù)的支持下才可以實(shí)現(xiàn)，所以，制造工藝和加工技術(shù)是應(yīng)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(dá)到9.2-9.5），在自然界中僅次于金剛石;脆性大;化學(xué)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(zhì)量和完整性。所以如何實(shí)現(xiàn)單晶SiC表面的超光滑平坦化是制造SiC基芯片的關(guān)鍵技術(shù)點(diǎn)和未來重要的研究方向。
　　本文通過對比驗(yàn)證試驗(yàn)、系統(tǒng)的工藝實(shí)驗(yàn)及機(jī)理分析，探索了在單晶SiC化學(xué)機(jī)械拋光中使用芬頓反應(yīng)試劑對材料表面進(jìn)行腐蝕從而提高拋光質(zhì)量以及材料去除效率的有效性。在相同工藝參數(shù)下使用現(xiàn)有的化學(xué)機(jī)械拋光實(shí)驗(yàn)裝置，研究了以下幾個(gè)方面的參數(shù)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(jià)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(zhì)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(jié)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(yīng)的化學(xué)拋光液。通過使用含芬頓試劑拋光液對SiC單晶片進(jìn)行CMP加工實(shí)驗(yàn)研究和對CMP技術(shù)原理的分析證實(shí)了芬頓反應(yīng)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(jìn)行CMP拋光，可達(dá)到原子級表面粗糙度(Ra0.288nm);通過使用芬頓試劑對SiC材料進(jìn)行氧化腐蝕，探討了芬頓反應(yīng)的催化反應(yīng)過程以及在CMP中的作用;通過使用不同形態(tài)和價(jià)位的Fe催化劑配制含不同類型的芬頓體系的拋光液進(jìn)行CMP實(shí)驗(yàn)，定性研究了不同F(xiàn)e催化劑對芬頓反應(yīng)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(jī)制，并確定了最適合S