[發明專利]一種碳化硅晶片電化學機械拋光方法

在審

• 申請號: 202210358547.3
• 申請日: 2022-04-07
• 公開（公告）號: CN114654380A
• 公開（公告）日: 2022-06-24
• 發明（設計）人: 吳潤澤;王磊;金洙吉;張廣宇;劉澤元;申烔源
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: B24B37/04
• 分類號: B24B37/04;B24B37/10;B24B37/34;C25D11/32;H01L21/3063;H01L21/304
• 代理公司: 遼寧鴻文知識產權代理有限公司 21102
• 代理人: 隋秀文

一種碳化硅晶片電化學機械拋光方法，屬于拋光加工技術領域。首先，將碳化硅晶片通過導電膠粘接至與電源正極連接的銅拋光頭，將帶通孔的聚氨酯拋光墊用樹脂螺釘固定至與電源負極連接的石墨盤。拋光電源為直流穩壓電源。在電機驅動下拋光墊與晶片產生相對運動，拋光時拋光墊和晶片浸入電解液，電解液液面高于拋光墊面，拋光液通過蠕動泵滴加至拋光墊表面。本發明利用碳化硅晶體在NaNO₃電解液中發生的陽極氧化反應來實現碳化硅晶片的高效拋光，在拋光液中使用小粒徑金剛石磨料，可起到為氧化過程提供應力源的作用，加快陽極氧化的發生，從而提高拋光效率。另外，本發明能夠顯著提高碳化硅晶片的拋光速率，在精拋階段也能保證好的表面質量。

技術領域

本發明屬于拋光加工技術領域，涉及一種碳化硅晶片電化學機械拋光方法。

背景技術

碳化硅作為第三代半導體材料，在航空航天、新能源汽車、消費電子等領域有廣闊的應用場景。與現有的硅基半導體器件相比，碳化硅半導體器件不但能在更惡劣的環境下使用，更能實現信息的高效高頻處理。

碳化硅襯底的表面質量對碳化硅基器件性能有很大影響，但是由于碳化硅的高硬度、高穩定性，現在碳化硅拋光加工方法效率比較低，阻礙了碳化硅基器件的大范圍使用。目前碳化硅晶片的拋光方法主要是機械拋光與化學機械拋光相結合。其中機械拋光主要采用金剛石微粉作為磨料，材料去除率高，但會產生表面及亞表面損傷，一般作為化學機械拋光的前置工藝。化學機械拋光方法可以將表面粗糙度降至1nm以下，但材料去除率低，拋光效率低，若要提高拋光效率需要使用高錳酸鉀、過氧化氫等強氧化劑，對環境和操作者健康造成危害。

研究表明電化學氧化作用，能將碳化硅表面的Si-C鍵氧化成Si-O鍵,使碳化硅表面莫氏硬度由9.5下降到7.0，本發明基于碳化硅的電化學氧化反應提出一種碳化硅晶片電化學機械拋光方法，能夠實現碳化硅的高效率高質量拋光。

發明內容

針對現有技術中提出的碳化硅晶片拋光中存在的問題，本發明提出一種碳化硅表面電化學機械拋光方法。

本發明采用的技術方案如下：

一種碳化硅晶片電化學機械拋光方法，包括以下步驟：

第一步，將碳化硅晶片4通過導電膠粘接在銅拋光頭下表面，其中銅拋光頭通過導線2與直流穩壓電源1正極相連，且銅拋光頭可在電機帶動下轉動或平動。

第二步，將帶通孔的拋光墊5采用樹脂螺釘固定在與直流穩壓電源2負極相連的石墨盤6上表面，石墨盤6可在電機的帶動下轉動。所述石墨盤6固定在電解液槽8內部，電解液槽8內放電解液7，且石墨盤6和晶片4都浸入電解液7中。所述的電化學機械拋光電解液7為NaNO₃溶液，其濃度為0.2～0.8mol/L。

第三步，在電機驅動下拋光墊5與晶片4產生相對運動，拋光頭使晶片4以一定壓力壓于拋光墊5表面，拋光墊5通孔中的電解液使陽極晶片4與陰極石墨盤6之間電路導通。使用蠕動泵向拋光墊表面滴加拋光液3，其中拋光墊轉速為20～50r/min，拋光壓力14-58psi，保證拋光時拋光墊和晶片浸入電解液，在電化學陽極氧化和磨粒機械去除的共同作用下實現對碳化硅晶片的高效拋光。所述的電化學機械拋光的拋光液3為金剛石-氧化鋁混合磨料與溶劑共混的混合溶液，其中金剛石磨料的粒徑為0.25～5μm，氧化鋁磨料的粒徑為0.5～7μm，且所選擇的金剛石磨料粒徑需小于氧化鋁磨料粒徑，混合磨料濃度為1～20wt.％,其中，金剛石磨料與氧化鋁磨料的質量比為1:1；所述的溶劑為NaNO₃電解液，以保證電解液7濃度穩定。

進一步的，所述的電解液槽8內電解液7液面高于拋光墊2mm。

進一步的，所述的拋光墊5為聚氨酯材質。

進一步的，所述的拋光電源為直流穩壓電源，拋光電壓5～20V。

進一步的，拋光液3通過蠕動泵以200ml/h速度滴加至拋光墊5表面。