基于芬顿反应的单晶SiC化学机械抛光液研究

发布时间：2019-01-07 17:10

【摘要】：随着半导体行业和信息技术的高速发展与进步,对能在恶劣环境(工作温度高、频率大、电流功率大、辐射强度大)下工作的芯片需求越来越迫切。SiC作为第三代半导体材料具有导热能力强、介电常数小、抗辐射能力强以及良好的化学稳定性等特点,非常适合用于制造在高温、强辐射环境下使用的高频高集成大功率电子元器件,在LED照明、宇航、汽车电子、计算机芯片等方面具有广大的应用前景,已经被广泛的关注和研究。单晶SiC材料的制造技术主要由两个部分组成：1.晶体的生长技术；2.晶圆的分切和晶片的加工技术。这两个部分对于晶片的最后成形和使用都不可或缺,其中晶片的加工技术是电子元器件生产的保证和基础。要想完美实现单晶SiC材料的优异特性,要求晶片非常的光滑平坦、表面无缺陷、无损伤,亚表面无损伤。这样的要求只有在先进的工艺和有效的加工技术的支持下才可以实现,所以,制造工艺和加工技术是应用单晶SiC的重中之重。由于单晶SiC材料的硬度大(莫氏硬度达到9.2-9.5),在自然界中仅次于金刚石；脆性大；化学稳定性好。加工单晶SiC的难度大,现有加工工艺效率也很低,加工后很难保证表面和亚表面的质量和完整性。所以如何实现单晶SiC表面的超光滑平坦化是制造SiC基芯片的关键技术点和未来重要的研究方向。本文通过对比验证试验、系统的工艺实验及机理分析,探索了在单晶SiC化学机械抛光中使用芬顿反应试剂对材料表面进行腐蚀从而提高抛光质量以及材料去除效率的有效性。在相同工艺参数下使用现有的化学机械抛光实验装置,研究了以下几个方面的参数对影响SiC晶片抛光加工效果的影响,改变芬顿体系抛光液中的催化剂Fe的形态和价位；.改变抛光液中的磨粒种类以及粒径大小,改变磨料在抛光液中的质量百分比,改变抛光液中的pH值,改变抛光液中的分散剂及含量。通过抛光结果的对比优化抛光液组分,配制了适合SiC单晶片表面抛光加工的基于芬顿反应的化学抛光液。通过使用含芬顿试剂抛光液对SiC单晶片进行CMP加工实验研究和对CMP技术原理的分析证实了芬顿反应用于SiC晶片的CMP是可行且高效的,通过使用自制抛光液对SiC单晶片进行CMP抛光,可达到原子级表面粗糙度(Ra0.288nm)；通过使用芬顿试剂对SiC材料进行氧化腐蚀,探讨了芬顿反应的催化反应过程以及在CMP中的作用；通过使用不同形态和价位的Fe催化剂配制含不同类型的芬顿体系的抛光液进行CMP实验,定性研究了不同Fe催化剂对芬顿反应和SiC晶片抛光效果和效率的影响并建立理论模型分析其原因,探讨了抛光液中以Fe粉形式存在的Fe族催化剂在抛光中起到的柔性缓冲垫的作用机制,并确定了最适合SiC晶片CMP的芬顿试剂Fe催化剂和抛光基液。通过了系统的抛光工艺实验及结果对比,对抛光液中的组分和因素进行优化选择,配制了基于芬顿反应的SiC晶片抛光液,实现了SiC单晶片亚纳米级乃至原子级的超精密平坦化。
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【学位授予单位】：广东工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN305.2

【参考文献】