一种碳化硅晶圆表面抛光方法与流程

本发明涉及碳化硅晶圆抛光处理领域，具体涉及一种碳化硅晶圆表面抛光方法。

背景技术：

1、由于sic本身的脆硬性的特点，尤其具有难氧化的化学性质，因此在sic半导体晶圆抛光工艺过程中，抛光加工难度高。目前sic晶圆抛光主要采用化学机械抛光(cmp)工艺，在半导体晶圆的表面用抛光垫不断旋转，并添加含有研磨颗粒的抛光液磨料。而电化学机械抛光(ecmp)则在化学机械抛光的过程中，结合电化学阳极氧化原理，通过电化学反应将sic表面腐蚀氧化转变为硬度更低的sio2，从而通过后续机械研磨作用去除，实现sic平坦化。

2、电化学机械抛光工艺主要特点是结合了电场、化学、机械等作用实现高效sic氧化层去除，工艺关键是氧化速率和抛光速率之间的动态平衡，但由于涉及的工艺参数过多，在实际情况中几乎不可实现。当电化学氧化速率大于机械抛光去除速率时，会在sic表面产生过量残余氧化层，并在抛光表面引入划痕、凹坑等缺陷，从而降低表面质量；当sic氧化速率小于sio2去除速率，则会无法去除，不能实现高抛光速率和平坦化处理。因此现有的电化学机械抛光工艺普遍存在材料去除率低，生产效率较低的问题。而且现有技术中电化学机械抛光的抛光液中的磨料主要是二氧化铈(ceo2)或二氧化硅(sio2)，这两种磨料的抛光效率也导致材料去除率进一步降低。这造成了工艺成本增加，设备机台寿命缩短以及不必要的耗材浪费。抛光之后，产生的氧化层并不能完全去除，导致sic晶圆表面质量也有瑕疵，会出现划痕等缺陷。

3、因此，为了提高碳化硅晶圆的抛光效率和产品质量，需要开发一种新型碳化硅晶圆表面抛光方法。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种碳化硅晶圆表面抛光方法，以解决现有的技术中材料去除率低、抛光效率低、抛光质量较差的问题。上述目的通过以下技术方案实现：

2、一种碳化硅晶圆表面抛光方法，包括如下步骤：

3、步骤一)将碳化硅晶圆置于电解质溶液中作为阳极进行电解处理，使碳化硅晶圆表面氧化形成氧化硅层；

4、步骤二)使用抛光液对碳化硅晶圆表面进行研磨，去除氧化硅层；所述抛光液中包含氧化铝磨料。

5、可选的，电解处理过程中电压为10v～36v，电解时间为1min～5min。

6、可选的，所述电解质溶液中的电解质为硫酸钠、硝酸钠、硫酸钾中的至少一种。

7、可选的，所述电解质溶液中的电解质的质量分数为5％～10％。

8、可选的，电解过程中保持碳化硅晶圆移动，晶圆移动速度为0～50mm/s；所述电解质溶液温度为25℃-70℃。

9、可选的，所述抛光液中氧化铝磨料的粒径为200～350nm。

10、可选的，所述抛光液中氧化铝磨料的质量分数为5％-10％。

11、可选的，所述抛光液中还含有高锰酸钾，抛光液中高锰酸钾的质量分数为1％-5％。高锰酸钾具有强氧化性，可促进氧化层的脱落溶解。

12、可选的，所述抛光过程中将碳化硅晶圆表面与抛光垫的一侧接触，并在抛光垫的另一侧喷淋抛光液；抛光过程中保持碳化硅晶圆和抛光垫均水平旋转，碳化硅晶圆转速为85～100rpm，抛光垫转速为80～95rpm；抛光液流量为100ml/min～500ml/min，碳化硅与抛光垫之间的压力为4psi～8psi，抛光时间为1-15min。

13、可选的，所述步骤一)和步骤二)交替进行多次。

14、本发明具有如下的有益效果：

15、本发明将sic先经过电化学氧化后，然后进行化学机械抛光将氧化层去除。本发明在电化学氧化中可以快速的得到平整的氧化膜以及氧化层与sic间的界面，并得到更光滑、划痕更少的微观形貌。并且本发明抛光过程中使用al2o3作为磨料的抛光液，相较于氧化硅或氧化铈磨料，在相同的化学机械抛光工艺条件下，能得到更好的氧化层去除效果。根据工艺的测试结果，与现有技术相比，本发明的材料去除率可提高4-10倍，解决了现有技术中材料去除率低、抛光效率低、抛光质量较差的问题。

技术特征：

1.一种碳化硅晶圆表面抛光方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的碳化硅晶圆表面抛光方法，其特征在于，电解处理过程中电压为10v～36v，电解时间为1min～5min。

3.根据权利要求1所述的碳化硅晶圆表面抛光方法，其特征在于，所述电解质溶液中的电解质为硫酸钠、硝酸钠、硫酸钾中的至少一种。

4.根据权利要求1所述的碳化硅晶圆表面抛光方法，其特征在于，所述电解质溶液中的电解质的质量分数为5％～10％。

5.根据权利要求1所述的碳化硅晶圆表面抛光方法，其特征在于，电解过程中保持碳化硅晶圆移动，晶圆移动速度为0～50mm/s；所述电解质溶液温度为25℃-70℃。

6.根据权利要求1所述的碳化硅晶圆表面抛光方法，其特征在于，所述抛光液中氧化铝磨料的粒径为200～350nm。

7.根据权利要求1所述的碳化硅晶圆表面抛光方法，其特征在于，所述抛光液中氧化铝磨料的质量分数为5％-10％。

8.根据权利要求1所述的碳化硅晶圆表面抛光方法，其特征在于，所述抛光液中还含有高锰酸钾，抛光液中高锰酸钾的质量分数为1％-5％。

9.根据权利要求1所述的碳化硅晶圆表面抛光方法，其特征在于，所述抛光过程中将碳化硅晶圆表面与抛光垫的一侧接触，并在抛光垫的另一侧喷淋抛光液；抛光过程中保持碳化硅晶圆和抛光垫均水平旋转，碳化硅晶圆转速为85～100rpm，抛光垫转速为80～95rpm；抛光液流量为100ml/min～500ml/min，碳化硅与抛光垫之间的压力为4psi～8psi，抛光时间为1-15min。

10.根据权利要求1所述的碳化硅晶圆表面抛光方法，其特征在于，所述步骤一)和步骤二)交替进行多次。

技术总结本发明公开了一种碳化硅晶圆表面抛光方法，包括如下步骤：步骤一)将碳化硅晶圆置于电解质溶液中作为阳极进行电解处理，使碳化硅晶圆表面氧化形成氧化硅层；步骤二)使用抛光液对碳化硅晶圆表面进行研磨，去除氧化硅层；所述抛光液中包含氧化铝磨料。本发明将SiC先经过电化学氧化后，然后进行化学机械抛光将氧化层去除。并且本发明抛光过程中使用Al2O3作为磨料的抛光液，相较于氧化硅或氧化铈磨料，在相同的化学机械抛光工艺条件下，能得到更好的氧化层去除效果。根据工艺的测试结果，与现有技术相比，本发明的材料去除率可提高4‑10倍，解决了现有技术中材料去除率低、抛光效率低、抛光质量较差的问题。技术研发人员：左晓磊,王磊,张康,刘永进,李婷受保护的技术使用者：北京晶亦精微科技股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/6/5