[发明专利]一种SiC材料化学机械抛光方法

说明书

技术领域

本发明涉及研磨/抛光领域，尤其是一种适用于SiC材料化学机械抛光方法。

背景技术

SiC材料与第一代半导体材料(Ge和Si)、第二代半导体材料(GaAs、InP等)相比具有更优异的特性，成为第三代半导体材料。同时SiC具有优良的热导率，是制造大尺寸、超高亮度白光和蓝光GaN LED和激光二极管的理想衬底材料，成为光电行业的关键基础材料之一。SiC半导体器件具有超强的性能和广阔的应用前景，一直以来受到各国高度重视。

理想的衬底材料基片质量要求SiC晶片具有表面超光滑、无损伤，SiC硬度高(莫氏硬度9.2～9.6)和强化学稳定性(最小原子间距为1.8A)，使得其很难抛光加工，表面经常出现一些划痕和损伤，直接影响发光二极管的质量。目前已开发的SiC晶片超精密抛光方法，主要包括化学抛光、催化剂辅助化学抛光、电化学抛光、摩擦化学抛光以及化学机械抛光等。

化学抛光是传统的半导体晶片表面加工技术，属于无磨粒的化学腐蚀过程，如采用HNO₃、HF与H₂O构成抛光液对SiC晶片表面进行抛光。催化剂辅助化学抛光是在化学抛光时使用催化剂从而提高SiC材料去除率，属于无磨料加工方式。电化学抛光是电化学氧化和氧化层去除相结合的加工过程。通过控制抛光时的电流密度实现对SiC晶片表面的氧化速率进行控制，进而提高抛光速率。摩擦化学抛光是利用摩擦作用使SiC晶片被加工表面产生化学变化，形成材料去除的抛光方法。化学机械抛光是将加工液对SiC晶片表面的化学作用和磨粒对晶片表面机械作用相结合，从而实现光滑无损伤表面的加工方法，并在第一代和第二代半导体材料加工中得到广泛应用。

传统的SiC晶片抛光方法，材料去除率极低，抛光过程中化学反应不可控，因此迫切需要开发一种过程可控、高效、低成本的SiC基片抛光方法。

发明内容

为了克服现有的SiC晶片抛光方式的材料去除率极低，抛光过程中化学反应不可控的不足，本发明提供一种材料去除率较高、过程可控、低成本的SiC材料化学机械抛光方法。

本发明所采用的技术方案是：

一种SiC材料化学机械抛光方法，该方法采用的抛光设备包括密封腔体、机架、抛光盘、工件夹具、碱性抛光液输入部件和氧化性气体输入部件，所述的抛光盘、工件夹具均置于所述的密封腔体内，所述工件夹具置于所述的抛光盘上方，待抛光的SiC材料装夹在所述的工件夹具的底面；所述抛光盘安装在驱动主轴上，所述驱动主轴伸出所述密封腔体的底部，所述驱动主轴与主轴驱动装置连接；所述的碱性抛光液输入部件安装在所述的密封腔体上，所述的碱性抛光液输入部件上装有用于控制抛光过程中抛光液的流量的流量调节阀；所述的氧化性气体输入部件安装在所述的密封腔体上，所述的氧化性气体输入部件上装有用于控制抛光过程中所述密封腔内的气压大小的气压调节阀；所述抛光方法的过程如下：将SiC材料置于密闭环境中，密闭环境内的气压、温度以及输入气体组份可控，向密闭环境内充入氧化性气体，调节密闭环境内的温度以及氧化气体的分压至高温高压状态；当化学机械抛光过程处于富含高压氧化气体的环境时，氧化气体会大量溶解进入抛光液中，并与碱性抛光液中的OH^-一起参与对SiC材料表层的氧化，加速SiC材料表层的氧化速率，碱性抛光液中的O₂与SiC材料反应表层生成一薄层SiO₂，通过调节环境温度、气体组份、气压和催化剂条件，实现控制抛光过程中SiC材料表面的化学反应速率。

进一步，采用催化的方法促进SiC材料表面的氧化反应。

再进一步，所述的密封腔体上装有气体压力计和观察孔。

更进一步，抛光垫粘贴在所述的抛光盘上。

本发明的技术构思为：虽然SiC的化学惰性高，稳定性好，但是SiC晶体表面的Si面是一层Si的悬挂键，其与C的结合键在氧化环境中易被切断。抛光过程中，SiC单晶与碱性抛光液中磨粒的摩擦界面上的机械能一部分转化为热能，使界面实际接触部位处于高温高压状态，处于这种状态的界面是不稳定的，SiC极表层的Si原子很容易渗透到碱性抛光液中，并与其中的OH^-反应生成溶于水的盐，其反应方程式为：

Si+2NaOH+H₂O＝Na₂SiO₃+2H₂↑。