CN111574927A - 一种含还原剂的碳化硅抛光液及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种含还原剂的碳化硅抛光液，所述碳化硅抛光液由研磨剂颗粒、还原剂、硝酸和去离子水组成，且所述碳化硅抛光液pH值为1～7。本发明的碳化硅抛光液，不仅具有切削率高，表面质量稳定，循环使用寿命长的优点，而且无挥发性和重金属污染问题，易于长期储存，尤其适用于难加工的含硅表面的超精密光学器件或半导体功率器件的表面抛光。本发明还公开了一种含还原剂的碳化硅抛光液的制备方法和应用。

Description

一种含还原剂的碳化硅抛光液及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及晶圆表面抛光的技术领域，尤其涉及一种含还原剂的碳化硅抛光液及其制备方法和应用。
背景技术
随着半导体工业的飞速发展，电子器件尺寸缩小，要求晶片表面平整度达到纳米级。传统的平坦化技术，仅可实现局部平坦化，而化学机械抛光技术(CMP)不仅可以实现全局平坦化，而且在加工性能和速度上均优于传统的平坦化技术。
化学机械抛光技术就是用化学腐蚀和机械力对加工过程中的硅晶圆或其他衬底材料进行表面平滑处理；在化学腐蚀过程中，抛光液中的化学物质和硅片表面发生化学反应，生产比较容易除去的物质，进一步通过机械力，除去化学反应过程中所生成的物质。
现有以氧化物作为活性成分的抛光液，存在强氧化剂的碳化硅抛光液稳定性差以及抛光液中含有重金属导致环境污染的问题。
发明内容
鉴于以上现有技术的不足之处，本发明提供了一种含还原剂的碳化硅抛光液，以解决现有碳化硅抛光液易挥发、难以长期储存、循环使用寿命短和重金属污染问题，同时，提高晶圆表面切削率和表面质量。
为达到以上目的，本发明采用的技术方案为：
一种含还原剂的碳化硅抛光液，所述碳化硅抛光液由研磨剂颗粒、还原剂、硝酸和去离子水组成，且所述碳化硅抛光液pH值为1～7。
优选的，所述研磨剂颗粒为氧化硅、氧化铝、氧化铈、氧化铈、氧化锰、氧化镁、碳化硅、碳化硼、钻石中的一种或多种物质。
优选的，所述研磨剂颗粒在碳化硅抛光液中的质量浓度为0.1～40％wt。
优选的，所述还原剂为抗坏血酸，异抗坏血酸，三(2-羰基乙基)磷酸盐，二氧化氯中的至少一种。
优选的，所述还原剂在碳化硅抛光液中的摩尔浓度为0.01M～3M。更优选的，所述还原剂在碳化硅抛光液中的摩尔浓度为0.1M～2M。进一步优选的，所述还原剂在碳化硅抛光液中的摩尔浓度为0.5M～1M。
优选的，所述碳化硅抛光液pH值为3～5。
一种如上述的含还原剂的碳化硅抛光液的制备方法，所述制备方法的步骤为：称取固定含量的研磨剂颗粒和还原剂，均匀分散在去离子水中，搅拌均匀，采用硝酸调节pH值为1～7，得到所述碳化硅抛光液。
一种如上述的含还原剂的碳化硅抛光液的应用，所述碳化硅抛光液用于含硅以及含硅化合物晶圆的表面抛光。尤其适用于超精密光学器件、半导体功率器件的表面抛光。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明的碳化硅抛光液，解决了强氧化剂的碳化硅抛光液稳定性差，以及碳化硅抛光液中含有重金属物质，给环境造成污染的问题。
本发明的碳化硅抛光液，具有切削率高，表面质量稳定，循环使用寿命长的优点，尤其适用于难加工的含硅表面的超精密光学器件或半导体功率器件的表面抛光。
本发明的碳化硅抛光液，无挥发性问题，易于长期储存，是理想的半导体化合物晶圆制造的亚纳米级光洁度的碳化硅抛光液材料。
具体实施方式
以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。
实施例1
本实施例的含还原剂的碳化硅抛光液，其制备方法为：取1000g去离子水，加入60g抗坏血酸，搅拌均匀；然后加入50g 200nmα-氧化铝，再用硝酸调节pH至4.5，搅拌均匀，得到所述碳化硅抛光液。
将制备得到的碳化硅抛光液用于抛光2”Si面SiC晶片，设定抛光压力为5psi，抛光机下盘转速50RPM，上盘转速50RPM逆向，抛光时间60min。测试结果显示，SiC晶片的切效率为1.87μm/hr，表面坑点消失，平滑。
将抛光液循环使用，连续抛光5个60min，SiC晶片的切效率分别为1.86μm/hr，1.91μm/hr，1.88μm/hr，1.86μm/hr和1.90μm/hr，表面无坑点，平滑。
实施例2
本实施例的含还原剂的碳化硅抛光液，其制备方法为：取1000g去离子水，加入120g异抗坏血酸，搅拌均匀；然后加入400g 200nm氧化硅，再用硝酸调节pH至2.5，搅拌均匀，得到所述碳化硅抛光液。
将制备得到的碳化硅抛光液用于抛光2”Si面SiC晶片，设定抛光压力为5psi，抛光机下盘转速50RPM，上盘转速50RPM逆向，抛光时间60min。测试结果显示，SiC晶片的切效率为1.86μm/hr，表面坑点消失，平滑。
实施例3
本实施例的含还原剂的碳化硅抛光液，其制备方法为：取1000g去离子水，加入680g三(2-羰基乙基)磷酸盐，搅拌均匀；然后加入1g 200nm氧化铈，再用硝酸调节pH至4.5，搅拌均匀，得到所述碳化硅抛光液。
将制备得到的碳化硅抛光液用于抛光2”Si面SiC晶片，设定抛光压力为5psi，抛光机下盘转速50RPM，上盘转速50RPM逆向，抛光时间60min。测试结果显示，SiC晶片的切效率为1.83μm/hr，表面坑点消失，平滑。
实施例4
本实施例的含还原剂的碳化硅抛光液，其制备方法为：取1000g去离子水，加入110g二氧化氯，搅拌均匀；然后加入200g 200nm氧化锰，再用硝酸调节pH至3，搅拌均匀，得到所述碳化硅抛光液。
将制备得到的碳化硅抛光液用于抛光2”Si面SiC晶片，设定抛光压力为5psi，抛光机下盘转速50RPM，上盘转速50RPM逆向，抛光时间60min。测试结果显示，SiC晶片的切效率为1.86μm/hr，表面坑点消失，平滑。
实施例5
本实施例的含还原剂的碳化硅抛光液，其制备方法为：取1000g去离子水，加入30g抗坏血酸，搅拌均匀；然后加入100g 200nm氧化镁，再用5.5，搅拌均匀，得到所述碳化硅抛光液。
将制备得到的碳化硅抛光液用于抛光2”Si面SiC晶片，设定抛光压力为5psi，抛光机下盘转速50RPM，上盘转速50RPM逆向，抛光时间60min。测试结果显示，SiC晶片的切效率为1.82μm/hr，表面坑点消失，平滑。
实施例6
本实施例的含还原剂的碳化硅抛光液，其制备方法为：取1000g去离子水，加入530g异抗坏血酸，搅拌均匀；然后加入300g 200nm碳化硅，再用硝酸调节pH至3，搅拌均匀，得到所述碳化硅抛光液。
将制备得到的碳化硅抛光液用于抛光2”Si面SiC晶片，设定抛光压力为5psi，抛光机下盘转速50RPM，上盘转速50RPM逆向，抛光时间60min。测试结果显示，SiC晶片的切效率为1.89μm/hr，表面坑点消失，平滑。
实施例7
本实施例的含还原剂的碳化硅抛光液，其制备方法为：取1000g去离子水，加入100g三(2-羰基乙基)磷酸盐，搅拌均匀；然后加入150g 200nm碳化硼，再用硝酸调节pH至6.5，搅拌均匀，得到所述碳化硅抛光液。
将制备得到的碳化硅抛光液用于抛光2”Si面SiC晶片，设定抛光压力为5psi，抛光机下盘转速50RPM，上盘转速50RPM逆向，抛光时间60min。测试结果显示，SiC晶片的切效率为1.85μm/hr，表面坑点消失，平滑。
对比例1
本对比例的碳化硅抛光液，其制备方法为：取1000g去离子水，加入60g200nmα-氧化铝，然后用硝酸调节pH至4.5，搅拌均匀，得到本对比例的碳化硅抛光液。
将制备得到的碳化硅抛光液用于抛光2”Si面SiC晶片，设定抛光压力为5psi，抛光机下盘转速50RPM，上盘转速50RPM逆向，抛光时间60min。测试结果显示，SiC晶片的切效率几乎为零，表面与抛光前没有改善。
对比例2
本对比例的碳化硅抛光液，其制备方法为：取1000g去离子水，加入50g KMnO4，溶解后，加入50g200nmα-氧化铝，然后用硝酸调节pH至4.5，搅拌均匀，得到本对比例的碳化硅抛光液。
将制备得到的碳化硅抛光液用于抛光2”Si面SiC晶片，设定抛光压力为5psi，抛光机下盘转速50RPM，上盘转速50RPM逆向，抛光时间60min。测试结果显示，SiC晶片的切效率为1.97μm/hr，表面有坑点。
对比例3
本对比例的碳化硅抛光液，其制备方法为：取1000g去离子水，加入50g KMnO4，溶解后加入50g25wt％H2O2溶液，搅拌均匀；然后加入50g 200nmα-氧化铝，再用KOH调节pH至4.5，搅拌均匀，得到本对比例的碳化硅抛光液。
将制备得到的碳化硅抛光液用于抛光2”Si面SiC晶片，设定抛光压力为5psi，抛光机下盘转速50RPM，上盘转速50RPM逆向，抛光时间60min。测试结果显示，SiC晶片的切效率为1.93μm/hr，表面有坑点。
将抛光液循环使用，连续抛光5个60min，SiC晶片的切效率分别为1.68μm/hr，1.53μm/hr，1.42μm/hr，1.36μm/hr和1.24μm/hr，表面有坑点。
由此可见，本发明专利相比目前使用的技术具有相当大的优势。以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。

Claims (10)

1.一种含还原剂的碳化硅抛光液，其特征在于，所述碳化硅抛光液由研磨剂颗粒、还原剂、硝酸和去离子水组成，且所述碳化硅抛光液pH值为1～7。
2.如权利要求1所述的含还原剂的碳化硅抛光液，其特征在于，所述研磨剂颗粒为氧化硅、氧化铝、氧化铈、氧化铈、氧化锰、氧化镁、碳化硅、碳化硼、钻石中的一种或多种物质。
3.如权利要求1所述的含还原剂的碳化硅抛光液，其特征在于，所述研磨剂颗粒在碳化硅抛光液中的质量浓度为0.1～40％wt。
4.如权利要求1所述的含还原剂的碳化硅抛光液，其特征在于，所述还原剂为抗坏血酸，异抗坏血酸，三(2-羰基乙基)磷酸盐，二氧化氯中的至少一种。
5.如权利要求1所述的含还原剂的碳化硅抛光液，其特征在于，所述还原剂在碳化硅抛光液中的摩尔浓度为0.01M～3M。
6.如权利要求1所述的含还原剂的碳化硅抛光液，其特征在于，所述还原剂在碳化硅抛光液中的摩尔浓度为0.1M～2M。
7.如权利要求1所述的含还原剂的碳化硅抛光液，其特征在于，所述还原剂在碳化硅抛光液中的摩尔浓度为0.5M～1M。
8.如权利要求1所述的含还原剂的碳化硅抛光液，其特征在于，所述碳化硅抛光液pH值为3～5。
9.一种如权利要求1-8任一项所述的含还原剂的碳化硅抛光液的制备方法，其特征在于，所述制备方法的步骤为：称取固定含量的研磨剂颗粒和还原剂，均匀分散在去离子水中，搅拌均匀，采用硝酸调节pH值为1～7，得到所述碳化硅抛光液。
10.一种如权利要求1-8任一项所述的含还原剂的碳化硅抛光液的应用，其特征在于，所述碳化硅抛光液用于含硅以及含硅化合物晶圆的表面抛光。
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