CN111745468A - 一种采用金刚石抛光膏的碳化硅晶片快速抛光方法 - Google Patents

一种采用金刚石抛光膏的碳化硅晶片快速抛光方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及半导体材料技术领域，尤其涉及一种采用金刚石抛光膏的碳化硅晶片快速抛光方法，包括如下步骤：将SiC晶片装好在放置装置的无蜡吸附垫上；在抛光垫上涂抹粒径为0.2～1.0μm金刚石抛光膏；将所述放置装置放置于抛光设备上，将所述抛光设备的磨抛压力设置为25～255g/cm2、抛光盘转速为30～60rpm，抛光头转速为10～55rpm；往所述抛光盘中加入1～20ml/min的液体对所述SiC晶片执行抛光操作，且每间隔20～60分钟补涂所述金刚石抛光膏；对SiC晶片进行清洗及检测，抛光完毕。本发明可以快速抛光碳化硅晶片表面，该方法还能使生产出的碳化硅晶片拥有低损伤层和低表面粗糙度。

Description

一种采用金刚石抛光膏的碳化硅晶片快速抛光方法
技术领域
本发明涉及半导体材料技术领域，尤其涉及一种采用金刚石抛光膏的碳化硅晶片快速抛光方法。
背景技术
碳化硅(SiC)材料，由于其高热导率、高击穿场强、禁带宽度大、电子饱和漂移速率高，以及耐高温、抗辐射和化学稳定性好等优良理化特性，成为制备功率半导体器件的第三代半导体材料。但是由于SiC具有极高的硬度(莫氏硬度为9.2)和良好的化学稳定性，在研磨和抛光工序上都相对困难，为了能缩短最后一道工序，即化学机械抛光(CMP)的抛光时间，有必要尽量减少晶片表面的损伤层和降低粗糙度。
传统的机械研磨或抛光，是利用金刚石研磨液，在适当压力的作用下，在金属研磨盘或贴有抛光垫盘的快速旋转下，对碳化硅晶片表面进行研磨或抛光，然而其面临的问题是：如果追求高切削速率，那么晶片的损伤层和表面粗糙度较大，不利于后续的化学机械抛光；如果追求低损伤层和低表面粗糙度，那么则需要多道工序和更多的加工时间。
发明内容
本发明提供了一种采用金刚石抛光膏的碳化硅晶片快速抛光方法，可以快速抛光碳化硅晶片表面，该方法还能使生产出的碳化硅晶片拥有低损伤层和低表面粗糙度。
为了解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案为：
一种采用金刚石抛光膏的碳化硅晶片快速抛光方法，包括如下步骤：
将SiC晶片装好在放置装置的无蜡吸附垫上；
在抛光垫上涂抹0.1～0.5mm厚度的金刚石抛光膏，金刚石抛光膏的粒径为0.2～1.0μm；
将所述放置装置放置于抛光设备上，将所述抛光设备的磨抛压力设置为25～255g/cm2、抛光盘转速为30～60rpm，抛光头转速为10～55rpm；
往所述抛光盘中加入流量为1～20ml/min的液体对所述SiC晶片执行抛光操作，且每间隔20～60分钟补涂所述金刚石抛光膏至0.1～0.5mm的厚度；
对SiC晶片进行清洗及检测，抛光完毕。
本发明首先采用无蜡吸附垫替代蜡吸附固定晶片，使晶片在抛光过程中不容易脱落，不会有残蜡或残胶等问题，利于优化抛光效果；而后本发明采用粒径为0.2～1.0μm、厚度为0.1～0.5mm的金刚石抛光膏并设置抛光设备的磨抛压力为25～255g/cm2、抛光盘转速为30～60rpm，抛光头转速为10～55rpm，加入一定流量的液体对所述SiC晶片执行抛光操作，在相同的设备、转速和压力等条件下、克服了现有技术中金刚石研磨液抛光需要经过3个步骤、耗时6小时的缺点，该方法可以快速抛光碳化硅晶片表面，抛光时间也缩短到1小时，且还能使生产出的碳化硅晶片拥有低损伤层和低表面粗糙度，原子力显微镜的检测结果是表面粗糙度Ra＝0.2nm左右，最深划痕深度为3.67nm
优选地，所述金刚石抛光膏为水性，此时，所述液体为水。
优选地，所述金刚石抛光膏为油性，此时，所述液体为甘油。
优选地，所述金刚石抛光膏为两性，此时，所述液体为甘油或水。
根据抛光膏的不同性质需要选择不同的稀释源，水性抛光膏可以用水，油性抛光膏可以用甘油，而两性抛光膏则基本无太大限制，可以用水或甘油。油性抛光膏润湿性好，磨削力、磨削热小，水性抛光膏粘度小，易排削、加工效率高，相对而言，两性抛光膏可以综合二者的优点，而且稀释源可以选择水也具有更好的环保性。
进一步优选地，所述金刚石抛光膏为两性，所述金刚石抛光膏由如下重量百分比的原料组成：石蜡4-6％、白油12-16％、甘油40-52％、金刚石粉10-20％、分散剂8-12％以及凡士林8-12％。
进一步优选地，所述金刚石抛光膏由如下重量百分比的原料组成：石蜡5％、白油14％、甘油46％、金刚石粉15％、分散剂10％以及凡士林10％。
本发明优选的金刚石研磨膏具有两性的性质，可以以水或甘油作为稀释源，并且0.2-1.0μm的金刚石粉在膏体内也具有优良的分散性，本发明优选的金刚石研磨膏对SiC的抛光质量尤其提升明显。
优选地，所述抛光垫为合成纤维聚合物抛光垫。抛光垫是决定抛光的表面质量的重要因素之一，本发明优选采用的合成纤维聚合物抛光垫可以均匀分散金刚石抛光膏，并且施压均匀，抛光后的碎屑也容易排出，因此可以较好地降低表面粗糙度和减少损伤。
优选地，所述SiC的C面紧贴所述吸附垫，所述SiC的Si面紧贴所述抛光垫。在以碳化硅为衬底进行器件制造时，其外延晶片的外延表面对其衬底的极性有严格的要求，通常情况下采取碳化硅单晶片的硅面进行外延生长。可见，碳化硅单晶的极性面对单晶生长和外延晶片都有重要的作用。因此为了改善外延生长的质量，本发明的抛光方法优选对SiC的Si面进行抛光。
优选地，所述放置装置为夹具或陶瓷盘。
优选地，所述碳化硅晶片快速抛光方法的抛光时间为0.1-1小时。
本发明的有益效果是，本发明的一种采用金刚石抛光膏的碳化硅晶片快速抛光方法，通过将SiC晶片在粒径为0.2～1.0μm金刚石抛光膏、磨抛压力设置为25～255g/cm2、抛光盘转速为30～60rpm，抛光头转速为10～55rpm的抛光设备下，加入一定流量的液体对所述SiC晶片执行抛光操作，在相同的设备、转速和压力等条件下、克服了现有技术中金刚石研磨液抛光需要经过3个步骤、耗时6小时的缺点，该方法可以快速抛光碳化硅晶片表面，抛光时间也缩短到1小时，且还能使生产出的碳化硅晶片拥有低损伤层和低表面粗糙度，原子力显微镜的检测结果是表面粗糙度Ra＝0.2nm左右，最深划痕深度为3.67nm。
附图说明
图1是本发明一种采用金刚石抛光膏的碳化硅晶片快速抛光方法的步骤流程图。
具体实施方式
下面结合附图，具体阐明本发明的实施方式，附图仅供参考和说明使用，不构成对本发明专利保护范围的限制。
实施例1
请参考图1，本发明的一种采用金刚石抛光膏的碳化硅晶片快速抛光方法，包括以下步骤：
将SiC晶片装好在放置装置的无蜡吸附垫上。具体地，将所述SiC晶片放置在夹具的无蜡吸附垫，且将所述SiC晶片的C面紧贴所述吸附垫，所述夹具还可更换为陶瓷盘。更具体地，分别选择1片4英寸碳化硅晶片，晶片1中心点的表面粗糙度Ra值为1.20nm，右侧边缘点的表面粗糙度Ra值为1.14nm晶片2中心点的表面粗糙度Ra值为1.13nm，右侧边缘点的表面粗糙度Ra值为1.00nm。
在抛光垫上涂抹厚度为0.3mm的金刚石抛光膏。具体地，将所述粒径为0.5μm金刚石抛光膏涂抹在所述抛光垫上、尽可能均匀的涂在所述抛光垫上，最好涂在代加工晶片的区域。所述金刚石抛光膏两性抛光膏。所述金刚石抛光膏由如下重量百分比的原料组成：石蜡5％、白油14％、甘油46％、金刚石粉15％、分散剂10％以及凡士林10％。进一步地，所述金刚石粉的粒径优选为0.5μm。更进一步地，所述抛光垫为合成纤维聚合物抛光垫。
将所述放置装置放置于抛光设备上，将所述抛光设备的磨抛压力设置为45g/cm2、抛光盘转速为50rpm，抛光头转速为45rpm。具体地，将放置装置放置于抛光设备上，并将所述抛光设备的磨抛压力设置为60g/cm2、抛光盘转速为50rpm，抛光头转速为45rpm，所述SiC晶片的Si面紧贴所述抛光头。更进一步地，所述抛光盘直径为420mm。
往所述抛光盘中加入5ml/min的液体对所述SiC晶片执行抛光操作，且每间隔30分钟补涂所述金刚石抛光膏。具体地，所述抛光过程中，往所述抛光盘中心滴入5ml/min的所述液体，添加的所述液体为甘油。进一步地，所述液体的优选范围为15ml/min。抛光过程中、补涂所述金刚石的时间间隔优选为30min，抛光总时长为60min。
对SiC晶片进行清洗及检测，抛光完毕。具体地，对执行上述步骤后的所述SiC晶片用清洗设备清洗，通过机器检测该SiC晶片表面粗糙度Ra值，本次抛光执行完成。进一步地，该一所述晶片经本工艺抛光后中心点的表面粗糙度Ra值为0.202nm，右侧边缘点的表面粗糙度Ra值为0.203nm；晶片2中心点的表面粗糙度Ra值为0.178nm，右侧边缘点的表面粗糙度Ra值为0.191nm。
从以上实施例可以看出，本发明的一种采用金刚石抛光膏的碳化硅晶片快速抛光方法，在相同的设备、转速和压力等条件下，SiC晶片由表面粗糙度Ra＝1nm降至Ra＝0.2nm，克服了传统的金刚石研磨液抛光需要经过3个步骤，耗时6个小时的缺陷。本发明使用的方法只耗时1个小时，节省了5个小时，节省了人力和物料成本。综上，本发明可以快速抛光碳化硅晶片表面，该方法还能使生产出的碳化硅晶片拥有低损伤层和低表面粗糙度。
实施例2
本实施例与实施例1的区别在于：
一种采用金刚石抛光膏的碳化硅晶片快速抛光方法，包括如下步骤：
将SiC晶片装好在放置装置的无蜡吸附垫上；
在抛光垫上涂抹0.1mm厚度的金刚石抛光膏，金刚石抛光膏的粒径为0.2μm；
将所述放置装置放置于抛光设备上，将所述抛光设备的磨抛压力设置为25g/cm2、抛光盘转速为60rpm，抛光头转速为155rpm；
往所述抛光盘中加入流量为1ml/min的液体对所述SiC晶片执行抛光操作，且每间隔20分钟补涂所述金刚石抛光膏至0.1mm的厚度；
对SiC晶片进行清洗及检测，抛光完毕。
优选地，所述金刚石抛光膏为水性，此时，所述液体为水。
优选地，所述碳化硅晶片快速抛光方法的抛光时间为0.1小时。
实施例3
本实施例与实施例1的区别在于：
一种采用金刚石抛光膏的碳化硅晶片快速抛光方法，包括如下步骤：
在抛光垫上涂抹0.5mm厚度的金刚石抛光膏，金刚石抛光膏的粒径为1.0μm；
将所述放置装置放置于抛光设备上，将所述抛光设备的磨抛压力设置为255g/cm2、抛光盘转速为30rpm，抛光头转速为10rpm；
往所述抛光盘中加入流量为20ml/min的液体对所述SiC晶片执行抛光操作，且每间隔60分钟补涂所述金刚石抛光膏至0.5mm的厚度；
对SiC晶片进行清洗及检测，抛光完毕。
优选地，所述金刚石抛光膏为油性，此时，所述液体为甘油。
优选地，所述碳化硅晶片快速抛光方法的抛光时间为0.1小时。
实施例4
本实施例与实施例1的区别在于：
所述金刚石抛光膏为两性，所述金刚石抛光膏由如下重量百分比的原料组成：石蜡4％、白油12％、甘油52％、金刚石粉16％、分散剂8％以及凡士林8％。
实施例5
本实施例与实施例1的区别在于：
所述金刚石抛光膏为两性，所述金刚石抛光膏由如下重量百分比的原料组成：石蜡6％、白油16％、甘油40％、金刚石粉14％、分散剂12％以及凡士林12％。
以上所揭露的仅为本发明的较佳实施例，不能以此来限定本发明的权利保护范围，因此依本发明申请专利范围所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (8)

1.一种采用金刚石抛光膏的碳化硅晶片快速抛光方法，其特征在于，包括如下步骤：
将SiC晶片装好在放置装置的无蜡吸附垫上；
在抛光垫上涂抹0.1～0.5mm厚度的金刚石抛光膏，金刚石抛光膏的粒径为0.2～1.0μm；
将所述放置装置放置于抛光设备上，将所述抛光设备的磨抛压力设置为25～255g/cm2、抛光盘转速为30～60rpm，抛光头转速为10～55rpm；
往所述抛光盘中加入流量为1～20ml/min的液体对所述SiC晶片执行抛光操作，且每间隔20～60分钟补涂所述金刚石抛光膏至0.1～0.5mm的厚度；
对SiC晶片进行清洗及检测，抛光完毕。
2.如权利要求1所述的采用金刚石抛光膏的碳化硅晶片快速抛光方法，其特征在于，所述金刚石抛光膏为水性，此时，所述液体为水。
3.如权利要求1所述的采用金刚石抛光膏的碳化硅晶片快速抛光方法，其特征在于，所述金刚石抛光膏为油性，此时，所述液体为甘油。
4.如权利要求1所述的采用金刚石抛光膏的碳化硅晶片快速抛光方法，其特征在于，所述金刚石抛光膏为两性，此时，所述液体为甘油或水。
5.如权利要求1所述的采用金刚石抛光膏的碳化硅晶片快速抛光方法，其特征在于，所述抛光垫为合成纤维聚合物抛光垫。
6.如权利要求1所述的采用金刚石抛光膏的碳化硅晶片快速抛光方法，其特征在于，所述SiC的C面紧贴所述吸附垫，所述SiC的Si面紧贴所述抛光垫。
7.如权利要求1所述的采用金刚石抛光膏的碳化硅晶片快速抛光方法，其特征在于，所述放置装置为夹具或陶瓷盘。
8.如权利要求1所述的采用金刚石抛光膏的碳化硅晶片快速抛光方法，其特征在于，所述碳化硅晶片快速抛光方法的抛光时间为0.1～1小时。
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