CN111748285A - 一种含高铁酸盐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高铁酸盐的碳化硅抛光液，所述碳化硅抛光液由研磨剂颗粒、高铁酸盐、双氧水、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，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。本发明还公开了一种含高铁酸盐的碳化硅抛光液的制备方法和应用。
Description
技术领域
本发明涉及晶圆表面抛光的技术领域，尤其涉及一种含高铁酸盐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。
现有抛光液中添加的氧化物，诸如高锰酸钾，可通过氧化碳化硅中的碳来破坏碳化硅结构达到抛光目的，但是，其存在抛光效率低、表面质量不稳定和循环使用寿命短的问题。
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高铁酸盐的碳化硅抛光液，以解决现有碳化硅抛光液切削率低、表面质量低、循环使用寿命短的问题。
为达到以上目的，本发明采用的技术方案为：
一种含高铁酸盐的碳化硅抛光液，所述碳化硅抛光液由研磨剂颗粒、高铁酸盐、双氧水、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，所述高铁酸盐在碳化硅抛光液中的摩尔浓度为0.01M～3M。更优选的，所述高铁酸盐在碳化硅抛光液中的摩尔浓度为0.1M～3M。进一步优选的，所述高铁酸盐在碳化硅抛光液中的摩尔浓度为0.5M～1.5M。
优选的，所述双氧水在碳化硅抛光液中的摩尔浓度为0.01M～3M。更优选的，所述双氧水在碳化硅抛光液中的摩尔浓度为0.1M～3M。进一步优选的，所述双氧水在碳化硅抛光液中的摩尔浓度为0.5M～1.5M。
优选的，所述高铁酸盐为高铁酸钠或高铁酸钾。
一种如上述的含高铁酸盐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、高铁酸盐和双氧水，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。
一种如上述的含高铁酸盐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。
本申请碳化硅抛光液的工作机理为：酸性条件下的高铁酸盐具有强氧化性，可以氧化SiC中的C，生成CO2，Fe被还原成Fe3+、Fe2+，加快了SiC的抛光效率。双氧水也具有同样氧化功能，但氧化能力明显比高铁酸弱，抛光效率相对较低。当高铁酸与双氧水结合在一起的时候，高铁酸氧化SiC后的副产物Fe2+成为芬顿反应的催化剂，生成具有强氧化性的OH·自由基，快速氧化SiC的C，进一步加快SiC的抛光效率。
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，充分发挥了高铁酸钾强氧化剂对碳化硅抛光高效的特性，同时又充分利用高铁酸还原产物中二价铁与双氧水芬顿反应的反应活性进一步增强碳化硅的抛光效率并改善碳化硅表面品质，解决了芬顿反应只对碳化硅的碳面抛光有效的难题，高铁酸与双氧水的有效组合对难加工碳化硅的含硅表面的超精密抛光效率高，表面品质优良。
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，使用高铁酸盐和双氧水作为组合氧化剂，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
本实施例的含高铁酸盐的碳化硅抛光液，其制备方法为：取1000g去离子水，加入50g KFeO4，溶解后加入50g25wt％H2O2溶液，搅拌均匀；然后加入50g 200nmα-氧化铝，再用硝酸调节pH至4.2，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1.89μm/hr，1.92μm/hr，1.90μm/hr，1.87μm/hr和1.91μm/hr，表面无坑点，平滑。
实施例2
本实施例的含高铁酸盐的碳化硅抛光液，其制备方法为：取1000g去离子水，加入100g KFeO4，溶解后加入350g25wt％H2O2溶液，搅拌均匀；然后加入400g 200nm氧化硅，再用硝酸调节pH至2，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1.91μm/hr，表面坑点消失，平滑。
实施例3
本实施例的含高铁酸盐的碳化硅抛光液，其制备方法为：取1000g去离子水，加入590g KFeO4，溶解后加入480g25wt％H2O2溶液，搅拌均匀；然后加入1g 200nm氧化铈，再用硝酸调节pH至4，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1.94μm/hr，表面坑点消失，平滑。
实施例4
本实施例的含高铁酸盐的碳化硅抛光液，其制备方法为：取1000g去离子水，加入400g KFeO4，溶解后加入350g25wt％H2O2溶液，搅拌均匀；然后加入200g 200nm氧化锰，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1.92μm/hr，表面坑点消失，平滑。
实施例5
本实施例的含高铁酸盐的碳化硅抛光液，其制备方法为：取1000g去离子水，加入20g KFeO4，溶解后加入30g25wt％H2O2溶液，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1.85μm/hr，表面坑点消失，平滑。
实施例6
本实施例的含高铁酸盐的碳化硅抛光液，其制备方法为：取1000g去离子水，加入500g KFeO4，溶解后加入100g25wt％H2O2溶液，搅拌均匀；然后加入300g 200nm碳化硅，再用硝酸调节pH至3.5，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1.89μm/hr，表面坑点消失，平滑。
实施例7
本实施例的含高铁酸盐的碳化硅抛光液，其制备方法为：取1000g去离子水，加入100g KFeO4，溶解后加入100g25wt％H2O2溶液，搅拌均匀；然后加入150g 200nm碳化硼，再用硝酸调节pH至6，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。
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50g KFeO4，溶解后，加入50g200nmα-氧化铝，然后用硝酸调节pH至4.2，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1.23μm/hr，表面有很多坑点，凹凸不平。
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50g200nmα-氧化铝，然后用硝酸调节pH至4.2，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50g200nmα-氧化铝，然后用硝酸调节pH至4.2，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1.96μm/hr，表面有坑点。
对比例4
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4.2，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1.72μm/hr，1.55μm/hr，1.41μm/hr，1.35μm/hr和1.26μm/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 (9)
1.一种含高铁酸盐的碳化硅抛光液，其特征在于，所述碳化硅抛光液由研磨剂颗粒、高铁酸盐、双氧水、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所述的含高铁酸盐的碳化硅抛光液，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所述的含高铁酸盐的碳化硅抛光液，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所述的含高铁酸盐的碳化硅抛光液，其特征在于，所述高铁酸盐在碳化硅抛光液中的摩尔浓度为0.01M～3M。
5.如权利要求1所述的含高铁酸盐的碳化硅抛光液，其特征在于，所述高铁酸盐在碳化硅抛光液中的摩尔浓度为0.5M～1.5M。
6.如权利要求1所述的含高铁酸盐的碳化硅抛光液，其特征在于，所述双氧水在碳化硅抛光液中的摩尔浓度为0.01M～3M。
7.如权利要求1所述的含高铁酸盐的碳化硅抛光液，其特征在于，所述双氧水在碳化硅抛光液中的摩尔浓度为0.5M～1.5M。
8.一种如权利要求1-7任一项所述的含高铁酸盐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、高铁酸盐和双氧水，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。
9.一种如权利要求1-7任一项所述的含高铁酸盐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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