CN113930165B - 一种研磨助剂、制备方法、用途及研磨液和研磨方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种碳化硅单晶衬底研磨助剂，其包括羧基改性多糖类化合物、膨润土凝胶和抗吸附剂，以及任选的分散剂、保湿剂、pH调节剂、消泡剂、防锈剂和去离子水，还涉及其制备方法、用途、包含其的研磨液及研磨方法，所述研磨液通过各个组份的选择和复配，尤其是通过包括所述研磨助剂，从而具有了诸多有益且优异的技术效果，可用于碳化硅单晶衬底的研磨工序处理，在半导体加工领域具有潜在的巨大应用前景和潜力。

Description

一种研磨助剂、制备方法、用途及研磨液和研磨方法

技术领域

本发明涉及一种用于半导体元件的加工助剂、制备方法、用途及包含其的研磨液和使用该研磨液的研磨方法，特别地涉及一种用于碳化硅单晶衬底的研磨助剂、制备方法和用途及包含其的碳化硅单晶衬底研磨液和碳化硅单晶衬底的研磨方法，属于半导体加工助剂技术领域。

背景技术

碳化硅(SiC)半导体与硅半导体相比，在绝缘击穿电场、电子饱和漂移速度及热导率等诸多性能指标上均更为优异，因此，在半导体领域正在进行使用碳化硅半导体来实现与现有的硅器件相比，更适宜在高温下高速工作的功率器件的大量研究和深入开发工作，尤其是用于驱动电动自行车、电动汽车和混合动力汽车等发动机电源中使用的高效率开关元件的开发工作更尤为备受瞩目和关注。

但另一方面，应用于半导体领域的碳化硅衬底对平坦度、TTV、表面粗糙度等方面要具有更高的精度要求。另外，对来源于研磨处理所产生的磨屑等颗粒残渣和有机油污等，要求必须容易清洗且清洗结果需要干净彻底。但是，由于碳化硅单晶的硬度极高且耐腐蚀性优良，导致碳化硅衬底的加工性较差，难以在维持高研磨速度的同时保持高质量表面。此外，由于碳化硅单晶的耐腐蚀性优良，对于颗粒残渣等杂质的除去，也难以使用在硅基板清洗中通常使用的氢氟酸等药液通过剥离来除去各种残渣，因此在碳化硅单晶中使用氢氟酸类药液难以得到高洁净度的表面。

再个方面，由于碳化硅的硬度仅次于金刚石，故在对碳化硅单晶衬底进行研磨时，一般使用金刚石磨料(为磨粒的形式)作为研磨材料。但金刚石磨料由于成本昂贵，需要在研磨中长时间循环使用，同时要求在研磨结束时能够从碳化硅表面高效去除，且需避免产生划伤。但问题在于，使用金刚石磨料研磨后的碳化硅单晶衬底表面上，通常会产生与金刚石磨粒的粒径相对应的微小划痕，这导致碳化硅衬底在受力不均时容易造成破片，进而导致产品良率下降，严重影响了生产效率、后续制程且增大了生产成本。

目前，对于碳化硅单晶衬底的研磨处理，尤其是研磨液和研磨方法的研究已有一些现有技术，例如可见如下：

CN110539240A公开了一种碳化硅单晶衬底的加工方法，该方法包括下列步骤：先用钻石线对碳化硅单晶制品进行切割，然后采用钻石盘进行研磨，之后用钻石抛光液进行粗抛光，最后经过精抛光得到干碳化硅单晶衬底。该方法可在加工效率与平面均匀度之间取得双赢，辅以最后一道化学机械精抛光来达成半导体级表面质量要求，此方法可大大降低加工时间与加工成本，同时也有效的提高碳化硅单晶衬底片的加工良率。其中抛光液主要由钻石颗粒、悬浮剂和分散介质组成，其中，钻石颗粒和悬浮剂的浓度分别优选为1-10wt％、5-10wt％，所述钻石颗粒的粒径优选为1-10μm，所述精抛光采用氧化铝抛光浆料、氧化铈抛光浆料或二氧化硅抛光浆料。

US2016130475A公开了一种用于SiC基板的两个不同工序中的两种研磨液，用于第一研磨工序的研磨液包含高锰酸盐、具有氧化能力的无机盐类和水，用于第二研磨工序的研磨液包含高锰酸盐、pH调节剂和水，该研磨液能够适当抑制伴随着SiC基板的研磨的晶格紊乱，可得到良好的研磨品质。

CN102311706A公开了一种纳米级抛光液及其调配方法，该抛光液由单晶人造金刚石微粉、氧化铝微粉、硅胶、表面活性剂、分散剂、润滑剂、化学pH值调节剂和溶剂配置而成，具体质量百分比为：金刚石微粉0.1-10％、氧化铝微粉0.1-5％、硅胶0.1-10％、表面活性剂0.3-10％、分散剂0.05-4％、润滑剂0.5-1％、化学pH值调节剂0.01-1％、溶剂60-98.2％，该抛光液实现了理想的抛光效果，可满足GaN外延用衬底(碳化硅，蓝宝石)进行减薄研磨工艺的要求，为半导体抛光工艺提供了良好的技术手段。

CN102311717A公开了一种高硬度微米研磨液，该研磨液由单晶人造金刚石微粉、氧化铝微粉、无机盐混合物、有机物PEG200、氨水、丙酸和去离子水配置而成，具体质量百分比为：金刚石微粉0.1-2.0％、氧化铝微粉0.2-5.0％、无机盐混合物0.2-5.0％、PEG2000.5-10％、氨水0.01-1％、丙酸0.01-1％、去离子水78-98.5％。该高硬度微米研磨液的使用效果理想，各项机械性能指标均衡，满足了GaN外延用衬底(碳化硅，蓝宝石)进行减薄研磨工艺的要求。

CN102337084A公开了一种LED衬底加工用研磨液，包括溶剂、添加剂和研磨剂，研磨剂由金刚石微粉及非金刚石纳米级抛光材料组成；金刚石微粉，纯度为99％以上，粒度为：W0.5～W20；非金刚石纳米级抛光材料为氧化铝、氧化硅、氧化铈、氧化铬中的任意一种或任意几种的混合物，粒度为10-100nm，纯度为99％以上。通过在采用微米级金刚石作为磨料的同时，复合加入非金刚石纳米级抛光材料，既能保证研磨速率，又能很好的保证工件表面的加工质量。

CN103013345A公开了一种油性金刚石研磨液及其制备方法，该研磨液含有以下组分：金刚石微粉、表面活性剂、分散剂、pH值调节剂、润湿剂和油，各组分的重量配比为：金刚石微粉：0.001-10％、表面活性剂0.001-20％、分散剂0-20％、pH值调节剂0-10％、润湿剂0-10％，其余为油。主要应用于碳化硅晶片、LED蓝宝石衬底片、陶瓷、光纤、模具及半导体化合物晶片等表面的研磨抛光。使用所述研磨液可大大提高抛光效率，分散性能好，可以长期保持均匀稳定状态，用其抛光后产品光洁度高，抛光效果好并且不含对人体有害成分，易于清洗，有利于环保。

CN111303772A公开了一种超快速低损碳化硅衬底抛光液，其包括添加剂和抛光基液，抛光基液包括纳米金刚石微粉、强氧化剂，稳定剂等；添加剂按包括一定重量比的石墨烯、碳化钨、硅胶和二氧化钛；将添加剂各成分研磨成0.1-0.35μm的颗粒，将石墨烯、碳化钨和二氧化钛混合加热后加入硅胶颗粒继续研磨；之后将其加入到温度为30-39℃的抛光基液中混合。所述添加剂对抛光基液具有平衡抛光时摩擦力作用，使碳化硅衬底在高速抛光的过程中，不会因为抛光速度加快而出现划痕或粗糙度加剧的问题，实现高速抛光的同时，降低表面粗糙度，减少划痕的目的，且整个精加工过程，加工精度高、自动化程度高。

WO2011162265A公开了一种碳化硅基板研磨用组合物，其含有真比重为2.10-2.30的胶态二氧化硅粒子和水，其中游离的碱金属离子的浓度为1-150ppm，还优选含有氧化剂。

WO2014052130A公开了一种可用来形成碳化硅的方法，所述方法是通过使用磨料研磨衬底使得衬底的两个主要表面获得期望平面度、平滑度或两者执行所述方法。具体是使用较粗磨料用于研磨一个主要表面，而较细磨料同时用于研磨另一主要表面。单个研磨步骤可以用于产生具有不同表面粗糙度的相对表面的衬底，这可以有助于消除在现有技术中使用的典型的第二下游精抛光步骤。

如上所述，现有技术中已经存在一些用于碳化硅衬底的研磨液(助剂)和/或研磨处理方法，但这些研磨液仍存在一些缺陷，例如：长时间搅拌剪切下悬浮性下降，从而导致颗粒移除率下降；循环研磨后产生大量纳米级无机颗粒，容易造成磨料团聚，进而导致晶片出现较深的机械损伤层(若防止磨料团聚，则需要减少循环研磨次数，如此则加大了生产成本，产生了更多废液，且需要频繁更换研磨液而使得操作繁琐)；研磨后存在表面污染(有机物油污污染或颗粒污染等)等。

因此，目前现有技术中的研磨液(助剂)存在种种缺陷，难以满足要求日益提高的研磨需求。如何保持衬底晶面的平整度、表面洁净度和高表面光滑性，以及改善研磨液的悬浮性能等，是目前提高碳化硅半导体器件性能的关键助剂技术。本发明的出发点和目的也正是为了解决这些显著的技术缺陷，从而提供了一种全新的、性能优异的碳化硅单晶衬底研磨助剂，并提供了涉及该助剂的多个技术方案，在半导体加工领域具有重大的技术意义和大规模应用推广潜力与价值。

发明内容

本发明的目的在于提供一种碳化硅单晶衬底研磨助剂，该研磨助剂具有诸多优异性能如高悬浮性、高清洁能力、高团聚抑制等，还提供了该碳化硅单晶衬底研磨助剂的制备方法及其用途，以及包含该研磨助剂的研磨液，和使用该研磨液来研磨碳化硅单晶衬底的研磨方法，上述的所有技术方案在半导体技术领域均具有潜在的巨大应用前景和潜力。

需要注意的是，在本发明中，除非另有规定，涉及组成限定和描述的“包括”的具体含义，既包含了开放式的“包括”、“包含”等及其类似含义，也包含了封闭式的“由…组成”等及其类似含义。

具体而言，本发明具体包括如下数个技术方案。

[第一个技术方案]

第一个方面，本发明的一个技术方案在于提供一种碳化硅单晶衬底研磨助剂(以下有时也称为“研磨助剂”)，所述碳化硅单晶衬底研磨助剂包括羧基改性多糖类化合物、膨润土凝胶和抗吸附剂。

在所述碳化硅单晶衬底研磨助剂中，羧基改性多糖类化合物、膨润土凝胶和抗吸附剂的质量比为1:1-5:1-5。

其中，相对于每1质量份的羧基改性多糖类化合物，膨润土凝胶的质量份为1-5，例如可为1、1.5、2、2.5、3、3.5、4、4.5或5，抗吸附剂的质量份也为1-5，例如可为1、1.5、2、2.5、3、3.5、4、4.5或5。也即，羧基改性多糖类化合物、膨润土凝胶和抗吸附剂的质量比为1:1-5:1-5，其中膨润土凝胶和抗吸附剂的“1-5”均可取值该范围内的任何数值，例如这三者的质量比可为1:1:1、1:1:1.5、1:1:2、1:1:2.5、1:1:3、1:1:3.5、1:1:4、1:1:4.5、1:1:5、1:1.5:1、1:1.5:1.5、1:1.5:2、1:1.5:2.5、1:1.5:3、1:1.5:3.5、1:1.5:4、1:1.5:4.5、1:1.5:5、1:2:1、1:2:1.5、1:2:2、1:2:2.5、1:2:3、1:2:3.5、1:2:4、1:2:4.5、1:2:5、1:2.5:1、1:2.5:1.5、1:2.5:2、1:2.5:2.5、1:2.5:3、1:2.5:3.5、1:2.5:4、1:2.5:4.5、1:2.5:5、1:3:1、1:3:1.5、1:3:2、1:3:2.5、1:3:3、1:3:3.5、1:3:4、1:3:4.5、1:3:5、1:3.5:1、1:3.5:1.5、1:3.5:2、1:3.5:2.5、1:3.5:3、1:3.5:3.5、1:3.5:4、1:3.5:4.5、1:3.5:5、1:4:1、1:4:1.5、1:4:2、1:4:2.5、1:4:3、1:4:3.5、1:4:4、1:4:4.5、1:4:5、1:4.5:1、1:4.5:1.5、1:4.5:2、1:4.5:2.5、1:4.5:3、1:4.5:3.5、1:4.5:4、1:4.5:4.5、1:4.5:5、1:5:1、1:5:1.5、1:5:2、1:5:2.5、1:5:3、1:5:3.5、1:5:4、1:5:4.5或1:5:5。

在所述碳化硅单晶衬底研磨助剂中，所述羧基改性多糖类化合物选自羧基改性羟乙基纤维素、羧基改性羟甲基纤维素、羧基改性黄原胶、羧基改性淀粉、羧基改性结冷胶或羧基改性海藻酸钠中的任意一种，但最优选为羧基改性海藻酸钠。

在所述碳化硅单晶衬底研磨助剂中，所述羧基改性多糖类化合物是根据包括如下步骤的制备方法制得的：

A1、室温下，将多糖类化合物和去离子水加入反应釜中，搅拌至成为均匀乳状液；

B1、向所述乳状液中加入高锰酸钾和硫酸，加热并搅拌；然后冷却至室温，加入醇胺化合物水溶液以调节pH＝7±0.5，并搅拌混合均匀；

C1、过滤，用去离子水冲洗过滤所得的固体，并烘干完全，即得所述羧基改性多糖类化合物。

其中，相对应地，所述步骤A1中的多糖类化合物选自羟乙基纤维素、羟甲基纤维素、黄原胶、淀粉、结冷胶或海藻酸钠中的任意一种，但最优选为海藻酸钠，也即所述羧基改性多糖类化合物最优选为通过上述改性方法而得到的羧基改性海藻酸钠。

其中，所述步骤A1中，多糖类化合物与去离子水的质量比并未有严格的限定，只要便于多糖化合物搅拌成为均匀乳状液及方便后续步骤的反应即可，例如通常可为1:8-20，例如1:8、1:10、1:12、1:14、1:16、1:18或1:20。

其中，所述步骤A1中，搅拌速度并无严格的限定，只要能够将其搅拌成为均匀的乳状液即可，例如可为2000-4000rpm，例如2000rpm、2500rpm、3000rpm、3500rpm或4000rpm，本领域技术人员可根据实际需求进行合适的选择与确定。

其中，所述步骤B1中，高锰酸钾与步骤A1中多糖类化合物的质量比为1:10-18，例如可为1:10、1:12、1:14、1:16或1:18；高锰酸钾与硫酸中H₂SO₄的质量比为1:0.8-1.2，例如可为1:0.8、1:1或1:1.2，该用量基准中的H₂SO₄即是硫酸溶液按照其浓度而换算得到的所含H₂SO₄的质量。

其中，所述步骤B1中，硫酸的浓度并未严格的特别限定，其可为任何质量浓度的硫酸溶液，但为了便于购买、运输和反应，而优选使用浓硫酸，即本领域技术人员公知和常规使用的浓硫酸(例如实验室或工厂使用的瓶装或灌装浓硫酸)，其质量浓度通常为70％以上，本领域技术人员可根据实际情况进行选择和确定。

其中，所述步骤B1中，当硫酸为浓硫酸时，为了控制放热而可将浓硫酸缓慢加入，例如可滴加加入，其可与高锰酸钾同时或者先后加入，这并无严格的限定。

其中，所述步骤B1中，加热温度为60-80℃，例如可为60℃、70℃或80℃。

其中，所述步骤B1中，加入高锰酸钾和硫酸后的加热并搅拌中的“搅拌”的搅拌时间为2-6小时，例如可为2小时、3小时、4小时、5小时或6小时。

其中，所述步骤B1中，所述醇胺化合物可为单乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、单正丙醇胺、二正丙醇胺、三异丙醇按等中的任意一种，其水溶液的质量浓度可为5-10％，例如可为5％、6％、7％、8％、9％或10％。

其中，所述步骤B1中，所述醇胺化合物的用量并未特别的限定，只要其能够将体系的pH值调节至pH＝7±0.5即可。

其中，所述步骤B1中，调节pH至中性后的搅拌并无严格的时间限定，只要能够将混合体系混合均匀即可，本领域技术人员可进行合适的时间选择和确定，在此不再进行详细描述。

其中，所述步骤C1中，用足够的去离子水对过滤得到的固体进行充分冲洗，然后在60-100℃，例如60℃、70℃、80℃、90℃或100℃的真空烘箱中烘干完全，即得所述羧基改性多糖类化合物。

在所述碳化硅单晶衬底研磨助剂中，所述膨润土凝胶是根据包括如下步骤的制备方法制得的：

A2：室温下将聚丙烯酸加入到去离子水中，搅拌至均匀，得到聚丙烯酸水溶液；

B2：将所述聚丙烯酸水溶液加热到60-80℃，边搅拌边加入钠基膨润土，加入完毕后高速搅拌进行均质化，得到均质化物，最后将其加入无水乙醇中，搅拌均匀后进行抽滤，将所得凝胶中的无水乙醇挥发完全，即得所述膨润土凝胶。

其中，在所述步骤A2中，聚丙烯酸是一类非常公知的高分子聚合物，可通过商业渠道而购买得到不同规格的聚丙烯酸。在本发明中，对于聚丙烯酸的规格并未严格的限定，通常可使用相对分子量为4000-7000、进一步例如可为5000-6000的聚丙烯酸，在此不再进行详细描述。

其中，在所述步骤A2中，聚丙烯酸与去离子水的质量比为1:10-20，例如可为1:10、1:15或1:20。

其中，在所述步骤A2中，搅拌时间和搅拌速度并无特别的限定，只要能够将体系搅拌均匀即可，通常搅拌时间可为5-15分钟，例如可为5分钟、10分钟或15分钟，搅拌速度可为200-500rpm，例如可为200rpm、300rpm、400rpm或500rpm。本领域技术人员可对搅拌时间和搅拌速度进行合适的选择与确定，在此不再进行详细描述。

其中，在所述步骤B2中，将所述聚丙烯酸水溶液加热到60-80℃，例如可加热到60℃、70℃或80℃。

其中，在所述步骤B2中，所述钠基膨润土是一种非常常规的物质，可通过多种商业渠道而购买得到，在此不再进行赘述。

其中，在所述步骤B2中，所述聚丙烯酸(即聚丙烯酸水溶液中含有的聚丙烯酸，也即步骤A2中的聚丙烯酸)与钠基膨润土的质量比为1:1.5-2.5，例如可为1:1.5、1:2或1:2.5。

其中，在所述步骤B2中，加入钠基膨润土时的搅拌的搅拌速度并无特别的限定，只要能够将钠基膨润土在聚丙烯酸水溶液中搅拌分散均匀即可，通常可为200-500rpm，例如可为200rpm、300rpm、400rpm或500rpm。

其中，在所述步骤B2中，钠基膨润土的加入时间为10±2分钟，例如可为8分钟、10分钟或12分钟。

其中，在所述步骤B2中，所述高速搅拌的搅拌速度为3000-5000rpm，例如可为3000rpm、3500rpm、4000rpm、4500rpm或5000rpm。

其中，在所述步骤B2中，无水乙醇的用量并无严格的限定，只要其能够将均质化物充分分散均匀即可，其质量通常为所述均质化物的4-8倍，例如可为4倍、6倍或8倍。

其中，在所述步骤B2中，将均质化物加入无水乙醇中之后的搅拌的搅拌速度并无特别的限定，只要能够将均质化物在无水乙醇中搅拌分散均匀即可，通常可为200-500rpm，例如可为200rpm、300rpm、400rpm或500rpm。

其中，在所述步骤B2中，无水乙醇的挥发可在真空烘箱中于40-60℃下烘干完全即可，从而得到膨润土凝胶。

在所述碳化硅单晶衬底研磨助剂中，所述抗吸附剂为多电荷两性表面活性剂，其选自正十二烷基羟丙基磺基甜菜碱(通常也称为十二烷基羟丙基磺基甜菜碱)、正十二烷基乙氧基磺基甜菜碱(通常也称为十二烷基乙氧基磺基甜菜碱)、二甲基羟丙基磷酸酯甜菜碱、椰油酰胺正丙基甜菜碱、十二烷基甜菜碱、椰油酰基甘氨酸钠和月桂酰两性醋酸钠中的任意一种或任意几种的组合，优选为正十二烷基羟丙基磺基甜菜碱或正十二烷基乙氧基磺基甜菜碱，最优选为十二烷基羟丙基磺基甜菜碱。

在所述碳化硅单晶衬底研磨助剂中，除上述羧基改性多糖类化合物、膨润土凝胶和抗吸附剂外，还可包含分散剂、保湿剂、pH调节剂、消泡剂、防锈剂和去离子水。

在所述碳化硅单晶衬底研磨助剂中，以质量份计，所述碳化硅单晶衬底研磨助剂的具体组成如下：

作为一种示例性描述，进一步地，所述碳化硅单晶衬底研磨助剂中，以质量份计，各个组份的含量如下：

其中，羧基改性多糖类化合物、膨润土凝胶和抗吸附剂的总质量份为1.5-11份，且羧基改性多糖类化合物、膨润土凝胶和抗吸附剂的质量比为1:1-5:1-5，更为具体的描述和/或进一步限定完全同上面所述，在此为了简洁起见而不再进行重复描述。

在所述碳化硅单晶衬底研磨助剂中，分散剂的质量份为1-10份，例如可为1份、2份、3份、4份、5份、6份、7份、8份、9份或10份。

其中，所述分散剂选自马来酸-丙烯酸共聚物、聚丙烯酸钠、聚氧乙烯醇、聚羧酸钠盐分散剂中的任意一种或任意几种的组合。

其中，所述马来酸-丙烯酸共聚物的分子量可为50000-70000，所述聚羧酸钠盐的分子量为5000-10000，优选为5000-8000。

其中，所述马来酸-丙烯酸共聚物、聚丙烯酸钠、聚氧乙烯醇、聚羧酸钠盐分散剂都是非常公知的常用物质，可通过商业渠道而进行购买，在此不再进行详细描述。

在所述碳化硅单晶衬底研磨助剂中，保湿剂的质量份为10-30份，例如可为10份、15份、20份、25份或30份。

其中，所述保湿剂选自甘油、异己二醇、聚乙二醇、聚丙二醇、新戊二醇、二乙二醇、乙二醇中的任意一种或任意几种的组合，其中聚乙二醇和聚丙二醇例如可为聚乙二醇400或聚丙二醇400。

在所述碳化硅单晶衬底研磨助剂中，pH调节剂的质量份为5-20份，例如可为5份、10份、15份或20份。

其中，所述pH调节剂选自三乙醇胺、单乙醇胺、二乙醇胺、二甘醇胺、乙二胺、异丙醇胺、四甲基氢氧化铵的任意一种或任意几种的组合。

在所述碳化硅单晶衬底研磨助剂中，消泡剂的质量份为0.1-1份，例如可为0.1份、0.2份、0.3份、0.4份、0.5份、0.6份、0.7份、0.8份、0.9份或1份。

其中，所述消泡剂为聚甲基硅氧烷、聚二甲基硅氧烷、聚醚类化合物和乳液型消泡剂中的任意一种或任意几种的组合。

其中，所述聚醚类化合物例如可为聚氧乙烯聚氧丙烯季戊四醇醚、聚氧丙烯甘油醚、聚氧乙烯聚氧丙醇胺醚、炔二醇聚醚、烷基酚聚氧乙烯聚氧丙烯醚，壬基酚聚氧乙烯醚、油酸聚氧乙烯醚、烯丙醇聚氧烷基醚、烷基酚聚氧乙烯聚氧丙烯醚或GP型甘油聚醚等中的任意一种或任意多种的混合物。

其中，这些物质都是高分子领域中的常用和公知物质，可通过商业渠道而购买得到，在此不再进行详细描述。

在所述碳化硅单晶衬底研磨助剂中，防锈剂的质量份为0.1-0.5份，例如可为0.1份、0.2份、0.3份、0.4份或0.5份。

其中，所述防锈剂选自月桂二酸、聚氧乙烯脱水山梨醇单月桂酸酯、月桂酰肌氨酸、聚天冬氨酸、氯化正十六烷基吡啶、正十二烷基胺、N-正十二烷基甘氨酸、癸二酸和正辛酸中的一种或几种。

在所述碳化硅单晶衬底研磨助剂中，去离子水的质量份为10-50份，例如可为10份、15份、20份、25份、30份、35份、40份、45份或50份。

如上所述，本发明提供了一种碳化硅单晶衬底研磨助剂，该研磨助剂通过各个组份的选择和复配，尤其是通过包括羧基改性多糖类化合物、膨润土凝胶和抗吸附剂，从而具有了诸多有益且优异的技术效果(具体可见随后的“性能测试”部分)。

[第二个技术方案]

第二个方面，本发明的一个技术方案在于提供上述碳化硅单晶衬底研磨助剂的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

S1：称取各自质量份用量的羧基改性多糖类化合物、膨润土凝胶、抗吸附剂、分散剂、保湿剂、pH调节剂、消泡剂、防锈剂和去离子水，然后向搅拌釜中依次加入去离子水、分散剂、保湿剂、pH调节剂、消泡剂、防锈剂和抗吸附剂，直至混合均匀，得到混合液；

S2：向所述混合液中加入膨润土凝胶，继续搅拌直至形成均匀的透明液体；

S3：在高速搅拌下向所述透明液体中加入羧基改性多糖类化合物，直至搅拌混合均匀，得到粘稠液，然后关闭搅拌，开启抽真空，将所述粘稠液中的气泡排净，从而形成均匀的透明凝胶体，即为所述碳化硅单晶衬底研磨助剂。

在所述制备方法中，步骤S1和步骤S2中的搅拌的搅拌速度和搅拌时间并无严格的限定，只要能够分别实现“直至混合均匀”和“直至形成均匀的透明液体”即可。示例性地，搅拌速度通常均可为100-200rpm，搅拌时间通常均可为10-50分钟(该时间足以满足需求)，例如可为10分钟、20分钟、30分钟、40分钟或50分钟，本领域技术人员可合适地进行选择和确定，或者根据实际情况而增大搅拌速度或者延长或缩短搅拌时间，在此不再进行详细描述。

在所述制备方法中，在步骤S3中，所述高速搅拌的搅拌速度为1000-3000rpm，例如可为1000rpm、1500rpm、2000rpm、2500rpm或3000rpm。

在所述制备方法中，在步骤S3中，所述高速搅拌的搅拌时间并无并无严格的限定，只要能够将透明液体和加入的羧基改性多糖类化合物混合均匀即可。示例性地，该搅拌时间通常可为10-30分钟，例如可为10分钟、20分钟或30分钟，本领域技术人员可合适地进行选择和确定，或者根据实际情况而适当延长或缩短搅拌时间，在此不再进行详细描述。

[第三个技术方案]

第三个方面，本发明的一个技术方案在于提供上述碳化硅单晶衬底研磨助剂用于研磨碳化硅单晶衬底的用途。

发明人发现，本发明的所述碳化硅单晶衬底研磨助剂在碳化硅单晶衬底的研磨处理工序中可以取得非常优异的技术效果(具体可见随后的“性能测试”部分)，因此可将其应用到碳化硅单晶衬底的研磨处理工序中。

[第四个技术方案]

第四个方面，本发明的一个技术方案在于一种碳化硅单晶衬底研磨悬浮液，所述研磨悬浮液包含上述研磨助剂和金刚石粉。

其中，所述金刚石粉例如可为单晶金刚石粉，优选其D50为10-20μm，进一步优选为10-15μm。

[第五个技术方案]

第五个方面，本发明的一个技术方案在于一种碳化硅单晶衬底的研磨方法，所述方法使用上述的所述碳化硅单晶衬底研磨助剂，或所述方法使用上述的所述碳化硅单晶衬底研磨悬浮液。

更具体的，本发明的该技术方案在于一种碳化硅单晶衬底的研磨方法，所述研磨方法包括如下步骤：

A3：在搅拌下，向去离子水中加入所述碳化硅单晶衬底研磨助剂，混合均匀后，再加入金刚石粉，继续搅拌直至得到均匀悬浮的研磨悬浮液(即上述[第四个技术方案]中的研磨悬浮液)；

B3：使用所述研磨悬浮液对碳化硅单晶衬底进行研磨，完成所述研磨处理。

在所述研磨方法中，步骤A3中，去离子水、所述碳化硅单晶衬底研磨助剂和金刚石粉的质量比为100:10-20:15-25，例如可为100:10:15、100:10:20、100:10:25、100:15:15、100:15:20、100:15:25、100:20:15、100:20:20或100:20:25。

在所述研磨方法中，步骤A3中，如上所述，所述金刚石粉例如可为单晶金刚石粉，优选其D50为10-20μm，进一步优选为10-15μm。

在所述研磨方法中，步骤A3中，所述搅拌的搅拌速度和搅拌时间并无特别的限定，只要能够将各个组份混合均匀即可，例如搅拌速度通常可为50-150rpm，如50rpm、100rpm或150rpm；例如加入所述碳化硅单晶衬底研磨助剂后的搅拌时间可为10-30min，加入金刚石粉后的继续搅拌时间可为5-15min。本领域技术人员可根据实际情况对搅拌速度和搅拌时间进行合适的增大、延长或缩短，在此不再进行详细描述。

在所述研磨方法中，步骤B3中，对碳化硅单晶衬底的研磨工艺参数可使用公知的常规工艺参数，例如转速可为30-40r/min，压力可为4-6kpa，盘面温度可为20-35℃(可优选为20-30℃),研磨时间可为20-30min，本领域技术人员可根据实际情况进行合适确定和选择，在此不再进行详细描述。

为了保证研磨效果，所述研磨悬浮液在连续研磨4-8小时后，可根据实际使用情况决定是否需要进行重新更换。

如上所述，本发明提供了一种碳化硅单晶衬底研磨助剂、其制备方法、用途，以及包含该研磨助剂的研磨悬浮液和使用该研磨悬浮液的碳化硅单晶衬底研磨方法等，这些技术方案具有如下优点：

1、通过采用特定的羧基改性多糖类化合物，从而改善了该类物质的水溶性和溶解速率，增加了其水化作用，可以使得整个研磨助剂和研磨悬浮液的均匀性更为优异，可有效防止和抑制金刚石粉的团聚，从而在碳化硅单晶衬底的研磨处理中可显著降低对衬底的损伤尤其是划痕划伤。

2、通过对钠基膨润土进行聚丙烯酸处理，因钠基膨润土在高速均质化、强剪切作用下可形成均匀二维的片状结构，可充分释放其表面正电荷，并与呈阴离子性的聚丙烯酸之间的静电吸附作用而形成有机-无机复合物，进而增加了膨润土的亲水性，以及通过聚丙烯酸的空间位阻作用形成稳定的空间网状结构。其能够与羧基改性多糖类化合物一起，提升了两者抑制悬浮和金刚石粉团聚的协同作用，进一步改善金刚石粉在体系中的长时间悬浮性和进一步防止金刚石粉团聚和避免了衬底划痕与损伤，可有效改善研磨悬浮液的研磨使用寿命、延长研磨周期，从而降低碳化硅的研磨成本。

3、通过采用特定选择的抗吸附剂，其可在碳化硅衬底表面上而形成一层均匀的吸附保护膜，从而可有效隔离研磨后油污或亚微米级无机颗粒的重新吸附和/或粘附，有助于改善研磨后碳化硅表面的清洁性，显著提升碳化硅研磨后表面洁净度。

4、由于改善了研磨悬浮液的研磨使用寿命和延长了研磨周期，从而降低了研磨成本。同时，由于避免了更深更宽的划痕产生，从而可提高良品率(不会产生破片)，且由于表面清洁度高，无需进行再次清洗，产生的废液更少，具有更小的环保压力和更好的绿色环保性能，有着更好的环境效益。

因此，本发明的所述碳化硅单晶衬底研磨助剂和研磨悬浮液在半导体加工领域具有非常优异的技术效果、经济效益和环保效益，符合该领域中的绿色、环保、先进等诸多需求，具有良好的大规模推广前景和应用价值。

附图说明

附图1是按照下面“I、悬浮稳定性能测试”的方法所测试的三个研磨悬浮液的悬浮沉降稳定情况，其中自左至右三个试管中所装的研磨悬浮液依次为DY1、Y9和Y1。

附图2是使用研磨悬浮液Y1按照下面“II、研磨处理”的方法，对碳化硅单晶衬底进行研磨处理并清洗、干燥后的放大照片，放大倍数为50倍。

附图3是使用研磨悬浮液Y12按照下面“II、研磨处理”的方法，对碳化硅单晶衬底进行研磨处理并清洗、干燥后的放大照片，放大倍数为50倍。

附图4是使用研磨悬浮液Y13按照下面“II、研磨处理”的方法，对碳化硅单晶衬底进行研磨处理并清洗、干燥后的放大照片，放大倍数为50倍。

附图5是使用研磨悬浮液Y14按照下面“II、研磨处理”的方法，对碳化硅单晶衬底进行研磨处理并清洗、干燥后的放大照片，放大倍数为50倍。

附图6是使用研磨悬浮液Y1按照下面“II、研磨处理”的方法，对碳化硅单晶衬底进行研磨处理并精细清洗、干燥后的放大照片，放大倍数为200倍。

附图7是使用研磨悬浮液Y4按照下面“II、研磨处理”的方法，对碳化硅单晶衬底进行研磨处理并精细清洗、干燥后的放大照片，放大倍数为200倍。

附图8是使用研磨悬浮液Y9按照下面“II、研磨处理”的方法，对碳化硅单晶衬底进行研磨处理并精细清洗、干燥后的放大照片，放大倍数为200倍。

具体实施方式

下面通过具体的实施例对本发明进行详细说明，但这些例举性实施方式的用途和目的仅用来例举本发明，并非对本发明的实际保护范围构成任何形式的任何限定，更非将本发明的保护范围局限于此。

制备例1：羧基改性海藻酸钠的制备

A1、室温下，将质量比为1:14的海藻酸钠和去离子水加入反应釜中，以3000rpm的搅拌速度搅拌直至成为均匀乳状液；

B1、向所述乳状液中加入高锰酸钾，并缓慢加入质量百分比浓度为80％的浓硫酸，加热至70℃并搅拌4小时；然后冷却至室温，加入适量的质量百分比浓度为8％的单乙醇胺水溶液以调节体系pH值至7，并搅拌混合均匀；

其中，高锰酸钾与步骤A1中海藻酸钠的质量比为1:14、高锰酸钾与该硫酸中的H₂SO₄的质量比为1:1；

C1、过滤，用去离子水充分冲洗过滤所得的固体，并在80℃的真空烘箱中烘干完全，即得羧基改性海藻酸钠，将其命名为H1。对比制备例1-1至1-5：羧基改性多糖类化合物的制备

除分别将上述制备例1的步骤A1中海藻酸钠替换为相同用量的羟乙基纤维素、羟甲基纤维素、黄原胶、淀粉和结冷胶外，其它操作均不变，将得到的羧基改性羟乙基纤维素、羧基改性羟甲基纤维素、羧基改性黄原胶、羧基改性淀粉和羧基改性结冷胶顺次命名为DH1、DH2、DH3、DH4和DH5。

制备例2：膨润土凝胶的制备

A2：室温下将相对于分子量介于5000-6000之间的聚丙烯酸加入到为其质量15倍的去离子水中，以400rpm的速度搅拌10分钟至均匀，得到聚丙烯酸水溶液；

B2：将所述聚丙烯酸水溶液加热到70℃，然后以400rpm的搅拌速度边搅拌边加入为聚丙烯酸2倍质量的钠基膨润土，加入时间为10分钟，然后以4000rpm的搅拌速度高速搅拌进行均质化，得到均质化物，然后将该均质化物加入到为其质量6倍的无水乙醇中，以300rpm的搅拌速度搅拌均匀后进行抽滤，将所得凝胶在真空烘箱中于50℃下烘干彻底，使其中的无水乙醇挥发完全，即得膨润土凝胶，将其命名为P1。

对比制备例2：膨润土凝胶的制备

将15质量份的去离子水加热到70℃，然后以400rpm的搅拌速度边搅拌边加入2质量份的钠基膨润土，加入时间为10分钟，然后以4000rpm的搅拌速度高速搅拌进行均质化，得到均质化物，然后将该均质化物加入到为其质量6倍的无水乙醇中，以300rpm的搅拌速度搅拌均匀后进行抽滤，将所得凝胶在真空烘箱中于50℃下烘干彻底，使其中的无水乙醇挥发完全，得到膨润土凝胶，将其命名为DP1。

也即与制备例2相比，该钠基膨润土未进行制备例2步骤A2的聚丙烯酸处理。

实施例1：碳化硅单晶衬底研磨助剂的制备

S1：分别称取如下质量份的各个组份：0.9份羧基改性海藻酸钠H1、2.7份膨润土凝胶P1和2.7份抗吸附剂正十二烷基羟丙基磺基甜菜碱(即共6.3份)；5.5份分散剂马来酸-丙烯酸共聚物(分子量介于50000-70000之间)、20份保湿剂甘油、12.5份pH调节剂三乙醇胺、0.55份消泡剂聚甲基硅氧烷、0.3份防锈剂月桂二酸和30份去离子水；然后向搅拌釜中依次加入上述称取的去离子水、分散剂、保湿剂、pH调节剂、消泡剂、防锈剂和抗吸附剂，以200rpm的搅拌速度搅拌30分钟使其混合均匀，得到混合液；

S2：向所述混合液中加入上述称取的膨润土凝胶P1，以200rpm的搅拌速度继续搅拌30分钟形成均匀的透明液体；

S3：在2000rpm的高速搅拌下向所述透明液体中加入上述称取的羧基改性海藻酸钠H1，搅拌20分钟使得混合均匀，得到粘稠液，然后关闭搅拌，开启抽真空，将所述粘稠液中的气泡排净，从而形成均匀的透明凝胶体，即得碳化硅单晶衬底研磨助剂，将其命名为Z1。

实施例2：碳化硅单晶衬底研磨助剂的制备

S1：分别称取如下质量份的各个组份：0.5份羧基改性海藻酸钠H1、0.5份膨润土凝胶P1和0.5份抗吸附剂正十二烷基羟丙基磺基甜菜碱(即共1.5份)；10份分散剂聚羧酸钠盐(分子量介于5000-8000之间)、10份保湿剂新戊二醇、20份pH调节剂二甘醇胺、0.1份消泡剂聚二甲基硅氧烷、0.5份防锈剂月桂酰肌氨酸和10份去离子水；然后向搅拌釜中依次加入上述称取的去离子水、分散剂、保湿剂、pH调节剂、消泡剂、防锈剂和抗吸附剂，以200rpm的搅拌速度搅拌30分钟使其混合均匀，得到混合液；

S2：向所述混合液中加入上述称取的膨润土凝胶P1，以200rpm的搅拌速度继续搅拌30分钟形成均匀的透明液体；

S3：在2000rpm的高速搅拌下向所述透明液体中加入上述称取的羧基改性海藻酸钠H1，搅拌20分钟使得混合均匀，得到粘稠液，然后关闭搅拌，开启抽真空，将所述粘稠液中的气泡排净，从而形成均匀的透明凝胶体，即得碳化硅单晶衬底研磨助剂，将其命名为Z2。

实施例3：碳化硅单晶衬底研磨助剂的制备

S1：分别称取如下质量份的各个组份：1份羧基改性海藻酸钠H1、5份膨润土凝胶P1和5份抗吸附剂正十二烷基羟丙基磺基甜菜碱(即共11份)；1份分散剂聚氧乙烯醇、30份保湿剂二乙二醇、5份pH调节剂四甲基氢氧化铵、1份消泡剂聚氧丙烯甘油醚、0.1份防锈剂N-正十二烷基甘氨酸和30份去离子水；然后向搅拌釜中依次加入上述称取的去离子水、分散剂、保湿剂、pH调节剂、消泡剂、防锈剂和抗吸附剂，以200rpm的搅拌速度搅拌30分钟使其混合均匀，得到混合液；

S2：向所述混合液中加入上述称取的膨润土凝胶P1，以200rpm的搅拌速度继续搅拌30分钟形成均匀的透明液体；

S3：在2000rpm的高速搅拌下向所述透明液体中加入上述称取的羧基改性海藻酸钠H1，搅拌20分钟使得混合均匀，得到粘稠液，然后关闭搅拌，开启抽真空，将所述粘稠液中的气泡排净，从而形成均匀的透明凝胶体，即得碳化硅单晶衬底研磨助剂，将其命名为Z3。

实施例4-8：碳化硅单晶衬底研磨助剂的制备

除分别将下面实施例中的羧基改性海藻酸钠H1替换为上述对比制备例1-1至1-5的DH1-DH5外，其它操作均不变，所对应实施例、所使用羧基改性多糖类化合物和所得碳化硅单晶衬底研磨助剂命名见下表1所示。

表1

实施例9-11：碳化硅单晶衬底研磨助剂的制备

除分别将实施例1-3中的膨润土凝胶P1替换为上述对比制备例2的膨润土凝胶DP1外，其它操作均不变，将得到的碳化硅单晶衬底研磨助剂顺次命名为Z9、Z10和Z11。

实施例12-17：碳化硅单晶衬底研磨助剂的制备

除分别将下面实施例中的抗吸附剂正十二烷基羟丙基磺基甜菜碱替换为下面的其它抗吸附剂外，其它操作均不变，所对应实施例、所使用抗吸附剂和所得碳化硅单晶衬底研磨助剂命名见下表2所示。

表2

对比例1-3：碳化硅单晶衬底研磨助剂的制备

除分别将实施例1-3中的羧基改性海藻酸钠H1和膨润土凝胶P1均分别替换为相同质量的海藻酸钠(即海藻酸钠未进行本发明的如此改性处理)和上述未进行聚丙烯酸处理的膨润土凝胶DP1外，其它操作均不变，将得到的碳化硅单晶衬底研磨助剂顺次命名为D1、D2和D3。

性能测试

下面，对上述各个研磨助剂或所得研磨悬浮液的各种性能进行测试，具体如下。

I、悬浮稳定性能测试

研磨悬浮液的制备和悬浮稳定性测试：在100rpm的搅拌下，分别向200g去离子水中分别加入30g上述的不同研磨助剂，搅拌20分钟使其混合均匀，然后加入40g单晶金刚石粉(其D50为10μm)，继续搅拌10分钟，得到均匀悬浮的研磨悬浮液(将分别使用研磨助剂Z1-Z17的研磨悬浮液顺次命名为Y1-Y17，即使用Z1得到Y1、使用Z2得到Y2…以此类推，使用Z17得到Y17；以及将分别使用研磨助剂D1-D3的研磨悬浮液顺次命名为DY1、DY2和DY3)。最后在500rpm转速下继续搅拌8小时，静置5小时，观察各个研磨悬浮液的悬浮稳定性。

如附图1所示，其中自左至右三个试管中所装的研磨悬浮液依次为DY1、Y9和Y1，由此可见：研磨悬浮液DY1的金刚石粉沉降非常明显，几乎全部沉淀至试管底部；而Y9悬浮情况要远优于DY1，金刚石粉稍有沉淀，整体颜色稍有变浅(要显著深于DY1，但浅于Y1)；与DY1和Y9相比，Y1悬浮情况最为优异，金刚石粉未有任何沉淀，整体仍保持了初始状态的完全悬浮的稳定状态。

由于DY2-DY3与DY1完全相同(金刚石粉几乎完全沉降)，Y4-Y8和Y10-Y11的悬浮情况高度相同于Y9(悬浮情况优异，金刚石粉稍有沉淀，整体颜色稍有变浅)，Y2-Y3和Y12-Y17高度相同于Y1(金刚石粉未有任何沉淀，整体仍保持了初始状态的完全悬浮的稳定状态)，故这些研磨悬浮液的测试照片不再一一列出。

由此可见：1、本发明通过使用特定改性的羧基改性海藻酸钠与聚丙烯酸处理的钠基膨润土之组合，从而可以取得最为优异的金刚石粉悬浮稳定性(即Y1-Y3)，但抗吸附剂种类的改变对悬浮稳定性影响不大(即Y12-Y17)。2、而当改变羧基改性多糖类化合物的种类或钠基膨润土未进行本发明的上述处理时，则导致悬浮稳定性稍微有降低，从而金刚石粉稍有沉淀(即Y4-8和Y9-Y11)。3、最为明显的是，当多糖类化合物未进行改性和钠基膨润土未进行聚丙烯酸处理时，导致悬浮稳定性最差，金刚石粉几乎全部沉淀(见DY1-DY3)，从而难以正常的生产储存和无法进行碳化硅单晶衬底的研磨处理，根本无法用于半导体的研磨工序中。

II、研磨处理

采用创技双面研磨机22B对4寸碳化硅单晶衬底进行研磨处理，转速为35rpm，压力为5kpa，盘面温度为20-30℃，研磨时间为25min，所用研磨悬浮液即为按照上述制备方法制得的Y1-Y17，可根据上述制备方法进行多次重复制备以得到足量的研磨悬浮液，而DY1-DY3因悬浮稳定性能低劣，故无法用于研磨工序测试。

下面，对研磨处理后的碳化硅单晶衬底进行多种指标测试。

II-1、研磨后表面脏污测试

将研磨后的碳化硅单晶衬底用去离子水充分冲洗多次，充分干燥后，放大观察表面是否存在磨屑、颗粒物残留或有机油污等，结果如下。

1、如附图2所示，使用研磨悬浮液Y1进行研磨、清洗和干燥后，碳化硅单晶衬底的表面上无任何磨屑、颗粒物和有机油污，洁净度优异，无需进行任何处理而可用于后续工序中。

而使用Y2-Y11进行同样处理的碳化硅单晶衬底的表面清洁效果完全相同于附图2，故不再一一列出。

2、如附图3所示，使用研磨悬浮液Y12进行研磨、清洗和干燥后，碳化硅单晶衬底的表面上无任何磨屑和颗粒物，但存在少许有机油污(见两个白色椭圆内所示)。

由此可见，仅仅将抗吸附剂由正十二烷基羟丙基磺基甜菜碱替换为高度类似的正十二烷基乙氧基磺基甜菜碱，便导致了衬底表面清洁度有所降低，这应该是与抗吸附剂中的亲水亲油平衡值(HLB)有关，只有正十二烷基和较强亲水的羟丙基以及磺基的综合亲水亲油能力才能取得最佳的技术效果(可以在衬底表面形成最为均匀和牢固的保护膜，从而隔离了有机油污、磨屑和无机颗粒等的吸附与玷污)。

3、如附图4所示，使用研磨悬浮液Y13进行研磨、清洗和干燥后，碳化硅单晶衬底的表面上有少许磨屑和/或颗粒物(见三个白色圆内所示)，也存在少许有机油污(见三个白色椭圆内所示)。

由此可见，当将正十二烷基羟丙基磺基甜菜碱替换为二甲基羟丙基磷酸酯甜菜碱时，对衬底的清洁保护能力进一步降低，导致表面同时存在磨屑和/或颗粒物，以及有机油污，需要继续进行精细清洗处理才能进行下一工序。

4、如附图5所示，使用研磨悬浮液Y17进行研磨、清洗和干燥后，碳化硅单晶衬底的表面上有大量磨屑和/或颗粒物(见六个白色圆内所示)和大量有机油污(见四个白色椭圆内所示，尤其是最大椭圆内的油污面积大且厚度更大)。

而使用Y14-Y16进行同样处理的碳化硅单晶衬底的表面清洁效果大体类似于附图5，也是具有比附图4更多的磨屑和/或颗粒物以及有机油污，故不再一一重复列出。

由此可见，当使用其它类型的抗吸附剂时，对衬底的清洁保护能力有最大的降低，导致表面同时存在大量磨屑和/或颗粒物以及大量有机油污，需要进行精细清洗后才能用于下一步工序，这降低了生产效率、增大了加工成本且使得流程更为复杂繁琐，此外，也产生了更多的废液量，带来了更大的环保压力。

II-2、研磨后划痕测试

将研磨后的碳化硅单晶衬底用去离子水充分冲洗多次后，为了防止可能存在的磨屑和/或颗粒和/或有机油污遮挡可能存在的划痕，继续进行精细清洗，即使用无水乙醇在常温25℃下超声浸泡清洗10-30min后，然后使用氮气吹干，该精细清洗可进行一次或多次，直至表面不存在任何污染物。干燥完全后放大观察表面测试衬底表面的划痕深度与宽度情况，结果如下。

1、使用研磨悬浮液Y1对5片碳化硅单晶衬底进行上述处理后，放大观察，其中4片上无任何划痕，仅有附图6所示的1片的表面上有非常浅显的划痕(见白色箭头所示)，其深度非常浅、宽度非常窄，对后续工序处理无任何影响。

下表3列出了使用Y2-Y3和Y12-Y17对碳化硅单晶衬底进行同样处理(每个研磨悬浮液处理5片碳化硅单晶衬底)后出现划痕的片数，当存在划痕时，各个划痕的深度和宽度高度类似于附图6，故不再重复一一列出。

表3

2、使用研磨悬浮液Y4对5片碳化硅单晶衬底进行上述处理后，放大观察，如附图7所示，5片上均出现了深度和宽度高度类似的划痕(见两个白色箭头所指)，相对于附图6，其深度和宽度均显著增大，单位面积内的划痕数量也有所增多。

而使用Y5-Y8进行同样处理的碳化硅单晶衬底的表面划痕情况高度类似于附图7(每个研磨悬浮液所处理的5片上均有类似划痕)，故不再一一重复列出。

3、使用研磨悬浮液Y9对5片碳化硅单晶衬底进行上述处理后，放大观察，如附图8所示，5片上均出现了高度类似的划痕(见三个白色箭头所指)，相对于附图6，其深度和宽度均显著增大，单位面积内的划痕数量显著增多。尤其需要注意的是，出现了宽度最宽的划痕(见最左侧的划痕)，这证明产生了粒径最大的金刚石粉团聚颗粒。

而使用Y10-Y11进行同样处理的碳化硅单晶衬底的表面划痕情况高度类似于附图8(每个研磨悬浮液所处理的5片上均有类似划痕)，故不再一一重复列出。

综合上述1-3可见，当本发明的研磨助剂包含特定改性的海藻酸钠和特定处理的钠基膨润土凝胶时，能够取得最好的研磨效果(几乎无任何划痕，且良品率高，5片中至多有1片存在轻微但不影响后续工序的划痕)，而当改变改性多糖类化合物的种类或膨润土凝胶时，均可导致划痕情况有一定程度的变劣(数量变多，划痕变宽变深)，这证明改性海藻酸钠和膨润土凝胶能够相互促进，改善金刚石粉的悬浮性能且能够有效抑制其团聚，从而显著改善和提升衬底的研磨效果，提高良品率。

如上所述，本发明提供了一种组成独特的碳化硅单晶衬底研磨助剂，该研磨最佳具有诸多优异性能如高悬浮性、高清洁能力、高团聚抑制等，还提供了该碳化硅单晶衬底研磨助剂的制备方法及其用途，以及包含该研磨助剂的研磨液，和使用该研磨液来研磨碳化硅单晶衬底的研磨方法，上述的所有技术方案在半导体技术领域均具有潜在的巨大应用前景和潜力。

应当理解，这些实施例的用途仅用于说明本发明而非意欲限制本发明的保护范围。此外，也应理解，在阅读了本发明的技术内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动、修改和/或变型，所有的这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种碳化硅单晶衬底研磨助剂，其特征在于：所述碳化硅单晶衬底研磨助剂包括羧基改性多糖类化合物、膨润土凝胶和抗吸附剂；

所述羧基改性多糖类化合物是根据包括如下步骤的制备方法制得的：

A1、室温下，将多糖类化合物和去离子水加入反应釜中，搅拌至成为均匀乳状液；

B1、向所述乳状液中加入高锰酸钾和硫酸，加热并搅拌；然后冷却至室温，加入醇胺化合物水溶液以调节pH＝7±0.5，并搅拌混合均匀；

C1、过滤，用去离子水冲洗过滤所得的固体，并烘干完全，即得所述羧基改性多糖类化合物；

所述步骤A1中的多糖类化合物为海藻酸钠；

所述膨润土凝胶是根据包括如下步骤的制备方法制得的：

A2：室温下将聚丙烯酸加入到去离子水中，搅拌至均匀，得到聚丙烯酸水溶液；

B2：将所述聚丙烯酸水溶液加热到60-80℃，边搅拌边加入钠基膨润土，加入完毕后高速搅拌进行均质化，得到均质化物，最后将其加入无水乙醇中，搅拌均匀后进行抽滤，将所得凝胶中的无水乙醇挥发完全，即得所述膨润土凝胶；

所述抗吸附剂为多电荷两性表面活性剂，其选自正十二烷基羟丙基磺基甜菜碱或正十二烷基乙氧基磺基甜菜碱。

2.如权利要求1所述的碳化硅单晶衬底研磨助剂，其特征在于：所述羧基改性多糖类化合物、膨润土凝胶和抗吸附剂的质量比为1:1-5:1-5。

3.如权利要求1或2所述的碳化硅单晶衬底研磨助剂，其特征在于：所述碳化硅单晶衬底研磨助剂除包括所述羧基改性多糖类化合物、膨润土凝胶和抗吸附剂外，还包含分散剂、保湿剂、pH调节剂、消泡剂、防锈剂和去离子水。

4.如权利要求3所述的碳化硅单晶衬底研磨助剂，其特征在于：以质量份计，所述碳化硅单晶衬底研磨助剂的具体组成如下：

。

5.如权利要求4所述的碳化硅单晶衬底研磨助剂，其特征在于：以质量份计，所述碳化硅单晶衬底研磨助剂的具体组成如下：

6.如权利要求4或5所述的碳化硅单晶衬底研磨助剂，其特征在于：所述保湿剂选自甘油、异己二醇、聚乙二醇、聚丙二醇、新戊二醇、二乙二醇、乙二醇中的任意一种或任意几种的组合。

7.如权利要求6所述的碳化硅单晶衬底研磨助剂，其特征在于：所述聚乙二醇和聚丙二醇为聚乙二醇400或聚丙二醇400。

8.权利要求3-7任一项所述的碳化硅单晶衬底研磨助剂的制备方法，其特征在于：所述制备方法包括如下步骤：

S1：称取各自质量份用量的羧基改性多糖类化合物、膨润土凝胶、抗吸附剂、分散剂、保湿剂、pH调节剂、消泡剂、防锈剂和去离子水，然后向搅拌釜中依次加入去离子水、分散剂、保湿剂、pH调节剂、消泡剂、防锈剂和抗吸附剂，直至混合均匀，得到混合液；

S2：向所述混合液中加入膨润土凝胶，继续搅拌直至形成均匀的透明液体；

S3：在高速搅拌下向所述透明液体中加入羧基改性多糖类化合物，直至搅拌混合均匀，得到粘稠液，然后关闭搅拌，开启抽真空，将所述粘稠液中的气泡排净，从而形成均匀的透明凝胶体，即为所述碳化硅单晶衬底研磨助剂。

9.权利要求1-7任一项所述的碳化硅单晶衬底研磨助剂用于研磨碳化硅单晶衬底的用途。

10.一种碳化硅单晶衬底研磨悬浮液，所述研磨悬浮液包含权利要求1-7任一项所述的碳化硅单晶衬底研磨助剂和金刚石粉。

11.一种碳化硅单晶衬底的研磨方法，所述研磨方法使用权利要求10的所述碳化硅单晶衬底研磨悬浮液。

12.如权利要求11所述的研磨方法，其特征在于：所述研磨方法包括如下步骤：

A3：在搅拌下，向去离子水中加入所述碳化硅单晶衬底研磨助剂，混合均匀后，再加入金刚石粉，继续搅拌直至得到均匀悬浮的研磨悬浮液；

B3：使用所述研磨悬浮液对碳化硅单晶衬底进行研磨，完成研磨处理。

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