CN115386298A - 基于光催化机理的碳化硅化学机械抛光液 - Google Patents

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肖辉亚
黄灿容
马楠楠
李光
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Abstract

本发明涉及基于光催化机理的碳化硅化学机械抛光液技术领域，尤其涉及在光催化作用下产生活性物质，光催化化学反应领域，包括如下步骤：步骤S1：取质量百分比m0酯类化合物改性质量百分比m1的光催化剂和质量百分比m2的研磨颗粒；步骤S2：用超声波恒温T1处理时间t1，改性后渗透率强，有助于降低被抛光晶圆的粗糙度；步骤S3：将上述处理后的光催化剂和研磨颗粒分散在纯水中，并用双氧水调节PH值。

Description

基于光催化机理的碳化硅化学机械抛光液
【技术领域】
本发明涉及基于光催化机理的碳化硅化学机械抛光液技术领域，尤其涉及在光催化作用下产生活性物质，光催化化学反应领域。
【背景技术】
随着制程越来越先进，半导体抛光工艺也越来越多高达十几次甚至几十次。由于SiC的高硬度和高化学稳定性，使用传统CMP法的MRR较低(<1 000nm/h)。经过切割、研磨或机械抛光的SiC基片Si面Si原子有3个键牢牢与3个C原子相连。
用紫外光照射半导体材料(光催化剂)时，能量大于禁带宽度时，价带上的电子(e-)受到激发跃迁至导带，在空间电场的作用下分离，然后迁移至表面，同时在价带上留下相应的带正电荷的空穴(h+)。
【发明内容】
为克服上述的技术问题，因此，提出了一种基于光催化机理的碳化硅化学机械抛光液。在碱性抛光液中，会削弱Si与C之间的键，该键容易与外界其他原子反应而重构或者去除，基片的Si原子与氢氧根(OH-)发生硅氧化水反应，二氧化钛、二氧化铈表面会生成光生电子和空穴，抛光液中的水分子与OH-可以有效的捕获光生空穴，生成具有强氧化能力的羟基自由基·OH，与单晶SiC发生反应生成SiO2氧化层，最终实现SiC的超精密加工。用丙烯酸酯等酯类化合物改性耐热性较好，和TiO2等纳米材料表面极性很强，本身具有很强的疏油亲水特点，容易分散在纯水当中；H2O2分解产生数量众多的中间态的羟基自由基OH-，羟基自由基·OH的强氧化性是碳化硅被氧化的驱动力,抛光液的氧化性最强、稳定性最好。有利于表面光滑度的提高，生成的OH-在碳化硅的表面生成硬度较软、结合力小的SiO2层，利用CMP过程中磨料的机械去除作用将软质SiO2层去除，以实现基片的超精密加工，本发明基于此而研发。
本发明解决技术问题的方案是提供基于光催化机理的碳化硅化学机械抛光液，包括如下步骤：
步骤S1：取质量百分比m0酯类化合物改性质量百分比m1的光催化剂和质量百分比m2的研磨颗粒；
步骤S2：用超声波恒温T1处理时间t1，改性后渗透率强，有助于降低被抛光晶圆的粗糙度；
步骤S3：将上述处理后的光催化剂和研磨颗粒分散在纯水中，并用双氧水调节PH值；
优选地，所述酯类化合物为丙烯酸酯或正桂酸乙酯；
优选地，所述光催化剂是二氧化铈和锐钛矿型二氧化钛的混合物；
优选地，所述二氧化铈和锐钛矿型二氧化钛的质量比为1：2-1：1；
优选地，所述酯类化合物质量百分比m0为1-2wt％，光催化剂的光催化剂粒径为20-200nm，光催化剂质量百分比m1为0.7-0.9wt％，研磨颗粒质量百分比m2为5wt％；
优选地，所述研磨颗粒为碳化硅颗粒；
优选地，所述时间t1为1-2h，超声波恒温T1为40-60℃；
优选地，所述pH值为3-4，捕获抛光液中羟基自由基·OH的生成产物，羟基自由基·OH的强氧化性是碳化硅被氧化的驱动力,抛光液的氧化性最强、稳定性最好；
优选地，需要配合光源使用，光源包括但不限于氙灯、卤素灯、LED，所述光源涵盖波长为320-385nm，该波长范围能有效的激发光催化剂发生禁带跃迁。
相对于现有技术，本发明具有如下优点：
通过采用酯类化合物改性改性光催化抛光液对碳化硅晶片进行精抛处理，发现粗抛工序后残留下的损伤层可被去除，从而获得高质量的抛光表面。
【附图说明】
图1是本发明基于光催化机理的碳化硅化学机械抛光液的流程示意图；
图2为本发明本发明的基于光催化机理的碳化硅化学机械抛光液的光催化剂的能带结构。
图3为用本发明的基于光催化机理的碳化硅化学机械抛光液抛光后样品粗糙度轮廓图。
【具体实施方式】
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施实例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
请参阅图1，本发明提供了基于光催化机理的碳化硅化学机械抛光液，包括如下步骤：
步骤S1：取质量百分比m0酯类化合物改性质量百分比m1的光催化剂和质量百分比m2的研磨颗粒；
步骤S2：用超声波恒温T1处理时间t1，改性后渗透率强，有助于降低被抛光晶圆的粗糙度；
步骤S3：将上述处理后的光催化剂和研磨颗粒分散在纯水中，并用双氧水调节PH值；
在本发明的步骤S1中，所述酯类化合物为丙烯酸酯或正桂酸乙酯；
在本发明的步骤S1中，所述光催化剂是二氧化铈和锐钛矿型二氧化钛的混合物；
在本发明的步骤S1中，所述二氧化铈和锐钛矿型二氧化钛的质量比为1：2-1：1；
在本发明的步骤S1中，所述酯类化合物质量百分比m0为1-2wt％，光催化剂的光催化剂粒径为20-200nm，光催化剂质量百分比m1为0.7-0.9wt％，研磨颗粒质量百分比m2为5wt％；
在本发明的步骤S1中，所述研磨颗粒为碳化硅颗粒；
在本发明的步骤S2中，所述时间t1为1-2h，超声波恒温T1为40-60℃；
在本发明的步骤S3中，所述pH值为3-4，捕获抛光液中羟基自由基·OH的生成产物，羟基自由基·OH的强氧化性是碳化硅被氧化的驱动力,抛光液的氧化性最强、稳定性最好；
本发明还需要配合光源使用，光源包括但不限于氙灯、卤素灯、LED，所述光源涵盖波长为320-385nm，该波长范围能有效的激发光催化剂发生禁带跃迁。
在本发明实施例中，提供进一步具体实施例，结合图1，具体如下：
1、第一具体实施例：
利用m0为1wt％酯类化合物改性质量百分比m1的光催化剂，其中包含0.2wt％的二氧化铈和0.5wt％锐钛矿型二氧化钛，质量百分比m2为5wt％的碳化硅研磨颗粒并分散在纯水中，利用酯类化合物改性碳化硅和锐钛矿型二氧化钛，改性后渗透率强，有助于降低被抛光晶圆的粗糙度；用超声波超声处理时间t1为1h、超声波恒温T1为40℃；并用双氧水调节PH值至3；
2、第二具体实施例：
利用m0为1wt％酯类化合物改性质量百分比m1的光催化剂，其中包含0.3wt％的二氧化铈和0.4wt％锐钛矿型二氧化钛，质量百分比m2为5wt％的碳化硅研磨颗粒并分散在纯水中，利用酯类化合物丙烯酸酯改性碳化硅和锐钛矿型二氧化钛，改性后渗透率强，有助于降低被抛光晶圆的粗糙度；用超声波超声处理时间t1为1h、超声波恒温T1为40℃；并用双氧水调节PH值至3；
3、第三具体实施例：
利用m0为1wt％酯类化合物改性质量百分比m1的光催化剂，其中包含0.2wt％的二氧化铈和0.5wt％锐钛矿型二氧化钛，质量百分比m2为5wt％的碳化硅研磨颗粒并分散在纯水中，利用酯类化合物丙烯酸酯改性碳化硅和锐钛矿型二氧化钛，改性后渗透率强，有助于降低被抛光晶圆的粗糙度；用超声波超声处理时间t1为1h、超声波恒温T1为50℃；并用双氧水调节PH值至3.5；
4、第四具体实施例：
利用m0为1wt％酯类化合物改性质量百分比m1的光催化剂，其中包含0.2wt％的二氧化铈和0.6wt％锐钛矿型二氧化钛，质量百分比m2为5wt％的碳化硅研磨颗粒并分散在纯水中，利用酯类化合物正桂酸乙酯改性碳化硅和锐钛矿型二氧化钛，改性后渗透率强，有助于降低被抛光晶圆的粗糙度；用超声波超声处理时间t1为1.5h、超声波恒温T1为50℃；并用双氧水调节PH值至3；
5、第五具体实施例：
利用m0为1wt％酯类化合物改性质量百分比m1的光催化剂，其中包含0.2wt％的二氧化铈和0.7wt％锐钛矿型二氧化钛，质量百分比m2为5wt％的碳化硅研磨颗粒并分散在纯水中，利用酯类化合物正桂酸乙酯改性碳化硅和锐钛矿型二氧化钛，改性后渗透率强，有助于降低被抛光晶圆的粗糙度；用超声波超声处理时间t1为1.5h、超声波恒温T1为50℃；并用双氧水调节PH值至3；
其中，第一具体实施例至第五具体实施例，采用365nm LED紫外光源，其功率为1000-2000mW/cm2。
图2为本发明的基于光催化机理的碳化硅化学机械抛光液的二氧化钛能带图。图3为用本发明的基于光催化机理的碳化硅化学机械抛光液抛光后样品粗糙度轮廓图。
相对于现有技术，本发明具有如下优点：
通过采用酯类化合物改性改性光催化抛光液对碳化硅晶片进行精抛处理，发现粗抛工序后残留下的损伤层可被去除，从而获得高质量的抛光表面。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的构思之内所作的任何修改，等同替换和改进等均应包含在本发明的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种基于光催化机理的碳化硅化学机械抛光液，其特征在于：包括如下步骤：
步骤S1：取质量百分比m0酯类化合物改性质量百分比m1的光催化剂和质量百分比m2的研磨颗粒；
步骤S2：用超声波恒温T1处理时间t1，改性后渗透率强，有助于降低被抛光晶圆的粗糙度；
步骤S3：将上述处理后的光催化剂和研磨颗粒分散在纯水中，并用双氧水调节PH值。
2.如权利要求1所述的光催化机理的碳化硅化学机械抛光液，其特征在于：所述酯类化合物为丙烯酸酯或正桂酸乙酯。
3.如权利要求1所述的光催化机理的碳化硅化学机械抛光液，其特征在于：所述光催化剂是二氧化铈和锐钛矿型二氧化钛的混合物。
4.如权利要求3所述的光催化机理的碳化硅化学机械抛光液，其特征在于：所述二氧化铈和锐钛矿型二氧化钛的质量比为1：2-1：1。
5.如权利要求1所述的光催化机理的碳化硅化学机械抛光液，其特征在于：所述酯类化合物质量百分比m0为1-2wt％，光催化剂粒径为20-200nm，光催化剂质量百分比m1为0.7-0.9wt％，研磨颗粒质量百分比m2为5wt％。
6.如权利要求5所述的光催化机理的碳化硅化学机械抛光液，其特征在于：所述研磨颗粒为碳化硅颗粒。
7.如权利要求1所述的光催化机理的碳化硅化学机械抛光液，其特征在于：所述时间t1为1-2h，超声波恒温T1为40-60℃。
8.如权利要求1所述的光催化机理的碳化硅化学机械抛光液，其特征在于：所述pH值为3-4，捕获抛光液中羟基自由基·OH的生成产物，羟基自由基·OH的强氧化性是碳化硅被氧化的驱动力,抛光液的氧化性最强、稳定性最好。
9.如权利要求1所述的光催化机理的碳化硅化学机械抛光液，其特征在于：需要配合光源使用，光源包括但不限于氙灯、卤素灯、LED，所述光源涵盖波长为320-385nm，该波长范围能有效的激发光催化剂发生禁带跃迁。
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