一种碳化硅衬底化学机械平坦化的方法与流程

本发明涉及抛光，具体涉及一种碳化硅衬底化学机械平坦化的方法。

背景技术：

1、随着半导体技术的发展，硅衬底材料已经不能满足功能器件和射频器件等领域的需求。而相较于硅衬底的功率器件而言，以碳化硅为衬底制成的功率器件具有耐高压、耐高温、能量损耗低、功率密度高等优势，可实现功率模块的小型化、轻量化。

2、衬底材料在减薄后要采用化学机械平坦化(cmp)的方法保证全局平坦化。而目前本领域在碳化硅cmp中，常先采用氧化铝抛光液+硬质抛光垫(邵氏硬度为60hd)进行粗抛，而后采用氧化铝与二氧化硅混合抛光液+软质抛光垫(邵氏硬度为22hd)进行精抛。这种cmp方法虽然可以获得优良的表面质量，然而在此条件下对碳化硅晶圆的去除速率明显降低，通常去除速率为2μm/h以下，从而导致整个cmp流程时间大大增加，需要处理60min以上才能获得较好的抛光效果。

技术实现思路

1、因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有cmp方法无法在碳化硅晶圆高去除速率下获得碳化硅衬底优良表面质量的缺陷，从而提供解决上述问题的一种碳化硅衬底化学机械平坦化的方法。

2、为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种碳化硅衬底化学机械平坦化的方法，包括：

4、将二氧化铈作为磨料并与溶剂混匀以获取抛光液；

5、所述抛光液中包括氧化剂；

6、采用硬质抛光垫并结合抛光液对碳化硅衬底进行抛光处理即可。

7、优选地，所述氧化剂为高锰酸盐、过硫酸盐、高碘酸盐中的至少一种；

8、和/或，所述溶剂为去离子水；

9、和/或，所述二氧化铈在抛光液中的质量浓度为1.5-3wt％；

10、和/或，所述氧化剂在抛光液中的质量浓度为1-5wt％。

11、优选地，所述抛光液中还包括ph调节剂、表面活性剂以及加速剂。

12、优选地，所述ph调节剂为硝酸、醋酸、柠檬酸、磷酸中的至少一种；

13、和/或，所述表面活性剂为十二烷基硫酸钠、油酸钠、十二烷基苯磺酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚中的至少一种；

14、和/或，所述加速剂为氨基酸类试剂、醇类试剂中的至少一种。

15、优选地，所述氨基酸类试剂为甘氨酸、天冬氨酸、脯氨酸中的至少一种；

16、和/或，所述醇类试剂为乙二醇、丙三醇、二乙醇胺、山梨糖醇中的至少一种。

17、优选地，所述ph调节剂将抛光液的ph值调整至2-4；

18、和/或，所述表面活性剂在抛光液中的质量浓度为0.3-1wt％；

19、和/或，所述加速剂在抛光液中的质量浓度为0.5-2wt％。

20、优选地，所述磨料的粒径d50为50-100nm；

21、和/或，所述抛光液的粘度为1-2mpa·s；

22、和/或，所述抛光液的zeta电位为40-50mv。

23、优选地，所述抛光液中ce3+离子浓度占整体ce离子浓度的10-30％；

24、和/或，所述硬质抛光垫的邵氏硬度为45-60hd；

25、和/或，所述抛光液中还包括分散剂。

26、优选地，所述分散剂为聚苯乙烯、聚乙二醇、amp-95中的至少一种；

27、和/或，所述分散剂在抛光液中的质量浓度为0.3-0.5wt％。

28、优选地，所述抛光处理中抛光盘的转速为110-120rpm/min；

29、和/或，所述抛光处理中抛光头的转速为104-114rpm/min；

30、和/或，所述抛光处理的中心压力为6-8psi；

31、和/或，所述抛光处理的边缘压力为1-3psi；

32、和/或，所述抛光处理的保持环压力为9-11psi；

33、和/或，所述抛光处理的抛光液流量为40-70ml/min。

34、在本发明中，ce3+离子来源为：二氧化铈中的ce3+和ce4+由于内部的氧化还原动态平衡而存在两种ce离子形式，并不需要额外添加。碳化硅衬底在实际产线上的粗糙度标准为0.1nm以下。

35、本发明技术方案，具有如下优点：

36、一种碳化硅衬底化学机械平坦化的方法，包括：将二氧化铈作为磨料并与溶剂混匀以获取抛光液；所述抛光液中包括氧化剂；采用硬质抛光垫并结合抛光液对碳化硅衬底进行抛光处理即可。本发明中针对碳化硅衬底的二氧化铈抛光液主要采用的是化学反应进行去除，具体为：衬底表层碳化硅在氧化剂的作用下被氧化为二氧化硅，二氧化硅在ce3+的作用下并结合硬质抛光垫被去除。基于上述机理，通过本发明的方法可以在只采用二氧化铈磨料抛光液和硬质抛光垫的条件下实现碳化硅衬底抛光处理，使得碳化硅晶圆的硅面的去除速率大大提升，可达4-6μm/h，进而极大程度上缩短了cmp流程时间，而且可保证抛光处理后碳化硅衬底的表面粗糙度可达0.073-0.083nm的良好的cmp结果。

技术特征：

1.一种碳化硅衬底化学机械平坦化的方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述氧化剂为高锰酸盐、过硫酸盐、高碘酸盐中的至少一种；

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述抛光液中还包括ph调节剂、表面活性剂以及加速剂。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述ph调节剂为硝酸、醋酸、柠檬酸、磷酸中的至少一种；

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述氨基酸类试剂为甘氨酸、天冬氨酸、脯氨酸中的至少一种；

6.根据权利要求3-5任一项所述的方法，其特征在于，所述ph调节剂将抛光液的ph值调整至2-4；

7.根据权利要求1-6任一项所述的方法，其特征在于，所述磨料的粒径d50为50-100nm；

8.根据权利要求1-7任一项所述的方法，其特征在于，所述抛光液中ce3+离子浓度占整体ce离子浓度的10-30％；

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述分散剂为聚苯乙烯、聚乙二醇、amp-95中的至少一种；

10.根据权利要求1-9任一项所述的方法，其特征在于，所述抛光处理中抛光盘的转速为110-120rpm/min；

技术总结
本发明涉及抛光技术领域，具体涉及一种碳化硅衬底化学机械平坦化的方法，包括：将二氧化铈作为磨料并与溶剂混匀以获取抛光液；所述抛光液中包括氧化剂；采用硬质抛光垫并结合抛光液对碳化硅衬底进行抛光处理即可。通过本发明的方法可以在只采用二氧化铈磨料抛光液和硬质抛光垫的条件下实现碳化硅衬底抛光处理，使得碳化硅晶圆的硅面的去除速率大大提升，可达4‑6μm/h，进而极大程度上缩短了CMP流程时间，而且可保证抛光处理后碳化硅衬底的表面粗糙度可达0.073‑0.083nm的良好的CMP结果。

技术研发人员：罗付,潘宏明,王渤,何家鑫,崔云承,吴蕴霖
受保护的技术使用者：北京晶亦精微科技股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/4/29