本发明属于抛光加工，涉及一种晶圆表面处理工艺。
背景技术：
1、碳化硅材料具有许多优异性能，如高强度、高硬度(莫氏硬度9.0~9.5)、高密度、耐高温、耐磨、热膨胀系数小(约为4.7x10-6/℃ )、抗冲击好等。利用其良好的导热性，碳化硅器件可应用在航空、航天探测、核能开发、卫星、石油和地热钻井勘探、汽车发动机等需要高温(350~ 5000℃)的工作环境中;利用其禁带宽度大和化学稳定性强，碳化硅器件可应用在抗辐射领域;利用其高电子饱和漂移速度，碳化硅器件在高频和微波设备中具有不可替代的优势;利用其击穿场强高，碳化硅器件在高功率雷达、通信和广播电视领域具有广阔的应用前景。此外，由于碳化硅晶体与氮化嫁晶体在晶格和热膨胀系数上相匹配，以及其具有优良的热导率，碳化硅半导体晶片也成为制造大尺寸、超高亮度白光、蓝光二极管和ld(激光二极管)的理想衬底材料，成为光电行业的关键基础材料之—。
2、但 sic 是典型的硬脆性材料、不耐冲击、对缺陷敏感，传统研磨抛光（研抛）方法加工效率低、表层缺陷多。人们不断改进研磨工艺，使得高效、经济的 sic 加工方法与航天、微机电设备以及信息通信技术对 sic 表面性能日益增长的需求相适应。因此产生了很多的 sic 加工方法，如传统的研磨抛光、电化学机械平坦化、超声电化学抛光、磁流变抛光等。由于这些方法仍主要依靠磨粒的机械去除作用，硬质磨粒对材料表面完整性和亚表面损伤的影响明显，加工效率很低，加工成本很高。众所周知，研磨的加工效率和加工质量是研磨效果的重要指标，所以急需寻找一种新的，既能保证表面质量，又有较高去除率的加工方法。通过减小磨粒尺寸和切深，通过韧性研抛得到损伤小，较光滑表面。
3、电化学机械抛光作为目前应用最为广泛的抛光工艺，技术比较成熟，是利用电化学阳极溶解原理进行修磨抛光，而电化学机械抛光是将电化学抛光与机械精抛光有机的结合在一起，发挥了电化学和机械两类抛光特长，它不受材料硬度和韧性的制约，可抛光形状复杂的工件，综合了电化学化学腐蚀的和机械去除两者的优点，从而避免了单一方法加工造成的表面损伤、抛光时间长、表面平整性差和表面粗糙度大等缺点，往往能获得比较高的加工质量和加工效率，但其对碳化硅的抛光仍然难以达到理想的加工效率。
4、如cn114654380a一种碳化硅晶片电化学机械抛光方法， 一种碳化硅晶片电化学机械抛光方法，属于抛光加工技术领域。首先，将碳化硅晶片通过导电胶粘接至与电源正极连接的铜抛光头，将带通孔的聚氨酯抛光垫用树脂螺钉固定至与电源负极连接的石墨盘。抛光电源为直流稳压电源。在电机驱动下抛光垫与晶片产生相对运动，抛光时抛光垫和晶片浸入电解液，电解液液面高于抛光垫面，抛光液通过蠕动泵滴加至抛光垫表面。本发明利用碳化硅晶体在nano3电解液中发生的阳极氧化反应来实现碳化硅晶片的高效抛光，在抛光液中使用小粒径金刚石磨料，可起到为氧化过程提供应力源的作用，加快阳极氧化的发生，从而提高抛光效率。另外，本发明能够显著提高碳化硅晶片的抛光速率，在精抛阶段也能保证好的表面质量。
5、如cn117984221a公开了一种处理导电型晶圆衬底的电化学机械抛光及平坦化设备，包括电源，有第一、第二电极；抛光台，有导电性，和第一电极连接；抛光垫，至少包括可与导电型晶圆衬底的一抛光面相贴合的作用层，作用层由绝缘材质制成，具有孔洞，该孔洞内置有导电化学液；抛光头，具有导电性，并和第二电极连接，其下表面可与抛光面的背面相贴合；第一电极、抛光台、化学液、导电型晶圆衬底、抛光头，第二电极依序形成通电回路，导电型晶圆衬底的抛光面形成电化学反应层；抛光头带动导电型晶圆衬底相对抛光垫移动，实现对电化学反应层的化学机械抛光。本发明引入晶圆衬底表面电化学反应，衬底材料去除率、抛光/平坦化速度提高，设备运营成本降低。
6、如cn 2023106080812提供了一种碳化硅晶圆抛光液，采用的抛光液为中性试剂，存储稳定性高，且其中不含有任何的氧化剂，绿色无污染，性价比高。属于超精细所述抛光液用于碳化硅超精密抛光。抛光后碳化硅晶圆的表面粗糙度为0.05-0.1nm，碳化硅晶圆在抛光液中的去除率为200-400nm/h，即在抛光前需要对碳化硅进行表面预处理，所述预处理包括有定向切割、研磨和机械抛光，经过表面预处理后的碳化硅表面的粗糙度为ra=2.73nm。抛光液包括有：20-30wt% 20-40nm氧化铝研磨介质；5-7wt.%na2so4；0.2-0.3wt.%聚氧丙烯甘油醚；0.1-0.2wt.%α-烯基磺酸盐；2-3wt%丙二醇；去离子水；氧气通入量0.2-0.3m3/h，所述碳化硅晶圆为工作电极，放置于抛光液中，开启脉冲电源，进行电解抛光处理，脉冲电源参数如下：正向脉冲电压：10-12v，正向脉冲宽：400-500μs，正向占空比：30-40%，负向脉冲电压：20-30v，负向脉冲宽：2-3s，负向占空比：50-65%，脉冲时间为5-30min，温度：10-15℃。
技术实现思路
1、现有技术中，电化学机械抛光限制因素较多，加工的去除率和表面粗糙度并不稳定，基于此，本发明提供了一种高效精密研磨抛光加工的电化学机械抛光方法，提出了双阳极处理碳化硅晶圆，通过第二阳极的痕量溶解于抛光液中，进而促进第一阳极的氧化溶解过程，进而提高晶圆去除率，并有效维持较低的粗糙度和粗糙度稳定性。
2、一种高质量碳化硅抛光液，按重量分数计，包括如下组分：
3、氧化铝6-10wt.%；
4、过氧化氢3-8 wt.%；
5、羟基乙叉二磷酸0.5-0.7 wt.%；
6、柠檬酸钠0.03-0.04 wt.%；
7、铜离子和痕量铂离子；
8、余量为去离子水。
9、在某些实施例中，使用koh或hno3调节抛光液的ph值为4-6，温度为5-10℃。
10、在某些实施例中，氧化铝磨料介质的尺寸为0.2-3μm。
11、在某些实施例中，抛光液用于碳化硅电化学机械抛光。
12、在某些实施例中，所述抛光液的使用时间为30-50min。
13、在某些实施例中，所述抛光液对碳化硅晶圆的抛光去除率为0.57μm/h。
14、在某些实施例中，所述晶圆的表面粗糙度平均值为0.268nm。
15、在某些实施例中，所述晶圆的尺寸为4寸、6寸、8寸和12寸。
16、一种晶圆表面处理工艺，包括如下步骤：
17、（1）配制包括有微米氧化铝、过氧化氢、羟基乙叉二磷酸、柠檬酸钠和去离子水的电化学机械抛光液，使用ph调节剂调至所需ph值，控制温度为5-10℃；
18、（2）以晶圆为第一阳极，以铂铜合金为第二阳极，以碳棒为阴极，并浸泡于步骤（1）中的电化学机械抛光液中；
19、（3）开启电源，在第一阳极上施加恒定电压，电压范围为10-15v，在第二阳极上施加两段可变电压，第一阶段为30-40v保持时间为3-5min，第二阶段为3-5v保持时间为0.5-2min，两段电压交互循环变化，总抛光时间为30-50min。
20、（4）取出，清洗后处理。
21、在某些实施例中，步骤（3）中采用的电化学机械抛光的抛光垫为聚氨酯抛光垫，抛光转速为50r/min，压力0.02mpa，碳化硅晶圆水平置于抛光槽底部并固定连接阳极，为第一阳极；铂铜合金竖直浸没于抛光液中，为第二阳极；碳棒竖直浸没于抛光液中，为阴极。
22、在某些实施例中，晶圆置于第一阳极和第二阳极中部，且第一阳极和第二阳极的极间距略大于晶圆直径。
23、在某些实施例中，铂铜合金中pt的含量为96-98wt.%，铜的含量为2-4wt.%，其他杂质<0.001%。
24、关于本发明电化学机械抛光的可能过程，本领域技术人员应当知晓电化学机械抛光限制因素较多，如工件材料特性、磨粒、氧化剂、添加剂、 ph 值、压力、转速、抛光垫等都会对抛光过程中的化学作用产生重要的影响，因此化学作用机理较为复杂。而本发明仅仅是对可能的机理进行分析推测，本发明的磨料介质是氧化铝，与氧化硅和氧化铈一致，均为常规的磨料介质，晶圆碳化硅在氧化剂和阳极的作用下发生氧化形成氧化膜，然后通过抛磨介质的机械打磨处理，从而有效的实现高效率的抛光效果。
25、本发明采用的阳极为双阳极，以晶圆为第一阳极，以铂铜合金为第二阳极，晶圆作为第一阳极，主要发生sic+4.oh+o2→sio2+2h2o+co2，sio2+2oh-→{si(oh)2o2}2-， sic+4.oh→si4++2h2o+co2+8e-;其中铂铜合金为可溶性催化阳极，其中铜作为阳极会缓慢溶解由铜金属氧化为铜离子，在双氧水的氧化作用下生成含≡cuoh 基团的氧化层，碳化硅表面的sioh基团可以和≡cuoh 基团反应生成≡si-o-cu≡，从而有利于氧化层的去除。
26、本领域技术人员知晓的pt是惰性阳极，即pt作为阳极不会参与氧化过程，但在实际操作过程中则会发生pt的痕量溶解，可参见华中科技大学cn105780049b一种痕量铂修饰硫化钼高效析氢催化剂及其制备方法，使用铂丝或铂片作为铂源，通过在电解液中进行多次循环伏安扫描使痕量铂纳米粒子沉积在硫化钼纳米片上，如y.luo，et al. mos2nanosheet decorated with trace loads of pt as highly activeelectrocatalystfor hydrogen evolution reaction. electrochemical acta， 2016，219:187-193中所记载的方法，通过以铂丝为阳极，可以有效的控制pt的沉积量，进而有效的提高pt在阴极催化剂表面的分散度和颗粒半径。而铂离子作为常规的氧化催化剂，能够有效的催化第一阳极的氧化过程，其中痕量铂和铜离子均能促进第一阳极的氧化过程。
27、此外，本发明的第二阳极的施加电压为两段电压，第二阳极上施加两段可变电压，第一阶段为30-40v保持时间为3-5min，第二阶段为3-5v保持时间为0.5-2min，两段电压交互循环变化，总抛光时间为30-50min，其中第一阶段的为高电压，能够促使第二阳极铜离子和痕量铂的溶解，进而促进第一阳极的溶解，但是在如此较高压的条件下，会发生部分铜离子和恒量铂在阴极沉积，最终抑制金属离子发挥催化作用，因此需要二段较低电压，有效减少金属离子的阴极沉积，此时第二阳极的电压低于第一阳极的电压，最终整体上促使第一阳极的溶解平稳进行，最终获得的抛光后晶圆的表面粗糙度上表现平稳，提高抛光效果的稳定性。
28、有益技术效果:本发明首次提出双阳极的机械抛光处理手段，通过第二阳极中的铜离子和痕量的铂离子有效的促进第一碳化硅阳极的氧化溶解过程，提高晶圆的去除率；此外，通过两段电压调节，有效的促进碳化硅的抛光稳定性，此外本发明的温度较低，为5-10℃，有益于晶圆表面的粗糙度平稳。