[发明专利]一种SiC单晶等离子体电化学抛光装置及其抛光方法

说明书

本发明公开的一种SiC单晶等离子体电化学抛光装置，包括机床台，机床台表面固接电解液箱、脉冲电源和电极组，电极组包括不锈钢电极和SiC单晶电极，不锈钢电极安装在可旋转的电极架上，待处理的SiC单晶电极安装在可旋转的夹持器上，电解液箱通过导管将水基电解液输送到不锈钢电极表面，脉冲电源通过导线连接不锈钢电极和SiC单晶电极。本发明还公开了该抛光装置的抛光方法。本发明公开的抛光装置，解决了现有抛光技术中SiC单晶易产生表面与亚表面损伤，抛光效率低的问题，装置结构简单，容易操作。

技术领域

本发明属于半导体硬脆材料超精密加工设备技术领域，具体涉及一种SiC单晶等离子体电化学抛光装置，还涉及该抛光装置的抛光方法。

背景技术

随着电子与通讯技术的发展，SiC单晶在大功率电子器件与IC行业得到大规模应用，尤其是对大直径超薄SiC单晶片的抛光提出了更高要求。由于SiC的高硬度和脆性特点，大直径超薄SiC单晶片的精密抛光工艺成了电子器件衬底加工制作过程的瓶颈，抛光后的SiC单晶片表面质量对器件性能与使用寿命有着重要影响。

SiC单晶的抛光根据抛光方法的类型，有机械抛光，化学机械抛光和等离子体辅助抛光等，分别存在表面与亚表面有损伤，易出现化学残留，后续不易清除，材料去除率很低与抛光时间长等缺点。等离子体电化学抛光方法是通过等离子体电化学方式使工件材料表面产生大量的氧等离子体，电离后与工件表面反应，生成较软的疏化层，再采用软性磨粒去除，可实现材料在纳米尺度抛光，并保持较高的材料去除率与表面质量。水基电解液中，SiC单晶为阳极，不锈钢为阴极，脉冲电压大于300V，开断频率在100kHz时，SiC单晶的Si面发生水的电解产生O₂，在阳极表面迅速附着成致密氧气膜，阳极附近的OH^-失电子后，电子撞击O₂，经强电场作用被电离成O^2-(氧等离子体)，将SiC表层活化状态下的Si氧化成SiO₂，以疏化膜的形式附积在SiC表面，再通过软性磨料CeO₂去除来抛光。因此，需要一种SiC单晶等离子体电化学抛光装置，实现SiC表面改性并将疏化层去除，提高抛光效率与抛光质量。

发明内容

本发明的目的是提供一种SiC单晶等离子体电化学抛光装置，解决了现有抛光装置中SiC单晶易产生表面与亚表面损伤，抛光效率低的问题。

本发明的另一目的是提供一种SiC单晶等离子体电化学抛光装置的抛光方法。

本发明所采用的技术方案是，一种SiC单晶等离子体电化学抛光装置，包括机床台，机床台表面固接电解液箱、脉冲电源和电极组，电极组包括不锈钢电极和SiC单晶电极，不锈钢电极安装在可旋转的电极架上，电极架连接旋转工作台，待处理的SiC单晶电极安装在可旋转的夹持器上位于旋转工作台的正上方，旋转工作台表面粘接抛光垫，电解液箱通过导管将水基电解液输送到抛光垫表面，脉冲电源通过导线连接不锈钢电极和SiC单晶电极。

电极组包括固接在机床台表面中央的支架，支架上端安装旋转工作台，旋转工作台上贯穿表面开有多个间隔的电极孔，支架内部底面中央固定安装电刷，电刷通过滚珠丝杠连接电极架，电极架表面间隔固接多个电极杆，用于安装不锈钢电极，每个电极杆与每个电极孔的位置相对应且同轴，机床台表面安装旋转支架，SiC单晶电极固定在旋转支架上，SiC单晶电极包括固接在旋转支架上端的夹持器，夹持器位于旋转工作台的正上方，用于夹持SiC单晶，脉冲电源通过导线连接电刷和SiC单晶。

旋转工作台和旋转支架的转动方向相反。

导管的一端安装有喷嘴，喷嘴位于抛光垫正上方且靠近SiC单晶电极。

导管的另一端与电解液箱连接，并且连接处位于导管内部安装过滤网，导管上还依次连接液压泵、流量计和恒温器。

机床台四周固接玻璃罩，电解液箱、脉冲电源和电极组位于玻璃罩内部。