[发明专利]一种用于碳化硅化学机械抛光的抛光液

说明书

本发明公开了一种用于碳化硅化学机械抛光的抛光液，包括：磨料、氧化剂、生物缓冲液、pH调节剂和水性介质，所述磨料为硅溶胶(SiO₂)和铝溶胶(Al₂O₃)中的其中一种或者两者的混合物，所述磨料的重量百分比浓度为1％‑40％，所述生物缓冲液的重量百分比浓度为0.05％‑5％，所述氧化剂的重量百分比浓度为0.2％‑10％；所述抛光液的pH值为7‑11。本发明技术方案旨在提出一种能在碱性溶液中有效达成优良去除率和粗糙度的抛光液。

技术领域

本发明涉及半导体材料抛光技术领域，特别涉及一种用于碳化硅化学机械抛光的抛光液。

背景技术

以碳化硅(SiC)和氮化镓(GaN)为代表的第三代半导体近年受到广泛关注。碳化硅由于其高硬度、优异的导热性能、抗摩擦能力、以及大的禁带宽度，而被应用于半导体工业与光学器件。然而，其广泛的应用建立在其优异的表面平整度与光洁度基础之上，而因其超硬度和杰出的抗摩擦性能，使得碳化硅表面处理成为一个难题。目前最有效的碳化硅表面处理方法是化学机械抛光(CMP)技术，它可将碳化硅晶片的表面粗糙度降到0.2纳米以下，从而为随后的器件外延打下良好的基础。

CMP技术是采用化学反应与机械摩擦的双重作用达到表面平整与抛光的目的，由于其化学作用的高选择性，它目前是半导体工业，尤其集成电路与芯片制造领域的首选表面平整技术。然而，碳化硅不仅具有极高机械强度，还是高度的化学惰性，从而使得CMP技术应用于其表面抛光面临着极大的挑战。碳化硅具有多种结构形态，如3C、4H、6H，等等，但其最稳定、最常用的晶型是4H与6H两种。碳化硅晶片的特点之一是其晶片两面可分为硅面与碳面而不同质，从而使得两个面的抛光手段完全不同。而碳化硅的器件外延主要发生在硅面，其表面粗糙度的要求一般是0.2纳米以下。

目前国内外对碳化硅的化学机械抛光已经作了大量的研究工作，并且发现在碳化硅抛光中，化学作用充当了重要的角色。由此产生了一系列不同成份的抛光液。在这些不同组分的抛光液中，硬质磨料，如钻石粉及氧化铝磨料，占了很大一部分，这些硬质磨料确实有助于提高碳化硅表面如硅面材料的去除率，但可能带来刮伤，从而影响其表面粗糙度。所以在精抛阶段，硅凝胶也许是最佳选择。为了弥补其去除率的不足，不同的化学添加剂被加入到抛光液中，其中最普遍使用的是氧化剂，如过氧化氢。此外，还可能包含络合剂，及抗腐蚀剂等。这些添加剂包含一些不同的无机或有机酸碱，能够明显增加碳化硅去除率的似乎难以见到。目前，除了使用钻石粉等硬质磨料外，碳化硅的抛光还普遍在酸性介质中进行，而酸性介质增加了碳化硅表面的腐蚀性，从而影响到表面粗糙度，同时还增加了设备的腐蚀。因而，开发一种能在碱性溶液中有效达成优良去除率和粗糙度的抛光液，仍然是一个挑战。

发明内容

针对上述问题，本发明的主要目的是提出一种能在碱性溶液中有效达成优良去除率和粗糙度的抛光液，即一种用于碳化硅化学机械抛光的抛光液，包括：磨料、氧化剂、生物缓冲液、pH调节剂和水性介质，所述磨料为硅溶胶(SiO₂)和铝溶胶(Al₂O₃)中的其中一种或者两者的混合物，所述磨料的重量百分比浓度为1％-50％，所述生物缓冲液的重量百分比浓度为0.05％-5％，所述氧化剂的重量百分比浓度为0.2％-10％；所述抛光液的比重大约为1.05g/ml，其pH值为7-11。所述抛光液的构成除了上述各组份外，余量为水。

进一步地，所述磨料还包括钻石粉液，所述钻石粉液的重量百分比浓度为0.5％-10％，所述钻石粉的粒径为0.1-5微米。