[发明专利]一种活性金属磨粒与金刚石晶圆衬底界面摩擦化学反应的检测方法

说明书

本发明公开了一种活性金属磨粒与金刚石晶圆衬底界面摩擦化学反应的检测方法，通过磁控溅射法，在纳米压痕划痕仪用的金刚石压头表面包覆一层厚度均匀可控的活性金属磨粒壳层，通过与金刚石晶圆衬底的划擦实验来控制活性金属磨粒与晶圆之间的界面作用关系，再通过扫描探针显微拉曼光谱仪对金刚石晶圆衬底表面的相互作用区域进行化学成分检测，从而明确活性金属磨粒与晶圆衬底的界面摩擦化学反应机理，其操作简单，在半导体晶圆衬底的高效超精密加工领域具有良好的应用前景。

技术领域

本发明属于半导体晶圆的超精密加工领域，具体涉及一种活性金属磨粒与金刚石晶圆衬底界面摩擦化学反应的检测方法。

背景技术

电子信息时代的来临极大地推动了半导体产业的发展，而半导体材料的更新换代则是电子信息产业可持续发展的关键所在。随着以单晶硅为代表的传统半导体功率器件逐渐达到其材料发展的极限，难以满足半导体器件对于高频、高温、高功率、高能效、耐恶劣环境以及轻便化小型化的新需求。以碳化硅、氮化镓、金刚石等为代表新型半导体材料凭借其优异属性，已经成为未来半导体器件的主要发展方向。

然而，上述这些新型半导体材料具有硬度高、脆性大和化学性能稳定的特性，因此被视为典型的难加工材料。而其超精密抛光技术仍然沿用传统硅晶圆的抛光方式，即化学机械抛光技术。由于这些新型半导体材料制成的晶圆的硬度远高于硅晶圆，必然导致其加工效率低，加工成本高，晶圆的表面质量难以满足要求。因此，深入分析磨粒与晶圆的界面作用过程，有助于掌握新型半导体晶圆的磨粒抛光去除机理，进而实现新型半导体材料制成的晶圆的高效超精密无损伤加工。

目前界面摩擦化学反应的方案设计与检测主要针对不同材料在宏观接触体系中的相互作用。如：CN 112147040 A公开了一种检测水合物单体和沉积物之间界面摩擦力的装置和方法；CN 104677783 A公开了一种利用电化学的方法，用以检测铝和碳反应后的Al₄C₃生成物，从而定量确定铝-碳界面反应程度；“Chemical modification of theinterfacial frictional properties of vanadium carbide through ethanoladsorption”(乙醇吸附对碳化钒界面摩擦性能的化学改性)公开了一种利用原子力显微镜，用以检测乙醇吸附条件下碳化钒界面摩擦性能的变化。上述现有技术的测试方法存在的问题在于：(1)所研究的界面摩擦化学反应都是宏观条件下发生的，难以分析原子级层面所发生的界面摩擦作用；(2)只能检测特定的材料之间所发生的的界面摩擦化学反应，不具备普适性；(3)当界面摩擦化学反应非常微弱时，上述方法可能会失效。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术缺陷，提供一种活性金属磨粒与金刚石晶圆衬底界面摩擦化学反应的检测方法。

本发明的技术方案如下：

一种活性金属磨粒与金刚石晶圆衬底界面摩擦化学反应的检测方法，包括如下步骤：

(1)在纳米压痕划痕仪的金刚石压头的针尖表面采用磁控溅射法包覆一活性金属磨粒层；

(2)将具有活性金属磨粒层的金刚石压头安装于纳米压痕划痕仪上，使该金刚石压头在金刚石晶圆衬底的表面进行划擦，获得划擦后的晶圆衬底；

(3)将上述划擦后的晶圆衬底置于扫描探针显微拉曼光谱仪上，对划擦后的晶圆衬底的划痕区进行化学成分检测。

在本发明的一个优选实施方案中，所述磁控溅射法的靶材包括铁、钴、铬和钛。

进一步优选的，所述磁控溅射法中将固定于工作腔内的所述金刚石压头加热至300-600℃，溅射时间为4-6min。

在本发明的一个优选实施方案中，所述划擦的润滑介质为去离子水，温度为40-90℃。

进一步优选的，所述划擦的温度为50℃。