一種碳化硅用機(jī)械拋光液及采用其進(jìn)行機(jī)械拋光的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種碳化硅用機(jī)械拋光液及采用其進(jìn)行機(jī)械拋光的方法，以金剛石微粉和氧化鋁微粉為磨料，與水和分散劑配制而成的拋光液對(duì)大直徑高硬度的碳化硅進(jìn)行機(jī)械拋光，能夠減少顯微鏡下碳化硅晶片的可見劃痕數(shù)目，獲得粗糙度小、平整度高、表面損傷小的碳化硅晶片表面，為后續(xù)進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光提供條件。
【專利說明】一種碳化硅用機(jī)械拋光液及采用其進(jìn)行機(jī)械拋光的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于晶體材料加工【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種碳化硅用機(jī)械拋光液及采用其進(jìn)行機(jī)械拋光的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]作為第三代寬帶隙半導(dǎo)體，碳化硅具有杰出的物理、化學(xué)、光電學(xué)性質(zhì)，具體表現(xiàn)為杰出的機(jī)械性能、高化學(xué)穩(wěn)定性、高載流子遷移速率、高熱導(dǎo)率、耐高溫、耐腐蝕等特性，這些特點(diǎn)決定了碳化硅在高功率、高溫等極端條件下有著不可替代的重要作用。在碳化硅晶型中，目前4H和6H兩種晶型應(yīng)用最為廣泛。碳化硅從材料到器件都在飛速的發(fā)展，晶體尺寸由2寸，已經(jīng)增大到4寸,6寸的工藝也在不斷的成熟，尺寸的增加，加大了實(shí)現(xiàn)晶片表面均勻平整加工的難度；器件方面，碳化硅基器件耐高壓、高溫的能力不斷提高，而襯底表面的加工質(zhì)量對(duì)于器件的性能有著巨大的影響，因此需要生產(chǎn)高質(zhì)量表面的碳化硅來滿足器件制作的需求。
[0003]碳化硅的莫氏硬度為9.2，一般的磨料很難對(duì)其進(jìn)行精細(xì)加工，目前對(duì)碳化硅進(jìn)行機(jī)械拋光使用的是含有金剛石微粉的拋光液，金剛石微粉具有棱角分明且不規(guī)則的形貌，并且莫氏硬度為10，是自然界中最硬的物質(zhì)。選擇金剛石微粉拋光液有較快的拋光效率，但由于金剛石磨料的形貌不規(guī)則且硬度高的原因，機(jī)械拋光后，碳化硅晶片表面粗糙度在10nm-20nm的范圍內(nèi)，而且在顯微鏡下觀察可見若干條深淺不一的劃痕，這說明表面損傷層較深，會(huì)導(dǎo)致后續(xù)的化學(xué)機(jī)械拋光很難完全去除機(jī)械拋光(MP)產(chǎn)生的損傷層。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種碳化硅用機(jī)械拋光液及采用其進(jìn)行機(jī)械拋光的方法，以金剛石微粉和氧化鋁微粉為磨料，與水和分散劑配制而成的拋光液對(duì)大直徑高硬度的碳化硅進(jìn)行機(jī)械拋光，能夠減少顯微鏡下碳化硅晶片的可見劃痕數(shù)目，獲得粗糙度小、平整度高、表面損傷小的碳化硅晶片表面，為后續(xù)進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光提供條件。
[0005]本發(fā)明的具體技術(shù)方案是:
一種碳化硅用機(jī)械拋光液，以金剛石微粉和氧化鋁微粉為磨料，與水和分散劑配制而成，所述拋光液中水:分散劑:金剛石微粉:氧化鋁微粉的質(zhì)量比為1:0.1:0.2:0.02-0.2。
[0006]所述分散劑為六偏磷酸鈉或硅酸鈉或甲級(jí)戊醇或脂肪酸聚乙二醇脂或聚丙烯酰胺或十二烷基硫酸鈉中的一種。由于磨料在拋光液中處于懸浮狀態(tài)，時(shí)間久了容易沉淀，所述分散劑在使用過程中能夠?qū)⒛チ戏稚⒕鶆颍瑢伖庑Ч_(dá)到最好。
[0007]所述金剛石微粉的粒徑為0.5 μ m -5 μ m。
[0008]所述氧化鋁微粉的粒徑為0.5 μ m -5 μ m，比表面積為100_250m2/g。若氧化鋁粒徑過大容易產(chǎn)生劃痕或裂片；若氧化鋁粒徑過小，則起不到消除金剛石微粉損傷的效果。
[0009]所述氧化鋁微粉為α -氧化鋁微粉。
[0010]所述α-氧化鋁微粉的莫氏硬度為9，低于金剛石和碳化硅，并且形貌較為圓滑，能夠降低碳化硅晶片表面粗糙度，減小亞表面損傷層深度。所述拋光液無毒無害，對(duì)人體沒有損傷，采用所述拋光液對(duì)碳化硅晶片進(jìn)行機(jī)械拋光，能夠在拋光過程中改善金剛石微粉作為磨料帶來的劃痕和損傷層的問題，獲得基本無劃痕、損傷層小、粗糙度低的碳化硅晶片表面，為后續(xù)進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光提供條件。
[0011]采用該拋光液進(jìn)行機(jī)械拋光的方法，具體步驟如下:
(1)將水、分散劑、金剛石微粉、氧化鋁微粉按照配方比例混合配制成拋光液；
(2)將碳化硅晶片自上而下壓在貼有拋光布的盤面上，拋光布和碳化硅晶片之間通入拋光液采用拋光機(jī)進(jìn)行拋光即可。
[0012]步驟(2)中所述拋光布為聚氨酯材質(zhì)拋光布，這是綜合碳化硅晶片面型和表面質(zhì)量考慮選取該布，其他拋光布，如米用合成革拋光布，則拋光表面粗糙度情況不好。
[0013]步驟(2)中所述拋光液所需溫度為40_50°C，拋光機(jī)所需壓力為200-300 g/cm2，拋光盤轉(zhuǎn)速為20-50rpm。[0014]拋光過程中所述拋光機(jī)是雙面拋光機(jī)，是市售設(shè)備，型號(hào)為YL2M13B-6L,該設(shè)備能夠?qū)μ蓟杈訅?，具有晶片自轉(zhuǎn)和拋光盤公轉(zhuǎn)的功能、自動(dòng)添加拋光液的特點(diǎn)。
[0015]采用所述拋光液對(duì)碳化硅進(jìn)行機(jī)械拋光，獲得的拋光片的表面粗糙度低，使得后續(xù)的化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)容易去除機(jī)械拋光(MP)產(chǎn)生的損傷層。而且工藝簡(jiǎn)單，成本低，效率高，操作方面，自動(dòng)化程度高，加工精度高。
【具體實(shí)施方式】
[0016]實(shí)施例1
將2寸碳化硅晶片研磨后進(jìn)行拋光
一種碳化娃用機(jī)械拋光液，由水10g、分散劑六偏磷酸鈉lg、金剛石微粉2g、氧化招微粉0.2g組成；
所述金剛石微粉的粒徑為0.5 μ m-1 μ m ；
所述氧化鋁微粉為α -氧化鋁微粉，其粒徑為0.5 μ m-ι μ m,比表面積為100m2/g。
[0017]采用所述碳化硅用機(jī)械拋光液進(jìn)行機(jī)械拋光的方法，具體步驟如下:
(1)將水、分散劑、金剛石微粉、氧化鋁微粉按照配方比例混合配制成拋光液；
(2)將碳化硅晶片自上而下壓在貼有拋光布的盤面上，拋光布和碳化硅晶片之間通入拋光液進(jìn)行拋光即可。
[0018]步驟(2)中所述拋光布為聚氨酯材質(zhì)拋光布。
[0019]步驟(2)中所述拋光過程中所需溫度為40°C，壓力為200 g/cm2，拋光盤轉(zhuǎn)速為20rpmo
[0020]拋光去除率為5 μ m/h，整體厚度差TTV為I μ m，表面光亮，顯微鏡沒有觀察到劃痕，粗糙度Ra=lnm。
[0021]實(shí)施例2
將4寸碳化硅晶片研磨后進(jìn)行拋光
一種碳化娃用機(jī)械拋光液，由水50g、分散劑娃酸鈉5g、金剛石微粉10g、氧化招微粉5g組成；
所述金剛石微粉的粒徑為I μ m-2 μ m ;所述氧化鋁微粉為α -氧化鋁微粉，其粒徑為I μ m-2 μ m,比表面積為130m2/g。
[0022]采用所述碳化硅用機(jī)械拋光液進(jìn)行機(jī)械拋光的方法，具體步驟如下:
(1)將水、分散劑、金剛石微粉、氧化鋁微粉按照配方比例混合配制成拋光液；
(2)將碳化硅晶片自上而下壓在貼有拋光布的盤面上，拋光布和碳化硅晶片之間通入拋光液進(jìn)行拋光即可。
[0023]步驟(2)中所述拋光布為聚氨酯材質(zhì)拋光布。
[0024]步驟(2)中所述拋光過程中所需溫度為45°C，壓力為250 g/cm2，拋光盤轉(zhuǎn)速為35rpm。
[0025]拋光去除率為6 μ m/h，整體厚度差TTV為4 μ m，表面光亮，顯微鏡下沒有觀察到劃痕，粗糙度Ra=2nm。
[0026]實(shí)施例3
將6寸碳化硅晶片研磨后進(jìn)行拋光
一種碳化娃用機(jī)械拋光液，由水100g、分散劑甲級(jí)戍醇10g、金剛石微粉20g、氧化招微粉20g組成；
所述金剛石微粉的粒徑為3 μ m-4 μ m ;
所述氧化鋁微粉為α -氧化鋁微粉，其粒徑為3 μ m-4 μ m,比表面積為200m2/g。
[0027]采用所述碳化硅用機(jī)械拋光液進(jìn)行機(jī)械拋光的方法，具體步驟如下:
(1)將水、分散劑、金剛石微粉、氧化鋁微粉按照配方比例混合配制成拋光液；
(2)將碳化硅晶片自上而下壓在貼有拋光布的盤面上，拋光布和碳化硅晶片之間通入拋光液進(jìn)行拋光即可。
[0028]步驟(2)中所述拋光布為聚氨酯材質(zhì)拋光布。
[0029]步驟(2)中所述拋光過程中所需溫度為48°C，壓力為280 g/cm2，拋光盤轉(zhuǎn)速為45rpm。
[0030]拋光去除率為7 μ m/h,整體厚度差TTV為5 μ m，表面光亮，顯微鏡下沒有觀察到劃痕，粗糙度Ra=4nm。
[0031]實(shí)施例4
將4寸碳化硅晶片研磨后進(jìn)行拋光
一種碳化硅用機(jī)械拋光液，由水60g、分散劑脂肪酸聚乙二醇脂6g、金剛石微粉12g、氧化鋁微粉9g組成；
所述金剛石微粉的粒徑為2 μ m-3 μ m ;
所述氧化鋁微粉為α -氧化鋁微粉，其粒徑為2 μ m-3 μ m,比表面積為150m2/g。
[0032]采用所述碳化硅用機(jī)械拋光液進(jìn)行機(jī)械拋光的方法，具體步驟如下:
(1)將水、分散劑、金剛石微粉、氧化鋁微粉按照配方比例混合配制成拋光液；
(2)將碳化硅晶片自上而下壓在貼有拋光布的盤面上，拋光布和碳化硅晶片之間通入拋光液進(jìn)行拋光即可。
[0033]步驟(2)中所述拋光布為聚氨酯材質(zhì)拋光布。
[0034]步驟(2)中所述拋光過程中所需溫度為46°C，壓力為260 g/cm2，拋光盤轉(zhuǎn)速為40rpmo
[0035]拋光去除率為6.5 μ m/h,整體厚度差TTV為4 μ m,表面光亮，顯微鏡下沒有觀察到劃痕，粗糙度Ra=3nm。
[0036]實(shí)施例5
將 3寸碳化硅晶片研磨后進(jìn)行拋光
一種碳化硅用機(jī)械拋光液，由水40g、分散劑聚丙烯酰胺4g、金剛石微粉Sg、氧化鋁微粉2g組成；
所述金剛石微粉的粒徑為1μ m-2 μ m ;
所述氧化鋁微粉為α -氧化鋁微粉，其粒徑為1 μ m-2 μ m,比表面積為120m2/g。
[0037]采用所述碳化硅用機(jī)械拋光液進(jìn)行機(jī)械拋光的方法，具體步驟如下:
(1)將水、分散劑、金剛石微粉、氧化鋁微粉按照配方比例混合配制成拋光液；
(2)將碳化硅晶片自上而下壓在貼有拋光布的盤面上，拋光布和碳化硅晶片之間通入拋光液進(jìn)行拋光即可。
[0038]步驟(2)中所述拋光布為聚氨酯材質(zhì)拋光布。
[0039]步驟(2)中所述拋光過程中所需溫度為43°C，壓力為220 g/cm2，拋光盤轉(zhuǎn)速為30rpmo
[0040]拋光去除率為7 μ m/h,整體厚度差TTV為3 μ m，表面光亮，顯微鏡下沒有觀察到劃痕，粗糙度Ra=2.5nm。
[0041]實(shí)施例6
將6寸碳化硅晶片研磨后進(jìn)行拋光
一種碳化娃用機(jī)械拋光液，由水500g、分散劑十二烷基硫酸鈉50g、金剛石微粉100g、氧化鋁微粉50g組成；
所述金剛石微粉的粒徑為4 μ m-5 μ m ；
所述氧化鋁微粉為α -氧化鋁微粉，其粒徑為4 μ m-5 μ m,比表面積為250m2/g。
[0042]采用所述碳化硅用機(jī)械拋光液進(jìn)行機(jī)械拋光的方法，具體步驟如下:
(1)將水、分散劑、金剛石微粉、氧化鋁微粉按照配方比例混合配制成拋光液；
(2)將碳化硅晶片自上而下壓在貼有拋光布的盤面上，拋光布和碳化硅晶片之間通入拋光液進(jìn)行拋光即可。
[0043]步驟(2)中所述拋光布為聚氨酯材質(zhì)拋光布。
[0044]步驟(2)中所述拋光過程中所需溫度為50°C，壓力為300 g/cm2，拋光盤轉(zhuǎn)速為50rpmo
[0045]拋光去除率為10 μ m/h,整體厚度差TTV為5 μ m,表面光亮，顯微鏡下沒有觀察到劃痕，粗糙度Ra=5nm。
[0046]采用該拋光液對(duì)經(jīng)過研磨的碳化硅晶片進(jìn)行機(jī)械拋光，拋光去除率在5 μ m/h-10 μ m/h之間，整體厚度差TTV在1μ m-5 μ m之間，粗糙度Ra在1 nm_5 nm之間，使得拋光后的碳化硅晶片表面無肉眼可見劃痕，粗糙度小，平整度高，表面損傷小，去除率高，無加工缺陷。
【權(quán)利要求】
1.一種碳化硅用機(jī)械拋光液，其特征在于:以金剛石微粉和氧化鋁微粉為磨料，與水和分散劑配制而成，所述拋光液中水:分散劑:金剛石微粉:氧化鋁微粉的質(zhì)量比為1:0.1:0.2:0.02-0.2。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳化硅用機(jī)械拋光液，其特征在于:所述分散劑為六偏磷酸鈉或硅酸鈉或甲級(jí)戊醇或脂肪酸聚乙二醇脂或聚丙烯酰胺或十二烷基硫酸鈉中的一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳化硅用機(jī)械拋光液，其特征在于:所述金剛石微粉的粒徑
0.5 μ m _5 μ m。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳化硅用機(jī)械拋光液，其特征在于:所述氧化鋁微粉的粒徑為 0.5 μ m -5 μ m,比表面積為 100_250m2/g。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳化硅用機(jī)械拋光液，其特征在于:所述氧化鋁微粉為α-氧化招微粉。
6.采用如權(quán)利要求1所述碳化硅用機(jī)械拋光液進(jìn)行機(jī)械拋光的方法，其特征在于:具體步驟如下: (1)將水、分散劑、金剛石微粉、氧化鋁微粉按照配方比例混合配制成拋光液； (2)將碳化硅晶片自上而下壓在貼有拋光布的盤面上，拋光布和碳化硅晶片之間通入拋光液采用拋光機(jī)進(jìn)行拋光即可。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的采用該拋光液進(jìn)行機(jī)械拋光的方法，其特征在于:步驟(2)中所述拋光布為聚氨酯材質(zhì)拋光布。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的采用該拋光液進(jìn)行機(jī)械拋光的方法，其特征在于:步驟(2)中所述拋光液所需溫度為40-50 °C。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的采用該拋光液進(jìn)行機(jī)械拋光的方法，其特征在于:步驟(2)中所述拋光機(jī)所需壓力為200-300 g/cm2，拋光盤轉(zhuǎn)速為20_50rpm。
【文檔編號(hào)】C09G1/02GK103897607SQ201410112684
【公開日】2014年7月2日 申請(qǐng)日期:2014年3月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月25日
【發(fā)明者】高玉強(qiáng), 梁慶瑞, 王希杰, 李印 申請(qǐng)人:山東天岳晶體材料有限公司