半导体碳化硅SiC

半导体碳化硅 (4H-SiC) 材料具有硬度高、脆性大、化学性能稳定等特点。通常，化学机械抛光工艺用于处理SiC以获得超光滑和平坦的表面。湿法氧化作为化学机械抛光单晶SiC的重要工艺，直接影响CMP的速率和表面质量。本文综述了单晶SiC湿法氧化的研讨近况，研讨了SiC湿法氧化工艺选用的氧化剂，如KMnO4、H2O2、K2S2O8等。在此基础上，进一步总结了常用的氧化增效方法，如光催化辅助氧化、电化学氧化、Fenton反应等，并从理论计算的角度分析了单晶SiC湿法氧化的机理，最后对SiC湿法氧化的未来研究方向进行了展望。

半导体碳化硅 (4H-SiC) 材料具有宽带隙、高电子迁移率、高临界击穿电场、高热导率等优良特性。目前已广泛应用于高频大功率电子器件，在新能源汽车、智能电网、5g通信等领域具有广阔的发展前景。随着现代电力电子技术的快速发展，相关应用领域对4H-SiC衬底晶片的表面质量提出了更高的要求，实现原子级平坦化、减少表面和亚表面损伤已成为4H-SiC单晶衬底加工的首要目标。

4H-SiC衬底晶片包括平面研磨、圆化、线切割、研磨和化学机械抛光 (chemicalmechanicalpolishing，CMP)。CMP作为4H-SiC晶片加工的最终工艺，对4H-SiC晶片的表面质量起着决定性的作用。如图1所示，CMP首先使用氧化剂在晶片表面上形成软氧化层，然后通过机械作用去除氧化层以重新暴露晶片表面，并使其再次与氧化剂氧化，从而实现化学氧化-机械去除的交替作用，最终获得原子级平整光滑的表面。研究表明，湿法氧化工艺是决定4H-SiC衬底晶片CMP效率的重要因素。因此，深入了解4H-SiC的湿法氧化机理，提高4H-SiC的湿法氧化速率，是提高4H-SiC表面质量和CMP加工效率的重要基础。本文以4H-SiC湿法氧化为研究对象，论述了目前在4H-SiC湿法氧化中氧化剂的选择、氧化机理、工艺参数的调整、协同方法的选择等方面的研究进展。展望了未来在CMP工艺中提高4H-SiC的湿法氧化效率，从而提高CMP工艺中的材料去除率和表面质量。

早在1999，研究人员试图将多晶SiC浸入氧化剂溶液中，而不添加任何磨料 [5]。他们使用由氮化硅和铸铁制成的抛光盘分别测试了三氧化铬 (CrO3)，过氧化氢 (H2O2) 和高锰酸钾 (KMnO4) 溶液中SiC的抛光效果。浓度 (质量分数) 为3% CrO3的浆料的最高抛光速率为4.2 × 10^-6毫米³/(N · m)，20% H2O2 (体积分数) 和5% KMnO4 (质量分数) 分别为1.1 × 10^-6和1.2x10^-6毫米³/(N · m)，可以看出氧化剂的种类和浓度对SiC的抛光速率有重要影响。