半导体碳化硅SiC 1

1.1高锰酸钾

高锰酸钾 (KMnO4) 是4H-SiC晶片CMP的常用氧化剂，因为它具有强氧化性。目前，KMnO4和 α-Al2O3分别用作4H-SiC晶片CMP的湿氧化剂和磨料颗粒。当pH = 8-10时，去除速率可以达到1-1.5 μ m/h，所获得的4H-SiC晶片的表面粗糙度为0.2-0.5 nm。一些研究人员将KMnO4和 α-Al2O3混合以制备抛光液。使用HNO3将浆料的pH调节至3。在4H-SiC的Si表面上进行CMP实验。材料去除速率 (MRR) 为0.98 μ m/h，表面粗糙度Ra = 0.235 nm。同时，进行了不同浓度KMnO4溶液的对比试验，发现0.3% (质量分数，下同) KMnO4可以大大提高4H-SiC的材料去除率。此外，对KMnO4的浓度和浆料pH进行了详细研究。结果表明，当KMnO4浓度为6.5，浆料pH为2时，4H-SiC晶片的MRR为1400 nm/h，粗糙度从0.425 nm下降到0.105 nm，这归因于高锰酸钾溶液在酸性条件下更强的氧化作用。

，除了常规的氮掺杂导电SiC衬底的CMP之外，“Al2O3 KMnO4” 系统还可以用于处理高纯度半绝缘SiC衬底。研究发现，添加一定量的硝酸铁 (Fe(NO₃)₃) 可以有效提高半绝缘4H-SiC的材料去除率。实验结果表明，添加0.5% 硝酸铁可使MRR提高34% %，粗糙度从0.123 nm降低到0.110 nm，有效降低抛光液的摩擦系数 (COF)。据推测，硝酸铁的加入使SiC晶片表面形成的氧化层更软，从而增强了氧化铝颗粒的犁耕效果。

除了Al2O3磨料颗粒外，还研究了使用SiO2胶体作为磨料和饱和KMnO4溶液作为氧化剂。用KOH和HNO3调节抛光液的ph值至3 ~ 4。探索并找到了合适的工艺参数，如抛光液流量、抛光头速度、抛光压力和抛光时间。最后，35转/分抛光头速度，22转/分抛光头速度，抛光压力为250克/厘米。²，抛光液流量为7.6 mL/min，抛光时光为8 h，获得粗糙度为0.099 nm的超光滑4H-SiC Si表面。除了在4H-SiC衬底晶片CMP中常用的Al2O3和SiO2胶体磨料之外，还有其它类型的磨料也用于KMnO4系统中。例如，分别使用KMnO4作为氧化剂和SiO2和CeO2作为磨料抛光6H-SiC的Si表面。结果表明，以 “2% CeO2 0.05 mol/L KMnO4” 为组分的MRR为1.089 μ m/h，高于以 “6% SiO2 0.05 mol/L KMnO4” 为组分的0.185 μ m/h。据推测，在SiC的CMP过程中，CeO2颗粒和氧化层之间会形成化学齿 (si-o-ce键)，这将增加磨料和SiC表面之间的附着力，然后增加CMP过程中的摩擦力，从而以CeO2为磨料的抛光液可以获得较高的MRR。此外，一些研究人员还尝试使用MnO2作为磨料和KMnO4作为氧化剂在300 kPa的N2气氛中进行CMP 4H-SiC。MRR为243 nm/h，高于使用 “H2O2 + MnO2” 系统时的57 nm/h和仅使用MnO2时的26 nm/h，这表明KMnO4氧化剂对提高MnO2的抛光效率有显著作用。此外，如图2所示，选择MnO2作为磨料的独特之处在于，在高pH区域MnO2会部分转化为MnO4 & minus，这使得磨料本身也参与氧化反应，增加了氧化速率，然后获得更高的MRR。