半导体碳化硅SiC 2

1.2过氧化氢

过氧化氢 (H2O2) 作为一种普遍的绿色氧化剂，因其具有较强的氧化性和无毒的分解产物而被普遍运用于CMP范畴。H2O2作为氧化剂提高4H-SiC晶片材料去除率的原理是

如式 (1) 所示，在室温下，H2O2通常可以分解为H2O和o2。根据等式 (2)，在CMP工艺期间，由于外部压力、晶片和抛光垫之间的摩擦以及由摩擦运动产生的瞬时热，H2O2也分解成羟基自由基。4H-SiC晶片的表面在羟基自由基和氧气的作用下会被氧化成较软且较易被去除的SiO2 (式 (3))，并在碱性环境中与大量的OH-反应生成可溶性SiO3 2 & minus；(公式 (4))。因此，这也解释了为什么添加H2O2显著增加4H-SiC晶片的MRR。Pan等用浓度为0 ~ 10.5% 的H2O2作氧化剂，用平均粒径为100纳米的胶体SiO2作磨料，用氢氧化钾 (KOH) 和单乙醇胺 (MEA) 调节抛光液的ph值，用聚氨酯抛光垫1小时。实验结果表明，当抛光液不含H2O2时，4H-Si的Si表面MRR几乎为0 nm/h; 当H2O2含量6% 及以上时，MRR稳定在105 nm/h。值得注意的是，当浆料组成为30% 硅溶胶，6% H2O2和0.6 KOH的最佳比例时，使用原子力显微镜 (AFM) 可以在1μm × 1μm的区域清楚地观察到原子台阶结构 (见图3)，并且台阶高度均匀 (约0.25 nm)，对应于6H-SiC晶体中单层Si和C原子的厚度，这种原子台阶结构证实了CMP的去除机制是由化学反应主导的。原子台阶也是衡量半导体碳化硅CMP效果的重要指标。Zhou等人专门研究了原子台阶对SiC CMP的影响。发现位于原子台阶边缘的原子比台阶平面上的原子具有更强的化学活性。因此，原子台阶宽度会影响CMP的材料去除率。台阶宽度越小，台阶密度越大，单位面积上位于台阶边缘的原子越多，去除率越高。8 ° 离轴SiC晶片的MRR是下轴 (0 ° 离轴) SiC晶片的MRR的两倍，因为它具有较小的台阶宽度和较大的台阶密度。

1.3其他氧化剂

与KMnO4和H2O2类似，次氯酸钠 (NaClO) 也具有较强的氧化性，特别是在碱性条件下，NaClO显示出较强的氧化性，因此在碱性SiO2系统中也用作氧化剂。研究人员比较了NaClO和H2O2分别作为氧化剂时SiO2胶体对4H-SiC衬底晶片Si表面的抛光效果。实验结果表明，10% NaClO (体积分数) 和3% H2O2 (体积分数) 获得的材料去除率分别为0.073 μ m/h和0.035 μ m/h。进一步向含有NaClO和SiO2胶体的抛光液中加入金刚石硬磨料 (粒径0.1 μ m)，MRR显著提高到0.92 μ m/h，获得Ra = 0.52 nm的表面粗糙度。在另一项研究中，将NaClO氧化剂添加到粒径为25 nm的金刚石颗粒和KOH改性的SiO2胶体中，材料去除量从添加氧化剂之前的0.07 mg/h增加到添加后的0.3 mg/h。推测NaClO不仅参与了SiC表面的氧化反应，而且增强了SiO2胶体与SiC表面之间的化学反应，形成了较厚的氧化层。