半导体碳化硅SiC的湿法氧化6

3.1 光催化辅助氧化 

除了使用传统氧化剂实现 4H-SiC 衬底晶圆表面氧化，研究者还开发了一系列增效方法 来提高氧化剂的氧化效率，从而获得更高的 MRR 和表面平整度。光催化辅助 CMP(PCMP) 主要是利用紫外光照射光催化剂（如二氧化钛），在光催化反应过程中产生的羟基自由基可 以增强氧化效率，从而提高 CMP 的速率[28]（见图 8）。在 PCMP 过程中，电子和空穴在紫 外光的照射下被激发到 TiO2 的导带(CB)和价带(VB)[29]。然后，光生电子和空穴扩散到 TiO2 的表面。O2 和 H2O2 的电子捕获剂可以有效地捕获电子，分别产生具有强氧化性的O2 −和•OH 等活性氧化物(ROS)。值得注意的是，TiO2 表面的光生电子和空穴并不稳定，极易因复合而 使光催化反应结束。ROS 作为氧化性极强的物质，提高其产生的效率有利于改善 4H-SiC 的 氧化，从而提高 CMP 的效率。

有研究者通过测量氧化还原电位(oxidation reduction potenital, ORP)和静态氧化实验， 探究了光催化剂、紫外光、电子捕获剂和 pH 环境对 PCMP 工艺的影响。在紫外光照射下， 含有 1 g TiO2、0.3 g (NaPO3)6、10 mL H2O2 和 5 g SiO2 磨料的 PCMP 浆料的 MRR 最高(0.95 μm/h)，表面粗糙度最低(Ra=0.35 nm)。此外，研究者还对其中的原理进行了探究，在 PCMP 的过程中，表面产生了 Si—C—O、Si—O、C—O 和 C=O 等。在紫外光照射下，TiO2 颗粒表 面产生羟基自由基，并流入 SiC 晶片和抛光垫之间的界面。H2O2 主要通过在紫外光照射 下产生羟基自由基来氧化 SiC。可能的相关反应为