碳化硅单晶生长之后是晶碇,而且具有表面缺陷,是没法直接用于外延的,这就需要加工。其中,滚圆把晶碇做成标准的圆柱体,线切割会把晶碇切割成晶片,各种表征保证加工的方向,而抛光则是提高晶片的质量。
晶片的表面会有损伤,损伤源于本来晶体生长的缺陷、前面加工步骤中的破坏。对于局部损伤,世界上有四种方法:不管、更换、修补、去除;对于碳化硅表面的损伤层,不管不顾肯定不行,因为会影响器件的成品率;更换晶片,不就是砸自己的饭碗嘛;修补其实是再次生长,现在没有低成本的方案;而去除是一条还算可行的,用一定的材料废弃,来提高总体材料的质量。
单纯的机械抛光会产生划痕,单纯的化学抛光产生非均匀腐蚀,综合为化学机械抛光则物美价廉。CMP的工作原理:旋转的晶片/晶圆以一定的压力压在旋转的抛光垫上做相对运动,借助抛光液中纳米磨料的机械研磨作用与各类化学试剂的化学作用的结合来实现平坦化要求。这一过程中应用到的材料主要包括抛光液和抛光垫。抛光垫使用后会产生变形,表面变得光滑,孔隙减少和被堵塞,使抛光速率下降,必须进行修整来恢复其粗糙度,改善传输抛光液的能力,一般采用钻石修整器修整。
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化学机械抛光(Chemical Mechanical Polishing,CMP),引入化学腐蚀去除划痕,适用于精抛;
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等离子辅助抛光,设备复杂,不常用。
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单纯的机械抛光会产生划痕,单纯的化学抛光产生非均匀腐蚀,具体如下所示:
第一,直接使用SiO2机械抛光,表面质量通过精度300nm的Kla Tencor-10的Candela和精度0.01nm的本原公司CSPM4000型原子力显微镜(AFM)测量,可测出划痕深度为9.78nm。 表面氧元素含量、穿透深度通过K-Alpha型X射线光电子能谱(XPS)仪分析:标准样为以He+溅射标准SiO2样品,溅射速率为25nm/min;试样为以He+溅射SiC样品。SiC硬度大于SiO2,所以溅射速率小于25nm/min。溅射0.25min后,氧元素信号为零,所以穿透深度小于25nm/min*0.25min=6.25nm。穿透深度小于划痕深度,说明划痕是机械作用产生的,而不是氧化作用产生的。
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事实上,各种参数是可调的,要针对晶片和机子选择合适的条件:
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可选机械抛光液为:SiO2、Al2O3、二氧化铈;
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可选化学抛光液为:高锰酸钾、双氧水、Pt催化剂、Fe催化剂;
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机械作用:压力、转速、位置、时间、温度。 抛光液悬浮剂 MQ-818用于磨料的悬浮,使抛光液中的磨料在抛光液中稳定悬浮