基于光助芬顿反应的碳化硅化学机械抛光工艺优化

作     者：章平 陈国美 倪自丰 夏永 戴蒙姣 王建梅 李维民 张海涛 ZHANG Ping;CHEN Guo-mei;NI Zi-feng;XIA Yong;DAI Meng-jiao;WANG Jian-mei;LI Wei-min;ZHANG Hai-tao

作者机构：江南大学机械工程学院江苏无锡214122 无锡商业职业技术学院机电技术学院江苏无锡214153 无锡创明传动工程有限公司江苏无锡214142 深圳杰明纳微电子科技有限公司广东深圳518110 无锡吴越半导体有限公司江苏无锡214115 

出 版 物：《表面技术》 (Surface Technology)

年 卷 期：2022年第51卷第7期

页      面：253-262页

核心收录：

学科分类：080503[工学-材料加工工程] 08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

基　　金：江苏省研究生科研创新计划(KYCX20_1926) 国家自然科学基金(51305166,51675232) 江苏省高校自然科学研究项目(19KJB460023) 江苏省高校青蓝项目(2021) 

主　　题：碳化硅 紫外光辅助 化学机械抛光 芬顿反应 工艺优化 化学作用 

摘      要：目的高效快速获得紫外光辅助作用下碳化硅(SiC)化学机械抛光(Chemical mechanical polishing,CMP)的最佳加工参数。方法根据化学作用与机械作用相平衡时达到最佳抛光条件的理论,通过电化学测试的方法探究抛光液pH值、过氧化氢(Hydrogen peroxide,H_(2)O_(2))浓度、Fe_(2)+浓度、紫外光功率等对基体表面氧化膜形成速率(化学作用)的影响;在最大氧化膜形成速率条件下,以材料去除率(Material removal rate,MRR)和表面粗糙度(Average roughness,Ra)为指标,通过调节抛光压力、抛光盘转速、抛光液流量等工艺参数,探究工艺参数对碳化硅加工过程中氧化膜去除速率(机械作用)的作用规律,寻求机械作用与化学作用的平衡点,获取紫外光辅助作用下SiC CMP的最佳工艺参数。结果在pH值为3、H_(2)O_(2)的质量分数为4%、Fe_(2)+浓度为0.4 mmol/L、紫外光功率为32 W时,化学作用达到最大值。在最大化学作用条件下,抛光压力、抛光盘转速、抛光液流量分别为38.68 kPa、120 r/min、90 mL/min时,化学作用与机械作用最接近于平衡点,此时材料去除率为92 nm/h,表面粗糙度的最低值为0.158 nm。结论根据研究结果,电化学测试可以作为探究晶片表面氧化速率较高时所需加工参数的有效手段,进一步调节工艺参数,使化学作用速率与机械去除速率相匹配,高效地获得了材料去除率和表面质量较高的晶片。