在半導(dǎo)體材料領(lǐng)域，碳化硅（SiC）因其卓越的電導(dǎo)性、熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性而成為制作高功率和高頻電子器件的理想材料。然而，為了實(shí)現(xiàn)這些器件的高性能，必須對(duì)SiC進(jìn)行精細(xì)的表面處理。化學(xué)機(jī)械拋光（CMP）技術(shù)作為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的關(guān)鍵工藝，通過(guò)化學(xué)作用和機(jī)械摩擦的協(xié)同效應(yīng)，能夠去除材料表面的缺陷和不平整，從而獲得光滑平整的表面。工藝完成后，利用美能光子灣共聚焦顯微鏡對(duì)SiC表面粗糙度進(jìn)行精確測(cè)量，是評(píng)估CMP效果的重要手段。

Part.01

碳化硅SiC

碳化硅SiC，作為第三代半導(dǎo)體材料，是一種具有出色光電性能的寬禁帶半導(dǎo)體，其優(yōu)點(diǎn)在于物理化學(xué)穩(wěn)定性高，如高硬度、高溫耐受性和耐腐蝕性，在電力電子、航空航天、新能源汽車(chē)等領(lǐng)域中展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力。

在單晶生長(zhǎng)工藝中獲得SiC晶碇之后，需要對(duì)SiC襯底進(jìn)行精細(xì)制備，這一過(guò)程主要包含以下幾個(gè)關(guān)鍵步驟：

碳化硅SiC加工流程

Part.02

化學(xué)機(jī)械拋光（CMP）

CMP，全稱為Chemical Mechanical Polishing，即化學(xué)機(jī)械拋光，是借助超微離子研磨作用以及漿料的化學(xué)腐蝕作用在被研磨的介質(zhì)表面上形成光潔的平面。

CMP工藝是一種在半導(dǎo)體制造中常用的關(guān)鍵工藝技術(shù)，主要用于實(shí)現(xiàn)晶圓表面平坦化。它通過(guò)結(jié)合機(jī)械削磨和化學(xué)腐蝕，去除半導(dǎo)體材料表面的凸起部分和凹陷部分，以提高晶片的平坦度。

化學(xué)機(jī)械拋光工藝示意圖

其中放置在晶圓和拋光墊之間的顆粒產(chǎn)生的界面摩擦?xí)绊?strong>材料去除率（MRR）。CMP中的摩擦力受多種因素影響，例如晶圓的材料、拋光墊的特性、磨蝕顆粒的類型以及加工過(guò)程中的壓力和速度。此外，CMP中的摩擦力還受到拋光液與晶圓之間化學(xué)反應(yīng)的影響。

在碳化硅化學(xué)機(jī)械拋光（CMP）中，提高機(jī)械材料去除效率主要有兩種方法：1）通過(guò)磨蝕顆粒提高材料去除效率；2）增強(qiáng)化學(xué)反應(yīng)活性。

Part.03

多晶硅化學(xué)機(jī)械拋光（MAS CMP）

加入磨蝕顆粒使用是作為提高碳化硅化學(xué)機(jī)械拋光工藝中機(jī)械材料去除的一種有效方法。使用含有120nm膠體二氧化硅顆粒和30nm的TiO2顆粒的混合磨蝕漿液，并創(chuàng)建納米壓痕。

其中MAS中的硬磨料（TiO2）負(fù)責(zé)碳化硅的機(jī)械去除，而軟磨料（膠體二氧化硅）則具有降低表面粗糙度的效果。

Part.04

光催化輔助化學(xué)機(jī)械拋光（PCMP）

光催化輔助化學(xué)機(jī)械拋光（PCMP）通過(guò)利用TiO2光催化劑進(jìn)行光催化氧化，將其涂抹在拋光墊上，并控制CMP設(shè)備中的氣體環(huán)境，用紫外線進(jìn)行照射，來(lái)激活化學(xué)機(jī)械拋光過(guò)程中的化學(xué)反應(yīng)。

當(dāng)光能（紫外線；UV）照射到TiO2的帶隙上時(shí)，會(huì)在其表面產(chǎn)生電子和空穴，導(dǎo)致光催化劑表面電子與氧氣反應(yīng)形成超氧離子，空穴與水（或濕氣）反應(yīng)產(chǎn)生羥基自由基。

光學(xué)元件的表面質(zhì)量是影響光學(xué)系統(tǒng)成像分辨率的重要因素，在經(jīng)過(guò)減薄或研磨工藝后，SiC襯底表面損傷深度通常為2-5μm，這需要通過(guò)拋光工藝來(lái)提高表面質(zhì)量，盡量降低表面粗糙度和亞表面損傷層深度。對(duì)工藝后的晶圓片進(jìn)行表面粗糙度表征，可以判斷拋光工藝是否達(dá)到理想效果，這一過(guò)程對(duì)于確保器件性能和可靠性至關(guān)重要。

ME-PT3000

美能光子灣3D共聚焦顯微鏡

美能光子灣3D共聚焦顯微鏡是一款用于對(duì)各種精密器件及材料表面，可應(yīng)對(duì)多樣化測(cè)量場(chǎng)景，能夠快速高效完成亞微米級(jí)形貌和表面粗糙度的精準(zhǔn)測(cè)量任務(wù)，提供值得信賴的高質(zhì)量數(shù)據(jù)。

超寬視野范圍，高精細(xì)彩色圖像觀察

提供粗糙度、幾何輪廓、結(jié)構(gòu)、頻率、功能等五大分析功能

采用針孔共聚焦光學(xué)系統(tǒng)，高穩(wěn)定性結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

• 提供調(diào)整位置、糾正、濾波、提取四大模塊的數(shù)據(jù)處理功能

隨著碳化硅（SiC）技術(shù)的不斷進(jìn)步，其在高功率和高頻電子器件領(lǐng)域的應(yīng)用前景愈發(fā)廣闊。通過(guò)化學(xué)機(jī)械拋光（CMP）工藝的優(yōu)化，我們不僅提升了SiC晶圓的表面質(zhì)量，更確保了其在極端條件下的性能穩(wěn)定性。美能光子灣3D共聚焦顯微鏡的應(yīng)用，為SiC表面粗糙度的精確測(cè)量提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支持，進(jìn)一步推動(dòng)了SiC材料在電力電子、航空航天、新能源汽車(chē)等關(guān)鍵領(lǐng)域的應(yīng)用。