【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及芯片制造，特別是涉及化學機械拋光組合物及其在化學機械拋光中的應用。
技術介紹
1、碳化硅(sic)是一種寬禁帶半導體材料，憑借其卓越的物理和化學性質而在現代電子行業中占據重要地位。sic是一種環境友好的半導體材料，相對于硅，sic的生產和制造過程中不僅能夠減少對地球資源的依賴，還能降低環境污染與碳排放，sic的高熱導率、高擊穿電場強度、高飽和電子遷移率等特性，使其成為制造高性能功率器件和射頻(rf)器件的理想材料。這些優異的特性使得sic器件能夠在極端環境下（如高溫、高壓、高頻）穩定工作，廣泛應用于汽車電子、航空航天、光伏發電、智能電網、可再生能源系統等多個高科技領域。因此，生產出高質量、大尺寸的sic晶圓對于促進上述領域的技術革新與產業升級具有至關重要的意義。
2、化學機械拋光(chemical?mechanical?polishing,?cmp)是一種將化學腐蝕與機械研磨完美結合的表面平坦化技術。其核心在于化學與機械作用的協同效應，通過拋光頭將晶圓緊壓在高速旋轉的拋光墊上，利用拋光墊表面的微絨毛和微小顆粒與晶圓表面產生摩擦，去除化學作用形成的氧化層，露出新表面，新表面又被化學氧化后再次被機械研磨，如此循環，最終將晶圓表面粗糙度降至納米級。cmp技術最早于1965年由monsanto公司提出，最初用于獲取高質量的玻璃表面。隨著半導體技術的發展，cmp技術在80年代中期開始得到大力探索，以滿足增大集成電路密度、只在較小器件結構和多層金屬全局平坦化的需要。由于晶體生長和切割等工藝導致晶圓表面不平整，cmp
3、對于8英寸sic晶圓的cmp工藝，目前市場上主要采用粗拋液和精拋液兩種不同的拋光液配方，其中粗拋液的配方主要為酸性kmno4溶液加上亞微米級別的α-al2o3磨料，這種組合可以在較短的時間內去除晶圓表面的較大缺陷，但存在拋光效果不穩定、環境污染、設備腐蝕、磨料團聚等問題；而精拋液則采用釩酸與納米硅溶膠的組合，旨在進一步提高晶圓表面的光潔度和平整度，以滿足更高精度的要求。然而，這一工藝流程復雜，涉及多次拋光，不僅降低了生產效率，增加了制造成本，還可能因多次拋光引入更多表面缺陷，影響成品率。
4、為了確保晶圓表面的質量，特別是為了保護后續將要進行外延膜生長的硅面(si-face)，目前采用的單片拋光工藝包括以下三個步驟：第一步：硅面粗拋。首先對晶圓的硅面進行粗拋處理，去除較大的表面缺陷，為后續步驟做好準備。第二步：碳面粗拋。然后對晶圓的碳面(c-face)進行粗拋處理，以確保雙面的均勻性和一致性，防止在后續的加工中因表面不平而導致的問題。第三步：硅面精拋。最后再次對硅面進行精拋處理，以達到最終的表面質量要求，確保表面光潔度和平整度符合標準。
5、但是現有技術方案仍存在以下問題與不足：
6、1）kmno4的不穩定性及其危害
7、酸性kmno4雖然在氧化反應中表現出較高的活性，但由于其氧化性會隨ph值變化而顯著降低，導致拋光效果不穩定。此外，kmno4在使用過程中會產生有毒副產物，對環境和操作者的健康造成潛在威脅。因此，這種拋光液并不適合大規模推廣應用。
8、2）設備壽命的影響
9、kmno4的腐蝕性還會對拋光設備造成損害，縮短設備的使用壽命。這不僅增加了維護成本，還可能影響生產效率和晶圓的質量。長期使用kmno4可能會導致拋光墊和其他關鍵部件的過早磨損，從而影響整個生產流程的穩定性。
10、3）磨料團聚問題
11、亞微米級別的α-al2o3磨料在拋光液中容易團聚形成絮狀沉淀。這些團聚物在拋光過程中會對晶圓表面造成劃傷，嚴重影響晶圓的成品率和可靠性。團聚現象不僅降低了拋光效率，還可能導致晶圓表面出現瑕疵，進而影響最終產品的性能。
12、4）生產效率和成本
13、引入精拋工序雖然能夠提升晶圓表面的質量，但也帶來了生產效率的下降。每增加一個工序都會延長生產周期，增加時間和資源消耗。同時，精拋所需的材料也會增加制造成本，這對大規模生產和市場競爭不利。此外，多次拋光還可能引入更多的表面缺陷，從而進一步降低成品率，對大規模生產和市場競爭不利。
14、有鑒于此，如何提供一種分散性良好、成本更低、生產效率更高的機械拋光液磨料成為本行業亟待解決的技術問題。
技術實現思路
1、鑒于上述問題，本專利技術的目的在于針對現有技術中存在的磨料團聚及kmno4的不穩定性及其危害等問題，而提供一種分散性好、成本低、生產效率高的納米復合磨料。該方案將顯著提升sic晶圓在cmp過程中的拋光效率與表面質量，降低制造成本，推動半導體制造技術的持續進步與產業升級。
2、本專利技術的第二目的在于，提供一種所述納米復合磨料的制備方法。
3、本專利技術的第三目的在于，提供一種化學機械拋光組合物。
4、本專利技術的第四目的在于，提供一種所述化學機械拋光組合物的制備方法。
5、為實現本專利技術的目的所采用的技術方案是：
6、本專利技術提供了一種納米復合磨料，所述納米復合磨料包括少層石墨包覆的納米級al2o3磨料，所述納米復合磨料中c元素的質量分數不高于10wt.%。
7、在上述技術方案中，所述納米復合磨料中c元素的質量分數為1wt.%-10wt.%。
8、在上述技術方案中，所述納米復合磨料中c元素的質量分數為5wt.%-8wt.%。
9、在上述技術方案中，所述納米級al2o3磨料的平均粒徑為50nm-100nm。
10、本專利技術的第二方面，提供一種納米復合磨料的制備方法，包括以下步驟：
11、步驟1，在真空氣氛中，對有機鋁鹽進行第一次煅燒，以使有機鋁鹽中的有機物分解形成納米碳網絡，有機鋁鹽分解得到的氧化鋁分散于納米碳網絡中，得到初始形態的復合磨料；
12、步驟2，在空氣氛圍中，對初始形態的復合磨料進行第二次煅燒，以使納米碳網絡部分分解，得到所述納米復合磨料。
13、在上述技術方案中，所述步驟1中第一次煅燒的溫度為700℃-1000℃，第一次煅燒的時間為20min-40min。
14、在上述技術方案中，所述步驟2中第二次煅燒的溫度為450℃-600℃，第二次煅燒的時間為30min-40min。
15、在上述技術方案中，所述有機鋁鹽為乳酸鋁、硬脂酸鋁、檸檬酸鋁或醋酸鋁中的一種或多種。
16、本專利技術的第三方面，提供一本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種納米復合磨料，其特征在于，所述納米復合磨料包括少層石墨包覆的納米級Al2O3磨料，所述納米復合磨料中C元素的質量分數不高于10wt.%。
2.根據權利要求1所述的納米復合磨料，其特征在于，所述納米復合磨料中C元素的質量分數為1wt.%-10wt.%。
3.根據權利要求1所述的納米復合磨料，其特征在于，所述納米復合磨料中C元素的質量分數為5wt.%-8wt.%。
4.根據權利要求1所述的納米復合磨料，其特征在于，所述納米級Al2O3磨料的平均粒徑為50-100nm。
5.權利要求1-4任一項所述納米復合磨料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
6.根據權利要求5所述的納米復合磨料的制備方法，其特征在于，所述步驟1中第一次煅燒的溫度為700℃-1000℃，第一次煅燒的時間為20min-40min。
7.根據權利要求5所述的納米復合磨料的制備方法，其特征在于，所述步驟2中第二次煅燒的溫度為450℃-600℃，第二次煅燒的時間為30min-40min。
8.根據權利要求5所述的納米復合磨料的制備
9.一種化學機械拋光組合物，其特征在于，所述化學機械拋光組合物包括氧化劑、權利要求1-4任意一項所述的納米復合磨料或通過權利要求5-8任意一項所述制備方法制備的納米復合磨料、懸浮劑、pH調節劑和余量的溶劑。
10.根據權利要求9所述的化學機械拋光組合物，其特征在于，所述化學機械拋光組合物包括5wt.%-7wt.%的納米復合磨料、1wt.%-3wt.%的氧化劑、0.5wt.%-2.5wt.%的pH調節劑、0.5wt.%-2wt.%的懸浮劑和余量的溶劑。
11.根據權利要求9所述的化學機械拋光組合物，其特征在于，所述氧化劑為高鐵酸鉀。
12.根據權利要求9所述的化學機械拋光組合物，其特征在于，所述化學機械拋光組合物的pH不低于10。
13.根據權利要求9所述的化學機械拋光組合物，其特征在于，所述化學機械拋光組合物的pH值為10-12。
14.根據權利要求9所述的化學機械拋光組合物，其特征在于，所述pH調節劑為乙二胺、乙醇胺或甜菜堿中的任意一種。
15.根據權利要求9所述的化學機械拋光組合物，其特征在于，所述懸浮劑為水合硅酸鎂、聚丙烯酸溶液或脲改性聚氨酯溶液中的任意一種。
16.根據權利要求9所述的化學機械拋光組合物，其特征在于，所述化學機械拋光組合物拋光硅面的去除速率大于4μm/h，拋光碳面的去除速率大于10μm/h。
17.權利要求9-16任意一項所述化學機械拋光組合物的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：將權利要求1-4任意一項所述的納米復合磨料或通過權利要求5-8任意一項所述制備方法制備的納米復合磨料與權利要求10所述的氧化劑、權利要求10所述的懸浮劑在溶劑中混合均勻后，加入權利要求10所述的pH調節劑調整pH值，然后進行分散后得到所述化學機械拋光組合物。
18.根據權利要求17所述的化學機械拋光組合物的制備方法，其特征在于，所述化學機械拋光組合物的pH值為10-12。
19.如權利要求17所述的化學機械拋光組合物的制備方法，其特征在于，所述分散的過程為球磨分散1h-3h，并進行超聲15min-45min。
20.權利要求9-16任意一項所述的化學機械拋光組合物或權利要求17-19任一項所述制備方法制備得到的化學機械拋光組合物在SiC拋光中的應用。
...【技術特征摘要】
1.一種納米復合磨料，其特征在于，所述納米復合磨料包括少層石墨包覆的納米級al2o3磨料，所述納米復合磨料中c元素的質量分數不高于10wt.%。
2.根據權利要求1所述的納米復合磨料，其特征在于，所述納米復合磨料中c元素的質量分數為1wt.%-10wt.%。
3.根據權利要求1所述的納米復合磨料，其特征在于，所述納米復合磨料中c元素的質量分數為5wt.%-8wt.%。
4.根據權利要求1所述的納米復合磨料，其特征在于，所述納米級al2o3磨料的平均粒徑為50-100nm。
5.權利要求1-4任一項所述納米復合磨料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
6.根據權利要求5所述的納米復合磨料的制備方法，其特征在于，所述步驟1中第一次煅燒的溫度為700℃-1000℃，第一次煅燒的時間為20min-40min。
7.根據權利要求5所述的納米復合磨料的制備方法，其特征在于，所述步驟2中第二次煅燒的溫度為450℃-600℃，第二次煅燒的時間為30min-40min。
8.根據權利要求5所述的納米復合磨料的制備方法，其特征在于，所述有機鋁鹽為乳酸鋁、硬脂酸鋁、檸檬酸鋁或醋酸鋁中的一種或多種。
9.一種化學機械拋光組合物，其特征在于，所述化學機械拋光組合物包括氧化劑、權利要求1-4任意一項所述的納米復合磨料或通過權利要求5-8任意一項所述制備方法制備的納米復合磨料、懸浮劑、ph調節劑和余量的溶劑。
10.根據權利要求9所述的化學機械拋光組合物，其特征在于，所述化學機械拋光組合物包括5wt.%-7wt.%的納米復合磨料、1wt.%-3wt.%的氧化劑、0.5wt.%-2.5wt.%的ph調節劑、0.5wt.%-2wt.%的懸浮劑和余量的溶...
【專利技術屬性】
技術研發人員：方炳程，金軍，仝開宇，陳佳蕊，
申請(專利權)人：華海清科股份有限公司，
類型：發明
國別省市：
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