SiC抛光不再难！四大前沿技术路线揭秘，第三代半导体迎来高效平坦化新纪元

中国粉体网讯在针对需要高速开关能力的应用场景设计的高性能电子器件中，采用碳化硅（SiC）材料制造的晶圆表面，其理想状态应达到原子级别的平滑度，同时确保无任何亚表面损伤。然而，单晶SiC因其卓越的硬度、显著的脆性特性以及化学惰性，而被业界公认为加工难度极高的材料之一、�br/>

化学机械抛光（CMP）技术，是半导体制造过程中的一项关键技术，其工作原理是将晶圆表面暴露在含有磨粒和化学试剂的抛光液中，通过抛光垫与晶圆之间的相对运动，利用化学腐蚀与机械研磨的协同作用，实现对晶圆表面多余材料的高效去除与全局纳米级平坦化、�/p>

CMP抛光方式示意国�/p>

目前，传统的CMP系统多按照集成电路平坦化的需求设计，较少考虑SiC等超硬新型半导体材料的平坦化。为弥补传统CMP技术在以SiC为代表的第三代半导体超硬材料平坦化方面的不足＋�strong>聚焦集成电路核心装备CMP核心主业的北京晶亦精微科技股份有限公司的工程师们在传统CMP技术的基础上，综述了几种平坦化前沿技术发展路线、�/p>

光辅助化学机械抛先�/strong>

光辅助化学机械抛光（PCMP，photocatalysis-assisted chemical mechanical polishing）的技术原理是利用紫外光催化反应，在抛光液中添加纳米TiO₂颗粒，纳米TiO₂颗粒在紫外光的照射下激发出电子-空穴对，其中空穴与抛光液中的氧化剂H₂O₂分子与氢氧根离子(OH-)反应，产生氧化性更强的羟基自由�?·OH，氧化还原电位为2.76 eV)，而电子则与抛光液中的H₂O₂、O₂等分子反应生成羟基自由基（·OH）与氧自由基（·O₂，氧化还原电位为2.07 eV)、�/p>

紫外光催化反应生成的大量活性自由基与SiC表面反应，生成质地松散的SiO₂氧化层，新生成的SiO₂氧化层在研磨颗粒与抛光垫剪切作用下被快速去除并暴露出新的SiC表面，新表面继续与光催化反应生成的活性自由基反应，从而提升SiC的材料去除速率、�/p>

PCMP抛光方式示意国�/p>

据北京晶亦精微的工程师讲解，PCMP的关�?/span>是尽量充分快速地进行光催化反应，并保证光催化反应生成的电�?空穴对不要重新复合；其中光催化辅助参数（光场强度、紫外光波长范围、催化剂种类、抛光液的酸碱性、抛光液的成分配比等）和化学机械参数（抛光液流速、抛光运动部件转速、抛光压力）是影响PCMP抛光工艺效果的重要参数、�/p>

电化学机械抛先�/strong>

电化学机械抛光（ECMP，Electro-assisted chemical mechanical polishing）是在CMP工艺基础上结合电化学阳极氧化基本原理的一种平坦化技术、�/p>

在电化学体系中，抛光头作为阳极，抛光盘作为阴极，抛光液中添加氢氧化钾等成分充当电解液，抛光时直流电源施加直流电压，SiC晶圆通过抛光垫开孔中的填充的抛光液与抛光盘阴极电极板连通形成闭合回路，SiC晶圆在阳极电压作用下，可激发产生电�?空穴对，空穴能够与抛光液中的氢氧根离子（OH-）结合生成具有强氧化性的羟基自由基（·OH），羟基自由基可显著促进SiC氧化反应速率，使其迅速转化为更易去除的二氧化硅（SiO2）。因此，额外施加电压，利用电化学反应机理以及SiC本身半导体性质，有机结合CMP工艺可实现SiC高效氧化和材料去除、�/p>

ECMP抛光方式示意国�/p>

据晶亦精微的工程师介绍，ECMP的关键点在于精确调控阳极氧化作用与机械磨削之间的动态平衡。如果阳极氧化速率过快，会导致抛光后的晶圆表面粗糙度增大，而机械磨削作用过大，则会导致SiC材料去除率（MRR）下降，并引入划伤等缺陷；其中抛光液组份（包括研磨料成分、形态及粒径、电解质成分、pH值）、电化学参数（作用电压、电化学腐蚀电流）、抛光垫物性参数（抛光垫通孔形状以及离散形式）和机械参数（抛光液流速、抛光运动部件转速、抛光压力）是影响ECMP抛光工艺效果的重要参数、�/p>

超声辅助化学机械抛光

超声辅助化学机械抛光（UACMP，ultrasonicvibration assisted chemical mechanical polishing）是在CMP工艺基础上结合超声对抛光液研磨料的分散作用及超声空化原理的一种平坦化技术、�/p>

CMP抛光液为胶体体系，其研磨料颗粒极易发生团聚，从而影响抛光效率，并易引入颗粒残留、划伤缺陷。超声辅助化学机械抛光装置通过在抛光盘或抛光头上设置超声震动装置，在碳化硅晶圆、抛光液、抛光垫之间传播超声动能，使抛光液中的研磨料颗粒产生高频震动，减少团聚效应，避免晶圆划伤、�/p>

在超声作用下，磨粒颗粒高速运动，冲击工件表面，使工件表面原子势能提高，有助于提高工件材料与氧化剂的反应速率，加快材料的去除。同时，伴随着超声空化作用，抛光液中产生空化气泡，这些空化气泡在高频超声振动的作用下不断运动、生长和破灭，冲击碳化硅晶圆表面，促进材料的去除、�/p>

UACMP抛光方式示意国�/p>

ECMP的关键点在于调控材料去除效率与晶圆表面质量之间的动态平衡，确定最优超声振动参数（超声振子安装位置、数量、振幅、频率）。过强的超声振动作用会造成晶圆表面划伤，增加晶圆翘曲度与表面粗糙度，影响晶圆面型，严重时还会破坏抛光运动系统稳定性，提升晶圆碎片风险、�/p>

等离子体辅助抛光

等离子体辅助抛光（PAP，plasma-assisted polishing）是在CMP系统中耦合等离子体发生模块，在抛光过程中以惰性气体（如Ar）作为载气，通过精准调控O₂/H₂O等反应气体的离解过程，在射频激发下产生富含高活性自由基（·O、·OH、O₃等）的等离子体射流冲击碳化硅晶圆表面，这些处于激发态的粒子与碳化硅晶圆表面发生深度氧化蚀刻反应，生成氧化层实现碳化硅材料表面改性，同时通过化学机械抛光对氧化层快速去除，形成“等离子体活�?表面改�?化学机械去除”的闭环工艺链，提升碳化硅晶圆的抛光效率与抛光效果。PAP多采用Face Up的抛光方式，晶圆待抛光面朝上同步实现等离子体改性处理与化学机械磨削、�/p>

PAP抛光方式示意国�/p>

PAP的关键点在于通过控制等离子体深度氧化蚀刻反应与机械磨削之间的动态平衡，实现材料去除率的精确调控与晶圆表面形貌控制，其中等离子体控制参数（放电功率、抛光等离子体电子密度、工作气体种类及流量、处理距离、处理时间）与化学机械参数（抛光液流速、抛光运动部件转速、抛光压力）是影响PAP抛光工艺效果的重要参数、�/p>

资料来源９�/strong>刘宜霖等：以SiC为代表的第三代半导体超硬材料平坦化前沿技术，北京晶亦精微科技股份有限公司

（中国粉体网编辑整理/平安（�/p>

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