在半導體材料領域，碳化硅（SiC）因其卓越的電導性、熱穩(wěn)定性和化學穩(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，為了實現(xiàn)這些器件的高性能，必須對SiC進行精細的表面處理。化學機械拋光（CMP）技術作為實現(xiàn)這一目標的關鍵工藝，通過化學作用和機械摩擦的協(xié)同效應，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SiC表面粗糙度進行精確測量，是評估CMP效果的重要手段。

Part.01

碳化硅SiC

碳化硅SiC，作為第三代半導體材料，是一種具有出色光電性能的寬禁帶半導體，其優(yōu)點在于物理化學穩(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、新能源汽車等領域中展現(xiàn)出巨大的應用潛力。

在單晶生長工藝中獲得SiC晶碇之后，需要對SiC襯底進行精細制備，這一過程主要包含以下幾個關鍵步驟：

碳化硅SiC加工流程

Part.02

化學機械拋光（CMP）

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

CMP工藝是一種在半導體制造中常用的關鍵工藝技術，主要用于實現(xiàn)晶圓表面平坦化。它通過結合機械削磨和化學腐蝕，去除半導體材料表面的凸起部分和凹陷部分，以提高晶片的平坦度。

化學機械拋光工藝示意圖

其中放置在晶圓和拋光墊之間的顆粒產生的界面摩擦會影響材料去除率（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反應的影響。

在碳化硅化學機械拋光（CMP）中，提高機械材料去除效率主要有兩種方法：1）通過磨蝕顆粒提高材料去除效率；2）增強化學反應活性。

Part.03

多晶硅化學機械拋光（MAS CMP）

加入磨蝕顆粒使用是作為提高碳化硅化學機械拋光工藝中機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）負責碳化硅的機械去除，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

光催化輔助化學機械拋光（PCMP）

光催化輔助化學機械拋光（PCMP）通過利用TiO2光催化劑進行光催化氧化，將其涂抹在拋光墊上，并控制CMP設備中的氣體環(huán)境，用紫外線進行照射，來激活化學機械拋光過程中的化學反應。

當光能（紫外線；UV）照射到TiO2的帶隙上時，會在其表面產生電子和空穴，導致光催化劑表面電子與氧氣反應形成超氧離子，空穴與水（或濕氣）反應產生羥基自由基。

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

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各種精密器件及材料表面，可應對多樣化測量場景，能夠快速高效完成亞微米級形貌和表面粗糙度的精準測量任務，提供值得信賴的高質量數(shù)據(jù)。

超寬視野范圍，高精細彩色圖像觀察

提供粗糙度、幾何輪廓、結構、頻率、功能等五大分析功能

采用針孔共聚焦光學系統(tǒng)，高穩(wěn)定性結構設計

• 提供調整位置、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）技術的不斷進步，其在高功率和高頻電子器件領域的應用前景愈發(fā)廣闊。通過化學機械拋光（CMP）工藝的優(yōu)化，我們不僅提升了SiC晶圓的表面質量，更確保了其在極端條件下的性能穩(wěn)定性。美能光子灣3D共聚焦顯微鏡的應用，為SiC表面粗糙度的精確測量提供了強有力的技術支持，進一步推動了SiC材料在電力電子、航空航天、新能源汽車等關鍵領域的應用。