【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于碳化硅抛光液领域，具体涉及一种基于磷酸-磷酸二氢钠缓冲液体系的高稳定性碳化硅抛光液。
技术介绍
1、碳化硅（sic）作为最具代表性的第三代宽禁带半导体材料，它具有宽带隙（2.3-3.3 ev）、高热导率（3-4.9 w/cm·k）、高临界击穿电场（0.8-3.0 mv/cm）、低相对介电常数（9.7-10）、高载流子饱和迁移速度（2.0 × 107cm/s）、耐高温（高达1000 ℃）和抗辐射能力等特点。然而，由于sic单晶材料的硬度大，同时压缩强度高于其弯曲强度，材料表现为较大的硬脆性以及化学惰性，因此造成sic衬底减薄效率不佳。由此可见，制备出高效稳定的碳化硅抛光液具有十分重要的科学意义以及市场应用前景。
2、目前cmp已被广泛应用于半导体工业的表面抛光及平坦化中，被认为是目前实现sic晶片全局平坦化和超光滑无损伤纳米级表面的唯一有效加工方法。其中常使用的抛光液一般包括研磨粒子、氧化剂、ph调节剂以及多种添加剂余量为水。为了提高碳化硅的减薄效率通常采用高强度的材料，如氧化铝（莫氏硬度为9.0）、纳米金刚石(莫氏硬度为10)，提高减薄效率的同时也非常容易造成碳化硅表面产生划痕。含有氧化铈（莫氏硬度为7-8）的抛光液尽管可改善表面划伤，但是在水相介质中，由于ceo2的高表面能，极易发生粒子团聚和快速沉降，造成抛光液的不稳定，从而影响最终的抛光效果。
3、此外，高锰酸钾由于其强的氧化能力在抛光液中优选作为氧化剂。但是，高锰酸钾在抛光过程中消耗h+导致溶液体系ph变大，影响抛光液体系分散稳定性导
4、研究发现，以无机酸作为ph调节剂和分散剂，可以获得较为稳定的抛光液，但是在ceo2抛光液中稳定时间较短，仍会出现团聚和沉降现象，ceo2抛光液的分散性能有待进一步提高，且对于碳化硅材料的抛光速率较低，不能满足化学机械抛光的要求。
5、鉴于现有技术中氧化铈抛光液在碳化硅机械抛光过程中较差的分散稳定和ph稳定性，本专利技术采用一种基于磷酸-磷酸二氢钠缓冲液体系，通过改性氧化铈磨粒以及含磷杂多酸的协同优化，能够保证碳化硅抛光过程中保持分散稳定的同时体系的ph值基本保持不变维持高效的稳定性。
技术实现思路
1、本专利技术所要解决的技术问题是针对当前技术中存在的不足，提供一种基于磷酸-磷酸二氢钠缓冲液体系的高稳定性碳化硅抛光液。该抛光液以磷酸-磷酸二氢钠缓冲溶液作为抛光液的分散剂以及ph调节剂，体系的ph值控制在为2.0~6.0；此外，以表面修饰的氧化铈作为磨料，含磷杂多酸作为桥连键，增加氧化铈的固有分散稳定性，使磷酸根离子吸附在氧化铈表面，通过双电层效应增大粒子间的排斥力，粒子间相互团聚的倾向减弱，从而提高了其分散性能，本专利技术抛光液的分散性能、抛光速率和稳定性均有明显改善，大大提高了碳化硅抛光液的品质和性能。
2、为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：
3、一种基于磷酸-磷酸二氢钠缓冲液体系的高稳定性碳化硅抛光液，该抛光液包括下述组分：改性氧化铈0.05 %~10 %；磷酸0.05 %~0.5 %；磷酸二氢钠0.1 %~1.5 %；含磷杂多酸0.05 %-5 %；氧化剂1 %~10 %，余量为水，ph值为2.0-6.0，优选为2.0-4.0，进一步优选为2.0~3.0。
4、所述的改性氧化铈抛光液粒径为100~1000 nm。
5、所述的磷酸-磷酸二氢钠缓冲液既作为体系分散剂，也作为ph调节剂。
6、所述改性氧化铈磨粒制备方法：惰性气氛下，在乙二醇的水溶液中加入6-{2-[2-（2-（2-甲氧基-乙氧基）-乙氧基]-乙氧基}-己基）三乙氧基硅烷meeetes，加热回流下加入ce(no3)3·6h2o，待完全溶解后，加入氨水诱导乙二醇辅助沉淀，经过滤、洗涤、干燥制备得到改性氧化铈。
7、所述的未改性氧化铈制备仅不添加meeetes，其他步骤与上改性氧化铈磨粒的制备方法一致。
8、所述含磷杂多酸为磷钨杂多酸、磷钼杂多酸、磷钨钼杂多酸中的一种或多种组合，更优选为磷钼杂多酸。
9、所述氧化剂包括过氧化氢、次氯酸钾、次氯酸钠、高氯酸、高锰酸钾、高碘酸、高碘酸钾、高碘酸钠、过硫酸钾、过硫酸铵、过硫酸钠等其中的一种或多种组合，更优选的氧化剂为高锰酸钾。
10、所述的抛光液制备方法，该方法包含下述步骤：首先向改性氧化铈磨料中加入一定量去离子水中，搅拌后加入磷酸-磷酸二氢钠缓冲液，使溶液达到目标ph值（ph值为2.0-6.0，优选为2.0-4.0，进一步优选为2.0~3.0）；最后根据目标浓度添加含磷杂多酸和氧化剂，再添加去离子水补齐余量，继续搅拌即可。
11、所述的改性氧化铈抛光液浓度为0.05 wt%~10.0 wt%。
12、所述的磷酸-磷酸二氢钠缓冲液为磷酸(浓度为85 wt%)和磷酸二氢钠晶体配制；磷酸-磷酸二氢钠缓冲液中，磷酸浓度为0.05 mol/l~0.5 mol/l，磷酸二氢钠浓度为0.1mol/l~1.5 mol/l。
13、磷酸-磷酸二氢钠缓冲溶液与抛光液的体积比为1:500~1:1000。
14、所述的基于磷酸-磷酸二氢钠缓冲液体系的高稳定性碳化硅抛光液，应用于集成电路中碳化硅的抛光工序。
15、本专利技术的抛光液对sic单晶的si面具有非常高的去除速度，si面0.7~6 μm/h，用原子力显微镜检测10×10 μm的粗糙度ra＜0.1 nm。
16、改性氧化铈纳米粒子平均粒径与zeta电位均由激光纳米粒度仪测得，其中累积体积50 %的粒径（d50）优选为0.12 μm~0.58 μm，最佳为0.12 μm；zeta电位优选为19.1 mv~51.3 mv，最佳为51.3 mv。
17、与现有的技术相比，本专利技术的有益效果是：
18、1.本专利技术的磷酸-磷酸二氢钠缓冲液同时作为ph调节剂以及分散剂，磷酸电离产生的h+离子调节体系成酸性，h2po- 4和hpo2- 4缓冲对使得体系ph维持稳定。
19、2.使用高分子硅氧烷原位包覆氧化铈纳米粒子，在氧化铈纳米粒子表面引入有机硅氧烷与氧化铈表面的多羟基配位聚合，硅氧烷包覆的氧化铈纳米粒子能够降低氧化铈的高表面能，增加氧化铈纳米粒子的表观亲水性。
20、3.其次，引入磷钼杂多酸作为桥连键与使得改性氧化铈与磷酸根离子通过氢键桥连，各纳米粒子之间通过双电层效应增大了相互之间的排斥力，粒子间相互团聚的倾向减弱，这也是氧化铈纳米粒子具有优异稳定性的原因。
21、4.磷酸-磷酸二氢钠缓冲溶液，能够避免使用挥发性酸如浓乙酸、浓硝酸、浓盐酸和氢氟酸等带来的伤害，适宜在室温下长期储存不变质。
22、以下实验中所用的碳化硅衬底是6英寸的导电型碳化硅衬底。除非特别说明，以下sic的去除速率是在si面的半绝缘型本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于磷酸-磷酸二氢钠缓冲液体系的碳化硅抛光液，其特征在于，该抛光液包括下述组分：改性氧化铈磨粒、磷酸-磷酸二氢钠缓冲液、含磷杂多酸、氧化剂和水，其中按照质量百分比计包含改性氧化铈磨粒为0.05 %~20 %；磷酸-磷酸二氢钠缓冲液0.15-2.0%；含磷杂多酸0.05 %-5 %；氧化剂1 %~10 %，余量为水。
2.如权利要求1所述的基于磷酸-磷酸二氢钠缓冲液体系的碳化硅抛光液，其特征在于，改性氧化铈磨粒的制备方法包括如下步骤：惰性气氛下，在乙二醇的水溶液中加入6-{2-[2-（2-（2-甲氧基-乙氧基）-乙氧基]-乙氧基}-己基）三乙氧基硅烷MEEETES，加热回流下加入Ce(NO3)3·6H2O，待完全溶解后，加入氨水诱导乙二醇辅助沉淀，经过滤、洗涤、干燥制备得到改性氧化铈。
3.如权利要求1所述的基于磷酸-磷酸二氢钠缓冲液体系的碳化硅抛光液，其特征在于，所述的改性氧化铈磨粒粒径为100~1000 nm，所述的改性氧化铈的纯度大于等于99wt％。
4.如权利要求1所述的基于磷酸-磷酸二氢钠缓冲液体系的碳化硅抛光液，其特征在于，所
5.如权利要求1所述的基于磷酸-磷酸二氢钠缓冲液体系的碳化硅抛光液，其特征在于，所述氧化剂包括过氧化氢、次氯酸钾、次氯酸钠、高氯酸、高锰酸钾、高碘酸、高碘酸钾、高碘酸钠、过硫酸钾、过硫酸铵、过硫酸钠等其中的一种或多种组合，更优选的氧化剂为高锰酸钾。
6.如权利要求1所述的基于磷酸-磷酸二氢钠缓冲液体系的碳化硅抛光液，其特征在于，所述的磷酸-磷酸二氢钠缓冲液为磷酸和磷酸二氢钠晶体配制；磷酸-磷酸二氢钠缓冲液中，磷酸浓度为0.05 mol/L~0.5 mol/L，磷酸二氢钠浓度为0.1 mol/L~1.5 mol/L。
7.如权利要求1所述的基于磷酸-磷酸二氢钠缓冲液体系的碳化硅抛光液，其特征在于，磷酸-磷酸二氢钠缓冲溶液与抛光液的体积比为1:500~1:1000；抛光液的pH值为2.0~6.0。
8.如权利要求1所述的基于磷酸-磷酸二氢钠缓冲液体系的碳化硅抛光液，其特征在于，该方法包含下述步骤：向改性二氧化铈磨料中加入一定量去离子水中，搅拌后，加入磷酸-磷酸二氢钠缓冲液，使溶液达到目标pH值；最后根据目标浓度添加含磷杂多酸、氧化剂，再添加去离子水补齐余量，继续搅拌制备得到抛光液。
9.如权利要求1所述的基于磷酸-磷酸二氢钠缓冲液体系的碳化硅抛光液，其特征在于，所述的改性氧化铈抛光液浓度为0.05 wt%~10.0 wt%。
10.如权利要求1所述的基于磷酸-磷酸二氢钠缓冲液体系的碳化硅抛光液，其特征在于，利用权利要求1-9任一项所述抛光液通过化学机械研磨在碳化硅衬底抛光中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种基于磷酸-磷酸二氢钠缓冲液体系的碳化硅抛光液，其特征在于，该抛光液包括下述组分：改性氧化铈磨粒、磷酸-磷酸二氢钠缓冲液、含磷杂多酸、氧化剂和水，其中按照质量百分比计包含改性氧化铈磨粒为0.05 %~20 %；磷酸-磷酸二氢钠缓冲液0.15-2.0%；含磷杂多酸0.05 %-5 %；氧化剂1 %~10 %，余量为水。
2.如权利要求1所述的基于磷酸-磷酸二氢钠缓冲液体系的碳化硅抛光液，其特征在于，改性氧化铈磨粒的制备方法包括如下步骤：惰性气氛下，在乙二醇的水溶液中加入6-{2-[2-（2-（2-甲氧基-乙氧基）-乙氧基]-乙氧基}-己基）三乙氧基硅烷meeetes，加热回流下加入ce(no3)3·6h2o，待完全溶解后，加入氨水诱导乙二醇辅助沉淀，经过滤、洗涤、干燥制备得到改性氧化铈。
3.如权利要求1所述的基于磷酸-磷酸二氢钠缓冲液体系的碳化硅抛光液，其特征在于，所述的改性氧化铈磨粒粒径为100~1000 nm，所述的改性氧化铈的纯度大于等于99wt％。
4.如权利要求1所述的基于磷酸-磷酸二氢钠缓冲液体系的碳化硅抛光液，其特征在于，所述含磷杂多酸为磷钨杂多酸、磷钼杂多酸、磷钨钼杂多酸中的一种或多种组合，更优选为磷钼杂多酸。
5.如权利要求1所述的基于磷酸-磷酸二氢钠缓冲液体系的碳化硅抛光液，其特征在于，所述氧化剂包括过氧化氢、次氯酸钾、次氯酸钠、高氯酸...
【专利技术属性】
技术研发人员：贺兆波，常希文，叶瑞，张庭，罗月，邹哲敏，冯凯，崔会东，
申请(专利权)人：湖北兴福电子材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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