一种氧化铈基氮化镓化学机械抛光液及其应用的制作方法

本发明涉及半导体晶圆化学机械拋光，特别涉及一种氧化铈基氮化镓化学机械抛光液及其应用。

背景技术：

1、氮化镓作为第三代宽禁带半导体材料，具有禁带宽度大、击穿电场高、热导率优异以及高频高压特性良好等特点，可用于功率器件、射频器件、光伏逆变、快充模块和新能源汽车相关器件中。氮化镓晶圆在器件制备前需要获得平整、低缺陷的表面，化学机械拋光是改善氮化镓晶圆表面质量的重要加工方式。

2、但是，氮化镓中的gan化学键稳定，材料硬度较高，化学性质较惰性，常规抛光液难以对氮化镓表面形成有效氧化软化层，导致材料去除速率偏低。若通过增强氧化剂作用来提高去除速率，又容易造成氮化镓表面过度腐蚀、晶界优先溶解、凹坑缺陷增多和表面粗糙度升高。

3、此外，现有抛光液中氧化剂、缓蚀剂、研磨颗粒和ph体系之间的匹配难度较大。缓蚀剂加入不足时，难以抑制晶界、台阶和缺陷位点腐蚀；缓蚀剂作用过强时，又会抑制氧化-磨削过程，使材料去除速率下降。ph适配不当时，还可能引起磨粒分散稳定性下降和抛光一致性不足。为此，提出一种氧化铈基氮化镓化学机械抛光液及其应用。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供一种氧化铈基氮化镓化学机械抛光液及其应用，以解决或缓解现有技术中存在的技术问题，至少提供一种有益的选择。

2、本发明的技术方案是这样实现的：一种氧化铈基氮化镓化学机械抛光液，以质量百分比计，包括0.5wt%～8wt%的氧化铈研磨颗粒、0.1wt%～3wt%的过硫酸钾、0.05wt%～1.5wt%的对苯二甲酸、ph调节剂以及余量去离子水，所述ph调节剂为硝酸或氢氧化钾，所述氧化铈基氮化镓化学机械抛光液的ph为2.0～4.0。

3、本发明以氧化铈研磨颗粒作为研磨相，氧化铈研磨颗粒用于参与氮化镓表面氧化软化层的机械去除，并能够与酸性氧化体系配合，提高氮化镓表面材料去除效率；与二氧化硅研磨颗粒相比，氧化铈研磨颗粒对氮化镓表面具有更强的磨削协同作用；与硬度较高且易造成表面划伤的磨粒相比，氧化铈研磨颗粒更有利于兼顾材料去除和表面质量。

4、本发明采用过硫酸钾作为氧化剂；过硫酸钾在酸性体系中能够参与氮化镓表面的氧化软化过程，使稳定的ga-n键表层发生氧化反应，从而有利于后续机械去除；过硫酸钾与氧化铈研磨颗粒配合后，可形成氧化与磨削协同的抛光过程，提高氮化镓去除速率。

5、本发明采用对苯二甲酸作为缓蚀剂。对苯二甲酸分子中含有双羧基芳香环结构，在酸性体系下可吸附于氮化镓表面活性位点，对晶界、台阶和缺陷位点处的无序腐蚀起到抑制作用；通过引入对苯二甲酸，可减少氧化剂对氮化镓基底的过度腐蚀，从而降低抛光后晶圆表面凹坑、晶界腐蚀和粗糙度升高问题。

6、进一步优选地，所述氧化铈研磨颗粒为纳米氧化铈颗粒，所述纳米氧化铈颗粒的粒径为30nm～250nm；该粒径范围内的纳米氧化铈颗粒能够参与氮化镓表面的机械磨削，同时有利于抛光液分散和抛光均匀性。

7、进一步优选地，所述氧化铈研磨颗粒的质量百分比含量为0.5wt%～4.0wt%。在该范围内，氧化铈研磨颗粒能够提供有效磨削作用，并降低因颗粒浓度过高导致团聚和表面划伤的风险。

8、进一步优选地，所述过硫酸钾的质量百分比含量为0.5wt%～3.0wt%。通过控制过硫酸钾含量，可使氮化镓表面形成适于机械去除的氧化软化层，同时减少氧化剂过量造成的晶界腐蚀和凹坑缺陷。

9、进一步优选地，所述对苯二甲酸的质量百分比含量为0.05wt%～1.0wt%。通过控制对苯二甲酸含量，可在抑制氮化镓表面腐蚀的同时，避免缓蚀剂过度吸附而显著降低材料去除速率。

10、进一步优选地，所述ph调节剂为硝酸，所述氧化铈基氮化镓化学机械抛光液的ph为2.95～3.05；将体系ph控制在该范围内，有利于过硫酸钾氧化作用、氧化铈研磨颗粒分散状态以及对苯二甲酸吸附行为之间形成配合，从而改善抛光液的综合抛光性能。

11、进一步优选地，所述去离子水为超纯水，所述超纯水的电阻率不低于18mω·cm。采用超纯水作为分散介质，可减少外来离子对半导体晶圆抛光过程的影响。

12、进一步优选地，以质量百分比计，所述氧化铈研磨颗粒的含量为2.0wt%，所述过硫酸钾的含量为2.0wt%，所述对苯二甲酸的含量为0.6wt%，所述ph调节剂为硝酸，所述氧化铈基氮化镓化学机械抛光液的ph为2.95～3.05。

13、本发明还提供上述氧化铈基氮化镓化学机械抛光液在氮化镓晶圆化学机械拋光中的应用。进一步地，所述氮化镓晶圆可为氮化镓功率器件用晶圆。

14、本发明实施例由于采用以上技术方案，其具有以下优点：

15、一、本发明采用氧化铈研磨颗粒作为氮化镓化学机械抛光液的研磨相，当所述氧化铈研磨颗粒为纳米氧化铈颗粒时，纳米氧化铈颗粒不仅能够对氮化镓表面氧化软化层进行机械去除，还可通过ce4+/ce3+价态循环参与界面氧化反应过程，使氧化铈研磨颗粒兼具机械磨削和化学催化作用，有利于提高氮化镓材料去除速率。

16、二、本发明采用过硫酸钾作为酸性体系中的氧化剂，在ph为2.0～4.0的酸性环境下，过硫酸钾能够参与形成具有氧化作用的活性物种，使氮化镓表层发生氧化软化，从而便于氧化铈研磨颗粒对氧化软化层进行去除，避免单纯依赖机械磨削导致抛光效率不足的问题。

17、三、本发明采用对苯二甲酸作为缓蚀剂，对苯二甲酸分子中的双羧基结构能够在酸性条件下与氮化镓表面活性位点产生吸附作用，其芳香环平面结构有利于在晶圆表面形成吸附保护层，从而限制氧化剂对晶界、台阶和缺陷位点的过度腐蚀，减少腐蚀凹坑和粗糙度升高问题。

18、四、本发明通过氧化铈研磨颗粒、过硫酸钾、对苯二甲酸和酸性ph体系之间的配合，使抛光过程中的氧化软化、机械磨削和表面缓蚀能够相互协调；与未加入缓蚀剂的体系相比，本发明能够在保持氮化镓去除速率的同时改善抛光后表面粗糙度；与二氧化硅研磨体系相比，本发明能够提高氮化镓表面的去除效率。

19、上述概述仅仅是为了说明书的目的，并不意图以任何方式进行限制。除上述描述的示意性的方面、实施方式和特征之外，通过参考附图和以下的详细描述，本发明进一步的方面、实施方式和特征将会是容易明白的。

1.一种氧化铈基氮化镓化学机械抛光液，其特征在于，以质量百分比计，包括0.5wt%～8wt%的氧化铈研磨颗粒、0.1wt%～3wt%的过硫酸钾、0.05wt%～1.5wt%的对苯二甲酸、ph调节剂以及余量去离子水，所述ph调节剂为硝酸或氢氧化钾，所述氧化铈基氮化镓化学机械抛光液的ph为2.0～4.0。

2.根据权利要求1所述的一种氧化铈基氮化镓化学机械抛光液，其特征在于，所述氧化铈研磨颗粒为纳米氧化铈颗粒，所述纳米氧化铈颗粒的粒径为30nm～250nm。

3.根据权利要求1所述的一种氧化铈基氮化镓化学机械抛光液，其特征在于，所述氧化铈研磨颗粒的质量百分比含量为0.5wt%～4.0wt%。

4.根据权利要求1所述的一种氧化铈基氮化镓化学机械抛光液，其特征在于，所述过硫酸钾的质量百分比含量为0.5wt%～3.0wt%。

5.根据权利要求1所述的一种氧化铈基氮化镓化学机械抛光液，其特征在于，所述对苯二甲酸的质量百分比含量为0.05wt%～1.0wt%。

6.根据权利要求1所述的一种氧化铈基氮化镓化学机械抛光液，其特征在于，所述ph调节剂为硝酸，所述氧化铈基氮化镓化学机械抛光液的ph为2.95～3.05。

7.根据权利要求1所述的一种氧化铈基氮化镓化学机械抛光液，其特征在于，所述去离子水为超纯水，所述超纯水的电阻率不低于18mω·cm。

8.根据权利要求1所述的一种氧化铈基氮化镓化学机械抛光液，其特征在于，以质量百分比计，所述氧化铈研磨颗粒的含量为2.0wt%，所述过硫酸钾的含量为2.0wt%，所述对苯二甲酸的含量为0.6wt%，所述ph调节剂为硝酸，所述氧化铈基氮化镓化学机械抛光液的ph为2.95～3.05。

9.根据权利要求1所述的一种氧化铈基氮化镓化学机械抛光液在氮化镓晶圆化学机械拋光中的应用。

10.根据权利要求9所述的一种氧化铈基氮化镓化学机械抛光液在氮化镓晶圆化学机械拋光中的应用，其特征在于，所述氮化镓晶圆为氮化镓功率器件用晶圆。