一种用于CVD法制备多晶SiC制品的化学机械抛光方法及制品与流程

本发明涉及半导体精密陶瓷部件加工，特别是涉及一种用于cvd法制备多晶sic制品的化学机械抛光方法及制品。

背景技术：

1、碳化硅具有高硬度、高热导率、高耐磨性、高耐腐蚀性、低热膨胀系数和优异的等离子体环境稳定性，已广泛用于第三代半导体晶圆、功率器件衬底以及半导体工艺装备核心部件。随着先进刻蚀、沉积、外延和热处理工艺对洁净度、颗粒控制、等离子体耐蚀性和尺寸稳定性的要求不断提高，cvd法制备的高纯多晶bulk sic逐渐被用于刻蚀环、喷淋头、喷淋盘、聚焦环等高端部件。

2、目前，4h-sic、6h-sic等单晶sic晶圆的精密加工已经形成较成熟的磨削、研磨、cmp和清洗工艺。单晶sic晶圆cmp通常围绕si面或c面的晶向差异、氧化反应速率、亚表面损伤去除和外延级表面质量展开，其目标主要是获得可用于外延生长和器件制造的低缺陷晶圆表面。

3、但是，cvd法制备的多晶bulk sic制品与单晶sic晶圆存在显著差异，不能简单套用单晶sic晶圆cmp工艺。单晶sic晶圆具有连续晶格和确定晶向，cmp过程中去除行为主要与si面、c面、偏角、缺陷和氧化层形成有关；而cvd多晶bulk sic由大量晶粒和晶界构成，不同晶粒取向、晶粒尺寸、晶界相、沉积层状结构和残余应力共同影响材料去除。

4、从力学性能看，单晶sic在不同晶向上表现出各向异性硬度、弹性模量和断裂行为；多晶cvd-sic宏观上可能表现为近似各向同性，但在微观上存在晶粒间硬度差、晶界结合强度差异、局部孔隙或沉积缺陷，cmp过程中更容易出现晶界凹陷、晶粒拔出、局部坑蚀和颗粒释放。

5、从耐腐蚀机制看，单晶sic的耐腐蚀性主要受晶面、缺陷密度、表面损伤和杂质影响；多晶cvd-sic除晶粒本体耐腐蚀性外，还受晶界连续性、晶界杂质、微孔、孔洞和沉积界面影响。在等离子体刻蚀环境中，晶界区域可能成为优先腐蚀和颗粒释放的起始位置。因此，面向刻蚀环、喷淋头等部件的cmp不仅要追求低ra，还要抑制晶界优先腐蚀和颗粒产生。

6、现有成熟单晶sic cmp工艺通常关注晶圆级表面平整度和外延级损伤去除，而cvd多晶bulk sic制品还需要同时满足部件几何形貌、厚度一致性、孔区保护、内外缘过抛控制、晶界均化和半导体腔体耐蚀要求。例如，对于高端刻蚀环、喷淋头等制品，部分客户要求其达到类似sic单晶晶圆片的几何和表面质量指标：ttv≤3 μm、ltv≤1 μm、bow≤10 μm、warp≤20 μm、粗抛ra≤10 nm、精抛ra≤1 nm。传统机械研磨、游离磨料抛光或直接照搬单晶sic晶圆cmp，难以稳定兼顾上述指标。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种用于cvd法制备多晶sic制品的化学机械抛光方法及制品，以解决单晶sic晶圆cmp工艺难以直接适配多晶cvd bulk sic晶粒/晶界结构、多晶sic在cmp中易产生晶界优先腐蚀、晶粒拔出、晶界凹陷和颗粒释放，以及刻蚀环、喷淋头等部件因非标准晶圆形状、环形边缘、孔区、沟槽和厚度不均而导致常规晶圆cmp压力分布不适用的问题。

2、为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

3、一种用于cvd法制备多晶sic制品的化学机械抛光方法，包括以下步骤：

4、采用第一化学机械抛光液对经形貌修正加工后的cvd法制备多晶sic基材进行形貌修正粗抛，所述第一化学机械抛光液包括胶体二氧化硅、辅助磨粒、氧化剂和分散剂；

5、采用第二化学机械抛光液进行晶界均化抛光，所述第二化学机械抛光液包括胶体二氧化硅、氧化剂、络合剂、表面活性剂和晶界腐蚀抑制剂；

6、采用第三化学机械抛光液进行精抛，所述第三化学机械抛光液包括粒径为10-80nm的胶体二氧化硅、弱氧化剂和低金属离子络合剂，经清洗干燥后得到cvd法制备多晶sic制品。

7、优选的，以质量计所述第一化学机械抛光液包括以下组分：5-35份胶体二氧化硅、0.01-5份辅助磨粒、0.5-8份氧化剂和0.1-1份分散剂，ph为7.5-11.5。

8、优选的，形貌修正粗抛步骤中，抛光压力为10-40 kpa，抛后表面粗糙度ra≤10nm。

9、优选的，以质量计所述第二化学机械抛光液包括以下组分：15-20份胶体二氧化硅、0.6-2份弱氧化剂、0.1-2份络合剂和0.1-2份晶界腐蚀抑制剂，ph为6.5-10.5。

10、优选的，晶界均化抛光步骤中，抛光压力为5-25 kpa，晶界凹陷深度控制在5 nm以内。

11、优选的，以质量计所述第三化学机械抛光液包括以下组分：5-10份粒径为10-80nm的胶体二氧化硅、0.1-1.5份弱氧化剂和0.1-2份低金属离子络合剂。

12、优选的，第三化学机械抛光液的金属杂质含量小于100 ppb，粒径d50为10-60 nm；精抛步骤中，抛光压力为2-12 kpa，精抛后表面粗糙度ra≤1 nm。

13、优选的，形貌修正粗抛阶段采用硬质或中硬质聚氨酯抛光垫，晶界均化抛光阶段采用中等硬度多孔抛光垫，精抛阶段采用软质或绒面抛光垫。

14、优选的，所述化学机械抛光方法还包括以下步骤：

15、提供cvd法制备多晶sic基材；

16、对所述cvd法制备多晶sic基材进行加工前表征，获得其厚度分布、局部厚度变化、弯曲量、翘曲量、表面粗糙度、晶粒尺寸、晶界显露状态和残余应力分布，并据此建立面型去除量地图；

17、依据所述面型去除量地图对所述多晶bulk sic基材进行形貌修正加工，得到经形貌修正加工后的cvd法制备多晶sic基材。

18、一种由上述方法制备的cvd法制备多晶sic制品，制品为刻蚀环、喷淋头、喷淋盘、聚焦环或承载环，且其加工后满足如下指标：ttv≤3 μm；ltv≤1 μm；bow≤10 μm；warp≤20μm；粗抛表面ra≤10 nm；精抛表面ra≤1 nm。

19、相比现有技术，本发明的有益效果在于：

20、本发明针对cvd多晶bulk sic的晶粒、晶界、残余应力和腐蚀敏感性设计cmp流程；通过晶界腐蚀抑制剂、低选择性氧化体系和分阶段压力控制，降低晶界凹陷和晶粒拔出；特别适合刻蚀环、喷淋头、喷淋盘等非标准晶圆形制品；不仅获得ra≤1 nm精抛表面，还可控制ttv、ltv、bow、warp；并通过晶界均化和半导体级清洗，减少等离子体服役过程中的颗粒源。

21、通过该方法，可使cvd多晶bulk sic制品达到ttv≤3 μm、ltv≤1 μm、bow≤10 μm、warp≤20 μm、粗抛ra≤10 nm、精抛ra≤1 nm的加工质量。本发明区别于单晶sic晶圆cmp工艺，针对多晶sic晶粒取向随机、晶界优先腐蚀、局部硬度差异、孔隙和内应力导致的面型失稳问题，建立了适用于半导体腔体部件的高精度、低损伤、低颗粒释放cmp工艺。

1.一种用于cvd法制备多晶sic制品的化学机械抛光方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的化学机械抛光方法，其特征在于，以质量计所述第一化学机械抛光液包括以下组分：5-35份胶体二氧化硅、 0.01-5份辅助磨粒、0.5-8份氧化剂和0.1-1份分散剂，ph为7.5-11.5。

3.如权利要求2所述的化学机械抛光方法，其特征在于，形貌修正粗抛步骤中，抛光压力为10-40 kpa，抛后表面粗糙度ra≤10 nm。

4.如权利要求1所述的化学机械抛光方法，其特征在于，以质量计所述第二化学机械抛光液包括以下组分：15-20份胶体二氧化硅、0.6-2份弱氧化剂、0.1-2份络合剂、0.2-1表面活性剂和0.1-2份晶界腐蚀抑制剂，ph为6.5-10.5。

5.如权利要求4所述的化学机械抛光方法，其特征在于，晶界均化抛光步骤中，抛光压力为5-25 kpa，晶界凹陷深度控制在5 nm以内。

6.如权利要求1所述的化学机械抛光方法，其特征在于，以质量计所述第三化学机械抛光液包括以下组分：5-10份粒径为10-80 nm的胶体二氧化硅、0.1-1.5份弱氧化剂和0.1-2份低金属离子络合剂。

7.如权利要求6所述的化学机械抛光方法，其特征在于，第三化学机械抛光液的金属杂质含量小于100 ppb，粒径d50为10-60 nm；精抛步骤中，抛光压力为2-12 kpa，精抛后表面粗糙度ra≤1 nm。

8.如权利要求1所述的化学机械抛光方法，其特征在于，形貌修正粗抛阶段采用硬质或中硬质聚氨酯抛光垫，晶界均化抛光阶段采用中等硬度多孔抛光垫，精抛阶段采用软质或绒面抛光垫。

9.如权利要求1所述的化学机械抛光方法，其特征在于，所述化学机械抛光方法还包括以下步骤：

10.一种由权利要求1-9任一项所述方法制备的cvd法制备多晶sic制品，其特征在于：制品为刻蚀环、喷淋头、喷淋盘、聚焦环或承载环，且其加工后满足如下指标：ttv≤3 μm；ltv≤1 μm；bow≤10 μm；warp≤20 μm；粗抛表面ra≤10 nm；精抛表面ra≤1 nm。