随着第三代半导体材料SiC的广泛应用,工业上对其表面平整度提出了更高的要求,而目前为止,化学机械抛光是唯一能实现碳化硅晶圆表面光滑平整无缺陷的技术。化学机械抛光是一个复杂的工艺过程,易受抛光液pH、氧化剂、抛光参数、电解质等等多种因素的影响,其中,磨料及其稳定性是最主要的影响因素。抛光过程中由于抛光或者研磨导致的划痕是造成表面缺陷的主要因素。而划痕与磨料的硬度和稳定性密切相关。如果磨料的硬度过硬,则会对晶圆表面造成划痕、斑点等一系列不可逆转的缺陷,而如果磨料太软,则无法将不平整的材料移除。此外,磨料颗粒发生聚集形成大的聚集颗粒,即使只有极少量的大聚集颗粒也会造成晶圆的表面划痕。因此,选择合适硬度的磨料并使其稳定分散是化学机械抛光的首要问题。目前,碳化硅CMP中常用的是碱性氧化硅抛光液。由于Si02磨料硬度较低,材料移除率过低,造成抛光时间长、成本高等一系列缺点,因此,硬度仅次于SiC的氧化铝磨料(莫氏硬度9)就成为研究的热点。目前,对氧化铝水分散体系稳定性的研究主要集中在碱性条件下研究,对低pH(酸性)尤其是强氧化剂存在下的稳定性研究较少。由于SiC的强化学惰性,为强化CMP中的化学氧化作用,研究表明高锰酸钾是最有效的氧化剂,尤其是在酸性条件下,因为高锰酸钾在酸性条件下氧化性最强。但是在酸性条件下常用的可以提高氧化铝分散性的表面活性剂和聚合物分散剂易被高锰酸钾氧化而失效。因此,研究酸性条件下氧化铝磨料颗粒在强氧化剂的水分散体系稳定性的就具有重要的实践意义和应用价值。基于此,本文提出了一种新的可以用于碳化硅CMP中提高氧化铝稳定性的分散剂,并针对抛光过程中由于氧化硅和锰氧化物的吸附对氧化铝稳定性造成的影响进行模拟,主要包含三部分内容:第一部分,研究了在酸性条件下氧化铝磨料在抛光中常用的几种氧化剂溶液中的分散稳定性以及pH、离子强度、电解质价态对颗粒稳定性的影响,并且研究了硝酸铝对氧化铝的分散稳定性的影响。确定了四种盐的临界聚沉浓度分别是:硝酸钾0.15M、高锰酸钾0.04M、过硫酸钾0.0015M、铁氰化钾0.003mM。证明了硝酸铝可以稳定氧化铝pH 24h不发生漂移且具有酸碱缓冲作用,加入适量的硝酸铝可以提高氧化铝在抛光中常用氧化剂中的分散稳定性;第二部分,模拟了抛光过程中抛掉的氧化硅和高锰酸钾的还原产物锰氧化物吸附在氧化铝表面对磨料稳定性的影响,研究了氧化硅的浓度、大小、抗坏血酸浓度(即锰氧化物的浓度)对氧化铝稳定性的影响以及硝酸铝和表面活性剂对体系稳定性的影响。证明了氧化硅和锰氧化物会吸附在氧化铝的表面,使氧化铝颗粒稳定性降低。而加入硝酸铝则会与带负电的氧化硅和锰氧化物作用,降低氧化硅和锰氧化物的zeta电势或反转,使其与氧化铝的相互作用减弱,体系稳定性提高,对氧化铝-氧化硅体系来说,最佳的硝酸铝浓度为0.3wt%。此外,加入阴离子表面活性剂SDS和阳离子表面活性剂DTAB也可以提高氧化铝-氧化硅体系的稳定性。第三部分,对文中提出的酸性氧化铝抛光液配方在SiC化学机械抛光中的应用进行了研究。采用原子力显微镜和光学显微镜对碳化硅的表面粗糙度和光滑度进行表征。以氧化铝为磨料,高锰酸钾为氧化剂的抛光液抛光后材料移除率明显提高,MRR随高锰酸钾浓度增加而增加,当高锰酸钾浓度为0.4wt%时,C面MRR可以达到4.85μm/h,表面光滑度随高锰酸钾浓度增加先增加后降低,确定最佳的高锰酸钾浓度为0.25wt%,抛光前后pH漂移为3.5-5.2,漂移较大,使得表面依然有少量划痕存在,而加入硝酸铝后,Si面的整体速率在1μm/h,抛光前后pH由3.5变为3.9,漂移较小,氧化铝可以稳定存在,因此表面光滑度明显提高,整体粗糙度在0.1nm以下,抛光性能得到了很大的改善。