近日，天岳先進(jìn)申請(qǐng)一項(xiàng)名為“一種金剛石用拋光液及金剛石襯底的拋光方法“，該專利是一種金剛石用拋光液及金剛石襯底的拋光方法，屬于金剛石拋光技術(shù)領(lǐng)域。
該申請(qǐng)的拋光液主要是由金剛石微粉、三價(jià)鐵鹽、雙氧水和水組成。拋光液中金剛石襯底所受壓強(qiáng)較大，其是與拋光液中產(chǎn)生的羥基自由基的速度相匹配的，該壓強(qiáng)和轉(zhuǎn)速及流量與拋光液成分及補(bǔ)加的雙氧水的量相互協(xié)同，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)金剛石襯底的高效、穩(wěn)定拋光，并提高批量化拋光的金剛石襯底的表面一致性，有利于金剛石襯底的工業(yè)化生產(chǎn)。
金剛石襯底：拋光技術(shù)“上大分”
近年來(lái)，以碳化硅和氮化鎵為主的第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，金剛石作為下一代功率器件候選材料，其性能優(yōu)越，應(yīng)用前景廣闊。歐美日等國(guó)已對(duì)金剛石半導(dǎo)體展開深入研究，并研制出多種高性能半導(dǎo)體器件。
而制備高質(zhì)量單晶金剛石襯底是金剛石在半導(dǎo)體領(lǐng)域得以應(yīng)用的前提，拋光技術(shù)將會(huì)在這一過程中發(fā)揮重要的作用，其中主要包括兩個(gè)方面：
其一，拋光可以用于制備CVD法同質(zhì)外延生長(zhǎng)單晶金剛石的籽晶，籽晶的表面質(zhì)量將直接影響單晶金剛石的生長(zhǎng)質(zhì)量；
其二，拋光可用于制備高質(zhì)量單晶金剛石襯底，應(yīng)用于半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的襯底，不僅要求保持面型和納米級(jí)的粗糙度，還要避免表面及亞表面損傷。因?yàn)槠骷油ㄟ^化學(xué)氣相沉積生長(zhǎng)，金剛石襯底的質(zhì)量將直接影響外延層結(jié)晶質(zhì)量。目前在生長(zhǎng)得到CVD單晶金剛石之后，其表面通常會(huì)產(chǎn)生許多缺陷，如小丘、臺(tái)階等，所以對(duì)其進(jìn)行平坦化拋光是非常必要的。
相比其他應(yīng)用，金剛石襯底應(yīng)用要求表面及亞表面損傷更少，這對(duì)拋光提出了更高的要求。可這對(duì)“剛硬”的金剛石而言，不是一件容易的事情。
小拋光，大難題
金剛石作為一種具有極高硬度和硬脆特性的材料，廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。目前需要對(duì)金剛石晶體進(jìn)行切割、研磨、拋光等工序才能夠?qū)饎偸M(jìn)行工業(yè)化利用。
拋光作為SiC晶圓生產(chǎn)鏈的最后一環(huán)，其加工后的晶圓表面質(zhì)量會(huì)直接影響所生產(chǎn)的半導(dǎo)體器件的性能。
拋光又分為粗拋和精拋。粗拋的目的是將襯底表面粗糙度加工至納米級(jí)別；精拋是碳化硅襯底晶片制作的最后一步工藝，其直接關(guān)系到加工之后的襯底能否投入生產(chǎn)。精拋的目的是進(jìn)一步改善碳化硅襯底的表面質(zhì)量，得到超光滑表面質(zhì)量 的晶片，通常要求表面粗糙度低于0.2 nm以下。
金剛石表面的微小不平整和雜質(zhì)會(huì)影響其光學(xué)和電子性能，由于金剛石的硬度極高，傳統(tǒng)的拋光方法往往無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)金剛石表面的原子級(jí)粗糙度的控制，因此也極大地限制了金剛石的應(yīng)用?；瘜W(xué)機(jī)械拋光具有高精度、低損傷等優(yōu)點(diǎn)，適合金剛石的精拋光，但金剛石極佳的化學(xué)穩(wěn)定性大大降低了拋光效率。
解決金剛石拋光的“煩惱”
目前一些研究人員采用芬頓試劑對(duì)硅、碳化硅、氮化鎵等材料進(jìn)行拋光，利用亞鐵離子與雙氧水的氧化性對(duì)材料表面進(jìn)行氧化拋光，然而芬頓試劑中，亞鐵離子與雙氧水的氧化速度極快，將其用于金剛石襯底的拋光時(shí)：一是會(huì)使得反應(yīng)初期氧化速度極快，使得拋光工藝無(wú)法與氧化速度匹配，無(wú)法實(shí)現(xiàn)均勻拋光；二是隨著亞鐵離子的急劇消耗，反應(yīng)難以長(zhǎng)時(shí)間維持，使得拋光難以有效進(jìn)行。上述兩種情況均使得金剛石襯底的表面不平整，拋光效果差，難以實(shí)現(xiàn)金剛石表面原子級(jí)粗糙度的控制。
此次，天岳先進(jìn)提供的拋光方法解決了以上問題，該拋光液通過使用微溶于水的鐵鹽來(lái)實(shí)現(xiàn)鐵源的供給，能夠在雙氧水的存在下實(shí)現(xiàn)羥基自由基的穩(wěn)定供應(yīng)，從而有效去除金剛石表面的雜質(zhì)，實(shí)現(xiàn)對(duì)金剛石表面的原子級(jí)粗糙度的控制。
金剛石自身的耐氧化和超硬特性，使的金剛石的拋光過程是一個(gè)平衡化學(xué)氧化作用和機(jī)械磨削作用的復(fù)雜過程。隨著科技的進(jìn)步和工藝的創(chuàng)新，金剛石拋光技術(shù)正朝著更高效、更環(huán)保、更精準(zhǔn)的方向發(fā)展。
天岳先進(jìn)：國(guó)產(chǎn)碳化硅襯底龍頭
山東天岳先進(jìn)科技股份有限公司成立于2010年，是一家專注于寬禁帶半導(dǎo)體碳化硅襯底材料研發(fā)、生產(chǎn)和銷售的科技型企業(yè)，也是國(guó)產(chǎn)碳化硅襯底龍頭，已與二線國(guó)產(chǎn)襯底廠商拉開身位，2022年年初，天岳在A股科技創(chuàng)新上市，成為行業(yè)里的絕對(duì)領(lǐng)軍企業(yè)。就在不久前，該公司拿到碳化硅領(lǐng)域大訂單，含稅銷售總額預(yù)計(jì)為13.93億元。
公司主營(yíng)6英寸導(dǎo)電型、4&6英寸半絕緣型SiC襯底，8英寸產(chǎn)品已小批量銷售，經(jīng)過十余年技術(shù)積累，已掌握設(shè)備設(shè)計(jì)、熱場(chǎng)設(shè)計(jì)、粉料合成、晶體生長(zhǎng)、襯底加工等SiC襯底制造核心技術(shù)，SiC襯底產(chǎn)品質(zhì)量、產(chǎn)能產(chǎn)量規(guī)模已進(jìn)入國(guó)際第一梯隊(duì)，已在國(guó)際范圍形成品牌優(yōu)勢(shì)。
14年間，天岳始終專注聚焦碳化硅襯底，在追求品質(zhì)、保持先進(jìn)和堅(jiān)持可持續(xù)發(fā)展的經(jīng)營(yíng)理念指引下，從一家小規(guī)模的民營(yíng)企業(yè)發(fā)展成中國(guó)碳化硅材料行業(yè)的領(lǐng)軍企業(yè)。特別是在國(guó)外部分發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)我國(guó)實(shí)行技術(shù)封鎖和產(chǎn)品禁運(yùn)的背景下，天岳通過自主創(chuàng)新，研發(fā)出半絕緣型碳化硅襯底產(chǎn)品，完成從0到1的突破，實(shí)現(xiàn)國(guó)家核心產(chǎn)業(yè)戰(zhàn)略物資的自主可控，確保我國(guó)寬禁帶半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈的平穩(wěn)發(fā)展。
文章來(lái)源： 海報(bào)新聞，岱華智庫(kù)，國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局官網(wǎng)
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該申請(qǐng)的拋光液主要是由金剛石微粉、三價(jià)鐵鹽、雙氧水和水組成。拋光液中金剛石襯底所受壓強(qiáng)較大，其是與拋光液中產(chǎn)生的羥基自由基的速度相匹配的，該壓強(qiáng)和轉(zhuǎn)速及流量與拋光液成分及補(bǔ)加的雙氧水的量相互協(xié)同，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)金剛石襯底的高效、穩(wěn)定拋光，并提高批量化拋光的金剛石襯底的表面一致性，有利于金剛石襯底的工業(yè)化生產(chǎn)。
金剛石襯底：拋光技術(shù)“上大分”
近年來(lái)，以碳化硅和氮化鎵為主的第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，金剛石作為下一代功率器件候選材料，其性能優(yōu)越，應(yīng)用前景廣闊。歐美日等國(guó)已對(duì)金剛石半導(dǎo)體展開深入研究，并研制出多種高性能半導(dǎo)體器件。
而制備高質(zhì)量單晶金剛石襯底是金剛石在半導(dǎo)體領(lǐng)域得以應(yīng)用的前提，拋光技術(shù)將會(huì)在這一過程中發(fā)揮重要的作用，其中主要包括兩個(gè)方面：
其一，拋光可以用于制備CVD法同質(zhì)外延生長(zhǎng)單晶金剛石的籽晶，籽晶的表面質(zhì)量將直接影響單晶金剛石的生長(zhǎng)質(zhì)量；
其二，拋光可用于制備高質(zhì)量單晶金剛石襯底，應(yīng)用于半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的襯底，不僅要求保持面型和納米級(jí)的粗糙度，還要避免表面及亞表面損傷。因?yàn)槠骷油ㄟ^化學(xué)氣相沉積生長(zhǎng)，金剛石襯底的質(zhì)量將直接影響外延層結(jié)晶質(zhì)量。目前在生長(zhǎng)得到CVD單晶金剛石之后，其表面通常會(huì)產(chǎn)生許多缺陷，如小丘、臺(tái)階等，所以對(duì)其進(jìn)行平坦化拋光是非常必要的。
相比其他應(yīng)用，金剛石襯底應(yīng)用要求表面及亞表面損傷更少，這對(duì)拋光提出了更高的要求。可這對(duì)“剛硬”的金剛石而言，不是一件容易的事情。
小拋光，大難題
金剛石作為一種具有極高硬度和硬脆特性的材料，廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。目前需要對(duì)金剛石晶體進(jìn)行切割、研磨、拋光等工序才能夠?qū)饎偸M(jìn)行工業(yè)化利用。
拋光作為SiC晶圓生產(chǎn)鏈的最后一環(huán)，其加工后的晶圓表面質(zhì)量會(huì)直接影響所生產(chǎn)的半導(dǎo)體器件的性能。
拋光又分為粗拋和精拋。粗拋的目的是將襯底表面粗糙度加工至納米級(jí)別；精拋是碳化硅襯底晶片制作的最后一步工藝，其直接關(guān)系到加工之后的襯底能否投入生產(chǎn)。精拋的目的是進(jìn)一步改善碳化硅襯底的表面質(zhì)量，得到超光滑表面質(zhì)量 的晶片，通常要求表面粗糙度低于0.2 nm以下。
金剛石表面的微小不平整和雜質(zhì)會(huì)影響其光學(xué)和電子性能，由于金剛石的硬度極高，傳統(tǒng)的拋光方法往往無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)金剛石表面的原子級(jí)粗糙度的控制，因此也極大地限制了金剛石的應(yīng)用?；瘜W(xué)機(jī)械拋光具有高精度、低損傷等優(yōu)點(diǎn)，適合金剛石的精拋光，但金剛石極佳的化學(xué)穩(wěn)定性大大降低了拋光效率。
解決金剛石拋光的“煩惱”
目前一些研究人員采用芬頓試劑對(duì)硅、碳化硅、氮化鎵等材料進(jìn)行拋光，利用亞鐵離子與雙氧水的氧化性對(duì)材料表面進(jìn)行氧化拋光，然而芬頓試劑中，亞鐵離子與雙氧水的氧化速度極快，將其用于金剛石襯底的拋光時(shí)：一是會(huì)使得反應(yīng)初期氧化速度極快，使得拋光工藝無(wú)法與氧化速度匹配，無(wú)法實(shí)現(xiàn)均勻拋光；二是隨著亞鐵離子的急劇消耗，反應(yīng)難以長(zhǎng)時(shí)間維持，使得拋光難以有效進(jìn)行。上述兩種情況均使得金剛石襯底的表面不平整，拋光效果差，難以實(shí)現(xiàn)金剛石表面原子級(jí)粗糙度的控制。
此次，天岳先進(jìn)提供的拋光方法解決了以上問題，該拋光液通過使用微溶于水的鐵鹽來(lái)實(shí)現(xiàn)鐵源的供給，能夠在雙氧水的存在下實(shí)現(xiàn)羥基自由基的穩(wěn)定供應(yīng)，從而有效去除金剛石表面的雜質(zhì)，實(shí)現(xiàn)對(duì)金剛石表面的原子級(jí)粗糙度的控制。
金剛石自身的耐氧化和超硬特性，使的金剛石的拋光過程是一個(gè)平衡化學(xué)氧化作用和機(jī)械磨削作用的復(fù)雜過程。隨著科技的進(jìn)步和工藝的創(chuàng)新，金剛石拋光技術(shù)正朝著更高效、更環(huán)保、更精準(zhǔn)的方向發(fā)展。
天岳先進(jìn)：國(guó)產(chǎn)碳化硅襯底龍頭
山東天岳先進(jìn)科技股份有限公司成立于2010年，是一家專注于寬禁帶半導(dǎo)體碳化硅襯底材料研發(fā)、生產(chǎn)和銷售的科技型企業(yè)，也是國(guó)產(chǎn)碳化硅襯底龍頭，已與二線國(guó)產(chǎn)襯底廠商拉開身位，2022年年初，天岳在A股科技創(chuàng)新上市，成為行業(yè)里的絕對(duì)領(lǐng)軍企業(yè)。就在不久前，該公司拿到碳化硅領(lǐng)域大訂單，含稅銷售總額預(yù)計(jì)為13.93億元。
公司主營(yíng)6英寸導(dǎo)電型、4&6英寸半絕緣型SiC襯底，8英寸產(chǎn)品已小批量銷售，經(jīng)過十余年技術(shù)積累，已掌握設(shè)備設(shè)計(jì)、熱場(chǎng)設(shè)計(jì)、粉料合成、晶體生長(zhǎng)、襯底加工等SiC襯底制造核心技術(shù)，SiC襯底產(chǎn)品質(zhì)量、產(chǎn)能產(chǎn)量規(guī)模已進(jìn)入國(guó)際第一梯隊(duì)，已在國(guó)際范圍形成品牌優(yōu)勢(shì)。
14年間，天岳始終專注聚焦碳化硅襯底，在追求品質(zhì)、保持先進(jìn)和堅(jiān)持可持續(xù)發(fā)展的經(jīng)營(yíng)理念指引下，從一家小規(guī)模的民營(yíng)企業(yè)發(fā)展成中國(guó)碳化硅材料行業(yè)的領(lǐng)軍企業(yè)。特別是在國(guó)外部分發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)我國(guó)實(shí)行技術(shù)封鎖和產(chǎn)品禁運(yùn)的背景下，天岳通過自主創(chuàng)新，研發(fā)出半絕緣型碳化硅襯底產(chǎn)品，完成從0到1的突破，實(shí)現(xiàn)國(guó)家核心產(chǎn)業(yè)戰(zhàn)略物資的自主可控，確保我國(guó)寬禁帶半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈的平穩(wěn)發(fā)展。
文章來(lái)源： 海報(bào)新聞，岱華智庫(kù)，國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局官網(wǎng)
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