碳化硅电化学特性及其表面机械刻划仿真

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随着国内集成电路产业的高速发展,对半导体晶片本身的表面质量的要求也越来越高。现在主流晶圆厂对硅(Si)片和碳化硅(SiC)片都是采用传统的化学机械抛光(CMP)的工艺方法,本课题采用的电化学机械抛光(ECMP)相对于CMP而言,具有更快的材料去除率,更小的加工载荷,更小的表面损伤,可以实现碳化硅晶片高效、高成品率的量产化生产。针对碳化硅的电化学氧化腐蚀,在不同溶液中进行了扫描伏安法(LSV)的测试,选出了腐蚀速度最快的碱性溶液KOH以及Na OH;在不同极化电势下测量了交流阻抗谱(EIS),得到液接极化电阻随着电压增大而减小的规律;通过EIS实验,探究了在电化学腐蚀过程中氧化膜阻抗的变化规律。最后对不平整的碳化硅表面进行了电场仿真,探究了凸峰处的“尖端放电”现象,以及不同溶液中氧化膜产物不同,碳化硅的氧化速率也不同。针对SiC氧化膜的去除,本文利用ABAQUS软件,进行了SiC及其氧化物二氧化硅(SiO2)的纳米压痕仿真实验,探究了两种材料在不同的压入深度下从弹塑性到脆性破坏的转变过程,及其过程中载荷的变化。结果表明SiC发生脆性破坏的压入深度和极限载荷大于SiO2,提出不伤及SiC而又能去除SiO2的最佳切削深度为100nm到156nm之间。探究不同压头尺寸以及试件尺寸对硬脆材料纳米压痕实验的影响。完成了磨粒机械刻划SiO2和SiC的仿真实验,结果表明随着刻划深度的加深,切削力、径向力、材料去除量在一定范围内越来越大;随着摩擦速度的增大,切削力和径向力不断增大,材料去除量先减小后增大。完成了SiO2和SiC在不同载荷下的刻划实验,并对SiO2和SiC复合层进行了刻划仿真,结果表明,如果对每个磨粒施加5m N的力,就能在去除SiO2的情况下,不损伤SiC表面。
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