本研究将硅碳棒从化学作用和机械作用相平衡的角度出发，探索紫外光辅助作用下硅碳棒CMP加工过程的最佳加工参数。创新地利用电化学实验探测小同pH值Hz0:浓度、Fez浓度以及紫外光功率对碳化硅晶片表面氧化层生成速率的影响，高效地确定紫外光辅助作用下硅碳棒CMP的最佳加工条件。试验与方法晶片实验前后的重量利用精密电子天平(MettlerToledoXS205，精度0.01mg)称量，计算得到实验后晶片的MRR。原子力显微镜(AFM,Rtec)被用来观察硅碳棒表面形貌及获取表面粗糙度值。电化学测试采用CHI600E电化学工作站，实验时铂片为对电极，饱和甘汞为参比电极，硅碳棒晶片为工作电极。通过改变抛光液的pH值、Hz0:和Fez浓度以及紫外光功率，研究晶片在小同环境下动电位极化曲线变化情况，了解硅碳棒基体表面氧化层形成速率，判断化学作用强度。pH值对动电位极化曲线的影响趋势根据前期研究结果，试验设置HzOz,SiOz,Fez+浓度分别为4wt%,4wt%,0.4mmol/L,紫外光功率为32W。将抛光液pH值分别调节至2,3,4,5进行静态电化学测试。试验所得动电位极化曲线如图1所示，腐蚀电位及腐蚀电流密度数据如表1所示。根据图1和表1可知，晶片的腐蚀电位随pH值的增大先升后降，在pH3处取得最大值。相应地，腐蚀电流密度呈现的变化趋势相反，先降低后升高，在pH3处取得最小值。当抛光液pH值为2时，溶液呈现强酸性。较高的氢离子浓度抑制了三价铁离子(Fez)的还原反应，减少了Fez含量，进一步抑制了催化反应的进行。这会导致催化反应产物轻基自由基("0H)浓度降低，从而减慢了晶片表面氧化速率晶片表面氧化物生成量减少。当溶液pH值升为3时，Fez的还原反应加快，二价铁离子(Fez)浓度增加，促进了催化反应，溶液中的.OH含量小断上升。此时，晶片表面氧化腐蚀速率加快，硅碳棒基体表面快速生成SixCyOz和SiOxCy等氧化物，氧化层厚度增加。氧化层中含有的Si0:等氧化物在酸性条件下小易水解。当晶片表面氧化层厚度小断增加时，氧化层起到钝化作用，阻碍了晶片表面被进一步氧化。因此当腐蚀电位越大，晶片基体表面氧化层积累越厚，腐蚀电流越小。虽然较厚的氧化层阻碍了氧化反应的继续进行，但是由于氧化层相对于基体硬度小了很多，相对更易于在机械切削作用下被快速去除。当机械去除速率匹配氧化层生成速率，氧化物快速生成的同时被快速去除，硅碳棒基体表面氧化物可以持续快速生成，从而可以获得最佳MRR和表面质量。随着溶液pH值的小断增大，溶液中氢氧根离子(OH-)浓度也随之升高。OH一含量的增加抑制了Fez被氧化为Fez，并且易与Fez+结合生成沉淀物Fe(OH)s。铁离子的消耗小利于芬顿反应的进行，生成的.OH浓度减少，硅碳棒表面氧化层生成速率下降。www.zbqunqiang.cn