先进制造技术

本发明是一种单晶碳化硅晶片的化学集群磁流变加工方法。本发明将单晶碳化硅晶片通过粘结剂粘结在抗磁工具头上，抗磁工具头安装在电机主轴上，抗磁工具头和抛光盘绕各自的轴线旋转的同时，抗磁工具头相对抛光盘做一定幅度的摆动，本发明的方法基于磁流变效应，将磨料及酸碱化学试剂混入磁流变液作为抛光工作液，以磁性体作为基体形成磁流变效应小磨头约束聚集游离磨料，运用集群作用原理由多点磁流变效应小磨头的阵列组合构成柔性抛光膜，控制工件与抗磁抛光盘之间的间距及工件与抛光盘之间的相对转速，减小单晶碳化硅晶片的表面缺陷和损伤层，获得超光滑高质量的表面。本发明发挥了集群磁流变的机械高效率和化学抛光的化学催化优点，抛光效率高。

本发明涉及一种单晶碳化硅晶片的化学集群磁流变复合加工方法，主要应用于第三代半导体材料的高效超精密加工领域。该方法通过耦合化学机械抛光与集群磁流变加工技术，实现单晶碳化硅晶片的高效低损伤加工，特别适用于4H-SiC和6H-SiC晶圆的全局平坦化处理。在新能源汽车功率器件、5G通信基站芯片、轨道交通智能电网等高温高压大功率电子器件制造中具有关键应用价值，可有效解决传统加工方法效率低、表面损伤层深等技术难题，显著提升加工表面质量（表面粗糙度Ra<1nm）和面形精度（TTV<2μm），满足碳化硅功率MOSFET、SBD等器件对衬底表面的超精密要求，为宽禁带半导体器件的产业化提供重要技术支撑。

 本发明的单晶碳化硅晶片的化学集群磁流变复合加工方法，由于采用了CPI-SiO2复合粒子和改性CIP复合粒子，使得磁流变液能处于酸性和碱性条件下工作，并使单晶碳化硅的硅面采用碱性磁流变液进行抛光，单晶碳化硅的碳面采用酸性磁流变液进行抛光，而集群磁流变抛光可以使单晶碳化硅同时受到多个“小磨头”的抛光作用，因而本发明充分发挥了集群磁流变的机械高效率和化学抛光的化学催化优点，大大提高了单晶碳化硅晶片的抛光效率，能在最短时间内获得无缺陷、无损伤的原子级超光滑表面的单晶碳化硅晶片。本发明基于羰基铁粉的改性原理配制化学磁流变液，并充分利用了集群磁流变的加工优点，构思巧妙，使用方便，是一种高效的单晶碳化硅晶片的化学集群磁流变复合加工方法。