在半导体行业向第三代半导体材料升级的浪潮中，碳化硅晶圆因具备高热导率、高击穿电压等优异性能，在高温、高压、高频等极端工况下展现出显著优势，有望重塑新能源汽车、光伏、储能等万亿级市场。但这种材料的"硬骨头"特性——莫氏硬度高达9.5（仅次于金刚石）、断裂韧性低至3 MPa·m⁰·⁵——使得对其表面加工的研磨抛光技术面临巨大挑战，不仅加工效率、去除速率低，还易产生微裂纹，表面划痕、亚表面损伤缺陷增多等问题。本文将聚焦从碳化硅晶圆的粗磨、精磨到粗抛、精抛中使用的研磨抛光材料与技术，看看它们是如何啃下碳化硅晶圆这块“硬骨头”的。

研磨工艺

碳化硅晶圆的研磨分为粗磨与精磨两个阶段，其核心目标是去除切割后的损伤层，修正晶圆厚度和平行度。这一环节中，磨料和研磨盘的选择至关重要。

（1）粗磨阶段：铸铁盘搭配单晶金刚石研磨液

粗磨主要要求能够快速去除碳化硅晶圆在切割过程中产生的表面损伤层和刀痕，降低总厚度偏差（TTV）、弯曲度（BOW）、翘曲度（WARP）。目前，在粗磨工艺及材料的选择上，目前比较主流的解决方案是铸铁盘研磨搭配5-30μm粒径单晶金刚石研磨液。利用单晶金刚石高硬度（莫氏硬度10）通过机械磨削直接“啃削”碳化硅表面。而搭配铸铁盘刚性支撑，可实现达到快速去除材料的目的，有效修复晶圆面型，加工后表面粗糙度Ra≈50 nm。

该种方式的优势在于铸铁盘的成本较低，是一种具有高性价比的加工方式，不过由于碳化硅硬度较大，铸铁盘通常磨损较快，需要频繁更换，导致产品面型不稳定。

（2）精磨阶段：聚氨酯发泡Pad搭配多晶金刚石研磨液

精磨阶段主要是去除粗研留下的损伤层，以及保证研磨后晶片的面型精度，为下一步的抛光做准备。在这个阶段中，通常可选用聚氨酯发泡Pad搭配多晶金刚石研磨液来进行。利用多晶金刚石良好的韧性和聚氨酯发泡Pad的强适应性，在研磨抛光过程中能够保持高磨削力的同时不易产生划伤，最终将表面粗糙度降至Ra2-3 nm。

（2）金刚石砂轮结合高稳定性超精密减薄设备

金刚石砂轮是以金属、陶瓷或树脂作为结合剂，通过特殊工艺将微纳米级金刚石磨料固结成中央通孔圆盘形的精密磨具。利用其与超精密减薄设备配合使用时，凭借高自动化、高磨削效率、长寿命、低破片率和精准面型控制等优势，在大尺寸碳化硅晶圆的单面粗磨或精磨有着明显的优势。

目前，日本在该领域的技术较为领先，可利用30000#精抛砂轮将晶圆表面粗糙度降至Ra＜2nm，为后续化学机械抛光（CMP）直接提供合格表面，但国内相关设备和砂轮仍处于研发阶段，尚未实现进口替代。

金刚石砂轮的研磨原理

抛光工艺

为保障导电性、耐压性和可靠性，半导体晶圆对于表面粗糙度的要求及其严格。研磨虽能消除晶圆切割后的宏观损伤，但表面仍存在2-5μm的微观亚表面缺陷 ，因此需通过抛光进一步彻底去除。CMP（化学机械抛光）技术作为唯一可实现全局平坦化的抛光技术，可通过化学腐蚀与机械磨削的协同作用，使碳化硅晶圆达到原子级超高平整度。

化学机械抛光原理

CMP过程中，抛光液在 起着举足轻重的作用，不同磨料、不同化学成分的抛光液，以及抛光垫等耗材对碳化硅平坦化效果都有重要影响。

· 超细金刚石抛光液：金刚石是目前已知存在硬度最大的天然材料，能够快速抛光碳化硅材料，但由于产品表面粗糙度大，后续需精抛；

· 氧化铝抛光液：氧化铝的莫氏硬度为9，虽然在硬度上稍逊于碳化硅（莫氏硬度为9.3），但在高锰酸钾作为氧化剂的抛光液协同作用下，仍能对碳化硅有着很好的去除作用，一般搭配硬度较大的无纺布抛光垫，常用于粗抛。

· 二氧化硅抛光液：二氧化硅的硬度较小，用其配置的抛光液去除速率较小，但能为碳化硅衬底带来极高的表面光洁度和平整度，常搭配双氧水或KMnO₄作为催化剂和氧化剂在碱性条件下使用，使SiC表面与氢氧基进行化学反应，生成SiO₂改质层，最后在磨粒机械作用下去除，适用于SiC晶圆的精抛。

·二氧化铈抛光液：同样常用于SiC精抛，一般由二氧化铈磨料、高锰酸盐及其他添加剂构成。高锰酸盐负责氧化SiC，使其转化为更容易去除的SiO₂，而CeO₂会与二氧化硅形成 Si_x - O - Ce_x 键，加速二氧化硅的去除。

二氧化铈抛光液抛光SiC元原理（来源：网络）

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