中文摘要：

本项目将根据微电子和光电子产品制造对SiC单晶基片加工质量要求，针对目前加工技术所存在的问题，提出了热-化学-机械能量耦合固结磨料研磨-抛光大尺寸SiC晶圆的加工方案。重点研究应用热-化学-机械能量耦合固结磨料研磨盘研磨及热-化学-机械能量耦合固结磨料抛光垫抛光SiC单晶基片过程中在热作用下的微观力学行为、物理化学效应、机械摩擦作用及能量耦合机理,分析其材料去除、平整度和表面形成机理以及表面损伤的产生机理，提出控制表面损伤和获得高质量表面的工艺方法；通过理论研究、研抛工具设计与制造和试验，研究影响SiC单晶基片加工的表面质量、精度、效率和成本的因素及其影响规律，研制出用于SiC单晶基片热-化学-机械能量耦合研磨-抛光的关键工具、装置与抛光液等，提出高精度无损伤加工SiC单晶基片的工艺参数。为我国微电子和光电子产品制造提供先进的具有自主产权的硬脆晶体基片超光滑无损伤加工理论和技术。

结论摘要：

本项目根据微电子和光电子产品制造对SiC单晶基片加工质量要求，根据SiC单晶片的物理机械及化学性能，首先开发了游离磨料化学机械抛光液及研磨膏，为进一步研究固结磨料化学机械研磨与抛光奠定基础。研制出了含有与SiC产生化学反应及摩擦化学反应的固结磨料化学机械研磨盘，分析了研磨盘的研磨性能，研究了研磨界面环境温度变化对材料去除率的影响，研究了固结磨料研磨SiC单晶基片表面的形成机理，经过实验验证，固结磨料化学机械研磨在效率、成本、表面质量等方面远优于游离磨料研磨，表面粗糙度可达到几纳米左右。研究了固结磨料研磨SiC单晶基片表面损伤机理，建立了SiC单晶基片亚表面产生裂纹的临界压力模型，首次得出了固结磨料研磨SiC单晶基片亚表面损伤主要是垂向裂纹构成的结论；建立了研磨加工SiC单晶片表面拉曼频移与表面残余应力的对应关系模型，研究了不同研磨加工条件下的SiC晶片表面的残余应力，结果表明固结磨料化学机械研磨后表面以残余压应力占主导地位，游离磨料研磨后SiC晶片表面是残余拉应力占主导地位。根据研制的抛光液，研究了SiC单晶片的化学反应机理，通过分析与实验，得出了化学机械抛光过程中SiC单晶片表面化学反应动力学模型。研究了光固化固结磨料抛光垫的固化参数，首次提出了分层连续紫外线光固化固结磨料抛光垫理念，实现了多层不同机械性能的抛光垫组织有机无缝连接，得出了光固化固结磨料抛光垫制造工艺，丰富了固结磨料抛光垫的设计制造理论与技术。研制出了SiC单晶基片超精密固结化学机械抛光液，研究了抛光界面环境温度变化对材料去除率的影响，建立了固结磨料化学机械抛光SiC单晶片的材料去除机理模型；通过理论分析与实验，结果表明，与游离磨料化学机械抛光相比，固结磨料化学机械抛光成本低、效率高、表面质量高。为了更好的研究研抛界面的温度在材料去除机理中的作用，发明出了基于无线信号传输的化学机械研磨与抛光界面温度检测系统，实现研磨抛光界面的温度时时在线监测，并可通过手机短信掌握研抛过程中温度变化情况。根据固结磨料化学机械研磨与抛光理论与技术的研究结果，提出了SiC单晶基片化学机械能量耦合一体化研磨-抛光工艺，实验结果表明，加工出的SiC单晶片表面粗糙度达1nm以下，表面平整度（RMS 值）小于λ/4，完全满足使用要求。