随着5G通讯、人工智能(AI)等高新技术快速发展,对集成电路(IC)的发展及制造提出了更高的要求。单晶SiC作为宽禁带的第3代半导体材料代表,在LED照明、军工国防、电力电子、5G通信、汽车电子等领域有巨大的需求。但是,由于SiC材料具有高硬度、高脆性以及稳定的化学性能等特点,单晶SiC作为衬底的全局超光滑平坦化加工难度大、成本高限制了其应用。本文提出采用基于芬顿反应的磁流变化学复合抛光方法,利用磁流变抛光的柔性化、高效率和可控性与化学机械抛光的低损伤、低表面粗糙度等特性相结合,探索一种高效率、高精度的超光滑表面平坦化抛光技术。首先分析了芬顿反应对单晶SiC氧化作用的可行性和有效性。采用单晶SiC表面静态浸泡芬顿反应液腐蚀的方式,采用可见分光光度法检测了芬顿反应生成的羟基自由基浓度及其对SiC化学反应速度的影响,通过能谱分析,发现SiC表面出现了大比例的氧元素,芬顿反应生成的羟基自由基能有效氧化SiC材料,其氧化层的硬度和弹性模量远低于原始表面,实验表明羰基铁粉作为催化剂时效果较好,pH越低羟基自由基生成量越大,羟基自由基能够与SiC表面发生化学反应生成硬度较软的Si02氧化层。在酸性条件下,pH值越低抛光效果越好,而在碱性条件下,能使Si02氧化层转化为硅酸盐抛光效果也较好。其次,针对单晶SiC磁流变化学复合抛光过程的材料去除行为,设计了不同组份的抛光液进行抛光实验,定量研究了机械、化学及其交互作用在抛光过程中所起的作用。研究结果显示,材料去除形式表现为磨粒机械去除,在影响材料去除的各因素中,机械去除作用占据主导地位,远远大于化学作用所产生的材料去除。磁流变化学抛光液中磨料浓度决定了材料机械去除的能力,羰基铁粉浓度影响了磁流变抛光垫的刚度、磨粒的约束力及催化剂与工件表面的接触状态和化学反应能力。磨料和羰基铁粉的浓度越大,磁流变化学复合抛光材料去除能力越大,机械去除占比越大,而化学反应产生的材料去除占比越小。再次,采用Kislter9171A旋转式三向测力仪分析加工过程中抛光力(法向力Fn和切向力Ft)的特性,研究了磁极转速、工件转速、磨粒浓度、羰基铁粉浓度、加工间隙和工件偏摆幅度等工艺参数对磁流变抛光力的影响。结果表明,静态磁场抛光垫的抛光力呈现出显著的衰减趋势,磁极旋转的动态磁场磁流变抛光垫产生周期性变化的抛光力,但能够维持抛光力的动态稳定性;抛光力Fn和Ft随转速的增大而增大,随加工间隙的增大而减少,随磨粒浓度和羰基铁粉浓度的增大而增大,随偏摆幅度的增大抛光力略有增大;工件转速和加工间隙的变化对抛光力的变化范围影响较大。又次,为研究磁流变化学复合抛光的材料去除特性,建立了磁流变效应抛光垫的受力模型,基于固相粒子理论对羰基铁粉和磨料颗粒进行了受力分析,计算了单个磁流变效应抛光垫对工件表面的抛光压力,进而基于Preston方程建立了材料去除模型。进行了单晶SiC的磁流变化学复合抛光验证实验,其材料去除率的检测结果与理论值的吻合度较好。最后,通过对单晶SiC基片进行了磁流变化学复合抛光系统性实验,获得了较优的工艺参数方案,采用优化的工艺参数对原始粗糙度约为Ra 40 nm的单晶SiC进行120 min的磁流变化学复合抛光后,获得全局超光滑平坦化加工表面,2”单晶SiC基片表面粗糙度达到Ra 0.1 nm以下。