Nova tecnologia de polimento de SiC aumenta a eficiência em 10 vezes!
Com o rápido avanço da tecnologia de semicondutores, o carboneto de silício (SiC) está emergindo como um ponto focal na comunidade de pesquisa devido às suas propriedades superiores de material de alto desempenho. No entanto, sua dureza excepcional e estabilidade química, embora vantajosas, apresentam desafios significativos aos processos de polimento. Particularmente na fabricação precisa de wafers, os métodos tradicionais de polimento químico-mecânico (CMP) enfrentam sérios desafios, incluindo como eliminar efetivamente defeitos de superfície e melhorar a eficiência de remoção de material.
Recentemente, uma equipe de pesquisa da Universidade Ritsumeikan, no Japão, desenvolveu uma nova tecnologia de polimento eletroquímico mecânico (ECMP), alcançando uma taxa de remoção de material de aproximadamente 15 μm/h, melhorando significativamente o polimento de SiC.
Essa tecnologia envolve usar o substrato de carboneto de silício como ânodo e colocar uma almofada de material composto SPE/CeO2 entre o substrato e a placa de polimento (cátodo). Quando uma tensão de polarização é aplicada, a superfície do carboneto de silício sofre uma reação eletrolítica com o SPE, formando uma camada de óxido facilmente removível. Essa camada de óxido é então removida pelas partículas de CeO2 na almofada.
Alterações na morfologia da superfície do carboneto de silício com ECMP (esquerda) e
Imagem AFM da superfície de carboneto de silício tratado com ECMP (0001) (direita)
Vantagens do ECMP
• Ecologicamente correto e eficiente:A tecnologia ECMP evita o uso de produtos químicos líquidos nocivos, reduzindo o impacto ambiental.
• Alta taxa de remoção:Essa tecnologia atinge uma taxa de remoção de material (MRR) de aproximadamente 15 μm/h, dez vezes maior que a do CMP tradicional.
• Alta qualidade:A superfície do substrato de carboneto de silício tratado com ECMP é lisa, com rugosidade reduzida a níveis subnanométricos.
O que é ECMP?
A taxa atual de remoção de material e a rugosidade da superfície alcançadas pelo polimento químico-mecânico são difíceis de melhorar significativamente simplesmente alterando o processo. Aumentar o CMP com aprimoramentos adicionais se tornou a escolha ideal para aumentar substancialmente as taxas de remoção de material e reduzir a rugosidade da superfície nos últimos anos.
ECMP é um processo preciso que combina corrosão eletroquímica com polimento mecânico, usando um eletrólito como fluido de polimento. Após carregar eletricamente a superfície do SiC monocristalino (como o ânodo), uma camada de óxido é formada por oxidação anódica, que é então removida mecanicamente com abrasivos macios, resultando em uma superfície ultralisa e sem danos. Essa técnica é normalmente usada para produzir superfícies com um brilho que é difícil de ser obtido apenas por meio de polimento mecânico.
No entanto, ao usar este método, se a corrente do ânodo for fraca, a qualidade da superfície processada é boa, mas a taxa de remoção de material muda pouco; se a corrente do ânodo for forte, a taxa de remoção de material aumenta significativamente, mas uma corrente de ânodo muito forte pode levar à diminuição da precisão e porosidade da superfície. Portanto, a chave para atingir eficientemente uma superfície lisa ao aplicar um campo elétrico externo para polimento mecânico eletroquímico é equilibrar a taxa de oxidação e a taxa de remoção de material da camada superficial da peça de teste.
Durante seus experimentos, a equipe primeiro estudou o impacto da densidade de corrente eletrolítica na taxa de remoção de material de substratos de carboneto de silício e descobriu que a MRR é proporcional à densidade de corrente eletrolítica, atingindo a saturação em uma determinada densidade de corrente. Quando a densidade de corrente eletrolítica está abaixo de 10 mA/cm², a MRR aumenta com a densidade de corrente. Acima de 15 mA/cm², a MRR atinge a saturação, e a eficiência de Faraday começa a declinar, indicando que aumentar ainda mais a densidade de corrente não traz maior eficiência de remoção de material.
Atualmente, o CMP é o método mais simples e facilmente implementado, tanto em princípio quanto em configuração experimental. No entanto, os fluidos de polimento geralmente contêm ácidos, bases e oxidantes fortes, que representam riscos ao meio ambiente e aos experimentadores, e sua eficiência de polimento atingiu um gargalo.
Métodos aprimorados de polimento químico mecânico como ECMP estão ganhando mais atenção. Com a expansão da gama de aplicações de dispositivos de SiC, maiores demandas estão sendo colocadas na eficiência de processamento e qualidade de superfície de substratos de SiC. Esta nova tecnologia não apenas garante eficiência de processamento e qualidade de superfície, mas também injeta novo impulso no desenvolvimento verde da fabricação de substratos de SiC.
Fonte:
Especialista em Semicondutores de Terceira Geração
Zhuangzhi Tian et al.: Progresso da pesquisa em processamento de ultraprecisão de SiC único
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