A nova tecnologia de polimento 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, a sua excepcional dureza 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 do SiC.
Esta tecnologia envolve o uso do substrato de carboneto de silício como ânodo e a colocação de uma almofada de material compósito 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. Esta camada de óxido é então removida pelas partículas de CeO2 na almofada.
Mudanças 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:Esta tecnologia atinge uma taxa de remoção de material (MRR) de aproximadamente 15 μm/h, que é 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 superficial alcançada pelo polimento químico-mecânico são difíceis de melhorar significativamente simplesmente alterando o processo. Aumentar o CMP com melhorias adicionais tornou-se a escolha ideal para aumentar substancialmente as taxas de remoção de material e reduzir a rugosidade superficial nos últimos anos.
ECMP é um processo preciso que combina corrosão eletroquímica com polimento mecânico, utilizando um eletrólito como fluido de polimento. Após carregar eletricamente a superfície do SiC monocristalino (como ânodo), uma camada de óxido é formada por oxidação anódica, que é então removida mecanicamente com abrasivos macios, resultando em uma superfície ultralisa e livre de danos. Esta técnica é normalmente usada para produzir superfícies com brilho que é difícil de obter apenas com polimento mecânico.
Porém, ao utilizar este método, se a corrente anódica for fraca, a qualidade da superfície processada é boa, mas a taxa de remoção de material muda pouco; se a corrente anódica for forte, a taxa de remoção de material aumenta significativamente, mas uma corrente anódica excessivamente forte pode levar à diminuição da precisão e da porosidade da superfície. Portanto, a chave para alcançar 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 estudou primeiro o impacto da densidade da corrente eletrolítica na taxa de remoção de material dos substratos de carboneto de silício e descobriu que o MRR é proporcional à densidade da corrente eletrolítica, atingindo a saturação em uma determinada densidade de corrente. Quando a densidade da corrente eletrolítica está abaixo de 10 mA/cm², o MRR aumenta com a densidade da corrente. Acima de 15 mA/cm², o MRR atinge a saturação e a eficiência de Faraday começa a diminuir, 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 de fácil implementação, tanto em princípio quanto na configuração experimental. No entanto, os fluidos de polimento normalmente contêm ácidos, bases e oxidantes fortes, que representam riscos para o meio ambiente e para os experimentadores, e sua eficiência de polimento atingiu um gargalo.
Métodos aprimorados de polimento químico-mecânico, como o ECMP, estão ganhando mais atenção. Com a crescente gama de aplicações de dispositivos de SiC, maiores demandas estão sendo colocadas na eficiência de processamento e na qualidade da superfície dos substratos de SiC. Esta nova tecnologia não só garante a eficiência do processamento e a qualidade da superfície, mas também injeta um 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 sobre processamento de ultraprecisão de SiC único
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