Ny SiC-poleringsteknik ökar effektiviteten med 10 gånger!
Med den snabba utvecklingen av halvledarteknologin framträder kiselkarbid (SiC) som en samlingspunkt i forskarvärlden på grund av dess överlägsna högpresterande materialegenskaper. Dess exceptionella hårdhet och kemiska stabilitet, även om den är fördelaktig, utgör betydande utmaningar för polerprocesser. Särskilt i den exakta tillverkningen av wafers står traditionella metoder för kemisk-mekanisk polering (CMP) inför allvarliga utmaningar, inklusive hur man effektivt eliminerar ytdefekter och förbättrar materialavlägsningseffektiviteten.
Nyligen utvecklade ett forskarlag vid Ritsumeikan University i Japan en ny Electrochemical Mechanical Polishing (ECMP)-teknik, som uppnår en materialavlägsningshastighet på cirka 15 μm/h, vilket avsevärt förbättrar SiC-polering.
Denna teknik innebär att man använder kiselkarbidsubstratet som anod och placerar en SPE/CeO2-kompositmaterialdyna mellan substratet och polerplattan (katoden). När en förspänning appliceras genomgår kiselkarbidens yta en elektrolytisk reaktion med SPE, vilket bildar ett lätt borttagbart oxidskikt. Detta oxidskikt avlägsnas sedan av CeO2-partiklarna i dynan.
Förändringar i ytmorfologin hos kiselkarbid med ECMP (vänster) och
AFM-bild av den ECMP-behandlade kiselkarbidytan (0001) (höger)
Fördelar med ECMP
• Miljövänlig och effektiv:ECMP-teknik undviker användningen av skadliga flytande kemikalier, vilket minskar miljöpåverkan.
• Hög borttagningsfrekvens:Denna teknik uppnår en materialavlägsningshastighet (MRR) på cirka 15 μm/h, vilket är tio gånger högre än traditionell CMP.
• Hög kvalitet:Ytan på kiselkarbidsubstratet som behandlats med ECMP är slät, med grovheten reducerad till subnanometernivåer.
Vad är ECMP?
Den nuvarande materialavlägsningshastigheten och ytråheten som uppnås genom kemisk-mekanisk polering är svåra att avsevärt förbättra genom att helt enkelt ändra processen. Att utöka CMP med ytterligare förbättringar har blivit det optimala valet för att avsevärt öka materialavlägsningshastigheten och minska ytjämnheten de senaste åren.
ECMP är en exakt process som kombinerar elektrokemisk korrosion med mekanisk polering, med en elektrolyt som polervätska. Efter elektrisk laddning av ytan av enkristall SiC (som anod) bildas ett oxidskikt genom anodoxidation, som sedan avlägsnas mekaniskt med mjuka slipmedel, vilket resulterar i en ultraslät, skadafri yta. Denna teknik används vanligtvis för att producera ytor med en glans som är svår att uppnå genom enbart mekanisk polering.
Men när man använder denna metod, om anodströmmen är svag, är kvaliteten på den bearbetade ytan bra, men materialavlägsningshastigheten ändras lite; om anodströmmen är stark ökar materialavlägsningshastigheten avsevärt, men en alltför stark anodström kan leda till minskad ytprecision och porositet. Därför är nyckeln till att effektivt uppnå en jämn yta när man applicerar ett externt elektriskt fält för elektrokemisk mekanisk polering att balansera oxidationshastigheten och materialavlägsningshastigheten för testbitens ytskikt.
Under sina experiment studerade teamet först effekten av elektrolytisk strömtäthet på materialavlägsningshastigheten för kiselkarbidsubstrat och fann att MRR är proportionell mot den elektrolytiska strömtätheten och når mättnad vid en viss strömtäthet. När den elektrolytiska strömtätheten är under 10 mA/cm² ökar MRR med strömtätheten. Över 15 mA/cm² når MRR mättnad, och Faradays effektivitet börjar sjunka, vilket indikerar att ytterligare ökning av strömtätheten inte ger högre materialavlägsningseffektivitet.
För närvarande är CMP den enklaste och lättast implementerade metoden både i princip och experimentell uppställning. Emellertid innehåller poleringsvätskorna vanligtvis starka syror, baser och oxidationsmedel, vilket utgör risker för miljön och experimenterande, och dess poleringseffektivitet har nått en flaskhals.
Förbättrade kemisk-mekaniska poleringsmetoder som ECMP får mer uppmärksamhet. Med det växande tillämpningsområdet för SiC-enheter ställs högre krav på bearbetningseffektiviteten och ytkvaliteten hos SiC-substrat. Denna nya teknik säkerställer inte bara bearbetningseffektivitet och ytkvalitet utan tillför också ny fart i den gröna utvecklingen av SiC-substrattillverkning.
Källa:
Expert på tredje generationens halvledare
Zhuangzhi Tian et al.: Forskningsframsteg om ultraprecisionsbehandling av Single-SiC
XIAMEN MASCERA TECHNOLOGY CO., LTD. är en ansedd och pålitlig leverantör specialiserad på tillverkning och försäljning av tekniska keramiska delar. Vi tillhandahåller skräddarsydd produktion och högprecisionsbearbetning för en bred serie av högpresterande keramiska material inklusive aluminiumoxid keramik, zirkonium keramik, kiselnitrid, kiselkarbid, bornitrid, aluminiumnitrid och bearbetbar glaskeramik. För närvarande kan våra keramiska delar hittas i många industrier som mekanisk, kemisk, medicinsk, halvledare, fordon, elektronik, metallurgi etc. Vårt uppdrag är att tillhandahålla keramiska delar av bästa kvalitet för globala användare och det är ett stort nöje att se vår keramik delar fungerar effektivt i kundernas specifika applikationer. Vi kan samarbeta om både prototyp och massproduktion, välkommen att kontakta oss om du har önskemål.
