¡La nueva tecnología de pulido de SiC aumenta la eficiencia 10 veces!
Con el rápido avance de la tecnología de semiconductores, el carburo de silicio (SiC) está surgiendo como un punto focal en la comunidad de investigación debido a sus propiedades superiores de material de alto rendimiento. Sin embargo, su excepcional dureza y estabilidad química, si bien son ventajosas, presentan desafíos significativos para los procesos de pulido. Particularmente en la fabricación precisa de obleas, los métodos tradicionales de pulido químico mecánico (CMP) enfrentan serios desafíos, incluyendo cómo eliminar eficazmente los defectos de la superficie y mejorar la eficiencia de eliminación de material.
Recientemente, un equipo de investigación de la Universidad Ritsumeikan en Japón desarrolló una nueva tecnología de pulido mecánico electroquímico (ECMP), logrando una tasa de eliminación de material de aproximadamente 15 μm/h, mejorando significativamente el pulido de SiC.
Esta tecnología implica utilizar el sustrato de carburo de silicio como ánodo y colocar una almohadilla de material compuesto de SPE/CeO2 entre el sustrato y la placa de pulido (cátodo). Cuando se aplica un voltaje de polarización, la superficie del carburo de silicio experimenta una reacción electrolítica con el SPE, formando una capa de óxido fácilmente extraíble. Esta capa de óxido es luego eliminada por las partículas de CeO2 en la almohadilla.
Cambios en la morfología de la superficie del carburo de silicio con ECMP (izquierda) y
Imagen AFM de la superficie de carburo de silicio tratado con ECMP (0001) (derecha)
Ventajas del ECMP
• Respetuoso con el medio ambiente y eficiente:La tecnología ECMP evita el uso de productos químicos líquidos nocivos, reduciendo el impacto ambiental.
• Alta tasa de eliminación:Esta tecnología logra una tasa de remoción de material (MRR) de aproximadamente 15 μm/h, que es diez veces mayor que la del CMP tradicional.
• Alta calidad:La superficie del sustrato de carburo de silicio tratado con ECMP es lisa, con rugosidad reducida a niveles subnanométricos.
¿Qué es ECMP?
La tasa de eliminación de material y la rugosidad de la superficie que se logran actualmente mediante el pulido químico-mecánico son difíciles de mejorar significativamente simplemente modificando el proceso. Aumentar el CMP con mejoras adicionales se ha convertido en la opción óptima para aumentar sustancialmente las tasas de eliminación de material y reducir la rugosidad de la superficie en los últimos años.
El ECMP es un proceso preciso que combina la corrosión electroquímica con el pulido mecánico, utilizando un electrolito como fluido de pulido. Después de cargar eléctricamente la superficie de SiC monocristalino (como ánodo), se forma una capa de óxido mediante oxidación anódica, que luego se elimina mecánicamente con abrasivos suaves, lo que da como resultado una superficie ultra suave y sin daños. Esta técnica se utiliza normalmente para producir superficies con un brillo que es difícil de lograr solo mediante el pulido mecánico.
Sin embargo, al utilizar este método, si la corriente del ánodo es débil, la calidad de la superficie procesada es buena, pero la tasa de eliminación de material cambia poco; si la corriente del ánodo es fuerte, la tasa de eliminación de material aumenta significativamente, pero una corriente del ánodo demasiado fuerte puede provocar una disminución de la precisión y la porosidad de la superficie. Por lo tanto, la clave para lograr de manera eficiente una superficie lisa al aplicar un campo eléctrico externo para el pulido mecánico electroquímico es equilibrar la tasa de oxidación y la tasa de eliminación de material de la capa superficial de la pieza de prueba.
Durante sus experimentos, el equipo estudió primero el impacto de la densidad de corriente electrolítica en la tasa de eliminación de material de los sustratos de carburo de silicio y descubrió que la MRR es proporcional a la densidad de corriente electrolítica y alcanza la saturación a una determinada densidad de corriente. Cuando la densidad de corriente electrolítica es inferior a 10 mA/cm², la MRR aumenta con la densidad de corriente. Por encima de 15 mA/cm², la MRR alcanza la saturación y la eficiencia de Faraday comienza a disminuir, lo que indica que un mayor aumento de la densidad de corriente no genera una mayor eficiencia de eliminación de material.
Actualmente, el CMP es el método más simple y de más fácil implementación, tanto en teoría como en la configuración experimental. Sin embargo, los fluidos de pulido suelen contener ácidos, bases y oxidantes fuertes, que plantean riesgos para el medio ambiente y los experimentadores, y su eficiencia de pulido ha llegado a un punto límite.
Los métodos de pulido químico-mecánico mejorados, como el ECMP, están ganando cada vez más atención. Con la creciente gama de aplicaciones de los dispositivos de SiC, se imponen mayores exigencias a la eficiencia de procesamiento y la calidad de la superficie de los sustratos de SiC. Esta nueva tecnología no solo garantiza la eficiencia de procesamiento y la calidad de la superficie, sino que también inyecta un nuevo impulso al desarrollo ecológico de la fabricación de sustratos de SiC.
Fuente:
Experto en semiconductores de tercera generación
Zhuangzhi Tian et al.: Progreso de la investigación sobre el procesamiento de ultraprecisión de SiC simple
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