Nowa technologia polerowania SiC zwiększa wydajność 10-krotnie!
Wraz z szybkim rozwojem technologii półprzewodników, węglik krzemu (SiC) staje się centralnym punktem społeczności badawczej ze względu na jego doskonałe, wysokowydajne właściwości materiałowe. Jednakże jego wyjątkowa twardość i stabilność chemiczna, choć korzystne, stwarzają poważne wyzwania dla procesów polerowania. Zwłaszcza w przypadku precyzyjnej produkcji płytek tradycyjne metody polerowania chemiczno-mechanicznego (CMP) stoją przed poważnymi wyzwaniami, w tym dotyczącymi skutecznego eliminowania defektów powierzchni i poprawy wydajności usuwania materiału.
Niedawno zespół badawczy na Uniwersytecie Ritsumeikan w Japonii opracował nową technologię polerowania elektrochemicznego i mechanicznego (ECMP), osiągającą szybkość usuwania materiału na poziomie około 15 μm/h, znacznie poprawiającą polerowanie SiC.
Technologia ta polega na wykorzystaniu podłoża z węglika krzemu jako anody i umieszczeniu podkładki z materiału kompozytowego SPE/CeO2 pomiędzy podłożem a płytką polerską (katodą). Po przyłożeniu napięcia polaryzacji powierzchnia węglika krzemu ulega reakcji elektrolitycznej z SPE, tworząc łatwo usuwalną warstwę tlenku. Ta warstwa tlenku jest następnie usuwana przez cząstki CeO2 znajdujące się w poduszce.
Zmiany w morfologii powierzchni węglika krzemu za pomocą ECMP (po lewej) i
Obraz AFM powierzchni węglika krzemu poddanego obróbce ECMP (0001) (po prawej)
Zalety ECMP
• Przyjazny dla środowiska i wydajny:Technologia ECMP pozwala uniknąć stosowania szkodliwych płynnych chemikaliów, zmniejszając wpływ na środowisko.
• Wysoki współczynnik usuwania:Technologia ta umożliwia osiągnięcie szybkości usuwania materiału (MRR) na poziomie około 15 μm/h, czyli dziesięciokrotnie większej niż w przypadku tradycyjnego CMP.
• Wysoka jakość:Powierzchnia podłoża z węglika krzemu poddanego obróbce ECMP jest gładka, a chropowatość zredukowana do poziomu poniżej nanometra.
Co to jest ECMP?
Trudno jest znacząco poprawić obecną szybkość usuwania materiału i chropowatość powierzchni uzyskaną w wyniku polerowania chemiczno-mechanicznego poprzez zwykłą zmianę procesu. W ostatnich latach uzupełnienie CMP o dodatkowe udoskonalenia stało się optymalnym wyborem pozwalającym na znaczne zwiększenie szybkości usuwania materiału i zmniejszenie chropowatości powierzchni.
ECMP to precyzyjny proces, który łączy korozję elektrochemiczną z polerowaniem mechanicznym, przy użyciu elektrolitu jako płynu polerskiego. Po naładowaniu elektrycznym powierzchni monokrystalicznego SiC (jako anody) w wyniku utleniania anodowego tworzy się warstwa tlenku, która jest następnie usuwana mechanicznie za pomocą miękkich materiałów ściernych, w wyniku czego powstaje ultragładka, wolna od uszkodzeń powierzchnia. Technikę tę stosuje się zazwyczaj do uzyskania powierzchni o połysku, który trudno uzyskać wyłącznie poprzez polerowanie mechaniczne.
Jednakże w przypadku stosowania tej metody, jeśli prąd anodowy jest słaby, jakość obrabianej powierzchni jest dobra, ale szybkość usuwania materiału zmienia się nieznacznie; jeśli prąd anodowy jest duży, szybkość usuwania materiału znacznie wzrasta, ale zbyt silny prąd anodowy może prowadzić do zmniejszenia precyzji powierzchni i porowatości. Dlatego kluczem do skutecznego uzyskania gładkiej powierzchni podczas stosowania zewnętrznego pola elektrycznego do elektrochemicznego polerowania mechanicznego jest zrównoważenie szybkości utleniania i szybkości usuwania materiału z warstwy powierzchniowej badanego elementu.
Podczas eksperymentów zespół najpierw zbadał wpływ gęstości prądu elektrolitycznego na szybkość usuwania materiału z podłoży z węglika krzemu i odkrył, że MRR jest proporcjonalny do gęstości prądu elektrolitycznego, osiągając nasycenie przy określonej gęstości prądu. Gdy gęstość prądu elektrolitycznego jest niższa niż 10 mA/cm², MRR wzrasta wraz z gęstością prądu. Powyżej 15 mA/cm² MRR osiąga nasycenie, a wydajność Faradaya zaczyna spadać, co wskazuje, że dalsze zwiększanie gęstości prądu nie zapewnia wyższej wydajności usuwania materiału.
Obecnie CMP jest najprostszą i najłatwiejszą do wdrożenia metodą, zarówno w ujęciu zasadniczym, jak i eksperymentalnym. Jednakże płyny polerskie zazwyczaj zawierają mocne kwasy, zasady i utleniacze, które stwarzają ryzyko dla środowiska i eksperymentatorów, a ich skuteczność polerowania osiągnęła wąskie gardło.
Ulepszone metody polerowania chemiczno-mechanicznego, takie jak ECMP, cieszą się coraz większym zainteresowaniem. Wraz z rozszerzającym się zakresem zastosowań urządzeń SiC, stawiane są wyższe wymagania dotyczące wydajności przetwarzania i jakości powierzchni podłoży SiC. Ta nowa technologia nie tylko zapewnia wydajność przetwarzania i jakość powierzchni, ale także nadaje nowy impuls ekologicznemu rozwojowi produkcji podłoży SiC.
Źródło:
Ekspert w dziedzinie półprzewodników trzeciej generacji
Zhuangzhi Tian i in.: Postęp badań nad ultraprecyzyjnym przetwarzaniem pojedynczego SiC
XIAMEN MASCERA TECHNOLOGY CO., LTD. jest renomowanym i niezawodnym dostawcą specjalizującym się w produkcji i sprzedaży technicznych części ceramicznych. Zapewniamy produkcję na zamówienie i precyzyjną obróbkę szerokiej gamy wysokowydajnych materiałów ceramicznych, w tym ceramika z tlenku glinu, ceramika cyrkonowa, azotek krzemu, węglik krzemu, azotek boru, azotek aluminium I ceramika szklana nadająca się do obróbki mechanicznej. Obecnie nasze części ceramiczne można znaleźć w wielu gałęziach przemysłu, takich jak mechaniczny, chemiczny, medyczny, półprzewodnikowy, samochodowy, elektroniczny, metalurgiczny itp. Naszą misją jest dostarczanie najwyższej jakości części ceramicznych użytkownikom na całym świecie i wielką przyjemnością jest oglądanie naszej ceramiki części działają wydajnie w specyficznych zastosowaniach klientów. Możemy współpracować zarówno przy produkcji prototypowej, jak i masowej, zapraszamy do kontaktu z nami, jeśli masz wymagania.
