Sebbene la lavorazione del substrato di carburo di silicio sia difficile, per fare in modo che l'applicazione del carburo di silicio monocristallino nei componenti elettronici diventi la futura direzione di sviluppo, in modo che i dispositivi in ​​carburo di silicio siano applicazioni e promozioni su larga scala, è necessario trovare un modo per risolvere il problema della difficile lavorazione del carburo di silicio.

Attualmente, la tecnologia di lavorazione dei materiali SiC prevede principalmente i seguenti processi: taglio direzionale, sgrossatura dei trucioli, molatura fine, lucidatura meccanica e lucidatura chimico-meccanica (lucidatura fine). Tra questi, la lucidatura chimico-meccanica è il processo finale e la selezione del metodo di processo, la disposizione del percorso del processo e l'ottimizzazione dei parametri di processo influiscono direttamente sull'efficienza della lucidatura e sui costi di lavorazione.

Tuttavia, a causa dell’elevata durezza e stabilità chimica dei materiali SiC, il tasso di rimozione del materiale nel tradizionale processo di lucidatura CMP è basso. Pertanto, l'industria ha iniziato a studiare la tecnologia di efficienza ausiliaria a supporto della tecnologia di lavorazione di appiattimento ultraprecisa, tra cui assistita da plasma, assistita da catalizzatore, assistita da ultravioletti e assistita da campo elettrico, come segue:

01 Tecnologia assistita dal plasma

YAMAMURA Kazuy et al. per primo ha proposto il processo di lucidatura assistita da plasma (PAP), che è una lucidatura chimico-meccanica ausiliaria che ossida i materiali superficiali in uno strato di ossido più morbido attraverso il plasma, rimuovendo comunque i materiali mediante attrito abrasivo e usura.

Il principio di base è: attraverso il gas di reazione del generatore RF (come vapore acqueo, O, ecc.) produrre un plasma contenente gruppi liberi (come gruppi liberi OH, radicali liberi O), con forte capacità di ossidazione dei gruppi liberi sul superficie della modifica dell'ossidazione del materiale SiC. Si ottiene uno strato di ossido morbido, che quindi viene rimosso mediante lucidatura con abrasivi morbidi (come CeO2, Al2O3, ecc.), in modo che la superficie del materiale SiC raggiunga la superficie liscia a livello atomico. Tuttavia, a causa del prezzo elevato delle apparecchiature di test del processo PAP e dei costi di elaborazione, anche la promozione dei chip SiC per l'elaborazione del processo PAP è limitata.

02 Processo assistito dal catalizzatore

Nel campo industriale, al fine di esplorare la tecnologia di lavorazione ad alta efficienza e ultraprecisione dei materiali cristallini SiC, i ricercatori utilizzano reagenti per la lucidatura chimico-meccanica assistita da catalisi. Il meccanismo di base della rimozione del materiale è che lo strato di ossido morbido si forma sulla superficie del SiC sotto la catalisi dei reagenti e lo strato di ossido viene rimosso mediante rimozione meccanica dell'abrasivo. Per una superficie di alta qualità. In letteratura, il catalizzatore Fe3O4 e l'ossidante H2O2 sono stati utilizzati per favorire il miglioramento della tecnologia di lucidatura chimico-meccanica con il diamante W0.5 come abrasivo. Dopo l'ottimizzazione, è stata ottenuta la rugosità superficiale Ra=2,0 ~ 2,5 nm con una velocità di lucidatura di 12,0 mg/h.

03 Tecnologia assistita da UV

Al fine di migliorare la tecnologia di lavorazione dell'appiattimento della superficie SiC. Alcuni ricercatori hanno utilizzato la radiazione ultravioletta per assistere la catalisi nel processo di lucidatura chimico-meccanica. La reazione fotocatalitica UV è una delle reazioni di ossidazione forte. Il suo principio di base è quello di produrre radicali liberi attivi (·OH) mediante reazione fotocatalitica tra il fotocatalizzatore e il catturatore di elettroni sotto l'azione della luce UV.

A causa della forte ossidazione dei gruppi OH liberi. La reazione di ossidazione avviene sullo strato superficiale di SiC per generare uno strato di ossido di SiO2 più morbido (la durezza MOE è 7) e lo strato di ossido di SiO2 ammorbidito è più facile da rimuovere mediante lucidatura abrasiva; D'altra parte, la forza di legame tra lo strato di ossido e la superficie del wafer è inferiore alla forza di legame interno del wafer SiC, il che riduce la forza di taglio dell'abrasivo nel processo di lucidatura, riduce la profondità del graffio lasciato sul superficie del wafer e migliora la qualità della lavorazione della superficie.

04 Tecnologia assistita dal campo elettrico

Per migliorare la velocità di rimozione dei materiali SiC, alcuni ricercatori hanno proposto la tecnologia di lucidatura meccanica elettrochimica (ECMP). Il principio di base è: applicando un campo elettrico a corrente continua al liquido lucidante nel tradizionale trattamento chimico-meccanico di lucidatura, lo strato di ossidazione si forma sulla superficie lucidante SiC sotto ossidazione elettrochimica e la durezza dello strato di ossido viene significativamente ridotta. L'abrasivo viene utilizzato per rimuovere lo strato di ossido ammorbidito per ottenere una lavorazione efficiente e ultraprecisa. Tuttavia, va notato che se la corrente anodica è debole, la qualità della superficie di lavorazione è migliore, ma la velocità di rimozione del materiale non cambia molto; Se la corrente anodica è forte, la velocità di rimozione del materiale aumenta notevolmente. Tuttavia, una corrente anodica troppo forte porterà a una minore precisione e porosità della superficie.

In breve, la lucidatura chimico-meccanica è ancora il metodo di lavorazione ultraprecisa di appiattimento più potenziale per i materiali SiC, ma per ottenere wafer SiC di alta qualità in modo più efficiente, i processi ausiliari sopra menzionati sono potenziali opzioni. Tuttavia, a causa della mancanza di studi pertinenti, l’impatto sui materiali SiC è ancora imprevedibile. Pertanto, se potessimo studiare in modo approfondito l'influenza dei relativi processi ausiliari sulla tecnologia di lucidatura chimico-meccanica e rivelare ulteriormente il meccanismo di elaborazione della tecnologia di miglioramento dell'efficienza ausiliaria di lucidatura chimico-meccanica mediante mezzi di ricerca quantitativa e qualitativa, sarebbe di grande importanza per la realizzazione l'applicazione dell'industrializzazione e la promozione dei materiali SiC.