Polissage SiC haute efficacité : exploration des techniques de polissage avancées

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Le semi-conducteur en carbure de silicium présente les caractéristiques d'une conductivité thermique élevée, d'une large bande interdite, d'un champ électrique de claquage élevé et d'une mobilité électronique élevée, ce qui en fait l'un des matériaux semi-conducteurs actuellement recherchés et développés. Cependant, dans les applications pratiques, le carbure de silicium est très dur, avec une dureté Mohs d'environ 9,5, proche du diamant. La technologie actuelle de polissage par réaction chimique représentée par le CMP est un moyen important de traitement des substrats SiC, mais l'efficacité du traitement est très faible et le taux d'enlèvement de matière ne peut atteindre qu'environ 0,5 µ m/h. Par conséquent, les chercheurs ont étudié le processus de polissage des plaquettes du matériau ultra-dur, les détails étant les suivants :

1. Substrat SiC poli par la technologie de meulage par réaction induite par friction métallique

La technologie de meulage par réaction induite par friction métallique est principalement basée sur le principe de l'action chimique induite par friction métallique et permet d'éliminer à grande vitesse le carbure de silicium dans le processus cyclique de génération et d'élimination continues de la couche modifiée par réaction.

Bien que la plaquette de SiC ait une dureté Mohs très élevée, elle ne convient pas au traitement des métaux noirs car le SiC se décompose à haute température et les atomes de carbone et de silicium se diffusent dans le métal pour former des siliciures métalliques et des carbures métalliques instables. Durant le processus de refroidissement, il se décompose progressivement, provoquant une usure extrêmement importante. Sur la base de cette caractéristique, on déduit que les métaux purs peuvent subir des réactions chimiques avec le carbure de silicium dans certaines conditions.

Au cours du processus expérimental, la surface en carbone (C) du substrat SiC présente souvent une surface presque intacte, tandis que la surface en silicium (Si) présente un grand nombre de défauts cristallins tels que des fissures, des dislocations, des défauts d'empilement et des distorsions de réseau. Le taux d'élimination du matériau de surface carboné sur le substrat SiC par friction du fer peut atteindre 330 µ m/h. Le taux d'élimination du matériau de surface Si sur un substrat SiC frotté avec du nickel pur est de 534 µ m/h.

À l’heure actuelle, il existe relativement peu de recherches sur cette méthode, se concentrant principalement sur le traitement du SiC de petite taille. Cependant, il présente un grand potentiel pour le meulage et le polissage des substrats SiC ainsi que pour l’amincissement des puces SiC.

2. Technologie de polissage Sol Gel sur substrat SiC

La technologie de polissage Sol Gel est une méthode de polissage écologique et efficace. Grâce à l'utilisation d'abrasifs semi-consolidés et de substrats flexibles, et grâce aux caractéristiques flexibles des substrats souples, l'effet de « confinement » des particules abrasives est obtenu pour obtenir des surfaces ultra lisses et à faible densité de défauts sur des substrats semi-conducteurs extrêmement durs. Cette méthode combine des actions chimiques et mécaniques pour polir efficacement des substrats semi-conducteurs extrêmement durs sans causer de graves dommages en surface ou sous la surface.

Par rapport au CMP traditionnel, la technologie de polissage sol-gel peut réduire considérablement la rugosité de la surface en peu de temps et atteindre un taux d'enlèvement de matière plus élevé ; En raison de leur bonne flexibilité, les substrats souples peuvent fonctionner sous des pressions de polissage plus faibles, réduisant ainsi les exigences de pression sur les pièces et les équipements, minimisant l'usure et le détachement des abrasifs et prolongeant la durée de vie des abrasifs.

Les substances précurseurs (généralement des composés organométalliques) sont converties en sol et le gel se forme par réaction d'hydrolyse et de condensation. Dans le tampon de polissage sol gel, les particules abrasives sont partiellement fixées dans la matrice de gel, ce qui peut apporter une certaine résistance mécanique tout en maintenant l'activité des particules abrasives. Les chercheurs ont utilisé cette technologie pour traiter la surface (111) du diamant monocristallin HTHP. Après un polissage de 22 heures, la rugosité de la surface est passée de 230 nm à 1,3 nm.

3.Technologie de meulage et de polissage pour induire une réaction de l'eau du carbure de silicium par grattage des grains abrasifs

La technologie de meulage et de polissage induite par les rayures abrasives et la réaction de l'eau du SiC est une technologie avancée de traitement des matériaux, principalement utilisée pour l'usinage de précision de matériaux durs et cassants tels que le SiC.

Cette technologie utilise l'effet de grattage des particules abrasives sur la surface du SiC pendant le traitement, combiné à la réaction de l'eau pour améliorer l'efficacité d'élimination et la qualité de surface du matériau. En contrôlant l'effet d'inclusion des particules abrasives pour les maintenir à la même hauteur, le SiC amorphe est induit à se former sur la surface du SiC par grattage abrasif. Le SiC amorphe peut réagir avec l'eau pour produire de la silice molle, puis la couche de silice détériorée est éliminée par grattage abrasif.

À l'échelle nanométrique, la surface du substrat SiC sera amenée à devenir du carbure de silicium amorphe sous l'action mécanique répétée de la tête de pression en diamant. Les facteurs d'influence de la réaction entre le carbure de silicium amorphe et l'eau pour générer du dioxyde de silicium comprennent la charge, l'état de contact, la vitesse et la température. Grâce à une utilisation rationnelle de ce procédé, l'efficacité du traitement et la qualité de surface des substrats SiC peuvent être considérablement améliorées, et la génération de fissures peut être raisonnablement évitée.

Ces technologies de traitement devraient permettre d'obtenir des applications plus larges pour améliorer l'efficacité du traitement et la qualité de surface des substrats semi-conducteurs durs, en particulier dans le traitement des substrats SiC de grande taille, démontrant ainsi un énorme potentiel. Avec les progrès de la fabrication intelligente et de la science des matériaux, ces technologies pourraient être encore optimisées, favorisant ainsi le développement de domaines tels que les semi-conducteurs et l’optoélectronique.

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