La nouvelle technologie de polissage SiC augmente l'efficacité de 10 fois !
Avec les progrès rapides de la technologie des semi-conducteurs, le carbure de silicium (SiC) est en train de devenir un point central dans la communauté des chercheurs en raison de ses propriétés matérielles hautes performances supérieures. Cependant, sa dureté et sa stabilité chimique exceptionnelles, bien qu'avantageuses, présentent des défis importants pour les processus de polissage. En particulier dans la fabrication précise de plaquettes, les méthodes traditionnelles de polissage chimico-mécanique (CMP) sont confrontées à de sérieux défis, notamment sur la manière d'éliminer efficacement les défauts de surface et d'améliorer l'efficacité de l'enlèvement de matière.
Récemment, une équipe de recherche de l'Université Ritsumeikan au Japon a développé une nouvelle technologie de polissage électrochimique et mécanique (ECMP), atteignant un taux d'enlèvement de matière d'environ 15 μm/h, améliorant considérablement le polissage du SiC.
Cette technologie consiste à utiliser le substrat en carbure de silicium comme anode et à placer un tampon en matériau composite SPE/CeO2 entre le substrat et la plaque de polissage (cathode). Lorsqu'une tension de polarisation est appliquée, la surface du carbure de silicium subit une réaction électrolytique avec le SPE, formant une couche d'oxyde facilement amovible. Cette couche d'oxyde est ensuite éliminée par les particules de CeO2 présentes dans le plot.
Modifications de la morphologie de surface du carbure de silicium avec ECMP (à gauche) et
Image AFM de la surface en carbure de silicium traité par ECMP (0001) (à droite)
Avantages d'ECMP
• Respectueux de l'environnement et efficace :La technologie ECMP évite l’utilisation de produits chimiques liquides nocifs, réduisant ainsi l’impact environnemental.
• Taux de suppression élevé :Cette technologie atteint un taux d'enlèvement de matière (MRR) d'environ 15 μm/h, soit dix fois celui du CMP traditionnel.
• Haute qualité:La surface du substrat en carbure de silicium traité avec ECMP est lisse, avec une rugosité réduite à des niveaux inférieurs au nanomètre.
Qu’est-ce qu’ECMP ?
Le taux d'enlèvement de matière actuel et la rugosité de surface obtenus par le polissage chimico-mécanique sont difficiles à améliorer de manière significative en modifiant simplement le processus. Au cours des dernières années, l'augmentation du CMP avec des améliorations supplémentaires est devenue le choix optimal pour augmenter considérablement les taux d'enlèvement de matière et réduire la rugosité de la surface.
L'ECMP est un processus précis qui combine la corrosion électrochimique et le polissage mécanique, utilisant un électrolyte comme fluide de polissage. Après avoir chargé électriquement la surface du SiC monocristallin (comme anode), une couche d'oxyde est formée par oxydation anodique, qui est ensuite éliminée mécaniquement avec des abrasifs doux, ce qui donne une surface ultra-lisse et sans dommage. Cette technique est généralement utilisée pour produire des surfaces avec un brillant difficile à obtenir par le seul polissage mécanique.
Cependant, lors de l'utilisation de cette méthode, si le courant anodique est faible, la qualité de la surface traitée est bonne, mais le taux d'enlèvement de matière change peu ; si le courant anodique est fort, le taux d'enlèvement de matière augmente considérablement, mais un courant anodique trop fort peut entraîner une diminution de la précision et de la porosité de la surface. Par conséquent, la clé pour obtenir efficacement une surface lisse lors de l’application d’un champ électrique externe pour le polissage mécanique électrochimique consiste à équilibrer le taux d’oxydation et le taux d’enlèvement de matière de la couche superficielle de l’éprouvette.
Au cours de leurs expériences, l’équipe a d’abord étudié l’impact de la densité de courant électrolytique sur le taux d’enlèvement de matière des substrats en carbure de silicium et a découvert que le MRR est proportionnel à la densité de courant électrolytique, atteignant la saturation à une certaine densité de courant. Lorsque la densité de courant électrolytique est inférieure à 10 mA/cm², le MRR augmente avec la densité de courant. Au-dessus de 15 mA/cm², le MRR atteint la saturation et l'efficacité de Faraday commence à décliner, ce qui indique qu'une augmentation supplémentaire de la densité de courant n'apporte pas une efficacité d'élimination de matière plus élevée.
Actuellement, la CMP est la méthode la plus simple et la plus facile à mettre en œuvre, tant en principe qu'en configuration expérimentale. Cependant, les fluides de polissage contiennent généralement des acides forts, des bases et des oxydants, qui présentent des risques pour l'environnement et les expérimentateurs, et leur efficacité de polissage a atteint un goulot d'étranglement.
Les méthodes améliorées de polissage chimico-mécanique telles que l’ECMP attirent de plus en plus l’attention. Avec la gamme d'applications croissante des dispositifs SiC, des exigences plus élevées sont imposées en matière d'efficacité de traitement et de qualité de surface des substrats SiC. Cette nouvelle technologie garantit non seulement l’efficacité du traitement et la qualité de la surface, mais donne également un nouvel élan au développement écologique de la fabrication de substrats SiC.
Source:
Expert en semi-conducteurs de troisième génération
Zhuangzhi Tian et al. : Progrès de la recherche sur le traitement ultra-précis du mono-SiC
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