中國(guó)粉體網(wǎng)訊 隨著半導(dǎo)體技術(shù)的飛速發(fā)展，碳化硅（SiC）作為一種卓越的高性能材料，正日益成為科研界關(guān)注的焦點(diǎn)。然而，其卓越的硬度和化學(xué)穩(wěn)定性特性，在為材料帶來(lái)優(yōu)勢(shì)的同時(shí)，也給拋光工藝設(shè)置了重重難關(guān)。特別是在晶圓的精密制造環(huán)節(jié)中，傳統(tǒng)的化學(xué)機(jī)械拋光（CMP）方法遭遇了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，包括如何有效消除表面缺陷以及提升材料去除效率等關(guān)鍵問(wèn)題亟待解決。
近日，日本立命館大學(xué)（Ritsumeikan University）一研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一種新型的ECMP（電化學(xué)機(jī)械拋光）技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了約15μm/h的材料去除率，使得SiC拋光得到大幅度提升。
該團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)的這種技術(shù)，在拋光過(guò)程中，碳化硅襯底作為陽(yáng)極，與拋光板（陰極）之間夾著SPE/CeO2復(fù)合材料襯墊。當(dāng)施加偏置電壓時(shí)，碳化硅表面與SPE發(fā)生電解反應(yīng)，形成一層易于去除的氧化膜，這層氧化膜隨后被襯墊中的CeO2顆粒去除。
ECMP對(duì)碳化硅表面形態(tài)的改變（左）、經(jīng)ECMP處理的碳化硅（0001）表面的AFM圖像（右）
該技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在于：
環(huán)保高效：ECMP技術(shù)避免了使用有害的液體化學(xué)物質(zhì)，減少了對(duì)環(huán)境的影響；
高去除率：該技術(shù)實(shí)現(xiàn)了約15μm/h的材料去除率（MRR），是傳統(tǒng)CMP的10倍；
質(zhì)量高：通過(guò)ECMP處理的碳化硅襯底表面光滑，粗糙度可降至亞納米級(jí)別。
什么是ECMP？
目前化學(xué)機(jī)械拋光的材料去除率以及加工后的表面粗糙度，已經(jīng)很難通過(guò)改變工藝取得大的突破。在CMP拋光的基礎(chǔ)上施加增效輔助，成為了近些年大幅度提高材料去除率和降低表面粗糙度的最優(yōu)選擇。
ECMP是一種利用電解液作為拋光液，將工件的電化學(xué)腐蝕與機(jī)械拋光相結(jié)合的精密工藝。在單晶SiC (作為陽(yáng)極)表面帶電后通過(guò)陽(yáng)極氧化產(chǎn)生氧化層，然后用軟磨料機(jī)械去除氧化層，最后獲得超光滑無(wú)損傷的表面。該技術(shù)方法通常用于產(chǎn)生難以通過(guò)機(jī)械拋光實(shí)現(xiàn)的光澤的表面。
但采用這種方法時(shí)，若陽(yáng)極電流較弱，則加工表面質(zhì)量較好，但材料去除率變化不大；若陽(yáng)極電流較強(qiáng)，則材料去除率顯著提高，但陽(yáng)極電流過(guò)強(qiáng)會(huì)導(dǎo)致表面精度下降及多孔現(xiàn)象。由此可見(jiàn)，對(duì)化學(xué)機(jī)械拋光施加外電場(chǎng)進(jìn)行電化學(xué)機(jī)械拋光時(shí)，試件表層的氧化速率和材料去除率相協(xié)調(diào)的問(wèn)題，是高效獲得光滑表面的關(guān)鍵點(diǎn)。
該團(tuán)隊(duì)在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，首先研究了電解電流密度對(duì)碳化硅襯底材料去除率的影響，發(fā)現(xiàn)MRR與電解電流密度成正比，且在一定的電流密度下達(dá)到飽和：在電解電流密度低于10 mA/cm2時(shí)，MRR隨電流密度的增加而增加，超過(guò)15 mA/cm2后，MRR達(dá)到飽和狀態(tài)，法拉第效率開(kāi)始下降，表明電流密度的進(jìn)一步提高并沒(méi)有帶來(lái)更高的材料去除效率。
目前看來(lái)，CMP不管是在實(shí)驗(yàn)原理上，還是在實(shí)驗(yàn)設(shè)置上,都是最簡(jiǎn)單、最容易實(shí)現(xiàn)的。但拋光液通常含有強(qiáng)酸或者強(qiáng)堿以及強(qiáng)氧化劑，對(duì)環(huán)境以及實(shí)驗(yàn)者會(huì)產(chǎn)生危害，而且其拋光效率已到了瓶頸。
像ECMP這類型的增效化學(xué)機(jī)械拋光也得到了越來(lái)越多的關(guān)注，隨著SiC器件應(yīng)用范圍的不斷擴(kuò)大，對(duì)SiC襯底的加工效率及表面質(zhì)量也提出了更高的要求。此項(xiàng)新技術(shù)不僅滿足加工效率及表面質(zhì)量的保證，還為SiC襯底制造綠色發(fā)展注入了新力量。
來(lái)源：
行家說(shuō)三代半
田壯智等：?jiǎn)纹稴iC超精密加工研究進(jìn)展
（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/空青）
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