Карбид кремния (SiC) как высокопроизводительный полупроводниковый материал, благодаря своим превосходным физическим и химическим свойствам, в силовой электронике, радиочастотной микроволновой печи, оптоэлектронике и других областях демонстрирует большой потенциал применения. Однако высокая твердость и стабильная структура решетки карбида кремния создают серьезные проблемы для процесса его полировки. В этой статье основное внимание будет уделено причинам сложности полировки подложки из карбида кремния, чтобы предоставить ссылки на исследования и применение в смежных областях.
Во-первых, высокая твердость и хрупкость, вызванные проблемами полировки
Сверхвысокая твердость карбида кремния является одной из его замечательных характеристик, а твердость по шкале Мооса достигает 9,5, уступая только алмазу. Такая высокая характеристика твердости обуславливает необходимость использования в процессе полировки абразивов и инструментов одинаковой твердости. Однако абразивы высокой твердости часто приводят к быстрому износу полировального инструмента в процессе полировки, что не только снижает эффективность полировки, но и может привести к ухудшению качества полировки. Кроме того, хрупкость карбида кремния также является серьезной проблемой в процессе полировки. В процессе полировки подложка SiC склонна к растрескиванию, образуя поверхностные повреждения и трещины. Эти дефекты не только влияют на внешний вид пластины, но также могут повлиять на ее электрические характеристики и надежность.
Во-вторых, проблема полировки, вызванная стабильной решетчатой структурой
Решётчатая структура SiC состоит из тетраэдров Si-C, которые имеют плотноупакованную структуру и высокую стабильность. Эта стабильная решетчатая структура чрезвычайно затрудняет изменение структуры поверхности с помощью внешних средств механической обработки. В процессе полировки, чтобы разорвать ковалентную связь между атомами Si-C, добиться удаления материала и улучшения качества поверхности, необходимо потреблять много тепловой энергии и силы сдвига трения. Это не только увеличивает энергопотребление и временные затраты на процесс полировки, но также может привести к повреждению внутренней структуры чипа.
В-третьих, влияние стресса на процесс полировки
При традиционном процессе полировки заготовка и полировальный штамп обычно фиксируются клеем. Однако из-за неодинакового коэффициента теплового расширения между подложкой SiC и полировальной матрицей после охлаждения и отверждения в месте соединения возникнет напряжение. Эти напряжения отрицательно влияют на форму и качество поверхности пластины во время полировки, что приводит к снижению качества полировки. Кроме того, тепло трения и механическое напряжение, возникающие в процессе полировки, могут еще больше усугубить этот эффект, затрудняя контроль над процессом полировки.
В-четвертых, выбор полировальной жидкости и полировальной подушечки
Полировальная жидкость и полировальная подушечка являются ключевыми элементами в процессе полировки, и их выбор напрямую влияет на эффект полировки. Для подложек из карбида кремния из-за его высокой твердости и хрупкости традиционная полирующая жидкость и полировальная подушечка часто не могут удовлетворить требования к полировке. С одной стороны, необходимо точно контролировать состав полирующей жидкости, размер частиц и концентрацию абразива, чтобы избежать чрезмерного повреждения стружки; С другой стороны, твердость, эластичность и топография поверхности полировальной подушечки также должны соответствовать характеристикам подложки из карбида кремния для достижения наилучшего эффекта полировки. Однако на рынке по-прежнему мало специальных полирующих жидкостей и полирующих подушечек для подложек SiC, что еще больше увеличивает сложность и стоимость процесса полировки.
Таким образом, причинами сложности полировки подложек из карбида кремния в основном являются его высокая твердость и хрупкость, стабильная структура решетки, влияние напряжений в процессе полировки, а также выбор полирующей жидкости и полировальной тарелки. Эти проблемы не только влияют на эффективность полировки и качество подложек SiC, но и ограничивают их применение и развитие в смежных областях. Поэтому в будущем необходимо усилить исследования и инновации в области технологии полировки подложек из карбида кремния, чтобы преодолеть эти проблемы и способствовать широкому применению и разработке материалов из карбида кремния.
