1. Réglage du système abrasif: de la correspondance de la dureté à la personnalisation fonctionnelle
La sélection des abrasifs, qui sont au cœur du processus d'élimination mécanique, doivent équilibrer la dureté des matériaux, le stade de polissage et le contrôle des dommages de surface. Cela va bien au-delà de la simple correspondance de dureté.
Pour les tranches de silicium (dureté Mohs ~ 7, une activité chimique modérée), des abrasifs colloïdaux de silice ou d'alumine avec une taille de 0,5 à 2 micromètres sont généralement choisis pour le stade de polissage rugueux pour équilibrer le taux d'élimination et la planification initiale. Le stade de polissage fin utilise des abrasifs de silice sphérique, de 20 à 50 nanomètres, ce qui peut réduire la rugosité de surface à moins de 0,1 nm. Un facteur clé consiste à contrôler la dispersion abrasive, souvent en ajoutant des agents comme le polyéthylène glycol pour éviter l'agglomération et les rayures.
Pour le carbure de silicium (dureté Mohs ~ 9,2, chimiquement inerte et anisotrope), le polissage rugueux utilise des abrasifs en alumine ou en silicium (0,5 - 1,5 μm) avec des épaissistes comme l'agar pour empêcher l'agglomération. Le polissage fin utilise de plus en plus des abrasifs innovants, tels que le noyau - des particules de coquille avec un noyau de glucose et une coquille de silice (30 - 100 nm), ou des abrasifs "intelligents" greffés avec des chaînes de polymère sensibles pH -. Ces conceptions favorisent la chimio - Synergie mécanique pour un polissage à faible efficacité et à faible dommage.
Pour le nitrure de gallium (dureté Mohs ~ 9, mais sujette à la corrosion avec des couches épitaxiales sensibles), une concentration extrêmement faible (0,5 -} 2%) de petits abrasifs de silice sphérique (30-80 nm) est préféré pour minimiser les rayures. Les abrasifs élevés comme le diamant sont strictement évités pour éviter les dommages causés par le réseau.
2. Réglage de la composition chimique: de la gravure simple à la catalyse synergique
Les composants chimiques doivent correspondre à la réactivité du matériau. Le défi de base est relevé en concevant des systèmes synergiques impliquant des oxydants, des catalyseurs et des agents complexants.
En ce qui concerne le système d'oxydant, le polissage en silicium utilise conventionnellement le peroxyde d'hydrogène comme oxydant doux. Le polissage en carbure de silicium passe des mélanges d'acide nitrique traditionnels et hautement toxiques - des mélanges d'acide hydrofluorique vers des approches innovantes plus vertes comme les réactions de Fenton assistées visibles. Le polissage au nitrure de gallium utilise souvent un oxydant composite de peroxyde d'hydrogène et de permanganate de potassium, couplé au dioxyde de manganèse comme catalyseur et acétate comme inhibiteur de corrosion pour accélérer la modification de la surface tout en supprimant la gravure -.
Les agents complexés et modulants sont utilisés pour résoudre des problèmes spécifiques tels que le dépôt de sous-produits et les dommages de surface. Par exemple, le carbonate de sodium est ajouté aux boues SIC aux ions de silicium complexes, l'acide citrique est utilisé dans les boues GaN pour complexes ions de gallium, et l'EDTA est incorporé dans des boues de silicium pour chélater les impuretés métalliques et améliorer la pureté de surface.
L'utilisation de composants conviviaux ECO - est une tendance importante. Cela implique de remplacer des oxydants hautement toxiques par des alternatives comme le peroxyde d'hydrogène, en utilisant des dispersants basés sur Bio - et la mise en œuvre de processus de recyclage pour récupérer et réutiliser les catalyseurs et les abrasifs.
3. Ajustement des concentrations et pH: des plages fixes à l'adaptation dynamique
Les concentrations et les valeurs de pH contrôlent directement l'équilibre entre la gravure chimique et l'élimination mécanique, nécessitant un ajustement dynamique basé sur le matériau et le stade de polissage.
Pour le contrôle du pH, le polissage en silicium est généralement effectué dans des conditions alcalines (pH 10 - 11) pour dissoudre la couche de silice. Le polissage en carbure de silicium adopte souvent une stratégie "acide d'abord, alcaline plus tard": pH faible (2 - 4) pour le polissage rugueux pour améliorer l'oxydation, et un pH plus élevé (8.5-11.0) pour le polissage fin pour améliorer la qualité de la surface. Le polissage de la couche épitaxiale GAn nécessite un environnement neutre à alcaline serré à l'échelle serré (pH 8-9) pour protéger la surface sensible.
L'optimisation de la concentration montre une variation significative. La concentration abrasive (teneur en solide) va de niveaux relativement élevés pour le polissage rugueux en silicium à des niveaux très faibles pour le GAN, reflétant le contrôle précis nécessaire à la force mécanique. Les concentrations d'oxydateur sont également finement réglées en fonction de la difficulté d'oxyder le matériau.
L'adaptation dynamique caractérise les processus avancés de polissage. Les exemples incluent une diminution progressive du pH pendant le polissage de la gaufrette en silicium, en utilisant des abrasifs sensibles au pH - pour le polissage du SIC à soi - et augmentant simultanément la concentration d'inhibiteur dans le polissage acide du Gan pour contrer les effets corrosifs.
4. résoudre des défis spécifiques avec des ajustements ciblés
Pour lutter contre l'anisotropie du carbure de silicium (différents taux de retrait sur les faces SI - et C -), des surfactants spécifiques peuvent être ajoutés pour modifier la mouillabilité de la suspension sur différents plans en cristal, ce qui rend les taux d'élimination plus uniformes pour le polissage synchrone.
Pour protéger les couches épitaxiales sensibles du nitrure de gallium, des formulations spécialisées sans oxydant puissant et une action mécanique minimale sont essentielles, utilisant des solvants légers et des modificateurs de surface pour éviter d'endommager les couches minces ultra -.
Pour réaliser la planarisation mondiale des tranches de silicium, des inhibiteurs comme le benzotriazole sont ajoutés pour protéger sélectivement le substrat de silicium dans les zones encastrées, permettant l'élimination préférentielle de la couche d'oxyde de surface et les défauts saillants.
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