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碳化硅衬底磨抛加工技术的研究进展

关键词 磨抛|2025-02-25 16:26:23|涂附新闻|来源 陶瓷信息中心
摘要 由于碳化硅具有极高的化学稳定性,沿用硅晶圆的化学机械抛光方法难以获得较高的加工效率。因此,研究人员首先采用传统的机械去除方法以快速去除前道工序引入的损伤层,并降低表面粗糙度.......

1 机械磨抛技术

      由于碳化硅具有极高的化学稳定性,沿用硅晶圆的化学机械抛光方法难以获得较高的加工效率。因此,研究人员首先采用传统的机械去除方法以快速去除前道工序引入的损伤层,并降低表面粗糙度。为了进一步提高加工效率和获得较高表面质量,研究人员引入特种能量辅助机械磨抛加工。

      1.1 传统机械磨抛技术 

      从磨料运动方式来看,传统机械磨抛技术经历了从游离磨料研磨到固结磨料磨削的发展过程,碳化硅衬底的磨抛技术也随之不断发展和进步。

      1.2 特种能量辅助机械磨抛技术 

      传统的机械磨抛技术可以实现对材料的高效去除,但是加工后较差的表面质量是当前急需优化的方。为了解决这一难题,国内外学者引入特种能量来辅助机械磨抛加工,如超声振动辅助磨削主要通过对主轴添加超声振动的方式辅助磨削;激光辅助加工通过激光照射碳化硅表面,达到降低其表面硬度的目的;电火花磨削通过磨粒的间歇性放电实现对材料的去除。特种能量辅助机械磨抛技术在保证较高磨抛加工效率的同时,获得表面质量良好的碳化硅衬底,为超精密抛光加工节约工序余量。

      2 化学反应磨抛技术 

      由于高质量的碳化硅衬底需要原子级的表面及较高的面型精度,传统的机械磨抛技术难以获得满足要求的碳化硅衬底。化学反应磨抛技术通过化学腐蚀或者机械诱导的方式先使衬底表面材料变质钝化,再利用磨粒划擦实现材料去除,可以获得亚纳米级的表面粗糙度且减小甚至消除衬底的表面及亚表面损伤。根据化学反应产生的方式分为以化学腐蚀为主的反应磨抛技术以及以机械诱导为主的反应磨抛技术。以化学腐蚀为主的反应磨抛技术可以获得质量较高的表面,但是其材料去除率较低;而以机械诱导为主的反应磨抛技术可以在保证表面质量的同时,拥有较高的材料去除率。

      2.1 以化学腐蚀为主的反应磨抛技术 

      以化学腐蚀为主的反应磨抛技术的核心是通过化学试剂或特种能场对碳化硅的表面进行氧化腐蚀,从而形成较软的变质层,再通过磨粒划擦将变质层去除好。这类反应磨抛技术以抛光加工为主,其中又细分为化学机械抛光 、电化学机械抛光、等离子体辅助抛光 、紫外光辅助化学抛光等不同类型的抛光方法。

      2.1.2 特种能场辅助化学机械抛光技术 

      化学机械抛光技术能够获得较高的表面质量, 但是较低的材料去除率以及对环境的不友好是其亟待解决的难题。通过添加特种能场的方式能够替代化学试剂对碳化硅表面进行氧化腐蚀,同时降低化学试剂对环境的影响。如电化学机械抛光技术通过阳极氧化的方式提高化学腐蚀速率;等离子体辅助抛光技术通过等离子体对碳化硅表面进行氧化改性;紫外光辅助化学机械抛光技术通过紫外光及催化剂对碳化硅表面进行氧化腐蚀。

      2.2 以机械诱导为主的反应磨抛技术 

      以化学腐蚀为主的反应磨抛技术可以获得理想的碳化硅衬底,但是较低的效率以及对环境的不友好都是其亟须解决的问题。因此研究人员提出在加工过程中通过机械力划擦诱导化学反应,达到兼顾效率以及表面质量的目的。


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