颠覆SiC晶圆研磨！中国团队用摩擦热，切黄油一样加工碳化硅晶体

碳化硅（SiC）是第三代半导体核心材料，可耐受超高电压。但长期以来，如何将碳化硅晶锭加工成镜面级晶圆，一直是行业难题。传统加工方式极易在晶体表面产生微裂纹，这些微小缺陷会直接导致芯片失效。

燕山大学黄水泉、中山大学黄翰带领的科研团队在《极端制造国际期刊》发表研究成果，提出了一种颠覆性加工思路：把高速切削原本产生的有害摩擦热，用来触发化学反应，让金刚石刀具加工这种脆性晶体，如同切割黄油一般顺滑。

镶嵌金刚石磨粒的磨盘虽然能快速打磨碳化硅，但加工带来的剧烈冲击，会在材料内部留下深层亚表面损伤。想要去除这些裂纹，企业只能使用效率低下的化学研磨液，仅仅去除1毫米的材料，就要耗费数天时间。过去科研人员也曾尝试其他方案：利用大功率激光预先软化晶体，却容易因热量过高造成晶圆形变；或是采用腐蚀性化学氧化剂，又会持续腐蚀、损耗精密研磨设备。

该研究团队从3D打印技术中获得灵感，选用一种名为ACVA的无毒偶氮化合物，将其溶解在普通液态聚合物冷却剂中。相关论文题为《单晶碳化硅热化学机械研磨非晶化实现原子级损伤控制》。

在常温静置条件下，这种混合冷却液和普通工业润滑液并无差别。但一旦金刚石磨粒接触到碳化硅晶圆，微小接触点位的摩擦会让局部温度瞬间超过45℃。短暂升温会促使添加剂分解，生成瞬时自由基，迅速作用于晶体表层的硅原子。

原子仿真与电镜测试结果证实，这一靶向化学反应能够临时改变晶体表层结构，生成一层厚度10纳米、具备可塑性的无定形碳氧化硅薄膜。在机械压力作用下，这层玻璃状表层充当可牺牲的分子缓冲层，发生平滑形变而不会碎裂。依托该技术，无裂纹切削深度从29纳米提升至51纳米，实现近乎翻倍。

新工艺能够将晶体亚表面缺陷控制在70纳米以内，完全消除潜藏的微裂纹。研究人员表示，这项技术有望帮助芯片制造企业省去繁复的中间抛光工序，直接从粗磨阶段进入最终精加工环节，简化碳化硅晶圆制造流程。

科研团队提到，下一阶段的工作重点，是将这套化学工艺落地适配商用8英寸晶圆加工设备，同时面向大型半导体产线开发闭环流体回收系统，推动该技术工业化规模化应用。

来源：雅时化合物半导体

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