Carboneto de silício: o substrato cada vez mais dominante coloca desafios ao polimento

Com taxas de crescimento previstas superiores a 30% ao ano, este mercado de milhares de milhões de euros oferece perspetivas particularmente atrativas para as tecnologias de retificação. Na feira GrindingHub, organizada pela VDW (Associação Alemã de Fabricantes de Máquinas-Ferramenta), em Estugarda, de 5 a 8 de maio de 2026, os visitantes vão poder conhecer de perto processos, máquinas e soluções de retificação de precisão à escala dos angstroms. Uma coisa é certa: se a Europa quiser reduzir a distância face à Ásia e aos Estados Unidos na indústria dos semicondutores, vai ser necessário acelerar significativamente vários processos, incluindo os produtivos.

As pastilhas (wafers) são discos finos que servem de base à produção de microchips. O seu fabrico envolve várias etapas. Para que o silício (Si) ou o carboneto de silício (SiC) possam ser utilizados na indústria dos semicondutores, têm de ser obtidos sob a forma de monocristais. Os chamados lingotes (boules) são depois transformados em discos em bruto. Após corte, as pastilhas são retificadas com elevada precisão, polidas e revestidas com uma camada epitaxial, ficando assim preparadas para o processo de fotolitografia. Os padrões dos circuitos são então definidos na pastilha através de máscaras e radiação luminosa apropriada. Por fim, os microchips individuais são separados a partir da pastilha.

Para Michael Egeter, vice-presidente de engenharia do fabricante suíço de máquinas Kellenberger, em Goldach, o aumento contínuo da procura e o surgimento de novos processos e tecnologias tornam o mercado dos semicondutores altamente atrativo. “Para além do processamento do substrato – nomeadamente a pré-retificação e o corte dos cristais em bruto, que definem a geometria básica da pastilha –, o segmento dos equipamentos para semicondutores oferece também oportunidades relevantes para o fornecimento de tecnologia e soluções de retificação”, afirma.

Segundo o responsável, os especialistas em retificação podem posicionar-se de forma estratégica junto dos clientes através da oferta de soluções à medida. A Kellenberger tem vindo a desenvolver equipamentos altamente configuráveis para esse efeito. “As soluções personalizadas apresentam um elevado potencial de crescimento, sobretudo porque podem ser escaláveis”, acrescenta.

O carboneto de silício (SiC) afirma-se cada vez mais como o substrato preferencial na produção de semicondutores. De acordo com o Fraunhofer Center for Silicon Photovoltaics CSP (Centro de Fotovoltaica de Silício), em Halle (Saale), este material – resultante da combinação de silício e carbono – apresenta uma banda proibida mais ampla do que o silício puro. Esta característica é determinante para a condutividade elétrica e permite a sua utilização em condições extremas, como elevadas temperaturas, tensões e frequências.

Contudo, este substrato representa um desafio significativo para a retificação, como sublinha Michael Egeter: “temos observado alguma relutância por parte de operadores habituados a trabalhar quase exclusivamente com materiais metálicos”. O comportamento de maquinagem das cerâmicas difere substancialmente. Superada esta barreira, o crescente campo de aplicação das cerâmicas técnicas e dos substratos monocristalinos revela um elevado potencial para a tecnologia de retificação. “O SiC já se consolidou como referência em aplicações de elevado desempenho no setor dos semicondutores”, conclui.

O fabrico de semicondutores é um processo moroso, o que se reflete em prazos de entrega prolongados e constrangimentos em várias indústrias. O cristal em bruto, obtido em forno a cerca de 2.400 °C, pode demorar até duas semanas até estar pronto para processamento como produto semiacabado.

Para a etapa 'do lingote ao disco', o Grupo Hardinge – do qual a Kellenberger faz parte – desenvolveu uma solução específica com uma equipa multidisciplinar de engenheiros e especialistas de aplicação, em colaboração com parceiros da indústria do SiC e fornecedores de matérias-primas. O resultado foi uma máquina automatizada de cinco eixos, do tipo ‘tudo-em-um’, capaz de processar diferentes diâmetros e especificações de lingotes de SiC.

Segundo a empresa, graças à automatização da carga e descarga, o tempo de processamento pode ser reduzido de mais de 24 horas, nos métodos convencionais, para apenas duas a três horas.

Para além do substrato e das máquinas, as ferramentas de retificação são determinantes no processamento de wafers. “Os semicondutores são um mercado em forte crescimento”, afirma Carmine Sileno, diretor de produto para este segmento na Meister Abrasives.

A empresa suíça, em conjunto com a sua filial alemã Alfons Schmeier, é especializada no desenvolvimento de ferramentas superabrasivas para aplicações de elevada precisão. O portefólio cobre toda a cadeia de fabrico, desde o cristal em bruto até ao chip final.

As ferramentas diamantadas para superfícies de pastilhas permitem alcançar rugosidades na ordem de Ra ≈ 5 angstroms (1 Å = 0,0001 μm). Para referência, um cabelo humano apresenta um diâmetro entre 40 e 80 μm.

O controlo de qualidade a este nível exige técnicas avançadas, como interferometria de luz branca ou microscopia de força atómica (AFM). “Superfícies com nanotopografia homogénea são críticas para os fabricantes de chips”, sublinha Sileno.

A estratégia passa também por reduzir etapas subsequentes: “Queremos atingir níveis de acabamento que permitam encurtar ou até eliminar processos posteriores”, explica. Tal é particularmente relevante nos processos de lapeamento e polimento, que são demorados e dispendiosos.

Tradicionalmente, os wafers são retificados e posteriormente polidos para atingir a qualidade superficial exigida. Os agentes de polimento – suspensões de partículas finas em meio líquido – representam um custo significativo.

“Quanto maior for o tempo de polimento e a dimensão da pastilha, maior será o benefício em reduzir ou eliminar esta etapa”, refere o especialista. O principal desafio reside no desenvolvimento do aglutinante adequado para grãos de diamante submicrométricos (< 1 μm).

Neste domínio, a Meister Abrasives destaca a sua capacidade de engenharia de materiais, permitindo adaptar com precisão a estrutura do abrasivo a cada aplicação. O resultado traduz-se em ganhos de produtividade, redução de custos e menor necessidade de infraestrutura, com impacto direto no rendimento global do processo.