ซิลิคอนคาร์ไบด์ (SiC) ซึ่งเป็นรากฐานสำคัญของ-เซมิคอนดักเตอร์แบนด์แก็ปรุ่นที่สาม- กำลังปรับโฉมภูมิทัศน์ของอุปกรณ์กำลังในยานพาหนะพลังงานใหม่ การสื่อสาร 5G การขนส่งทางรถไฟ และอื่นๆ เนื่องด้วยคุณสมบัติพิเศษ-แบนด์แก็ปที่กว้าง สนามแยกย่อยที่วิกฤตสูง และการนำความร้อนที่เหนือกว่า อย่างไรก็ตาม ความแข็ง Mohs สุดขีดที่ 9.2–9.3 และความเฉื่อยทางเคมีที่เด่นชัดทำให้การประมวลผลเวเฟอร์เป็นคอขวดที่สำคัญซึ่งส่งผลกระทบโดยตรงต่อประสิทธิภาพและผลผลิตของอุปกรณ์ ทำให้เกิด "น็อตที่แตกยาก" อย่างฉาวโฉ่ ในการขัดละเอียดด้วยเวเฟอร์แบบละเอียดทั่วไป สารกัดกร่อนซิลิกาคอลลอยด์ (SiO₂) แม้ว่าจะมีความสามารถในการให้ความหยาบผิวต่ำเป็นพิเศษ- แต่ก็มีความอ่อนกว่า SiC มากและทำให้มีอัตราการขจัดวัสดุที่ต่ำมาก ในทางกลับกัน สารขัดถูเพชรนั้น "รุนแรง" มากเกินไป ซึ่งมักจะทำให้เกิดรอยขีดข่วนลึกและความเสียหายใต้พื้นผิว ด้วยเหตุนี้ อลูมินา (Al₂O₃) ซึ่งมีความแข็งที่เหมาะสมและมีคุณสมบัติทางเคมีกายภาพที่เสถียร จึงกลายเป็นตัวเลือกชั้นนำสำหรับสารขัดถูขัดละเอียด SiC โดยเฉพาะอย่างยิ่ง อลูมินาระดับ-นาโนเมตร-ขนาด (100–150 นาโนเมตร) กำลังกลายเป็นเครื่องมือสำคัญในสารละลาย SiC CMP (การขัดเงาด้วยกลไกเคมี) ระดับสูง- เนื่องจากทำให้เกิดความสมดุลในอุดมคติระหว่างความสามารถในการขจัดเชิงกลและการควบคุมข้อบกพร่องที่พื้นผิว
ทำไมต้องใช้อลูมินาขนาดร้อย-นาโนเมตร-
The choice of abrasive particle size is fundamentally governed by the trade-off between removal efficiency and surface quality. Micron-sized abrasives (>1 μm) สามารถให้อัตราการขจัดเชิงกลที่สูงขึ้น แต่มีแนวโน้มที่จะทำให้เกิดข้อบกพร่องร้ายแรง เช่น รอยขีดข่วนลึกและหลุมบนพื้นผิวเวเฟอร์ ซึ่งไม่เป็นไปตามข้อกำหนดที่เข้มงวดของระนาบสเกลอะตอม- ในทางกลับกัน สารกัดกร่อนที่ละเอียดกว่ามีแนวโน้มที่จะเกาะตัวกันเป็นก้อนและไม่มีแรงตัดที่เพียงพอ ส่งผลให้ประสิทธิภาพการขัดเงาลดลงอย่างมาก และต้องดิ้นรนเพื่อเอาชนะอุปสรรคความแข็งสูงของ SiC ในทางตรงกันข้าม สารกัดกร่อนอลูมินาระดับนาโนเมตร-กว่าร้อยชนิดมีโมเมนตัมเพียงพอต่อการเจียรเชิงกลที่มีประสิทธิภาพ นอกจากนี้ ด้วยการควบคุมสัณฐานวิทยาที่เหมาะสม พวกมันสามารถอำนวยความสะดวก "การเสียดสีจากการกลิ้ง" ภายใต้ข้อจำกัดของแผ่นขัดเงา ซึ่งจะช่วยลดความเสี่ยงที่จะเกิดรอยขีดข่วนให้อยู่ในระดับที่สามารถจัดการได้ ช่วงขนาดอนุภาคนี้ค่อยๆ กลายเป็นแนวทางทางเทคนิคหลักสำหรับสารละลายขัดเงาละเอียด-ของ-ศิลปะ SiC
แน่นอนว่า นอกเหนือจากขนาดอนุภาคแล้ว การขัดละเอียด SiC ยังกำหนดให้มีข้อกำหนดเพิ่มเติมเกี่ยวกับสารกัดกร่อนดังต่อไปนี้:
(1) การกระจายขนาดอนุภาค:สำหรับอลูมินาร้อย-นาโนเมตร การกระจายตัวเชิงเดี่ยวมีความสำคัญไม่น้อยไปกว่าค่าสัมบูรณ์ของขนาดอนุภาคโดยเฉลี่ย แม้ว่าเส้นผ่านศูนย์กลางเฉลี่ยจะถูกควบคุมภายในช่วงร้อย-นาโนเมตร การกระจายขนาดที่กว้างไม่เพียงแต่ส่งผลต่อความสม่ำเสมอในการขัดเงาเท่านั้น แต่ยังช่วยให้อนุภาคขนาดใหญ่ทำให้เกิดรอยขีดข่วนลึกในระหว่างการขัดเงา ซึ่งนำไปสู่เศษเศษโดยตรง
(2) สัณฐานวิทยา:อนุภาคอลูมินาที่มีรูปร่างไม่สม่ำเสมอ (เช่น เกล็ดเลือด เข็ม หรือเศษเชิงมุม) มีโอกาสสูงที่จะเซาะผิวเวเฟอร์และทำให้เกิดรอยขีดข่วนระหว่างการขัดเงา ในทางตรงกันข้าม อนุภาคทรงกลมหรือทรงกลมใกล้-มีแนวโน้มที่จะมีส่วนร่วมในการกำจัดวัสดุโดยการกลิ้งระหว่างแผ่นขัดเงาและแผ่นเวเฟอร์ ซึ่งกระจายแรงเฉือนได้อย่างมีประสิทธิภาพ และลดความหนาแน่นของข้อบกพร่องลงอย่างเห็นได้ชัด
(3) คริสตัลเฟส:อลูมินามีอยู่ในเฟสผลึกหลายเฟส ( , δ, θ, , ฯลฯ) โดยที่ -Al₂O₃ เป็นเฟสที่มีความเสถียรทางอุณหพลศาสตร์มากที่สุด และยังถือเป็นเฟสที่แข็งที่สุด (ความแข็ง Mohs 9) และมีความเฉื่อยทางเคมีมากที่สุด ในระหว่าง CMP อลูมินาเฟส - ให้การตัดเชิงกลที่ยั่งยืนและเสถียร โดยไม่เกิดปฏิกิริยาที่ไม่สามารถควบคุมได้กับตัวกลางที่เป็นกรดหรือด่างซึ่งมักพบในสารละลายขัดเงา
(4) ความบริสุทธิ์สูงพิเศษ-:สิ่งเจือปนที่เป็นโลหะจะต้องได้รับการควบคุมในระดับที่ต่ำเป็นพิเศษ มิฉะนั้นอาจเสี่ยงต่อการปนเปื้อนเวเฟอร์และทำให้ประสิทธิภาพของอุปกรณ์ลดลง