Siliciumcarbid (SiC), en hjørnesten i tredje-generations brede-båndgab-halvledere, omformer landskabet af kraftenheder i nye energikøretøjer, 5G-kommunikation, jernbanetransit og mere, takket være dets exceptionelle egenskaber-brede båndgab, høje kritiske nedbrudsfelt og overlegenhed. Dens ekstreme Mohs-hårdhed på 9,2-9,3 og udtalte kemiske inerthed gør imidlertid waferbehandling til en kritisk flaskehals, der direkte påvirker enhedens ydeevne og udbytte, og præsenterer en notorisk "svær nød at knække". Ved konventionel finpolering af wafers er kolloid silica (SiO₂) slibemidler, selvom de er i stand til at levere ultra-lav overfladeruhed, langt blødere end SiC og lider derfor af ekstremt lave materialefjernelseshastigheder. Diamantslibemidler er på den anden side alt for "aggressive", og efterlader ofte dybe ridser og skader under overfladen. Som følge heraf har aluminiumoxid (Al2O3), med sin passende hårdhed og stabile fysisk-kemiske egenskaber, vist sig som en førende kandidat til SiC finpolerende slibemidler. Især er aluminiumoxid i hundrede-nanometer-skala (100-150 nm) ved at blive arbejdshesten i high-SiC CMP-opslæmninger (Chemical Mechanical Polishing), da det skaber en ideel balance mellem mekanisk fjernelsesevne og overfladedefektkontrol.
Hvorfor hundrede-nanometer-skala aluminiumoxid?
The choice of abrasive particle size is fundamentally governed by the trade-off between removal efficiency and surface quality. Micron-sized abrasives (>1 μm) kan levere højere mekaniske fjernelseshastigheder, men har en tendens til at forårsage fatale defekter såsom dybe ridser og fordybninger på waferoverfladen, idet de ikke opfylder de strenge krav om planaritet i atomare-skala. Finere slibemidler er omvendt tilbøjelige til at agglomerere og mangler tilstrækkelig skærekraft, hvilket fører til et drastisk fald i poleringseffektiviteten og kæmper for at overvinde SiCs høje hårdhedsbarriere. Hundrede-nanometer aluminiumoxidslibemidler har derimod tilstrækkeligt momentum til at udføre effektiv mekanisk slibning. Desuden kan de med korrekt morfologikontrol lette "rullende slid" under begrænsningen af polerpuden og derved minimere risikoen for ridser til et håndterbart niveau. Dette partikelstørrelsesområde er nu gradvist blevet den almindelige tekniske vej for den-state--kunst SiC finpoleringsopslæmning.
Ud over partikelstørrelsen stiller SiC finpolering naturligvis følgende yderligere krav til slibemidler:
(1) Partikelstørrelsesfordeling:For hundrede-nanometer aluminiumoxid er monodispersitet ikke mindre kritisk end den absolutte værdi af den gennemsnitlige partikelstørrelse. Selv hvis middeldiameteren kontrolleres inden for intervallet hundrede-nanometer, kompromitterer en bred størrelsesfordeling ikke kun poleringsensartetheden, men tillader også større partikler at fremkalde dybe ridser under polering, hvilket direkte fører til spånskrot.
(2) Morfologi:Uregelmæssigt formede aluminiumoxidpartikler (f.eks. blodplader, nåle eller kantede fragmenter) er meget tilbøjelige til at udhule waferoverfladen og generere ridser under polering. I modsætning hertil har sfæriske eller nær-sfæriske partikler en tendens til at deltage i materialefjernelse ved at rulle mellem poleringspuden og waferen, hvilket effektivt spreder forskydningskræfter og markant reducerer defektdensiteten.
(3) Krystalfase:Aluminiumoxid findes i flere krystallinske faser (, δ, θ, osv.), blandt hvilke -Al₂O₃ er den termodynamisk mest stabile fase og også den hårdeste (Mohs hårdhed 9) og mest kemisk inerte. Under CMP giver -fase-aluminiumoxid vedvarende og stabil mekanisk skærevirkning uden at undergå ukontrollerede reaktioner med de sure eller alkaliske medier, der almindeligvis findes i poleringsslam.
(4) Ultra-Høj renhed:Metalliske urenheder skal kontrolleres ved usædvanligt lave niveauer; ellers risikerer de at forurene waferen og forringe enhedens ydeevne.