ซิลิกอนคาร์ไบด์สีเขียวสำหรับการขัดพื้นผิวเซมิคอนดักเตอร์

ซิลิกอนคาร์ไบด์สีเขียว (SiC) เป็นวัสดุขัดที่มีความบริสุทธิ์สูงซึ่งใช้กันอย่างแพร่หลายในการขัดพื้นผิวเซมิคอนดักเตอร์ เนื่องจากมีความแข็งเป็นพิเศษ (9.2–9.5 โมห์ส) มีความเสถียรทางความร้อน และไม่ทำปฏิกิริยากับสารเคมี ต่อไปนี้คือรายละเอียดเกี่ยวกับบทบาทของซิลิกอนคาร์ไบด์สีเขียวในการขัดพื้นผิวเซมิคอนดักเตอร์:

1. คุณสมบัติหลักของ Green SiC สำหรับการขัดเงา

• ความแข็งสูง : มีประสิทธิภาพในการเจียร/ขัดเงาอย่างแม่นยำของวัสดุแข็ง เช่น ซิลิกอน (Si) แกเลียมอาร์เซไนด์ (GaAs) และแซฟไฟร์

• เม็ดขัดที่คม : ให้การกำจัดวัสดุที่มีประสิทธิภาพพร้อมลดความเสียหายใต้ผิวให้น้อยที่สุด

• ความคงตัวทางความร้อน : รักษาประสิทธิภาพการทำงานที่อุณหภูมิสูงที่เกิดขึ้นระหว่างการขัดเงา

• ความเฉื่อยทางเคมี : ต้านทานปฏิกิริยากับสารหล่อเย็นหรือสารตั้งต้น ช่วยให้มั่นใจได้ว่าการประมวลผลจะสะอาด

2. การประยุกต์ใช้ในการขัดพื้นผิวเซมิคอนดักเตอร์

• การลับและการขัดหยาบ : ใช้ในระยะเริ่มต้นเพื่อให้เกิดความเรียบและขจัดข้อบกพร่องที่พื้นผิว

• การขัดละเอียด : ใช้ร่วมกับสารละลายเพชรหรือซิลิกาคอลลอยด์เพื่อให้ได้ผลงานที่เนียนเรียบเป็นพิเศษ (Ra < 1 นาโนเมตร)

• การเจียรขอบ : สร้างรูปร่างขอบเวเฟอร์เพื่อป้องกันการแตกในระหว่างการจัดการ

3. ข้อได้เปรียบเหนือสารกัดกร่อนอื่น ๆ

• คุ้มค่า : ราคาถูกกว่าเพชรแต่แข็งกว่าอะลูมินาหรือโบรอนคาร์ไบด์

• ความก้าวร้าวที่ควบคุมได้ : มีแนวโน้มที่จะทำให้เกิดรอยขีดข่วนลึกน้อยกว่าเมื่อเทียบกับการขัดด้วยเพชร จึงเหมาะกับขั้นตอนการขัดระดับกลาง

4. ข้อควรพิจารณาเกี่ยวกับกระบวนการขัดเงา

• ขนาดกรวด :

  • เม็ดหยาบ (#600–#1200) สำหรับการกำจัดวัสดุเริ่มต้น

  • เม็ดละเอียด (#2000–#4000) สำหรับการทำให้เรียบขั้นสุดท้าย

• สูตรสารละลาย : มักจะแขวนลอยอยู่ในน้ำหรือของเหลวที่มีส่วนประกอบของไกลคอลพร้อมสารปรับค่า pH

• อุปกรณ์ : ใช้ในเครื่องขัดแบบโรเตอรี่, CMP (Chemical Mechanical Planarization) หรือเครื่องขัดสองด้าน

5. ความท้าทายและการบรรเทาผลกระทบ

• รอยขีดข่วนบนพื้นผิว : อาจเกิดขึ้นได้หากขนาดเม็ดทรายไม่ตรงกัน สามารถบรรเทาได้ด้วยการขัดหลายขั้นตอนด้วยสารกัดกร่อนที่ละเอียดขึ้นเรื่อยๆ

• การปนเปื้อน : SiC สีเขียวที่มีความบริสุทธิ์สูง (99.9%+) ถือเป็นสิ่งจำเป็นเพื่อหลีกเลี่ยงการปนเปื้อน

6. การเปรียบเทียบกับทางเลือกอื่น

• เพชร : แข็งกว่าแต่มีราคาแพงกว่า ใช้สำหรับการขัดเงาขั้นสุดท้าย

• อะลูมินา (Al₂O₃) : อ่อนกว่า ราคาถูกกว่า แต่ประสิทธิภาพต่ำกว่าเมื่อใช้กับพื้นผิวแข็ง

• โบรอนคาร์ไบด์ (B₄C) : แข็งกว่า SiC แต่มีราคาแพงกว่าและเปราะบาง

7. แนวโน้มอุตสาหกรรม

• ความต้องการเวเฟอร์ขนาดใหญ่ : ความสม่ำเสมอของ SiC มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการประมวลผลเวเฟอร์ขนาด 300 มม. ขึ้นไป

• การผลิตสีเขียว : การรีไซเคิลสารละลาย SiC เพื่อลดของเสีย

บทสรุป

ซิลิคอนคาร์ไบด์สีเขียวเป็นสารกัดกร่อนอเนกประสงค์สำหรับการขัดพื้นผิวเซมิคอนดักเตอร์ โดยคำนึงถึงต้นทุน ความแข็ง และการควบคุม แม้ว่าเพชรจะมีบทบาทสำคัญต่อการขัดขั้นสุดท้าย แต่ SiC ยังคงขาดไม่ได้สำหรับขั้นตอนกลาง โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับเซมิคอนดักเตอร์แบบผสม (เช่น SiC, GaN) และเวเฟอร์ซิลิคอนแบบดั้งเดิม