ผงไมโครคาร์ไบด์ซิลิกอนสีเขียวสำหรับการขัดเวเฟอร์

แม้ว่า  ผงไมโครคาร์ไบด์ซิลิกอนสีเขียว (SiC)  จะเป็นสารกัดกร่อนทั่วไปสำหรับการเจียรวัสดุแข็ง เช่น เซรามิก (เช่น AlN, แซฟไฟร์) แต่  โดยทั่วไปแล้วจะไม่ใช้ในการขัดเวเฟอร์โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับเวเฟอร์เซมิคอนดักเตอร์ (Si, GaAs, SiC เป็นต้น)

1. เหตุใด Green SiC จึงไม่เหมาะสำหรับการขัดเวเฟอร์

• ความเสียหายต่อพื้นผิว :
  ผงไมโคร SiC (แม้แต่เกรดละเอียดเช่น #2000+) แข็งกว่าเวเฟอร์ส่วนใหญ่ (Mohs 9.2 เทียบกับ Si ~7, GaAs ~4.5) ทำให้เกิดรอยแตกร้าวและรอยขีดข่วนใต้พื้นผิวที่ลึก

• ความเสี่ยงจากการปนเปื้อน :
  อนุภาค SiC สามารถฝังตัวอยู่ในเวเฟอร์ที่นิ่มกว่า (เช่น ซิลิกอน) หรือทำปฏิกิริยากับพื้นผิว ทำให้คุณสมบัติทางไฟฟ้าลดลง

• การขาดความแม่นยำในระดับนาโน :
  แม้แต่ SiC ขนาดเล็กกว่าไมครอนก็ยังขาดความสม่ำเสมอที่จำเป็นสำหรับการปรับระนาบในระดับอะตอม (Ra < 0.5 นาโนเมตร จำเป็นสำหรับโหนดขั้นสูง)

2. สารกัดกร่อนที่ต้องการสำหรับการขัดเวเฟอร์

ก. เวเฟอร์ซิลิกอน (Si) และเจอร์เมเนียม (Ge)

• การขัดเงาขั้นสุดท้าย :

  • ซิลิกาคอลลอยด์ (SiO₂) : ทำให้พื้นผิวอ่อนนุ่มลงทางเคมีเพื่อผลลัพธ์ที่ไร้ตำหนิ (Ra ~0.1 นาโนเมตร)

  • เซเรีย (CeO₂) : ใช้ในการขัดด้วยสารเคมีเชิงกล (CMP) เพื่ออัตราการขจัดวัสดุสูง (MRR)

• การขัดแบบหยาบ/ปานกลาง :

  • อะลูมินา (Al₂O₃) : มีความกัดกร่อนน้อยกว่า SiC ใช้สำหรับการขัดเงาเบื้องต้น

B. เวเฟอร์ซิลิกอนคาร์ไบด์ (SiC)

• ผงเพชรไมโคร :
  สารกัดกร่อนชนิดเดียวที่มีความแข็งกว่า SiC (โมห์ส 10) ใช้ในสารละลายสำหรับการบด/ขัด (เช่น กรวดขนาด 1–10 ไมโครเมตร)

• เพชร + CMP :
  ผสมผสานการกำจัดทางกล (เพชร) กับการออกซิเดชันทางเคมี (เช่น สารละลายที่มี H₂O₂)

C. แกลเลียมอาร์เซไนด์ (GaAs) และเวเฟอร์ III-V อื่นๆ

• ซิลิกาคอลลอยด์/ซีเรีย :
  การขัดด้วยแรงดันต่ำเพื่อหลีกเลี่ยงความเสียหายต่อผลึก

• สารละลายโบรมีน-เมทานอล :
  กัดกร่อนทางเคมีหลังการขัดด้วยเครื่องจักร

3. เมื่อใดที่ Green SiC อาจ  นำมาใช้ทำเวเฟอร์

• ขั้นตอนเริ่มต้นมาก  (เช่น การขึ้นรูปเวเฟอร์/การเจียรขอบ):
  SiC หยาบ (#400–#800) เพื่อขจัดวัสดุออกอย่างรวดเร็ว แต่เปลี่ยนไปใช้สารกัดกร่อนที่อ่อนกว่าโดยเร็วที่สุด

• พื้นผิวแซฟไฟร์ (Al₂O₃) :
  สามารถใช้ SiC สำหรับการขัดเงาได้ แต่การขัดเงาขั้นสุดท้ายต้องใช้เพชรหรือซิลิกา

4. พารามิเตอร์หลักสำหรับการขัดเวเฟอร์

• ขนาดสารกัดกร่อน :
  การขัดเงาขั้นสุดท้ายใช้อนุภาคขนาด 10–100 นาโนเมตร (เช่น ซิลิกาคอลลอยด์)

• ค่า pH และเคมี :
  สารละลาย CMP มีการควบคุมค่า pH (เช่น ด่างสำหรับ Si และเป็นกรดสำหรับโลหะ)

• แรงดัน/ความเร็ว :
  แรงดันต่ำ (<5 psi) เพื่อลดความเสียหายใต้ผิวดินให้เหลือน้อยที่สุด

5. ทางเลือกอื่นสำหรับ SiC สำหรับการใช้งานที่คำนึงถึงต้นทุน

• สารละลายอะลูมินา (Al₂O₃) :
  ราคาถูกกว่าเพชรแต่มีฤทธิ์กัดกร่อนน้อยกว่า SiC

• กระบวนการไฮบริด :
  SiC สำหรับการเจียรหยาบ → อะลูมินาสำหรับการขัดเงาเบื้องต้น → ซิลิกา/ซีเรียสำหรับการขัดเงาขั้นสุดท้าย