Sebbene la micropolvere di carburo di silicio verde (SiC) sia un abrasivo comune per la macinazione di materiali duri come la ceramica (ad esempio, AlN, zaffiro), non viene solitamente utilizzata per la lucidatura dei wafer , in particolare per i wafer semiconduttori (Si, GaAs, SiC, ecc.)
1. Perché il SiC verde non è adatto alla lucidatura dei wafer
Danni superficiali :
la micropolvere di SiC (anche di qualità fine come #2000+) è più dura della maggior parte dei wafer (Mohs 9,2 rispetto a Si ~7, GaAs ~4,5), causando crepe e graffi profondi sotto la superficie.Rischio di contaminazione :
le particelle di SiC possono incorporarsi in wafer più morbidi (ad esempio silicio) o reagire con le superfici, degradandone le proprietà elettriche.Mancanza di precisione su scala nanometrica :
anche il SiC sub-micron non ha l’uniformità necessaria per la planarizzazione a livello atomico (Ra < 0,5 nm richiesto per i nodi avanzati).
2. Abrasivi preferiti per la lucidatura dei wafer
A. Wafer di silicio (Si) e germanio (Ge)
Lucidatura finale :
Silice colloidale (SiO₂) : ammorbidisce chimicamente la superficie per finiture prive di difetti (Ra ~0,1 nm).
Ceria (CeO₂) : utilizzata nella lucidatura chimico-meccanica (CMP) per elevati tassi di rimozione del materiale (MRR).
Lucidatura grezza/intermedia :
Allumina (Al₂O₃) : meno aggressiva del SiC, utilizzata per la pre-lucidatura.
B. Wafer di carburo di silicio (SiC)
Micropolvere di diamante :
l’unico abrasivo più duro del SiC (Mohs 10), utilizzato in miscele per la rettifica/lappatura (ad esempio, grane da 1 a 10 μm).Diamante + CMP :
combina la rimozione meccanica (diamante) con l’ossidazione chimica (ad esempio, fanghi a base di H₂O₂).
C. Arseniuro di gallio (GaAs) e altri wafer III-V
Silice colloidale/ceria :
lucidatura a bassa pressione per evitare danni ai cristalli.Soluzioni di bromo-metanolo :
incidere chimicamente dopo la lucidatura meccanica.
3. Quando il SiC verde potrebbe essere utilizzato per i wafer
Fasi iniziali (ad esempio, modellatura dei wafer/rettifica dei bordi):
SiC grossolano (#400–#800) per una rapida rimozione del materiale, ma passaggio immediato ad abrasivi più morbidi.Substrati in zaffiro (Al₂O₃) :
per la lappatura si può usare il SiC, ma per la lucidatura finale sono necessari diamante o silice.
4. Parametri chiave per la lucidatura dei wafer
Dimensione abrasiva :
la lucidatura finale utilizza particelle da 10–100 nm (ad esempio, silice colloidale).pH e chimica :
le sospensioni CMP sono a pH controllato (ad esempio, alcaline per il Si, acide per i metalli).Pressione/Velocità :
bassa pressione (<5 psi) per ridurre al minimo i danni al sottosuolo.
5. Alternative al SiC per applicazioni economiche
Fanghi di allumina (Al₂O₃) :
più economici del diamante ma meno aggressivi del SiC.Processi ibridi :
SiC per la sgrossatura → Allumina per la pre-lucidatura → Silice/Ceria per la lucidatura finale.