مسحوق كربيد السيليكون الأخضر لتلميع الرقاقة

في حين أن  مسحوق كربيد السيليكون الأخضر (SiC)  عبارة عن مادة كاشطة شائعة لطحن المواد الصلبة مثل السيراميك (على سبيل المثال، AlN، الياقوت)، فإنه  لا يستخدم عادة لتلميع الرقاقات ، وخاصة بالنسبة لرقاقات أشباه الموصلات (Si، GaAs، SiC، إلخ.)

1. لماذا لا يُعدّ SiC الأخضر مناسبًا لتلميع الرقاقة؟

• الضرر السطحي :
  مسحوق SiC الدقيق (حتى الدرجات الدقيقة مثل #2000+) أقوى من معظم الرقائق (Mohs 9.2 مقابل Si ~7، GaAs ~4.5)، مما يتسبب في حدوث شقوق وخدوش عميقة تحت السطح.

• خطر التلوث :
  يمكن لجزيئات SiC أن تلتصق برقائق أكثر نعومة (مثل السيليكون) أو تتفاعل مع الأسطح، مما يؤدي إلى تدهور الخصائص الكهربائية.

• الافتقار إلى الدقة على نطاق النانو :
  حتى SiC دون الميكرون يفتقر إلى التوحيد اللازم للتسوية على مستوى الذرة (Ra < 0.5 نانومتر مطلوب للعقد المتقدمة).

2. المواد الكاشطة المفضلة لتلميع الرقاقة

أ. رقائق السيليكون (Si) والجرمانيوم (Ge)

• التلميع النهائي :

  • السيليكا الغروية (SiO₂) : تعمل على تليين السطح كيميائيًا للحصول على تشطيبات خالية من العيوب (Ra ~0.1 نانومتر).

  • السيريا (CeO₂) : يستخدم في التلميع الميكانيكي الكيميائي (CMP) للحصول على معدلات إزالة عالية للمواد (MRR).

• التلميع الخشن/المتوسط :

  • الألومينا (Al₂O₃) : أقل عدوانية من SiC، وتستخدم في التلميع المسبق.

ب. رقائق كربيد السيليكون (SiC)

• مسحوق الماس الدقيق :
  المادة الكاشطة الوحيدة الأكثر صلابة من SiC (Mohs 10)، وتستخدم في المواد الملاطية للطحن/التلميع (على سبيل المثال، حبيبات بحجم 1-10 ميكرومتر).

• الماس + CMP :
  يجمع بين الإزالة الميكانيكية (الماس) والأكسدة الكيميائية (على سبيل المثال، الملاط القائم على H₂O₂).

ج. زرنيخيد الغاليوم (GaAs) ورقائق III-V الأخرى

• السيليكا الغروية/السيرا :
  تلميع تحت ضغط منخفض لتجنب تلف البلورات.

• محاليل البروم والميثانول :
  يتم الحفر كيميائيًا بعد التلميع الميكانيكي.

3. متى يمكن  استخدام SiC الأخضر في الرقائق

• المراحل المبكرة جدًا  (على سبيل المثال، تشكيل الرقاقة/طحن الحافة):
  SiC الخشن (#400–#800) لإزالة المواد بسرعة، ولكن تم التبديل إلى مواد كاشطة أكثر نعومة في أسرع وقت ممكن.

• ركائز الياقوت (Al₂O₃) :
  يمكن استخدام SiC في عملية التلميع، ولكن التلميع النهائي يتطلب استخدام الماس أو السيليكا.

4. المعايير الرئيسية لتلميع الرقاقة

• حجم المادة الكاشطة :
  يستخدم التلميع النهائي جزيئات بحجم 10–100 نانومتر (على سبيل المثال، السيليكا الغروية).

• الرقم الهيدروجيني والكيمياء :
  يتم التحكم في درجة الحموضة في ملاط ​​CMP (على سبيل المثال، قلوي للسيليكون، وحامضي للمعادن).

• الضغط/السرعة :
  ضغط منخفض (<5 رطل/بوصة مربعة) لتقليل الضرر تحت السطح.

5. بدائل لـ SiC للتطبيقات الحساسة للتكلفة

• عجينة الألومينا (Al₂O₃) :
  أرخص من الماس ولكنها أقل عدوانية من SiC.

• العمليات الهجينة :
  SiC للطحن الخشن → الألومينا للتلميع المسبق → السيليكا/السيرا للتلميع النهائي.