Cacbua silic (SiC), nền tảng của chất bán dẫn có khoảng cách băng thông rộng-thế hệ thứ ba{1}, đang định hình lại bối cảnh của các thiết bị điện trong các phương tiện sử dụng năng lượng mới, thông tin liên lạc 5G, vận chuyển đường sắt và hơn thế nữa, nhờ vào các đặc tính đặc biệt của nó là-khoảng cách băng thông rộng, trường đánh thủng tới hạn cao và độ dẫn nhiệt vượt trội. Tuy nhiên, độ cứng Mohs cực cao ở mức 9,2–9,3 và độ trơ hóa học rõ rệt khiến cho việc xử lý tấm bán dẫn trở thành một nút thắt nghiêm trọng ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất và năng suất của thiết bị, tạo ra một loại "đai ốc khó bẻ" nổi tiếng. Trong quá trình đánh bóng tinh xảo tấm bán dẫn thông thường, chất mài mòn keo silica (SiO₂), mặc dù có khả năng mang lại độ nhám bề mặt cực thấp-, nhưng mềm hơn nhiều so với SiC và do đó có tỷ lệ loại bỏ vật liệu cực thấp. Mặt khác, chất mài mòn kim cương lại quá “hung hăng”, thường để lại những vết xước sâu và hư hỏng dưới bề mặt. Do đó, alumina (Al₂O₃), với độ cứng phù hợp và tính chất hóa lý ổn định, đã nổi lên như một ứng cử viên hàng đầu cho vật liệu mài mòn đánh bóng mịn SiC. Đặc biệt, alumina có kích thước hàng trăm{12}}nanomet{13}}(100–150 nm) đang trở thành đặc trưng trong các loại vữa SiC CMP (Đánh bóng cơ học hóa học) cao cấp vì nó đạt được sự cân bằng lý tưởng giữa khả năng loại bỏ cơ học và kiểm soát khuyết tật bề mặt.
Tại sao Alumina có quy mô hàng trăm{0}}Nanômét{1}}?
The choice of abrasive particle size is fundamentally governed by the trade-off between removal efficiency and surface quality. Micron-sized abrasives (>1 μm) có thể mang lại tốc độ loại bỏ cơ học cao hơn nhưng có xu hướng gây ra các khuyết tật nghiêm trọng như vết xước sâu và vết rỗ trên bề mặt tấm bán dẫn, không đáp ứng được yêu cầu nghiêm ngặt về độ phẳng ở quy mô nguyên tử. Ngược lại, chất mài mòn mịn hơn dễ bị kết tụ và thiếu lực cắt đủ, dẫn đến hiệu quả đánh bóng giảm mạnh và phải vật lộn để vượt qua rào cản độ cứng cao của SiC. Ngược lại, vật liệu mài mòn alumina hàng trăm{4}}nm có đủ động lượng để thực hiện quá trình mài cơ học hiệu quả. Hơn nữa, với sự kiểm soát hình thái thích hợp, chúng có thể tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình "mài mòn lăn" dưới sự ràng buộc của miếng đánh bóng, do đó giảm thiểu nguy cơ trầy xước đến mức có thể quản lý được. Phạm vi kích thước hạt này hiện đã dần trở thành con đường kỹ thuật chủ đạo cho các loại vữa đánh bóng mịn SiC hiện đại.
Tất nhiên, ngoài kích thước hạt, việc đánh bóng mịn SiC đặt ra các yêu cầu bổ sung sau đối với chất mài mòn:
(1) Phân bố kích thước hạt:Đối với alumina hàng trăm{0}}nm, độ đơn phân tán không kém phần quan trọng so với giá trị tuyệt đối của kích thước hạt trung bình. Ngay cả khi đường kính trung bình được kiểm soát trong phạm vi hàng trăm{2}}nanomet, sự phân bổ kích thước rộng không chỉ ảnh hưởng đến tính đồng nhất của quá trình đánh bóng mà còn cho phép các hạt lớn hơn gây ra vết xước sâu trong quá trình đánh bóng, trực tiếp dẫn đến phoi vụn.
(2) Hình thái:Các hạt alumina có hình dạng không đều (ví dụ như các mảnh nhỏ, hình kim hoặc các mảnh góc cạnh) rất có khả năng khoét sâu bề mặt tấm bán dẫn và tạo ra các vết xước trong quá trình đánh bóng. Ngược lại, các hạt hình cầu hoặc gần{3}}hình cầu có xu hướng tham gia vào quá trình loại bỏ vật liệu bằng cách lăn giữa miếng đánh bóng và tấm bán dẫn, phân tán lực cắt một cách hiệu quả và giảm đáng kể mật độ khuyết tật.
(3) Pha tinh thể:Alumina tồn tại ở nhiều pha tinh thể ( , δ, θ, , v.v.), trong đó -Al₂O₃ là pha ổn định nhất về mặt nhiệt động và cũng là pha cứng nhất (độ cứng Mohs 9) và trơ nhất về mặt hóa học. Trong CMP, pha nhôm -cung cấp hoạt động cắt cơ học ổn định và bền vững mà không trải qua các phản ứng không kiểm soát được với môi trường axit hoặc kiềm thường thấy trong dung dịch đánh bóng.
(4) Độ tinh khiết cực cao:Tạp chất kim loại phải được kiểm soát ở mức đặc biệt thấp; nếu không, chúng có nguy cơ làm nhiễm bẩn tấm bán dẫn và làm giảm hiệu suất của thiết bị.