Silikon karbida (SiC), landasan semikonduktor-celah pita lebar-generasi ketiga, membentuk kembali lanskap perangkat listrik pada kendaraan energi baru, komunikasi 5G, angkutan kereta api, dan lainnya, berkat sifat-sifatnya yang luar biasa-celah pita lebar, bidang kerusakan kritis yang tinggi, dan konduktivitas termal yang unggul. Namun, kekerasan Mohs yang ekstrim sebesar 9,2–9,3 dan kelembaman kimiawi yang nyata membuat pemrosesan wafer menjadi hambatan kritis yang secara langsung berdampak pada kinerja dan hasil perangkat, sehingga menghasilkan "kacang yang sulit dipecahkan". Dalam pemolesan halus wafer konvensional, bahan abrasif silika koloidal (SiO₂), meskipun mampu menghasilkan kekasaran permukaan yang sangat-rendah, namun jauh lebih lembut dibandingkan SiC sehingga memiliki tingkat penghilangan material yang sangat rendah. Sebaliknya, bahan abrasif berlian terlalu "agresif", sering kali meninggalkan goresan yang dalam dan kerusakan di bawah permukaan. Akibatnya, alumina (Al₂O₃), dengan kekerasan yang sesuai dan sifat fisikokimia yang stabil, telah muncul sebagai kandidat utama untuk bahan abrasif pemoles halus SiC. Secara khusus, alumina berskala seratus-nanometer-(100–150 nm) menjadi pekerja keras dalam slurry SiC CMP (Chemical Mechanical Polishing) kelas atas, karena memberikan keseimbangan ideal antara kemampuan penghilangan mekanis dan pengendalian kerusakan permukaan.
Mengapa Alumina Berskala-Nanometer-?
The choice of abrasive particle size is fundamentally governed by the trade-off between removal efficiency and surface quality. Micron-sized abrasives (>1 μm) dapat menghasilkan tingkat penghilangan mekanis yang lebih tinggi namun cenderung menyebabkan cacat fatal seperti goresan dan lubang yang dalam pada permukaan wafer, sehingga gagal memenuhi persyaratan ketat planaritas skala atom-. Sebaliknya, bahan abrasif yang lebih halus rentan terhadap aglomerasi dan tidak memiliki kekuatan pemotongan yang cukup, sehingga menyebabkan penurunan drastis dalam efisiensi pemolesan dan kesulitan mengatasi hambatan kekerasan SiC yang tinggi. Sebaliknya, bahan abrasif alumina ratusan-nanometer memiliki momentum yang cukup untuk melakukan penggilingan mekanis yang efektif. Selain itu, dengan kontrol morfologi yang tepat, bahan ini dapat memfasilitasi "abrasi bergulir" di bawah batasan bantalan pemoles, sehingga meminimalkan risiko goresan hingga tingkat yang dapat dikendalikan. Kisaran ukuran partikel ini kini secara bertahap menjadi jalur teknis utama untuk bubur pemoles halus SiC yang canggih.
Tentu saja, selain ukuran partikel, pemolesan halus SiC menerapkan persyaratan tambahan berikut pada bahan abrasif:
(1) Distribusi Ukuran Partikel:Untuk alumina ratusan-nanometer, monodispersitas sama pentingnya dengan nilai absolut ukuran partikel rata-rata. Meskipun diameter rata-rata dikontrol dalam rentang seratus-nanometer, distribusi ukuran yang luas tidak hanya mengganggu keseragaman pemolesan namun juga memungkinkan partikel yang lebih besar menyebabkan goresan dalam selama pemolesan, yang secara langsung menyebabkan serpihan serpihan.
(2) Morfologi:Partikel alumina yang bentuknya tidak beraturan (misalnya trombosit, jarum, atau pecahan bersudut) kemungkinan besar akan mencungkil permukaan wafer dan menimbulkan goresan selama pemolesan. Sebaliknya, partikel berbentuk bola atau hampir-bola cenderung berpartisipasi dalam penghilangan material dengan menggelinding di antara bantalan pemoles dan wafer, sehingga secara efektif menyebarkan gaya geser dan sangat mengurangi kepadatan cacat.
(3) Fase Kristal:Alumina terdapat dalam beberapa fase kristal ( , δ, θ, , dll.), di antaranya -Al₂O₃ merupakan fase paling stabil secara termodinamika dan juga paling keras (kekerasan Mohs 9) dan paling inert secara kimia. Selama CMP, alumina fase -memberikan aksi pemotongan mekanis yang berkelanjutan dan stabil tanpa mengalami reaksi yang tidak terkendali dengan media asam atau basa yang biasa ditemukan dalam bubur pemoles.
(4) Ultra-Kemurnian Tinggi:Pengotor logam harus dikontrol pada tingkat yang sangat rendah; jika tidak, mereka berisiko mengkontaminasi wafer dan menurunkan kinerja perangkat.