3세대-와이드 밴드갭 반도체의 초석인 탄화규소(SiC)는 탁월한 특성-과 넓은 밴드갭, 높은 임계 항복 필드 및 우수한 열 전도성 덕분에 신에너지 차량, 5G 통신, 철도 운송 등의 전력 장치 환경을 재편하고 있습니다. 그러나 9.2~9.3의 극도의 모스 경도와 현저한 화학적 불활성으로 인해 웨이퍼 처리는 장치 성능과 수율에 직접적인 영향을 미치는 중요한 병목 현상이 되어 "깨지기 힘든 너트"로 악명 높습니다. 기존의 웨이퍼 미세 연마에서 콜로이드 실리카(SiO2) 연마재는 초-표면 거칠기를 제공할 수 있지만 SiC보다 훨씬 부드러워서 재료 제거율이 매우 낮습니다. 반면, 다이아몬드 연마재는 지나치게 "공격적"이어서 깊은 흠집과 표면 아래 손상을 남기는 경우가 많습니다. 결과적으로, 적합한 경도와 안정적인 물리화학적 특성을 지닌 알루미나(Al2O₃)가 SiC 미세 연마용 연마재의 주요 후보로 부상했습니다. 특히, 백-나노미터-규모(100~150nm) 알루미나는 기계적 제거 기능과 표면 결함 제어 간의 이상적인 균형을 유지하므로 고급-SiC CMP(화학적 기계적 연마) 슬러리의 주력 제품이 되고 있습니다.
왜 100나노미터-규모의 알루미나가 필요한가요?
The choice of abrasive particle size is fundamentally governed by the trade-off between removal efficiency and surface quality. Micron-sized abrasives (>1μm)은 더 높은 기계적 제거율을 제공할 수 있지만 웨이퍼 표면에 깊은 긁힘 및 구멍과 같은 치명적인 결함을 유발하는 경향이 있어 원자-규모 평면성의 엄격한 요구 사항을 충족하지 못합니다. 반대로 미세한 연마재는 뭉치기 쉽고 절삭력이 부족하여 연마 효율이 급격히 떨어지며 SiC의 높은 경도 장벽을 극복하는 데 어려움을 겪습니다. 대조적으로, 100-나노미터 알루미나 연마재는 효과적인 기계적 연삭을 수행하기에 적절한 추진력을 가지고 있습니다. 또한 적절한 형태 제어를 통해 연마 패드의 제약 하에서 "롤링 마모"를 촉진할 수 있으므로 긁힘 위험을 관리 가능한 수준으로 최소화할 수 있습니다. 이 입자 크기 범위는 이제 점차적으로 최첨단-최신--SiC 미세 연마 슬러리의 주류 기술 경로가 되었습니다.
물론 입자 크기 외에도 SiC 미세 연마는 연마재에 대해 다음과 같은 추가 요구 사항을 부과합니다.
(1) 입자 크기 분포:100-나노미터 알루미나의 경우 단분산성은 평균 입자 크기의 절대값만큼 중요합니다. 평균 직경이 100-나노미터 범위 내로 제어되더라도 넓은 크기 분포는 연마 균일성을 손상시킬 뿐만 아니라 더 큰 입자가 연마 중에 깊은 스크래치를 유발하여 칩 스크랩으로 직접 이어질 수 있습니다.
(2) 형태:불규칙한 모양의 알루미나 입자(예: 혈소판, 바늘 또는 각진 조각)는 웨이퍼 표면에 흠집을 내고 연마 중에 스크래치를 생성할 가능성이 높습니다. 대조적으로, 구형 또는 준{3}}구형 입자는 연마 패드와 웨이퍼 사이를 롤링하여 재료 제거에 참여하여 전단력을 효과적으로 분산시키고 결함 밀도를 현저하게 감소시키는 경향이 있습니다.
(3) 결정 단계:알루미나는 여러 결정상( , δ, θ 등)으로 존재하며, 그 중 -Al2O₃는 열역학적으로 가장 안정한 상이며 가장 단단하고(모스 경도 9) 화학적으로 가장 불활성입니다. CMP 동안 -상 알루미나는 연마 슬러리에서 일반적으로 발견되는 산성 또는 알칼리성 매체와의 통제되지 않은 반응을 거치지 않고 지속적이고 안정적인 기계적 절단 작용을 제공합니다.
(4) 초-고순도:금속 불순물은 매우 낮은 수준으로 제어되어야 합니다. 그렇지 않으면 웨이퍼가 오염되고 장치 성능이 저하될 위험이 있습니다.