中國粉體網(wǎng)訊  近年來，高擊穿電場和高導熱性的碳化硅（SiC）被越來越多地用于電動汽車逆變器的材料。隨著電動汽車電池電壓從400V增加到800V，對更快的充電速度和更高功率密度的需求隨之增長。然而，電動汽車的強勁市場需求并未使得采用物理氣相傳輸（PVT）方法制造的SiC襯底的生產(chǎn)效率得到提升。

來源：東海證券研究所

通常，生產(chǎn)1.5至3厘米厚的碳化硅錠需要5至10天，此后，SiC錠需經(jīng)多個工藝步驟，包括切割、平整、切片、磨邊、激光打標、機械研磨、磨削、化學機械研磨（CMP）、CMP后清洗、檢查和封裝，最終產(chǎn)出10至20片SiC襯底。

CMP和CMP后清洗工藝在降低SiC晶圓表面粗糙度、表面劃痕和污染方面發(fā)揮著關鍵作用。同時，CMP綜合了化學研磨和機械研磨的優(yōu)勢，可以實現(xiàn)納米級到原子級的表面粗糙度。如果晶圓制造過程中無法做到納米級全局平坦化，既無法重復進行光刻、刻蝕、薄膜和摻雜等關鍵工藝，也無法將制程節(jié)點縮小至納米級的先進領域。

CMP設備主要分為兩部分，即拋光部分和清洗部分，拋光部分由4部分組成，即3個拋光轉(zhuǎn)盤和一個圓片裝卸載模塊。清洗部分負責圓片的清洗和甩干，實現(xiàn)圓片的“干進干出”。在整個拋光設備中，氧化鋁陶瓷“無處不在”。

陶瓷精密件在半導體設備中的用途分布

來源：Wind，梧桐樹半導體整理

高純超細氧化鋁——CMP拋光中的重要磨料

在CMP工藝中，拋光液和拋光墊是關鍵耗材。根據(jù)SEMI數(shù)據(jù)，全球CMP材料成本占比中，拋光液用量最大，其中拋光液占比49%，拋光墊占比33%，合計占比82%。

CMP材料細分占比

來源：東海證券研究所

拋光液是影響化學機械拋光質(zhì)量和拋光效率的關鍵因素之一，高純氧化鋁作為拋光液的磨料部分，其性能便尤為重要，尤其隨著碳化硅半導體產(chǎn)業(yè)的興起，高純超細氧化鋁在半導體拋光中的應用顯得更為重要。

實際上，目前市場上使用最為廣泛的幾種磨料是SiO₂、CeO₂、Al₂O₃。隨著LED 行業(yè)的發(fā)展，藍寶石襯底的需求日益增長，Al₂O₃拋光液在CMP中的應用顯得更為重要。藍寶石襯底材料拋光目前在國內(nèi)多采用SiO2磨料拋光液。由于SiO₂ 硬度較小、拋光速率低，而α-Al₂O₃磨料對硬度較大的襯底有良好的拋光速率，所以納米級α-Al₂O₃磨料在化學機械拋光中有很好的應用前景。氧化鋁磨料在使用中存在易劃傷、拋光液不穩(wěn)定等問題，近年來對納米氧化鋁在拋光液中的應用是CMP技術的研究熱點。制備出形狀規(guī)則、粒徑大小合適的氧化鋁顆粒是制備氧化鋁拋光液的基礎。

住友化學開發(fā)的超細級α-氧化鋁“NXA系列”，具有粒徑150nm（0.15μm）的均勻、超細顆粒特性或更細。該產(chǎn)品除了用作下一代半導體的磨料外，還適用于尖端領域，例如由于其易于燒結(jié)的超細顆粒而需要高強度和耐化學性的半導體制造設備部件。

住友化學“NXA系列”（NXA-100）產(chǎn)品

氧化鋁晶圓拋光盤

目前，采用陶瓷研磨盤研磨半導體晶圓是最先進的研磨方法，采用雙面研磨工藝對切割好的晶圓片進行研磨，并通過改善研磨工藝（磨盤材質(zhì)、研磨液、研磨壓力及研磨轉(zhuǎn)速等）來提高研磨片的質(zhì)量；尤其是使用陶瓷盤代替鑄鐵盤，避免研磨時對晶片的主面造成傷痕或污染，減少了金屬離子的引入，可減少晶圓的后續(xù)加工量，縮短后續(xù)工序（腐蝕)時間，提高生產(chǎn)效率，而且減少晶圓加工的損耗，大大地提高了晶圓的利用率。

通常采用氧化鋁陶瓷來制備晶圓拋光盤，要求具有高純度、高化學耐久性以及良好的表面形狀和粗糙度的控制。

高純氧化鋁晶圓拋光盤

氧化鋁陶瓷機械搬運臂

CMP設備中，晶圓首先從晶圓盒被機械壁拾取，被精準地定位和對準到拋光頭下方的平臺上，拋光頭通常具有真空吸附的功能，當晶圓置于其下方時，拋光頭向下運動，通過真空吸附將晶圓牢固地吸附在拋光頭上。一旦晶圓被固定，拋光頭將晶圓移動到拋光墊上，進行拋光工藝。

氧化鋁陶瓷搬運臂，來源：圣瓷

為避免晶圓片受到污染，一般在真空環(huán)境進行搬運，搬運臂需要耐高溫、耐磨、并且硬度也需要很高，氧化鋁陶瓷和碳化硅陶瓷的都具備致密質(zhì)、高硬度、高耐磨性的物理性質(zhì)，以及良好的耐熱性能、優(yōu)良的機械強度、高溫環(huán)境仍具有良好的絕緣性、良好的抗腐蝕性等物理性能，是用于制作半導體設備機械手臂的絕佳材料。

氧化鋁真空吸盤

真空吸盤的常見的材質(zhì)有氧化鋁和碳化硅，陶瓷內(nèi)部形成中空結(jié)構(gòu)，通過向多孔基體施加負壓力來吸附、固定被吸附物，這種一體化中空結(jié)構(gòu)陶瓷的制備工藝具有很高的技術門檻，主要用作晶圓薄化程序的加工用固定夾具（磨床、拋光機、CMP）、各種類型的測量裝置、檢查裝置的固定夾具、薄膜片材和金屬基板等的加工用固定夾具等。

氧化鋁真空吸盤，來源：NTK

參考來源：

吳俊星等：氧化鋁拋光液磨料制備及其穩(wěn)定性研究進展

燕禾等：化學機械拋光技術研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

東海研究：電子深度：拋光鉆孔千回檢，先進工藝技術帶來CMP拋光材料新增長空間——半導體行業(yè)深度報告(五)

未來智庫：半導體行業(yè)專題報告：先進工藝帶來CMP拋光材料新增長空間

半導體信息：化學機械拋光和清洗工藝整合減少SiC襯底的表面污染

（中國粉體網(wǎng)編輯整理/空青）

注：圖片非商業(yè)用途，存在侵權(quán)告知刪除