掌握化合物半導體拋光技術：實現新世代電子元件的高效能

隨著5G、電動車、高頻雷達與先進光電元件的快速發展，傳統矽材料逐漸難以滿足效能需求。化合物半導體如碳化矽（SiC）、氮化鎵（GaN）與砷化鎵（GaAs）等，因具備高能隙、高熱導、高頻率與高功率特性，已成為次世代電子元件的關鍵材料。然而，相較於矽晶圓，這些高硬度材料的拋光與表面處理難度大幅提高，成為元件效能實現與量產良率提升的重大挑戰。

化合物半導體拋光：為何是效能實現的瓶頸與關鍵？

化合物半導體材料如碳化矽（SiC）與氮化鎵（GaN），雖具備高能隙、高熱導率、高電壓耐受等優異特性，能顯著提升元件效能，卻也因其極端材料性質，使得加工過程面臨前所未有的挑戰。

以單晶SiC為例，其莫氏硬度高達9.2~9.6，接近鑽石，具高度脆性與低斷裂韌性，同時還具備高度化學惰性與表面缺陷敏感性，這些特性讓其從研磨到拋光的每一階段都格外困難，加工面積擴大，加工均勻性與良率壓力同步上升，加工難度也隨之倍增。

研磨階段的核心挑戰

在傳統機械研磨階段，為去除晶圓表面形變層與進行初步平坦化，往往需要施加較高壓力與較粗研磨顆粒。然而，SiC因高硬度與低韌性，極容易因局部應力集中而發生脆裂，進而形成深層破脆層與次表面損傷（Subsurface Damage, SSD）。這些SSD不僅難以偵測，且會直接影響後續拋光精度與元件可靠性。此外，研磨製程時間長，穩定性差，容易造成晶圓表面平整度與厚度控制不一，進一步延長後續CMP時間，甚至達2～3小時以上，大幅降低整體產能與製造效率。

CMP拋光：效能與可靠性的最後關卡

CMP（化學機械拋光）製程雖能進一步改善表面粗糙度與SSD，但若前段研磨損傷過深或均勻性不足，也會讓CMP過程變得更具挑戰與風險。尤其針對SiC等材料，CMP必須精密調控化學反應速率與機械力道，才能有效形成可溶性氧化層並去除，否則將無法達成無損傷的鏡面拋光。

這些看似微小的加工損傷，實際上會嚴重影響元件的核心電性表現，例如：

• 載子遷移率下降
• 漏電流異常上升
• 元件開關延遲或熱穩定性不足
• 封裝後出現可靠性問題甚至失效

此外，SSD與表面缺陷也會對後續蝕刻、薄膜沉積、金屬化與封裝等製程產生連鎖影響，直接導致整片晶圓的良率下降。

因此，對化合物半導體而言，CMP拋光不只是材料整平的加工步驟，更是決定元件電性穩定性與生產良率的關鍵瓶頸技術。唯有透過專屬設計的研磨液、拋光墊、CMP修整器與精確加工參數，才能兼顧材料去除率、表面品質與損傷控制，並確保拋光墊表面在長時間製程中維持最佳平整度與切削力，真正釋放出材料本身所具備的性能潛力。

研磨拋光技術如何克服化合物半導體的「硬」挑戰？

在化合物半導體技術日漸普及，特別是 SiC、GaN 等高硬度材料逐步邁向 8 吋規格的當下，傳統的晶圓研磨與拋光技術正面臨嚴峻考驗。針對這些物理性質極端的材料，宏崴精密從耗材材料、製程控制與機構設計多方著手，提供全方位的研磨拋光解決方案，協助業界突破瓶頸，實現穩定的製程品質與高良率產出。

研磨階段：從粗磨到精磨的穩定控制

對於硬脆性極高的材料，如: SiC 莫氏硬度達 9.2～9.6，傳統研磨工具往往面臨加工時間長、SSD過深、厚度不均、表面損傷大等問題。

宏崴針對此挑戰，提供高性能砂輪與研磨墊材，實現從粗磨、精磨到薄化過程的穩定控制：

• 晶圓專用砂輪：具備高硬度、高耐磨配方，能快速去除材料，同時抑制微裂生成，降低表面與次表面損傷。
• 宏崴研磨墊：提升壓力分佈穩定性與載盤平整性，確保研磨過程中晶圓不翹曲，控制厚度變異（TTV）與翹曲度（WARP）。
• CMP修整器：在CMP製程中，修整器利用鑽石或其他高硬度顆粒，對拋光墊進行精密修整，去除殘屑與化學沉積物，恢復表面粗糙度，避免長時間使用造成光滑化（Glazing）影響去除效率。

此外，宏崴的奈米級鑽石研磨液，專為高硬度材料設計，導入表面結構改質與球形鑽石顆粒，進一步降低刮痕與殘餘應力，減少後續CMP負擔。

CMP拋光：機化協同，實現超平坦無損表面

化合物半導體的表面平坦度與缺陷控制對元件效能至關重要，這使得 CMP（化學機械拋光）成為整個加工流程的關鍵核心製程。宏崴以高度整合的拋光耗材設計與修整技術，實現化合物半導體的鏡面級處理：

• 五層結構CMP拋光墊：相較傳統拋光墊，宏崴創新設計的五層墊材具備優異的剛性、緩衝與動態壓力調節能力，有效控制去除率與表面均勻性，支援不同材料與拋光液類型（如 CeO₂、Al₂O₃、鑽石等）。
• 微孔與溝槽紋理設計：提升研磨液流動性與氣泡排出效率，降低乾摩擦與刮傷風險。
• 長壽命與形變控制：即使在高負載長時間作業下，仍維持壓力穩定與均勻拋光效果，提升製程一致性並延長更換週期。
• CMP修整器：以鑽石或高硬度顆粒精密修整拋光墊，去除殘屑與沉積物，防止光滑化（Glazing）影響效率；對於SiC、GaN等材料，可維持穩定切削力與流體分佈，延長耗材壽命並提升一致性。

拋光液：化學蝕刻與選擇性控制的核心關鍵

在化合物半導體CMP中，化學蝕刻與材料選擇性去除能力決定了拋光的效率與最終表面品質。宏崴針對各類材料提供專屬配方：

• 鑽石拋光液：專為 SiC、GaN 設計，導入表面微結構優化與球形顆粒，有效降低加工刮痕與SSD，達成背研無損傷拋光，提升功率器件的散熱與可靠性。
  (除了球形鑽石外，另也提供其他製程鑽石液選擇，有效解決各種拋光問題
• 氧化鋁拋光液：適用於矽基層與金屬層的平坦化處理，兼顧高去除率與低Ra值。
• 氧化鈰與二氧化矽拋光液：在STI與Low-K層結構中展現高選擇性與低缺陷率，特別適用於多層結構與先進邏輯製程。

宏崴研磨液全面採用奈米級微粒設計，不僅提供從粗磨到精拋的完整應用方案。

面對高硬度化合物半導體材料，研磨與拋光早已不再只是物理去除的過程，而是融合材料科學、化學機制與機械精度的跨域工程技術。宏崴從材料本質出發，整合鑽石研磨液、CMP拋光墊、專用砂輪與划片刀等尖端耗材，為業界提供高效、低缺陷率的製程解決方案，加速化合物半導體在功率元件、RF通訊與先進封裝等領域的量產落地。

高效能的實現：拋光技術對元件性能的直接影響

在化合物半導體元件的製造中，拋光技術的精度與穩定性不僅是製程控制的關鍵環節，更直接決定了元件最終的電性表現與產品良率。透過宏崴所提供的高效能研磨與拋光耗材，可在多個層面有效提升元件性能：

• 降低表面粗糙度，提升電子遷移率與開關速度:表面平坦性對化合物半導體元件的電子遷移率具有顯著影響。宏崴的鑽石拋光液運用球形鑽石微粒與表面改質技術，能大幅降低刮痕與微觀表面粗糙度，有效減少載流子散射，提升電子在材料內部的流動效率。這使元件能達成更快的開關速度與更低的導通電阻，尤其對於高功率與高頻應用元件表現更為關鍵。
• 消除次表面損傷，確保電性穩定與高擊穿電壓:傳統研磨或拙劣拋光製程易在晶圓表層形成破碎層或應力集中點，導致晶格缺陷進一步影響PN接面品質。宏崴的拋光液與拋光墊系統能精準控制材料去除率，實現無損傷拋光，有效消除次表面損傷，保護晶體結構完整性。這不僅有助於提升元件的擊穿電壓，也提高了可靠度與長期穩定性。
• 改善熱管理效能，支援高功率運作需求:化合物半導體元件常應用於高壓、高溫場域，良好的熱管理性能是其穩定運作的核心。宏崴的背面研磨與鑽石級拋光方案，可產生極高平整度與低損傷表面，降低熱阻，有助於熱量快速傳導至散熱模組。這對於提升SiC與GaN等功率元件的散熱能力與壽命至關重要。
• 提升製程良率與整體生產效率:穩定的拋光品質可大幅降低晶圓表面的缺陷密度。宏崴高穩定性拋光液與長壽命拋光墊設計，能確保每一片晶圓在高負載量產環境下仍維持一致性，大幅提升製程良率。同時也因減少重工與報廢率，降低整體製造成本，助力客戶在激烈競爭中穩定出貨。

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