化合物半導体研磨技術の習得：次世代電子部品の高性能化を実現 - HonWay Materials-台湾のダイヤモンド研削・研磨工具のトップブランド

5G、電気自動車、高周波レーダー、先進的な光電子デバイスの急速な発展に伴い、従来のシリコン材料は性能要求を満たせなくなってきています。炭化ケイ素（SiC）、窒化ガリウム（GaN）、ガリウムヒ素（GaAs）などの化合物半導体は、高いバンドギャップ、高い熱伝導率、高周波、高出力特性から、次世代電子部品の主要材料となっています。しかし、シリコンウェーハと比較して、これらの高硬度材料の加工研磨および表面処理は非常に困難であり、デバイス性能の実現と量産歩留まりの向上に大きな課題をもたらしています。

カタログ

複合半導体の研磨：なぜそれが効率化を達成するためのボトルネックであり鍵となるのでしょうか？

炭化ケイ素（SiC）や窒化ガリウム（GaN）などの複合半導体材料は、高いバンドギャップ、高い熱伝導率、高い耐電圧性といった優れた特性を有しており、デバイス性能を大幅に向上させることができます。しかし、その極端な材料特性は、その加工において前例のない課題ももたらします。

分類	エレメンタル半導体	化合物半導体
代表材料	シリコン（Si）、ゲルマニウム（Ge）	ガリウムヒ素（GaAs）、リン化インジウム（InP）	炭化ケイ素（SiC）	窒化ガリウム（GaN）
特性	現在、主な半導体材料、低コスト、成熟した技術、完全なサプライチェーン、日常環境のアプリケーションに適しています。	高周波、高効率、低消費電力だが、過電圧には耐えられない。	高温、高圧に強く、放熱が速く、スイッチング速度が速く、低損失、耐放射線で、100kW-1MHzのアプリケーションに適しています。	高周波、高効率、高温、高圧耐性。1MW以下、100kHz以上のアプリケーションに適しています。
プロセス・チャレンジ	ウェーハ表面とエッジの精密加工が要求される。	ウェーハの平坦性と平滑性に対する高い要求。	この素材は非常に硬く加工が難しいため、超精密な研削と研磨が必要です。(当社のダイヤモンド琢磨液と砥石は、まさにここに特化しています。）	この素材は非常に硬く加工が難しいため、超精密な研削と研磨が必要です。(当社のダイヤモンド琢磨液と砥石は、まさにここに特化しています。）

単結晶SiCを例にとると、モース硬度は9.2～9.6とダイヤモンドに近く、非常に脆く破壊靭性が低いという特徴があります。また、の高い化学的不活性と表面欠陥感度も備えています 、これらの特性により、研削から研磨に至るまでのあらゆる工程が極めて困難になります。加工領域が拡大するにつれて、加工の均一性と歩留まりに対するプレッシャーも同時に高まり、加工の難易度も倍増します。

研削段階における主な課題

従来の機械研削工程では、ウェーハ表面の変形層を除去し、予備的な平坦化を行うために、より高い圧力と粗い研磨粒子を適用することが必要となる場合が多い。しかし、SiCは硬度が高く靭性が低いため、局所的な応力集中により脆性破壊が発生しやすく、深い脆性層と表面下損傷 (SSD) が形成されます。これらのSSDは検出が困難なだけでなく、その後の研磨精度や部品の信頼性に直接影響を及ぼします。さらに、研削工程は長時間を要し、安定性も低いため、ウェーハ表面の平坦度や厚さの制御が不安定になりやすくなります、その後のCMP時間をさらに延長し、最大2～3時間以上まで延長する、全体的な生産能力と製造効率が大幅に低下します。

CMP研磨：性能と信頼性の最終チェックポイント

CMP（化学機械研磨）プロセスは表面粗さとSSDをさらに向上させることができますが、初期の研磨段階で過度に深い、または不均一な研磨ダメージが発生すると、CMPプロセスはより困難でリスクの高いものになる可能性があります。特にSiCのような材料の場合、CMPでは化学反応速度と機械力を正確に制御し、可溶性酸化物層を効果的に形成・除去する必要があります。そうでなければ、ダメージのない鏡面研磨を実現することは不可能です。

一見軽微な加工上の損傷でも、実際にはコンポーネントの中核となる電気性能に次のような重大な影響を及ぼす可能性があります。

キャリアの移動性が低下する
漏れ電流の異常増加
コンポーネントの切り替え遅延または不十分な熱安定性
信頼性の問題、あるいは梱包後の故障

さらに、SSD および表面欠陥は、エッチング、薄膜堆積、メタライゼーション、パッケージングなどの後続プロセスにも連鎖反応を起こし、ウェーハ全体の歩留まりの低下に直接つながります。

したがって、化合物半導体において、CMP研磨は単なる材料平坦化のためのプロセスステップではなく、デバイスの電気的安定性と製造歩留まりを左右する重要なボトルネック技術でもあります。特別に設計された研磨スラリー、研磨パッド、CMPドレッサー、そして正確な加工パラメータによってのみ、材料除去率、表面品質、そしてダメージコントロールのバランスが取れ、研磨パッド表面が長時間の製造プロセスを通して最適な平坦性と切削力を維持し、材料本来の性能ポテンシャルを真に発揮することが可能になります。

研削・研磨技術は、複合半導体の「困難な」課題をどのように克服できるのでしょうか?

化合物半導体技術がますます普及し、特にSiCやGaNなどの高硬度材料が徐々に8インチ仕様に移行するにつれて、従来のウェーハ研削および研磨技術は厳しい課題に直面しています、Hongwei Precisionはの消耗材料、プロセス制御、機構設計から始まります、業界がボトルネックを打破し、安定したプロセス品質と高い歩留まり出力を達成できるよう、幅広い研削および研磨ソリューションを提供しています。

粉砕段階：粗粉砕から微粉砕まで安定した制御

SiC などの極めて硬くて脆い材料の場合、モース硬度は 9.2 ～ 9.6 です、従来の研削ツールは、多くの場合、処理時間が長い、SSD が深すぎる、厚さが不均一、表面の損傷がひどい などの問題に直面します。

この課題に対処するために、Hongwei は、粗研削から微研削、薄化まで安定した制御を実現する高性能研削ホイールと研磨パッドを提供しています。

ウェーハ専用研削ホイール: 硬度と耐摩耗性が高く、微小亀裂を抑制し、表面および表面下の損傷を軽減しながら、材料を素早く除去できます。
Hongwei 研磨パッド: 圧力分布の安定性とパッド平坦性を向上させ、研磨中のウェーハの反りを確保し、厚さのばらつき (TTV) と反り (WARP) を制御します。
CMP ドレッサー: CMP プロセス中、ドレッサーはダイヤモンドなどの高硬度粒子を使用して研磨パッドを正確にドレッシングし、破片や化学堆積物を除去し、表面粗さを回復し、長期間の使用によって除去効率に影響を与えるグレージングを回避します。

さらに、Hongweiのナノグレードダイヤモンド研磨液、表面構造の改質と球状ダイヤモンド粒子を備え、高硬度材料向けに特別に設計されています、さらに は傷や残留応力 を軽減し、その後の CMP 負担を軽減します。

CMP研磨：機械化された連携により、超平坦で損傷のない表面を実現

化合物半導体の表面平坦性と欠陥制御はデバイス性能にとって非常に重要であり、CMP（化学機械研磨）が処理フロー全体のキーコアプロセスになります。Hongweiは、高度に統合された研磨消耗品の設計とドレッシング技術により、複合半導体の鏡面グレードの処理を実現します。

5 層 CMP 研磨パッド: 従来の研磨パッドと比較して、Hongwei の革新的な 5 層パッド材料は、優れた剛性、クッション性、および動圧調整機能を備えており、除去速度と表面均一性を効果的に制御し、さまざまな材料と研磨スラリータイプ (CeO₂、Al₂O₃、ダイヤモンドなど) をサポートします。
微細孔と溝のテクスチャ設計：研磨液の流動性と気泡排出効率を向上させ、乾いた摩擦や傷のリスクを軽減します。
長寿命と変形抑制：高負荷、長期運転でも安定した圧力と均一な研磨効果を維持し、プロセスの一貫性を向上させ、交換サイクルを延長します。
CMPドレッサー：ダイヤモンドまたは高硬度粒子を用いて研磨パッドを精密にドレッシングし、デブリや堆積物を除去することで、研磨効率の低下を防ぎます。SiCやGaNなどの材料に対しては、安定した切削力と液面分布を維持し、消耗品の寿命を延ばし、安定性を向上させます。

研磨スラリー：化学エッチングと選択性制御の鍵

化合物半導体CMPにおいては、化学エッチングと材料選択除去能力が研磨効率と最終的な表面品質を決定します。Hongweiは、様々な材料に適した独自の処方を提供しています。

ダイヤモンド研磨液：SiCおよびGaN向けに特別に設計され、表面微細構造の最適化と球状粒子を採用することで、加工傷やSSDの損傷を効果的に低減し、ダメージのない裏面研磨を実現し、パワーデバイスの放熱性と信頼性を向上させます。
（球状ダイヤモンドに加え、その他の加工用ダイヤモンド液もご用意しており、様々な研磨課題を効果的に解決します。）
アルミナ研磨液：高い除去率と低い Ra 値を考慮し、シリコンベースおよび金属層の平坦化に適しています。
セリアおよび SiO2 研磨スラリー: STI および Low-K 層構造において高い選択性と低い欠陥率を実現し、特に多層構造や高度なロジックプロセスに適しています。

Hongwei 研磨液はナノスケールの粒子を全面的に使用して設計されており、粗研磨から微研磨までの完全なアプリケーションソリューションを提供します。

高硬度の化合物半導体材料に関しては、研削と研磨は単なる物理的な除去プロセスではなく、材料科学、化学メカニズム、機械的精度を統合した クロスドメインエンジニアリングテクノロジー です。Hongweiは、材料の本質から始めて、ダイヤモンドスラリー、CMP研磨パッド、特殊研削ホイール、ダイシングナイフなどの最先端の消耗品を統合し、業界に高効率で欠陥率の低いプロセスソリューションを提供し、電力部品、RF通信、高度なパッケージングにおける複合半導体の大量生産を加速します。

高性能の実現：研磨技術が部品の性能に直接与える影響

複合半導体デバイスの製造において、研磨技術の精度と安定性はプロセス制御の鍵となるだけでなく、デバイスの最終的な電気性能と製品歩留まりを直接決定します。Acerが提供する高性能研削・研磨消耗品は、デバイス性能を様々な側面から効果的に向上させます。

表面粗さの低減は、電子移動度とスイッチング速度の向上につながります:表面の平坦性は、複合半導体デバイスの電子移動度に大きな影響を与えます。Hongweiのダイヤモンド研磨液は、球状ダイヤモンド粒子と表面改質技術を駆使し、傷や微細な表面粗さを大幅に低減することで、キャリア散乱を効果的に抑制し、材料内の電子流効率を向上させます。これにより、スイッチング速度の高速化とオン抵抗の低減が可能になり、これは特に高出力・高周波アプリケーションにおいて重要です。
表面下損傷の除去により、電気的安定性と高い耐電圧を確保：従来の研削工程や研磨不良では、ウェーハ表面に破砕層や応力集中点が生じやすく、格子欠陥を引き起こし、PN接合の品質にさらなる悪影響を及ぼします。Hongweiの研磨スラリーとパッドシステムは、材料除去速度を正確に制御し、ダメージフリーの研磨を実現し、表面下損傷を効果的に除去し、結晶構造の完全性を維持します。これにより、デバイスの耐電圧が向上するだけでなく、信頼性と長期安定性も向上します。
高出力動作をサポートする熱管理の改善：複合半導体部品は高電圧・高温環境でよく使用されるため、安定した動作には優れた熱管理が不可欠です。Acerの裏面研削とダイヤモンドグレードの研磨ソリューションは、極めて平坦でダメージの少ない表面を実現し、熱抵抗を低減し、ヒートシンクへの迅速な熱伝達を促進します。これは、SiCやGaNなどの電力部品の放熱性と寿命を向上させる上で非常に重要です。
プロセス歩留まりと全体的な生産効率の向上：安定した研磨品質により、ウェーハ表面の欠陥密度が大幅に低減します。Hongweiの高安定性研磨スラリーと長寿命研磨パッド設計は、高負荷量産環境においてもウェーハ間の安定した性能を確保し、プロセス歩留まりを大幅に向上させます。これにより、手直しやスクラップも削減され、全体的な製造コストが削減され、激しい競争の中でお客様が安定した出荷を維持できるよう支援します。

Hongweiダイヤモンド研削・研磨消耗品の詳細情報

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