随着5G、电动车、高频雷达与先进光电元件的快速发展，传统硅材料逐渐难以满足效能需求。化合物半导体如碳化硅（SiC）、氮化镓（GaN）与砷化镓（GaAs）等，因具备高能隙、高热导、高频率与高功率特性，已成为次世代电子元件的关键材料。然而，相较于硅晶圆，这些高硬度材料的抛光与表面处理难度大幅提高，成为元件效能实现与量产良率提升的重大挑战。
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化合物半导体抛光：为何是效能实现的瓶颈与关键？
化合物半导体材料如碳化硅（SiC）与氮化镓（GaN），虽具备高能隙、高热导率、高电压耐受等优异特性，能显著提升元件效能，却也因其极端材料性质，使得加工过程面临前所未有的挑战。
| 分类 | 元素半导体 | 化合物半导体 | ||
| 代表材料 | 硅 (Si)、锗（Ge） | 砷化镓 (GaAs)、磷化铟 (InP) | 碳化硅 (SiC) | 氮化镓 (GaN) |
| 特性 | 目前主要的半导体材料,成本低、技术成熟、供应链完整,适合日常环境应用。 | 高频、高效率、低耗电，但无法承受过高电压。 | 耐高温高压,散热快、切换速度快、损耗低、抗辐射,适合100kW-1MHz 之应用。 | 耐高温高压,散热快、切换速度快、损耗低、抗辐射,适合100kW-1MHz 之应用。 |
| 制程挑战 | 需精密处理晶圆表面与边缘。 | 对晶圆的平面度与光滑度要求高。 | 材料极硬，加工难度高，需超精密研磨抛光。 (这正是我们宏崴金刚石抛光液与砂轮的专业领域。) | 材料极硬，加工难度高，需超精密研磨抛光。 (这正是我们宏崴金刚石抛光液与砂轮的专业领域。) |
以单晶SiC为例，其莫氏硬度高达9.2~9.6，接近金刚石，具高度脆性与低断裂韧性，同时还具备高度化学惰性与表面缺陷敏感性，这些特性让其从研磨到抛光的每一阶段都格外困难，加工面积扩大，加工均匀性与良率压力同步上升，加工难度也随之倍增。
研磨阶段的核心挑战
在传统机械研磨阶段，为去除晶圆表面形变层与进行初步平坦化，往往需要施加较高压力与较粗研磨颗粒。然而，SiC因高硬度与低韧性，极容易因局部应力集中而发生脆裂，进而形成深层破脆层与次表面损伤（Subsurface Damage, SSD）。这些SSD不仅难以侦测，且会直接影响后续抛光精度与元件可靠性。此外，研磨制程时间长，稳定性差，容易造成晶圆表面平整度与厚度控制不一，进一步延长后续CMP时间，甚至达2～3小时以上，大幅降低整体产能与制造效率。
CMP抛光：效能与可靠性的最后关卡
CMP（化学机械抛光）制程虽能进一步改善表面粗糙度与SSD，但若前段研磨损伤过深或均匀性不足，也会让CMP过程变得更具挑战与风险。尤其针对SiC等材料，CMP必须精密调控化学反应速率与机械力道，才能有效形成可溶性氧化层并去除，否则将无法达成无损伤的镜面抛光。
这些看似微小的加工损伤，实际上会严重影响元件的核心电性表现，例如：
- 载子迁移率下降
- 漏电流异常上升
- 元件开关延迟或热稳定性不足
- 封装后出现可靠性问题甚至失效
此外，SSD与表面缺陷也会对后续蚀刻、薄膜沉积、金属化与封装等制程产生连锁影响，直接导致整片晶圆的良率下降。
因此，对化合物半导体而言，CMP抛光不只是材料整平的加工步骤，更是决定元件电性稳定性与生产良率的关键瓶颈技术。唯有透过专属设计的研磨液、抛光垫、CMP修整器与精确加工参数，才能兼顾材料去除率、表面品质与损伤控制，并确保抛光垫表面在长时间制程中维持最佳平整度与切削力，真正释放出材料本身所具备的性能潜力。
研磨抛光技术如何克服化合物半导体的「硬」挑战？
在化合物半导体技术日渐普及，特别是 SiC、GaN 等高硬度材料逐步迈向 8 吋规格的当下，传统的晶圆研磨与抛光技术正面临严峻考验。针对这些物理性质极端的材料，宏崴精密从耗材材料、制程控制与机构设计多方着手，提供全方位的研磨抛光解决方案，协助业界突破瓶颈，实现稳定的制程品质与高良率产出。
研磨阶段：从粗磨到精磨的稳定控制
对于硬脆性极高的材料，如: SiC 莫氏硬度达 9.2～9.6，传统研磨工具往往面临加工时间长、SSD过深、厚度不均、表面损伤大等问题。
宏崴针对此挑战，提供高性能砂轮与研磨垫材，实现从粗磨、精磨到薄化过程的稳定控制：
- 晶圆专用砂轮：具备高硬度、高耐磨配方，能快速去除材料，同时抑制微裂生成，降低表面与次表面损伤。
- 宏崴研磨垫：提升压力分布稳定性与载盘平整性，确保研磨过程中晶圆不翘曲，控制厚度变异（TTV）与翘曲度（WARP）。
- CMP修整器：在CMP制程中，修整器利用金刚石或其他高硬度颗粒，对抛光垫进行精密修整，去除残屑与化学沉积物，恢复表面粗糙度，避免长时间使用造成光滑化（Glazing）影响去除效率。
此外，宏崴的奈米级金刚石研磨液，专为高硬度材料设计，导入表面结构改质与球形金刚石颗粒，进一步降低刮痕与残余应力，减少后续CMP负担。
CMP抛光：机化协同，实现超平坦无损表面
化合物半导体的表面平坦度与缺陷控制对元件效能至关重要，这使得 CMP（化学机械抛光）成为整个加工流程的关键核心制程。宏崴以高度整合的抛光耗材设计与修整技术，实现化合物半导体的镜面级处理：
- 五层结构CMP抛光垫：相较传统抛光垫，宏崴创新设计的五层垫材具备优异的刚性、缓冲与动态压力调节能力，有效控制去除率与表面均匀性，支援不同材料与抛光液类型（如 CeO₂、Al₂O₃、金刚石等）。
- 微孔与沟槽纹理设计：提升研磨液流动性与气泡排出效率，降低干摩擦与刮伤风险。
- 长寿命与形变控制：即使在高负载长时间作业下，仍维持压力稳定与均匀抛光效果，提升制程一致性并延长更换周期。
- CMP修整器：以金刚石或高硬度颗粒精密修整抛光垫，去除残屑与沉积物，防止光滑化（Glazing）影响效率；对于SiC、GaN等材料，可维持稳定切削力与流体分布，延长耗材寿命并提升一致性。
抛光液：化学蚀刻与选择性控制的核心关键
在化合物半导体CMP中，化学蚀刻与材料选择性去除能力决定了抛光的效率与最终表面品质。宏崴针对各类材料提供专属配方：
- 金刚石抛光液：专为 SiC、GaN 设计，导入表面微结构优化与球形颗粒，有效降低加工刮痕与SSD，达成背研无损伤抛光，提升功率器件的散热与可靠性。
(除了球形金刚石外，另也提供其他制程金刚石液选择，有效解决各种抛光问题 - 氧化铝抛光液：适用于硅基层与金属层的平坦化处理，兼顾高去除率与低Ra值。
- 氧化铈与二氧化硅抛光液：在STI与Low-K层结构中展现高选择性与低缺陷率，特别适用于多层结构与先进逻辑制程。
宏崴研磨液全面采用奈米级微粒设计，不仅提供从粗磨到精抛的完整应用方案。
面对高硬度化合物半导体材料，研磨与抛光早已不再只是物理去除的过程，而是融合材料科学、化学机制与机械精度的跨域工程技术。宏崴从材料本质出发，整合金刚石研磨液、CMP抛光垫、专用砂轮与划片刀等尖端耗材，为业界提供高效、低缺陷率的制程解决方案，加速化合物半导体在功率元件、RF通讯与先进封装等领域的量产落地。
高效能的实现：抛光技术对元件性能的直接影响
在化合物半导体元件的制造中，抛光技术的精度与稳定性不仅是制程控制的关键环节，更直接决定了元件最终的电性表现与产品良率。透过宏崴所提供的高效能研磨与抛光耗材，可在多个层面有效提升元件性能：
- 降低表面粗糙度，提升电子迁移率与开关速度:表面平坦性对化合物半导体元件的电子迁移率具有显著影响。宏崴的金刚石抛光液运用球形金刚石微粒与表面改质技术，能大幅降低刮痕与微观表面粗糙度，有效减少载流子散射，提升电子在材料内部的流动效率。这使元件能达成更快的开关速度与更低的导通电阻，尤其对于高功率与高频应用元件表现更为关键。
- 消除次表面损伤，确保电性稳定与高击穿电压:传统研磨或拙劣抛光制程易在晶圆表层形成破碎层或应力集中点，导致晶格缺陷进一步影响PN接面品质。宏崴的抛光液与抛光垫系统能精准控制材料去除率，实现无损伤抛光，有效消除次表面损伤，保护晶体结构完整性。这不仅有助于提升元件的击穿电压，也提高了可靠度与长期稳定性。
- 改善热管理效能，支援高功率运作需求:化合物半导体元件常应用于高压、高温场域，良好的热管理性能是其稳定运作的核心。宏崴的背面研磨与金刚石级抛光方案，可产生极高平整度与低损伤表面，降低热阻，有助于热量快速传导至散热模组。这对于提升SiC与GaN等功率元件的散热能力与寿命至关重要。
- 提升制程良率与整体生产效率:稳定的抛光品质可大幅降低晶圆表面的缺陷密度。宏崴高稳定性抛光液与长寿命抛光垫设计，能确保每一片晶圆在高负载量产环境下仍维持一致性，大幅提升制程良率。同时也因减少重工与报废率，降低整体制造成本，助力客户在激烈竞争中稳定出货。
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(首图来源:shutterstock)
