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藍寶石是實際應用的半導體GaN/Al2O3發光二極管(LED)、大規模集成電路絕緣體上硅(SOI)和藍寶石上的硅(SOS)及超導納米結構薄膜等最理想的襯底材料。LED等半導體器件性能的優劣及其可靠性嚴重依賴于單晶襯底表面外延層的結晶質量和完整性，而外延層的質量主要取決于在外延壘晶之前襯底表面的加工質量，獲得超光滑、超平坦、無表面/亞表面損傷的單晶藍寶石襯底表面是高質量外延層生長的關鍵基礎條件。
Peregrine半導體公司采用了藍寶石上硅（SOS）技術來制造開關器件
藍寶石基片
在工業加工中，藍寶石表面從原料粗糙面到鏡面光滑，需要經歷三道加工工藝：粗磨、精磨和拋光。在粗磨工段中，藍寶石原料片表面的劃痕數量會減少，深度減小。同一批來料的藍寶石厚度差有時會高達10~20 um。在粗磨工藝后，批量藍寶石的厚度差會縮小至1~3 um。在第二道工藝（精磨）中，藍寶石的總厚度偏差（TTV）和表面粗糙度（Ra）會進一步減小。藍寶石表面開始出現透光現象。在第三道工藝（拋光）中，藍寶石的表面粗糙度（Ra）會減小至0.5 nm，此時藍寶石表面平滑，面板透亮。
在每一道加工工藝后，藍寶石晶片的總厚度偏差和表面粗糙度會逐漸減小。作為表面加工的第一道工藝，粗磨工段尤其重要。晶片在此階段最容易產生不可修復的深度劃傷。藍寶石的硬度大，一般的磨料對藍寶石沒有切削力。如果單從磨料硬度角度考慮，金剛石磨料看似最合適。然而，由于用金剛石磨料拋光的表面會被物理刮掉，因此會在表面留下劃痕和其他應力。目前生產藍寶石襯底片時產生裂痕和崩邊現象的比例比較高，占總數的5％~8％，后的研磨和拋光工序中速率很低，并且加工后的藍寶石片表面劃痕較重，有20％左右的寶石片表面有粗深劃痕，需返工，重新研磨拋光，這樣就大大提高了藍寶石襯底片加工的成本。因此，如何在提高藍寶石表面光潔度和全局平坦化質量的同時并保證一定的藍寶石的拋光速率，是藍寶石加工處理中的一大難題。
與常規研磨藍寶石（莫氏硬度9）晶體的金剛石磨料（莫氏硬度10）相比，碳化硼磨料具有硬度略低（莫氏硬度9.3）、價格便宜、磨削能力稍弱，且研磨后晶體表面劃傷的概率較小的特點，因此，采用碳化硼磨料進行藍寶石晶體研磨有利于獲得較小的亞表面損傷。通常地，業內常使用240＃碳化硼研磨砂作為磨料，此類型研磨砂的粒徑為56～64 um。它們與去離子水形成研磨漿料，并輸入至研磨機內進行研磨。值得一提的是，由于碳化硼在600℃以上時，外表會氧化成B2O3薄膜，使其發生一定的軟化，因此在磨料應用中并不適用于溫度過高的干磨，只適用于拋光液研磨。
“黑色鉆石”碳化硼磨料粉末
另外的，小編在查閱資料時，在一篇專利技術--“一種藍寶石襯底化學機械拋光漿液”中看到這樣的描述：發明人經廣泛研究發現，采用基材粒子表面包覆工藝，在碳化硼表面包覆一層粒子構成復合研磨粒子，利用該復合研磨粒子制成的化學機械拋光漿液，不僅可以得到極好的藍寶石表面光潔度和全局平坦化的質量，而且擁有一定的拋光速率，有望可以有效地提高藍寶石的表面質量和加工效率。
復合研磨粒子基于B4C顆粒的高硬度以及表面復合小顆粒的獨特的化學活性，在拋光過程中，復合粒子的表面小顆粒易于與藍寶石表面進行交聯，同時復合粒子的高硬度的B4C核能夠間接地對襯底施加物理作用，使交聯產物能及時地脫離襯底的表面，因此不僅能夠保證藍寶石在化學機械拋光時具有一定的拋光速率，還能有效地避免對襯底的劃痕，提高藍寶石拋后的表面質量。所述的復合研磨粒子是由基材粒子碳化硼表面包覆一層粒子所構成。其基材粒子為B4C，包覆的粒子選自SiO2、γ-Al2O3、α-Al2O3、CeO2或其混合物。
因此，碳化硼除了在藍寶石粗磨中優勢明顯，其與其他研磨粒子的復合粒子在提升提高藍寶石化學機械拋光表面質量和加工效率也非常值得探索應用。
編輯：粉體圈Alpha
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