การประมวลผลพื้นผิวคริสตัลเดี่ยว SiC

ผลึกเดี่ยวซิลิคอนคาร์ไบด์ (SiC)ส่วนใหญ่จะผลิตโดยใช้วิธีการระเหิด หลังจากนำคริสตัลออกจากถ้วยใส่ตัวอย่างแล้ว จำเป็นต้องมีขั้นตอนการประมวลผลที่ซับซ้อนหลายขั้นตอนเพื่อสร้างเวเฟอร์ที่ใช้งานได้ ขั้นตอนแรกคือการกำหนดการวางแนวคริสตัลของลูกเปตอง SiC หลังจากนั้น ลูกเปตองจะต้องผ่านการเจียรที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางภายนอกเพื่อให้ได้รูปทรงทรงกระบอก สำหรับเวเฟอร์ SiC ชนิด n ซึ่งมักใช้ในอุปกรณ์กำลัง โดยทั่วไปทั้งพื้นผิวด้านบนและด้านล่างของคริสตัลทรงกระบอกจะถูกกลึงเพื่อสร้างระนาบที่มุม 4° สัมพันธ์กับผิวหน้า {0001}

ถัดไป การประมวลผลดำเนินต่อไปด้วยการตัดขอบตามทิศทางหรือรอยบากเพื่อระบุการวางแนวคริสตัลของพื้นผิวเวเฟอร์ ในการผลิตเส้นผ่านศูนย์กลางขนาดใหญ่เวเฟอร์ SiCการบากตามทิศทางเป็นเทคนิคทั่วไป จากนั้น ผลึกเดี่ยว SiC ทรงกระบอกจะถูกหั่นเป็นแผ่นบาง โดยใช้เทคนิคการตัดลวดหลายเส้นเป็นหลัก กระบวนการนี้เกี่ยวข้องกับการวางสารกัดกร่อนระหว่างลวดตัดกับคริสตัล SiC ขณะเดียวกันก็ออกแรงกดเพื่ออำนวยความสะดวกในการเคลื่อนที่ของการตัด

รูปที่ 1  ภาพรวมของเทคโนโลยีการประมวลผลเวเฟอร์ SiC

(a) Removing SiC ingot from crucible; (b) Cylindrical grinding; (c) Directional edge or notch cutting; (d) Multi-wire cutting; (e) Grinding and polishing

หลังจากหั่นแล้วเวเฟอร์ SiCมักแสดงความไม่สอดคล้องกันในความหนาและความผิดปกติของพื้นผิว ทำให้จำเป็นต้องทำการรักษาให้เรียบต่อไป เริ่มต้นจากการเจียรเพื่อขจัดความไม่สม่ำเสมอของพื้นผิวระดับไมครอน ในระหว่างขั้นตอนนี้ การขัดถูอาจทำให้เกิดรอยขีดข่วนเล็กๆ น้อยๆ และความไม่สมบูรณ์ของพื้นผิวได้ ดังนั้นขั้นตอนการขัดที่ตามมาจึงมีความสำคัญอย่างยิ่งในการได้ผลลัพธ์ที่เหมือนกระจก การขัดนั้นแตกต่างจากการเจียรตรงที่ใช้สารกัดกร่อนที่ละเอียดกว่าและต้องการการดูแลอย่างพิถีพิถันเพื่อป้องกันรอยขีดข่วนหรือความเสียหายภายใน เพื่อให้มั่นใจว่าพื้นผิวมีความเรียบเนียนในระดับสูง

โดยผ่านขั้นตอนเหล่านี้เวเฟอร์ SiCพัฒนาจากการประมวลผลหยาบไปสู่การตัดเฉือนที่มีความแม่นยำ ส่งผลให้ได้พื้นผิวเรียบเหมือนกระจก เหมาะสำหรับอุปกรณ์ประสิทธิภาพสูง อย่างไรก็ตาม การระบุขอบคมที่มักก่อตัวรอบๆ ขอบเวเฟอร์ขัดเงาเป็นสิ่งสำคัญ ขอบแหลมคมเหล่านี้อาจแตกหักได้ง่ายเมื่อสัมผัสกับวัตถุอื่น เพื่อบรรเทาความเปราะบางนี้ จำเป็นต้องเจียรขอบของเส้นรอบวงเวเฟอร์ มาตรฐานอุตสาหกรรมได้รับการกำหนดขึ้นเพื่อให้มั่นใจในความน่าเชื่อถือและความปลอดภัยของเวเฟอร์ในระหว่างการใช้งานครั้งต่อไป

ความแข็งพิเศษของ SiC ทำให้เป็นวัสดุขัดถูที่เหมาะสมที่สุดในการใช้งานตัดเฉือนต่างๆ อย่างไรก็ตาม สิ่งนี้ยังนำเสนอความท้าทายในการประมวลผลลูกเปตอง SiC ให้เป็นเวเฟอร์ เนื่องจากเป็นกระบวนการที่ใช้เวลานานและซับซ้อนซึ่งได้รับการปรับให้เหมาะสมอย่างต่อเนื่อง นวัตกรรมที่มีแนวโน้มอย่างหนึ่งในการปรับปรุงวิธีการหั่นแบบดั้งเดิมคือเทคโนโลยีการตัดด้วยเลเซอร์ ในเทคนิคนี้ ลำแสงเลเซอร์จะถูกส่งตรงจากด้านบนของคริสตัล SiC ทรงกระบอก โดยเน้นที่ความลึกของการตัดที่ต้องการเพื่อสร้างโซนที่ปรับเปลี่ยนภายในคริสตัล ด้วยการสแกนพื้นผิวทั้งหมด โซนที่ได้รับการปรับเปลี่ยนนี้จะค่อยๆ ขยายเป็นระนาบ เพื่อให้สามารถแยกแผ่นบางๆ ได้ เมื่อเปรียบเทียบกับการตัดหลายเส้นแบบทั่วไป ซึ่งมักจะทำให้เกิดการสูญเสียรอยตัดอย่างมีนัยสำคัญ และอาจส่งผลให้เกิดความผิดปกติของพื้นผิว การตัดด้วยเลเซอร์จะช่วยลดการสูญเสียรอยตัดและระยะเวลาในการดำเนินการได้อย่างมาก ถือเป็นวิธีการที่มีศักยภาพสำหรับการพัฒนาในอนาคต

เทคโนโลยีการตัดเฉือนที่เป็นนวัตกรรมอีกประการหนึ่งคือการประยุกต์ใช้การตัดการปล่อยประจุไฟฟ้า ซึ่งสร้างการปล่อยประจุระหว่างลวดโลหะและคริสตัล SiC วิธีนี้มีข้อดีในการลดการสูญเสียเคอร์ฟในขณะที่เพิ่มประสิทธิภาพการประมวลผลอีกด้วย

A distinctive approach to เวเฟอร์ SiCการผลิตเกี่ยวข้องกับการยึดฟิล์มบางของผลึกเดี่ยว SiC เข้ากับซับสเตรตที่ต่างกัน จึงทำให้เกิดการผลิตขึ้นมาเวเฟอร์ SiC- กระบวนการยึดติดและการหลุดออกนี้เริ่มต้นด้วยการฉีดไฮโดรเจนไอออนเข้าไปในผลึกเดี่ยว SiC จนถึงความลึกที่กำหนดไว้ล่วงหน้า คริสตัล SiC ซึ่งขณะนี้มีชั้นฝังไอออนอยู่ ถูกวางเป็นชั้นบนพื้นผิวที่รองรับเรียบ เช่น SiC แบบโพลีคริสตัลไลน์ ด้วยการใช้แรงดันและความร้อน ชั้นผลึกเดี่ยวของ SiC จะถูกถ่ายโอนไปยังซับสเตรตที่รองรับ และทำให้การแยกตัวเสร็จสมบูรณ์ ชั้น SiC ที่ถูกถ่ายโอนจะผ่านการบำบัดพื้นผิวให้เรียบ และสามารถนำกลับมาใช้ใหม่ได้ในกระบวนการพันธะ แม้ว่าต้นทุนของซับสเตรตรองรับจะต่ำกว่าของผลึกเดี่ยว SiC แต่ความท้าทายทางเทคนิคยังคงมีอยู่ อย่างไรก็ตาม การวิจัยและพัฒนาในด้านนี้ยังคงก้าวหน้าอย่างต่อเนื่อง โดยมีเป้าหมายเพื่อลดต้นทุนการผลิตโดยรวมของเวเฟอร์ SiC.

โดยสรุปการประมวลผลของพื้นผิวผลึกเดี่ยว SiCเกี่ยวข้องกับหลายขั้นตอน ตั้งแต่การเจียรและการตัด ไปจนถึงการขัดเงาและการรักษาขอบ นวัตกรรมต่างๆ เช่น การตัดด้วยเลเซอร์และการตัดเฉือนด้วยไฟฟ้ากำลังปรับปรุงประสิทธิภาพและลดการสิ้นเปลืองวัสดุ ในขณะที่วิธีการใหม่ในการยึดติดซับสเตรตนำเสนอทางเลือกอื่นในการผลิตแผ่นเวเฟอร์ที่คุ้มต้นทุน ในขณะที่อุตสาหกรรมยังคงมุ่งมั่นในการปรับปรุงเทคนิคและมาตรฐาน เป้าหมายสูงสุดยังคงเป็นการผลิตคุณภาพสูงเวเฟอร์ SiCที่ตอบสนองความต้องการของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ขั้นสูง