บทนำโดยย่อเกี่ยวกับกระบวนการผลิตเวเฟอร์ SiC

เนื่องจากเป็นวัสดุซับสเตรตที่ขาดไม่ได้ในอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์ที่ล้ำสมัยเวเฟอร์ซิลิคอนคาร์ไบด์แสดงคุณสมบัติทางความร้อนและไฟฟ้าที่ดีเยี่ยม มีแนวโน้มการใช้งานที่กว้างขวางในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์แบบบูรณาการที่มีอุณหภูมิสูง ความถี่สูง กำลังสูงและทนต่อรังสี

เนื่องจากความแม่นยำในการตัดเฉือนของซับสเตรต SiC ส่งผลโดยตรงต่อประสิทธิภาพของอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ขั้นสุดท้าย จึงมีการกำหนดข้อกำหนดที่เข้มงวดอย่างยิ่งกับคุณภาพพื้นผิวของเวเฟอร์ SiC สำหรับการใช้งานด้านการผลิตเซมิคอนดักเตอร์ บทความนี้จะอธิบายโดยย่อเกี่ยวกับกระบวนการผลิตเวเฟอร์ซิลิคอนคาร์ไบด์คุณภาพสูง

1. การเตรียมวัตถุดิบ

ผงซิลิกอนความบริสุทธิ์สูงและผงคาร์บอนผสมในอัตราส่วนเฉพาะ จะถูกทำปฏิกิริยาที่อุณหภูมิเกิน 2000°C เพื่อสังเคราะห์อนุภาคซิลิกอนคาร์ไบด์ จากนั้นผงไมโครซิลิกอนคาร์ไบด์คุณภาพสูงที่ตรงตามข้อกำหนดสำหรับการเติบโตของคริสตัล SiC อย่างสมบูรณ์จะต้องผ่านขั้นตอนการกลั่นที่ตามมา เช่น การบดและการทำความสะอาดด้วยสารเคมี

2. การเติบโตของคริสตัล

ผงไมโคร SiC คุณภาพสูงจะถูกใส่ในเบ้าหลอมภายในเตาเผาที่มีอุณหภูมิสูง จากนั้นให้ความร้อนจนถึงอุณหภูมิการระเหิด ซึ่งจะสลายตัวเป็นก๊าซ เช่น Si, Si₂C และ SiC₂ ภายใต้ผลกระทบของการไล่ระดับอุณหภูมิตามแนวแกน ก๊าซเหล่านี้จะเคลื่อนตัวขึ้นไปยังโซนเตาเผาด้านบนและสะสมอยู่รอบๆ ผลึกเมล็ด SiC และค่อยๆ เติบโตเป็นแท่งทรงกระบอก

3. การแปรรูปลิ่มและการหั่นเวเฟอร์

แท่งซิลิกอนคาร์ไบด์ที่โตเต็มที่จะถูกวางแนวโดยเครื่องเอ็กซ์เรย์ผลึกเดี่ยวและแปรรูปเป็นช่องว่างที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางมาตรฐานผ่านการทำให้พื้นผิวเรียบและการเจียรทรงกระบอก จากนั้น ช่องว่าง SiC มาตรฐานที่เสร็จแล้วจะถูกหั่นเป็นแผ่นเวเฟอร์บางๆ ที่มีความหนาไม่เกิน 1 มม. โดยใช้อุปกรณ์ตัดแบบหลายสาย

4. การขัดและขัดเวเฟอร์

เวเฟอร์ที่หั่นเป็นชิ้นจะถูกกราวด์โดยใช้สารละลายขัดเพชรที่มีขนาดอนุภาคต่างๆ เพื่อให้ได้ความเรียบและความหยาบตามที่ต้องการ มีการใช้กระบวนการขัดเชิงกลแบบผสมผสานและกระบวนการขัดเชิงกลด้วยเคมีเพื่อให้ได้พื้นผิวที่เรียบเป็นพิเศษของเวเฟอร์ SiC โดยปราศจากความเสียหาย

5. การตรวจสอบเวเฟอร์

พารามิเตอร์ต่างๆ ของเวเฟอร์ SiC ได้รับการทดสอบโดยเครื่องมือระดับมืออาชีพ เช่น กล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสง เครื่องวัดการเลี้ยวเบนของรังสีเอกซ์ กล้องจุลทรรศน์แรงอะตอม เครื่องทดสอบความต้านทานแบบไม่สัมผัส เครื่องทดสอบความเรียบของพื้นผิว และเครื่องทดสอบข้อบกพร่องที่พื้นผิวที่ครอบคลุม รายการที่ทดสอบได้แก่ ความหนาแน่นของไมโครไพพ์ คุณภาพคริสตัล ความหยาบของพื้นผิว ความต้านทานไฟฟ้า การบิดงอ ส่วนโค้ง การเปลี่ยนแปลงความหนา และรอยขีดข่วนบนพื้นผิว โดยขึ้นอยู่กับการจัดประเภทเกรดคุณภาพของเวเฟอร์แต่ละชิ้น

6. การทำความสะอาดเวเฟอร์

ขัดเงาเวเฟอร์ SiCโดยทั่วไปจะทำความสะอาดโดยใช้สารเคมีทำความสะอาดและน้ำบริสุทธิ์พิเศษเพื่อขจัดสิ่งปนเปื้อนบนพื้นผิวที่ไม่ต้องการและสารละลายขัดเงาที่ตกค้างออกอย่างทั่วถึง จากนั้นทำให้แห้งในบรรยากาศไนโตรเจนที่มีความบริสุทธิ์สูงเป็นพิเศษด้วยเครื่องอบแห้งแบบหมุน เวเฟอร์ที่ทำความสะอาดและแห้งจะถูกบรรจุในตลับเวเฟอร์ที่สะอาดในห้องปลอดเชื้อระดับเซมิคอนดักเตอร์ ทำให้เวเฟอร์มีคุณสมบัติตรงตามมาตรฐานความสะอาดขั้นปลายน้ำอย่างสมบูรณ์