สถานะปัจจุบันและแนวโน้มของเทคโนโลยีการประมวลผลเวเฟอร์ SiC

เป็นวัสดุพื้นผิวเซมิคอนดักเตอร์รุ่นที่สามซิลิกอนคาร์ไบด์ (SiC)ผลึกเดี่ยวมีโอกาสนำไปประยุกต์ใช้อย่างกว้างขวางในการผลิตอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ความถี่สูงและกำลังสูง เทคโนโลยีการประมวลผลของ SiC มีบทบาทสำคัญในการผลิตวัสดุรองรับคุณภาพสูง บทความนี้จะแนะนำสถานะปัจจุบันของการวิจัยเกี่ยวกับเทคโนโลยีการประมวลผล SiC ทั้งในประเทศจีนและต่างประเทศ โดยวิเคราะห์และเปรียบเทียบกลไกของกระบวนการตัด เจียร และขัดเงา รวมถึงแนวโน้มความเรียบและความหยาบของแผ่นเวเฟอร์ นอกจากนี้ยังชี้ให้เห็นถึงความท้าทายที่มีอยู่ในการประมวลผลแผ่นเวเฟอร์ SiC และอภิปรายทิศทางการพัฒนาในอนาคต

ซิลิกอนคาร์ไบด์ (SiC)เวเฟอร์เป็นวัสดุพื้นฐานที่สำคัญสำหรับอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์รุ่นที่สาม และมีความสำคัญและมีศักยภาพทางการตลาดอย่างมากในสาขาต่างๆ เช่น ไมโครอิเล็กทรอนิกส์ อิเล็กทรอนิกส์กำลัง และไฟส่องสว่างเซมิคอนดักเตอร์ เนื่องจากความแข็งและความเสถียรทางเคมีที่สูงมากของผลึกเดี่ยว SiCวิธีการประมวลผลเซมิคอนดักเตอร์แบบดั้งเดิมนั้นไม่เหมาะกับการตัดเฉือนวัสดุเหล่านี้นัก แม้ว่าบริษัทนานาชาติหลายแห่งได้ทำการวิจัยอย่างกว้างขวางเกี่ยวกับการประมวลผลผลึกเดี่ยว SiC ที่มีความต้องการทางเทคนิคสูง แต่เทคโนโลยีที่เกี่ยวข้องก็ยังคงถูกเก็บเป็นความลับอย่างเคร่งครัด

ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา จีนได้เพิ่มความพยายามในการพัฒนาวัสดุและอุปกรณ์ผลึกเดี่ยว SiC อย่างไรก็ตาม ความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีอุปกรณ์ SiC ในประเทศยังคงถูกจำกัดด้วยข้อจำกัดด้านเทคโนโลยีการประมวลผลและคุณภาพของแผ่นเวเฟอร์ ดังนั้น จีนจึงจำเป็นต้องพัฒนาขีดความสามารถในการประมวลผล SiC เพื่อปรับปรุงคุณภาพของแผ่นรองรับผลึกเดี่ยว SiC และบรรลุการใช้งานจริงและการผลิตจำนวนมาก

ขั้นตอนการประมวลผลหลัก ได้แก่ การตัด → การเจียรหยาบ → การเจียรละเอียด → การขัดหยาบ (การขัดเชิงกล) → การขัดละเอียด (การขัดทางเคมีเชิงกล, CMP) → การตรวจสอบ

การตัดผลึกเดี่ยว SiC

ในการประมวลผลผลึกเดี่ยว SiCการตัดเป็นขั้นตอนแรกและสำคัญอย่างยิ่ง ความโค้ง ความโก่ง และความแปรผันของความหนารวม (TTV) ของแผ่นเวเฟอร์ที่เกิดจากกระบวนการตัด เป็นตัวกำหนดคุณภาพและประสิทธิภาพของการเจียรและขัดเงาในขั้นตอนต่อไป

เครื่องมือตัดสามารถแบ่งตามรูปทรงได้เป็นเลื่อยเพชรขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางภายใน (ID), เลื่อยเพชรขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางภายนอก (OD), เลื่อยสายพาน และเลื่อยลวด เลื่อยลวดสามารถแบ่งตามลักษณะการเคลื่อนที่ได้เป็นเลื่อยแบบลูกสูบและแบบวงรอบ (ไม่มีเส้น) เทคนิคการตัดด้วยเลื่อยลวดสามารถแบ่งได้เป็นสองประเภทตามกลไกการตัดของวัสดุขัดถู ได้แก่ เลื่อยลวดแบบขัดอิสระ และเลื่อยลวดเพชรแบบขัดคงที่

1.1 วิธีการตัดแบบดั้งเดิม

ความลึกในการตัดของใบเลื่อยที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางภายนอก (OD) ถูกจำกัดโดยเส้นผ่านศูนย์กลางของใบเลื่อย ในระหว่างกระบวนการตัด ใบเลื่อยมีแนวโน้มที่จะเกิดการสั่นสะเทือนและการเบี่ยงเบน ส่งผลให้เกิดเสียงดังและความแข็งแรงต่ำ ใบเลื่อยที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางภายใน (ID) ใช้วัสดุขัดเพชรที่ขอบด้านในของใบเลื่อยเป็นคมตัด ใบเลื่อยเหล่านี้อาจมีความบางได้ถึง 0.2 มม. ในระหว่างการหั่น ใบเลื่อยที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางภายในจะหมุนด้วยความเร็วสูงในขณะที่วัสดุที่จะตัดจะเคลื่อนที่ในแนวรัศมีเทียบกับจุดศูนย์กลางของใบเลื่อย ทำให้สามารถหั่นผ่านการเคลื่อนที่สัมพัทธ์นี้ได้

เลื่อยสายพานเพชรต้องหยุดและกลับทิศบ่อยครั้ง และความเร็วในการตัดต่ำมาก โดยทั่วไปไม่เกิน 2 เมตร/วินาที นอกจากนี้ยังเกิดการสึกหรอทางกลอย่างมากและต้นทุนการบำรุงรักษาสูง เนื่องจากความกว้างของใบเลื่อย รัศมีการตัดจึงไม่สามารถแคบเกินไป และไม่สามารถตัดหลายแผ่นได้ เครื่องมือเลื่อยแบบดั้งเดิมเหล่านี้มีข้อจำกัดด้านความแข็งแกร่งของฐาน จึงไม่สามารถตัดโค้งหรือมีรัศมีการกลึงที่จำกัดได้ เลื่อยสายพานเหล่านี้สามารถตัดได้เฉพาะแนวตรง สร้างร่องตัดที่กว้าง มีอัตราผลผลิตต่ำ จึงไม่เหมาะสำหรับการตัดผลึก SiC.

1.2 เลื่อยตัดลวดแบบขัดฟรี ตัดลวดได้หลายเส้น

เทคนิคการเลื่อยตัดลวดแบบฟรีอะราซีฟใช้การเคลื่อนที่อย่างรวดเร็วของลวดเพื่อนำสารละลายเข้าสู่รอยตัด ทำให้สามารถตัดวัสดุได้ เทคนิคการเลื่อยตัดลวดแบบฟรีอะราซีฟใช้โครงสร้างแบบลูกสูบเป็นหลัก และปัจจุบันเป็นวิธีการที่ทันสมัยและได้รับความนิยมอย่างกว้างขวางสำหรับการตัดแผ่นเวเฟอร์ซิลิคอนผลึกเดี่ยวแบบหลายแผ่นอย่างมีประสิทธิภาพ อย่างไรก็ตาม การประยุกต์ใช้เทคนิคการตัดลวดแบบฟรีอะราซีฟในการตัดซิลิคอนคาร์ไบด์ (SiC) ยังคงมีการศึกษาไม่มากนัก

เลื่อยตัดลวดขัดแบบฟรีอะราซีฟสามารถตัดแผ่นเวเฟอร์ที่มีความหนาน้อยกว่า 300 ไมโครเมตรได้ การสูญเสียรอยตัดต่ำ แทบไม่ทำให้เกิดการบิ่น และให้คุณภาพพื้นผิวที่ค่อนข้างดี อย่างไรก็ตาม เนื่องจากกลไกการกำจัดวัสดุ ซึ่งอาศัยการรีดและการกดของวัสดุขัด ทำให้พื้นผิวของแผ่นเวเฟอร์มีแนวโน้มที่จะเกิดความเค้นตกค้าง รอยแตกขนาดเล็ก และชั้นความเสียหายที่ลึกกว่า สิ่งนี้นำไปสู่ความโก่งงอของแผ่นเวเฟอร์ ทำให้ยากต่อการควบคุมความแม่นยำของโปรไฟล์พื้นผิว และเพิ่มภาระในขั้นตอนการประมวลผลต่อไป

ประสิทธิภาพการตัดขึ้นอยู่กับสารละลายอย่างมาก จำเป็นต้องรักษาความคมของสารกัดกร่อนและความเข้มข้นของสารละลาย การบำบัดและการรีไซเคิลสารละลายมีค่าใช้จ่ายสูง เมื่อตัดแท่งโลหะขนาดใหญ่ สารกัดกร่อนจะเจาะร่องลึกและร่องยาวได้ยาก ภายใต้ขนาดเกรนของสารกัดกร่อนเดียวกัน การสูญเสียร่องลึกจะมากกว่าเลื่อยลวดแบบมีสารกัดกร่อนคงที่

1.3 เลื่อยลวดเพชรแบบคงที่สำหรับการตัดลวดหลายเส้น

เลื่อยลวดเพชรแบบขัดถูคงที่โดยทั่วไปผลิตโดยการฝังอนุภาคเพชรลงบนแผ่นลวดเหล็กด้วยวิธีการชุบด้วยไฟฟ้า การเผาผนึก หรือการยึดติดด้วยเรซิน เลื่อยลวดเพชรแบบชุบด้วยไฟฟ้ามีข้อดีหลายประการ เช่น ร่องตัดที่แคบกว่า คุณภาพการตัดที่ดีกว่า ประสิทธิภาพที่สูงขึ้น การปนเปื้อนที่น้อยกว่า และความสามารถในการตัดวัสดุที่มีความแข็งสูง

ปัจจุบันเลื่อยตัดลวดเพชรชุบไฟฟ้าแบบลูกสูบเป็นวิธีที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุดในการตัดซิลิคอนคาร์ไบด์ รูปที่ 1 (ไม่ได้แสดงในที่นี้) แสดงให้เห็นถึงความเรียบของพื้นผิวของเวเฟอร์ซิลิคอนคาร์ไบด์ที่ตัดโดยใช้เทคนิคนี้ เมื่อการตัดดำเนินไป ความโก่งงอของเวเฟอร์จะเพิ่มขึ้น เนื่องจากพื้นที่สัมผัสระหว่างลวดและวัสดุเพิ่มขึ้นเมื่อลวดเคลื่อนลง ทำให้ความต้านทานและแรงสั่นสะเทือนของลวดเพิ่มขึ้น เมื่อลวดถึงเส้นผ่านศูนย์กลางสูงสุดของเวเฟอร์ การสั่นสะเทือนจะถึงจุดสูงสุด ส่งผลให้เกิดความโก่งงอสูงสุด

ในระยะหลังของการตัด เนื่องจากลวดมีการเร่งความเร็ว การเคลื่อนที่ด้วยความเร็วคงที่ การลดความเร็ว การหยุด และการกลับทิศ ประกอบกับความยากลำบากในการกำจัดเศษวัสดุด้วยสารหล่อเย็น ทำให้คุณภาพพื้นผิวของเวเฟอร์เสื่อมลง การกลับทิศของลวดและความผันผวนของความเร็ว รวมถึงอนุภาคเพชรขนาดใหญ่บนลวด เป็นสาเหตุหลักของรอยขีดข่วนบนพื้นผิว

1.4 เทคโนโลยีการแยกเย็น

การแยกผลึกเดี่ยว SiC แบบเย็นเป็นกระบวนการนวัตกรรมใหม่ในวงการแปรรูปวัสดุเซมิคอนดักเตอร์รุ่นที่สาม ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา กระบวนการนี้ได้รับความสนใจอย่างมากเนื่องจากมีข้อได้เปรียบที่โดดเด่นในการเพิ่มผลผลิตและลดการสูญเสียวัสดุ เทคโนโลยีนี้สามารถวิเคราะห์ได้จากสามแง่มุม ได้แก่ หลักการทำงาน ขั้นตอนการผลิต และข้อได้เปรียบหลัก

การกำหนดทิศทางของผลึกและการเจียรเส้นผ่านศูนย์กลางภายนอก: ก่อนการแปรรูป จะต้องกำหนดทิศทางของผลึกของแท่ง SiC จากนั้นแท่งจะถูกขึ้นรูปเป็นโครงสร้างทรงกระบอก (โดยทั่วไปเรียกว่า SiC puck) ผ่านการเจียรเส้นผ่านศูนย์กลางภายนอก ขั้นตอนนี้จะเป็นการวางรากฐานสำหรับการตัดและหั่นแบบมีทิศทางต่อไป

การตัดด้วยลวดหลายเส้น: วิธีนี้ใช้อนุภาคขัดผสมกับลวดตัดเพื่อตัดแท่งทรงกระบอก อย่างไรก็ตาม วิธีนี้มีปัญหาการสูญเสียรอยตัดและพื้นผิวไม่เรียบอย่างมาก

เทคโนโลยีการตัดด้วยเลเซอร์: เลเซอร์ถูกนำมาใช้เพื่อสร้างชั้นที่ปรับเปลี่ยนภายในผลึก ซึ่งสามารถแยกแผ่นบางๆ ออกมาได้ วิธีการนี้ช่วยลดการสูญเสียวัสดุและเพิ่มประสิทธิภาพการประมวลผล ทำให้เป็นแนวทางใหม่ที่น่าสนใจสำหรับการตัดเวเฟอร์ SiC

การเพิ่มประสิทธิภาพกระบวนการตัด

การตัดลวดหลายเส้นด้วยการขัดแบบคงที่: นี่เป็นเทคโนโลยีกระแสหลักในปัจจุบัน เหมาะอย่างยิ่งสำหรับคุณสมบัติความแข็งสูงของ SiC

เทคโนโลยีการตัดด้วยไฟฟ้า (EDM) และการแยกเย็น วิธีการเหล่านี้ให้โซลูชันที่หลากหลายซึ่งเหมาะกับความต้องการเฉพาะ

กระบวนการขัดเงา: สิ่งสำคัญคือต้องรักษาสมดุลระหว่างอัตราการขจัดคราบวัสดุและความเสียหายบนพื้นผิว การขัดเงาด้วยสารเคมีเชิงกล (CMP) ถูกนำมาใช้เพื่อปรับปรุงความสม่ำเสมอของพื้นผิว

การตรวจสอบแบบเรียลไทม์: มีการนำเทคโนโลยีการตรวจสอบออนไลน์มาใช้เพื่อตรวจสอบความหยาบของพื้นผิวแบบเรียลไทม์

การตัดด้วยเลเซอร์: เทคนิคนี้ช่วยลดการสูญเสียรอยตัดและลดรอบการประมวลผล แม้ว่าบริเวณที่ได้รับผลกระทบจากความร้อนจะยังคงเป็นความท้าทายก็ตาม

เทคโนโลยีการประมวลผลแบบไฮบริด: การผสมผสานวิธีการทางกลและทางเคมีช่วยเพิ่มประสิทธิภาพในการประมวลผล

เทคโนโลยีนี้ได้รับการนำไปใช้งานในภาคอุตสาหกรรมแล้ว ยกตัวอย่างเช่น Infineon ได้เข้าซื้อกิจการ SILTECTRA และปัจจุบันถือครองสิทธิบัตรหลักที่สนับสนุนการผลิตเวเฟอร์ขนาด 8 นิ้วจำนวนมาก ในประเทศจีน บริษัทต่างๆ เช่น Delong Laser ได้บรรลุประสิทธิภาพการผลิต 30 เวเฟอร์ต่อแท่งโลหะสำหรับการประมวลผลเวเฟอร์ขนาด 6 นิ้ว ซึ่งถือเป็นการปรับปรุงประสิทธิภาพการผลิตถึง 40% เมื่อเทียบกับวิธีการดั้งเดิม

เนื่องจากการผลิตอุปกรณ์ภายในประเทศกำลังเร่งตัวขึ้น คาดว่าเทคโนโลยีนี้จะกลายเป็นโซลูชันหลักสำหรับการประมวลผลวัสดุพิมพ์ SiC ด้วยขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางที่เพิ่มขึ้นของวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ วิธีการตัดแบบดั้งเดิมจึงล้าสมัย ในบรรดาตัวเลือกปัจจุบัน เทคโนโลยีเลื่อยลวดเพชรแบบลูกสูบแสดงให้เห็นถึงโอกาสการใช้งานที่มีแนวโน้มมากที่สุด การตัดด้วยเลเซอร์ ซึ่งเป็นเทคนิคใหม่ที่กำลังได้รับความนิยมอย่างมาก และคาดว่าจะกลายเป็นวิธีการตัดหลักในอนาคต

2、การเจียรผลึกเดี่ยว SiC

ในฐานะตัวแทนของสารกึ่งตัวนำยุคที่สาม ซิลิคอนคาร์ไบด์ (SiC) มีข้อได้เปรียบที่สำคัญหลายประการ เนื่องจากมีแบนด์แก็ปที่กว้าง สนามไฟฟ้าเบรกกิ้งสูง ความเร็วดริฟท์อิเล็กตรอนอิ่มตัวสูง และการนำความร้อนที่ดีเยี่ยม คุณสมบัติเหล่านี้ทำให้ SiC มีข้อได้เปรียบอย่างยิ่งในการใช้งานที่มีแรงดันไฟฟ้าสูง (เช่น สภาพแวดล้อม 1200 โวลต์) เทคโนโลยีการประมวลผลสำหรับซับสเตรต SiC เป็นส่วนสำคัญของการผลิตอุปกรณ์ คุณภาพพื้นผิวและความแม่นยำของซับสเตรตส่งผลโดยตรงต่อคุณภาพของชั้นเอพิแทกเซียลและประสิทธิภาพของอุปกรณ์ขั้นสุดท้าย

วัตถุประสงค์หลักของกระบวนการเจียรคือการขจัดรอยเลื่อยบนพื้นผิวและชั้นความเสียหายที่เกิดขึ้นระหว่างการหั่น และเพื่อแก้ไขการเสียรูปที่เกิดจากกระบวนการตัด เนื่องจาก SiC มีความแข็งสูงมาก การเจียรจึงจำเป็นต้องใช้วัสดุขัดที่มีความแข็ง เช่น โบรอนคาร์ไบด์หรือเพชร โดยทั่วไปการเจียรแบบทั่วไปจะแบ่งออกเป็นการเจียรหยาบและการเจียรละเอียด

2.1 การบดหยาบและละเอียด

การเจียรสามารถแบ่งประเภทตามขนาดของอนุภาคสารกัดกร่อน:

การเจียรแบบหยาบ: ใช้สารกัดกร่อนขนาดใหญ่โดยเฉพาะเพื่อขจัดรอยเลื่อยและชั้นความเสียหายที่เกิดขึ้นระหว่างการหั่น ช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพการประมวลผล

การบดละเอียด: ใช้สารกัดกร่อนที่ละเอียดกว่าเพื่อขจัดชั้นความเสียหายที่เหลือจากการบดหยาบ ลดความหยาบของพื้นผิว และปรับปรุงคุณภาพพื้นผิว

ผู้ผลิตแผ่นรองรับ SiC ในประเทศหลายรายใช้กระบวนการผลิตขนาดใหญ่ วิธีการทั่วไปคือการเจียรสองด้านโดยใช้แผ่นเหล็กหล่อและสารละลายเพชรโมโนคริสตัลไลน์ กระบวนการนี้ช่วยขจัดชั้นความเสียหายที่เกิดจากการตัดลวดได้อย่างมีประสิทธิภาพ แก้ไขรูปร่างของแผ่นเวเฟอร์ และลด TTV (ความแปรปรวนของความหนารวม) ความโค้ง และการโก่งงอ อัตราการกำจัดวัสดุมีเสถียรภาพ โดยทั่วไปจะอยู่ที่ 0.8–1.2 ไมโครเมตรต่อนาที อย่างไรก็ตาม พื้นผิวแผ่นเวเฟอร์ที่ได้มีลักษณะด้านและมีความหยาบค่อนข้างสูง โดยทั่วไปอยู่ที่ประมาณ 50 นาโนเมตร ซึ่งทำให้ขั้นตอนการขัดเงาในขั้นตอนต่อไปมีความต้องการสูงขึ้น

2.2 การเจียรด้านเดียว

การเจียรแบบด้านเดียวจะเจียรเวเฟอร์เพียงด้านเดียวในแต่ละครั้ง ในระหว่างกระบวนการนี้ เวเฟอร์จะถูกยึดด้วยขี้ผึ้งบนแผ่นเหล็ก ภายใต้แรงกด พื้นผิวด้านบนจะเกิดการเสียรูปเล็กน้อย และพื้นผิวด้านบนจะแบนราบลง หลังจากการเจียร พื้นผิวด้านล่างจะถูกปรับระดับ เมื่อแรงกดลดลง พื้นผิวด้านบนจะกลับคืนสู่รูปร่างเดิม ซึ่งส่งผลกระทบต่อพื้นผิวด้านล่างที่เจียรอยู่แล้ว ทำให้ทั้งสองด้านเกิดการโก่งงอและสูญเสียความเรียบ

ยิ่งไปกว่านั้น แผ่นเจียรอาจเว้าได้ในเวลาอันสั้น ทำให้แผ่นเวเฟอร์นูนขึ้น เพื่อรักษาความเรียบของแผ่น จำเป็นต้องแต่งผิวบ่อยครั้ง เนื่องจากประสิทธิภาพต่ำและความเรียบของแผ่นเวเฟอร์ที่ไม่ดี การเจียรด้านเดียวจึงไม่เหมาะสำหรับการผลิตจำนวนมาก

โดยทั่วไปแล้ว จะใช้ล้อเจียรเบอร์ #8000 สำหรับการเจียรละเอียด ในประเทศญี่ปุ่น กระบวนการนี้ค่อนข้างสมบูรณ์แล้ว และยังใช้ล้อขัดเบอร์ #30000 อีกด้วย ซึ่งทำให้ความหยาบผิวของเวเฟอร์ที่ผ่านการแปรรูปลดลงเหลือต่ำกว่า 2 นาโนเมตร ทำให้เวเฟอร์พร้อมสำหรับการขัดด้วยสารเคมีเชิงกล (CMP) ขั้นสุดท้าย โดยไม่ต้องผ่านกระบวนการเพิ่มเติมใดๆ

2.3 เทคโนโลยีการทำให้บางด้านเดียว

เทคโนโลยีการเจียรแบบด้านเดียวด้วยเพชร (Diamond Single-Sided Thinning Technology) เป็นวิธีการเจียรแบบใหม่สำหรับเจียรแบบด้านเดียว ดังแสดงในรูปที่ 5 (ไม่ได้แสดงในที่นี้) กระบวนการนี้ใช้แผ่นเจียรที่ยึดด้วยเพชร แผ่นเวเฟอร์จะถูกยึดติดแน่นด้วยการดูดซับสุญญากาศ ขณะที่ทั้งแผ่นเวเฟอร์และล้อเจียรเพชรหมุนพร้อมกัน ล้อเจียรจะค่อยๆ เคลื่อนลงเพื่อทำให้แผ่นเวเฟอร์บางลงจนถึงความหนาที่ต้องการ หลังจากเจียรด้านหนึ่งเสร็จเรียบร้อยแล้ว แผ่นเวเฟอร์จะถูกพลิกกลับเพื่อเจียรอีกด้านหนึ่ง

หลังจากการทำให้บางลงแล้ว เวเฟอร์ขนาด 100 มม. สามารถทำได้ดังนี้:

โค้ง < 5 ไมโครเมตร

TTV < 2 ไมโครเมตร

ความหยาบของพื้นผิว < 1 นาโนเมตร

วิธีการประมวลผลแบบแผ่นเวเฟอร์เดี่ยวนี้ให้ความเสถียรสูง ความสม่ำเสมอที่ยอดเยี่ยม และอัตราการกำจัดวัสดุที่สูง เมื่อเทียบกับการเจียรสองด้านแบบเดิม เทคนิคนี้ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการเจียรได้มากกว่า 50%

2.4 การเจียรสองด้าน

การเจียรสองด้านใช้แผ่นเจียรทั้งด้านบนและด้านล่างเพื่อเจียรพื้นผิวทั้งสองด้านพร้อมกัน ช่วยให้มั่นใจได้ถึงคุณภาพพื้นผิวที่ยอดเยี่ยมทั้งสองด้าน

ในระหว่างกระบวนการ แผ่นเจียรจะกดลงบนจุดสูงสุดของชิ้นงานก่อน ทำให้เกิดการเสียรูปและค่อยๆ กำจัดวัสดุออกจากจุดเหล่านั้น เมื่อปรับระดับจุดสูงให้เรียบ แรงกดบนวัสดุรองจะค่อยๆ สม่ำเสมอมากขึ้น ส่งผลให้เกิดการเสียรูปอย่างสม่ำเสมอทั่วทั้งพื้นผิว ซึ่งช่วยให้สามารถเจียรพื้นผิวด้านบนและด้านล่างได้อย่างทั่วถึง เมื่อการเจียรเสร็จสิ้นและแรงดันถูกปล่อยออก ชิ้นส่วนต่างๆ ของวัสดุรองจะคืนตัวอย่างสม่ำเสมอด้วยแรงกดที่เท่ากัน ส่งผลให้การโก่งงอน้อยที่สุดและพื้นผิวเรียบที่ดี

ความหยาบของพื้นผิวเวเฟอร์หลังการเจียรจะขึ้นอยู่กับขนาดของอนุภาคสารกัดกร่อน อนุภาคขนาดเล็กกว่าจะให้พื้นผิวที่เรียบเนียนกว่า เมื่อใช้สารกัดกร่อนขนาด 5 ไมโครเมตรสำหรับการเจียรสองด้าน ความเรียบและความแปรผันของความหนาของเวเฟอร์สามารถควบคุมได้ภายใน 5 ไมโครเมตร การวัดด้วยกล้องจุลทรรศน์แรงอะตอม (AFM) แสดงให้เห็นความหยาบของพื้นผิว (Rq) ประมาณ 100 นาโนเมตร โดยมีหลุมเจียรลึกถึง 380 นาโนเมตร และรอยเส้นตรงที่มองเห็นได้ซึ่งเกิดจากการกัดกร่อน

วิธีการขั้นสูงกว่านั้นคือการเจียรสองด้านโดยใช้แผ่นโฟมโพลียูรีเทนผสมกับสารละลายเพชรโพลีคริสตัลไลน์ กระบวนการนี้ผลิตเวเฟอร์ที่มีความหยาบผิวต่ำมาก โดยมีค่า Ra < 3 นาโนเมตร ซึ่งเป็นประโยชน์อย่างมากสำหรับการขัดพื้นผิว SiC ในภายหลัง

อย่างไรก็ตาม ปัญหารอยขีดข่วนบนพื้นผิวยังคงเป็นปัญหาที่ยังไม่ได้รับการแก้ไข นอกจากนี้ เพชรโพลีคริสตัลไลน์ที่ใช้ในกระบวนการนี้ยังผลิตขึ้นโดยการสังเคราะห์แบบระเบิด ซึ่งเป็นความท้าทายทางเทคนิค ให้ผลผลิตในปริมาณน้อย และมีราคาแพงมาก

การขัดเงาของผลึกเดี่ยว SiC

เพื่อให้ได้พื้นผิวขัดเงาคุณภาพสูงบนเวเฟอร์ซิลิคอนคาร์ไบด์ (SiC) การขัดเงาจะต้องขจัดหลุมเจียรและคลื่นบนพื้นผิวขนาดนาโนเมตรออกให้หมด เป้าหมายคือการสร้างพื้นผิวที่เรียบเนียน ปราศจากตำหนิ ไม่มีการปนเปื้อนหรือการเสื่อมสภาพ ไม่มีความเสียหายใต้ผิว และไม่มีแรงเค้นตกค้างบนพื้นผิว

3.1 การขัดเชิงกลและ CMP ของเวเฟอร์ SiC

หลังจากการเติบโตของแท่งผลึกเดี่ยว SiC ข้อบกพร่องบนพื้นผิวทำให้ไม่สามารถนำไปใช้ในการเจริญเติบโตแบบเอพิแทกเซียลได้โดยตรง ดังนั้นจึงจำเป็นต้องมีกระบวนการเพิ่มเติม แท่งผลึกจะถูกขึ้นรูปเป็นทรงกระบอกมาตรฐานโดยการปัดเศษ จากนั้นจึงตัดเป็นแผ่นเวเฟอร์โดยใช้ลวดตัด ตามด้วยการตรวจสอบทิศทางของผลึก การขัดเงาเป็นขั้นตอนสำคัญในการปรับปรุงคุณภาพเวเฟอร์ แก้ไขปัญหาความเสียหายบนพื้นผิวที่อาจเกิดขึ้นจากข้อบกพร่องในการเจริญเติบโตของผลึก และขั้นตอนการประมวลผลก่อนหน้า

มีสี่วิธีหลักในการขจัดชั้นความเสียหายบนพื้นผิว SiC:

การขัดด้วยเครื่องจักร: เรียบง่ายแต่ทิ้งรอยขีดข่วน เหมาะสำหรับการขัดเบื้องต้น

การขัดด้วยสารเคมีเชิงกล (CMP): ขจัดรอยขีดข่วนด้วยการกัดกร่อนทางเคมี เหมาะสำหรับการขัดอย่างแม่นยำ

การกัดไฮโดรเจน: ต้องใช้อุปกรณ์ที่ซับซ้อน ซึ่งมักใช้ในกระบวนการ HTCVD

การขัดด้วยพลาสม่า: ซับซ้อนและใช้ไม่บ่อยนัก

การขัดด้วยเครื่องจักรเพียงอย่างเดียวมักทำให้เกิดรอยขีดข่วน ในขณะที่การขัดด้วยสารเคมีเพียงอย่างเดียวอาจทำให้เกิดการกัดกร่อนที่ไม่สม่ำเสมอ CMP ผสานข้อดีทั้งสองข้อเข้าด้วยกัน และนำเสนอโซลูชันที่มีประสิทธิภาพและคุ้มค่า

หลักการทำงานของ CMP

CMP ทำงานโดยการหมุนแผ่นเวเฟอร์ภายใต้แรงกดที่กำหนดบนแผ่นขัดที่กำลังหมุน การเคลื่อนที่สัมพัทธ์นี้ ประกอบกับการเสียดสีเชิงกลจากสารกัดกร่อนขนาดนาโนในสารละลาย และปฏิกิริยาทางเคมีของสารทำปฏิกิริยา ทำให้เกิดการปรับพื้นผิวให้เรียบ

วัสดุหลักที่ใช้:

สารละลายขัดเงา: ประกอบด้วยสารกัดกร่อนและสารเคมี

แผ่นขัด: สึกหรอลงระหว่างการใช้งาน ทำให้ขนาดรูพรุนลดลงและประสิทธิภาพในการส่งสารละลายลดลง การแต่งผิวอย่างสม่ำเสมอ ซึ่งโดยทั่วไปจะใช้เครื่องแต่งผิวเพชร เป็นสิ่งจำเป็นเพื่อฟื้นฟูความหยาบ

กระบวนการ CMP ทั่วไป

สารกัดกร่อน: สารละลายเพชร 0.5 μm

ความหยาบของพื้นผิวเป้าหมาย: ~0.7 นาโนเมตร

การขัดด้วยสารเคมีและกลไก:

อุปกรณ์ขัดเงา: เครื่องขัดด้านเดียว AP-810

ความดัน: 200 g/cm²

ความเร็วแผ่น: 50 รอบต่อนาที

ความเร็วของด้ามจับเซรามิก: 38 รอบต่อนาที

ส่วนประกอบของสารละลาย:

SiO₂ (30% น้ำหนัก, pH = 10.15)

0–70% โดยน้ำหนัก H₂O₂ (30% โดยน้ำหนัก เกรดรีเอเจนต์)

ปรับ pH เป็น 8.5 โดยใช้ KOH 5% และ HNO₃ 1%

อัตราการไหลของสารละลาย: 3 ลิตร/นาที หมุนเวียน

กระบวนการนี้ช่วยปรับปรุงคุณภาพเวเฟอร์ SiC ได้อย่างมีประสิทธิภาพและตรงตามข้อกำหนดของกระบวนการปลายน้ำ

ความท้าทายทางเทคนิคในการขัดเงาเชิงกล

SiC ในฐานะสารกึ่งตัวนำแบนด์แก็ปกว้าง มีบทบาทสำคัญในอุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์ ด้วยคุณสมบัติทางกายภาพและทางเคมีที่ยอดเยี่ยม ผลึกเดี่ยว SiC จึงเหมาะสำหรับสภาพแวดล้อมที่รุนแรง เช่น อุณหภูมิสูง ความถี่สูง กำลังไฟฟ้าสูง และความต้านทานรังสี อย่างไรก็ตาม ลักษณะที่แข็งและเปราะของ SiC ก่อให้เกิดความท้าทายอย่างมากสำหรับการเจียรและขัดเงา

ในขณะที่ผู้ผลิตชั้นนำระดับโลกกำลังเปลี่ยนจากเวเฟอร์ขนาด 6 นิ้วเป็น 8 นิ้ว ปัญหาต่างๆ เช่น การแตกร้าวและความเสียหายของเวเฟอร์ระหว่างกระบวนการผลิตก็เด่นชัดมากขึ้น ซึ่งส่งผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่อผลผลิต การแก้ไขปัญหาทางเทคนิคของแผ่นรองรับ SiC ขนาด 8 นิ้ว ถือเป็นมาตรฐานสำคัญสำหรับความก้าวหน้าของอุตสาหกรรมในปัจจุบัน

ในยุค 8 นิ้ว การประมวลผลเวเฟอร์ SiC ต้องเผชิญกับความท้าทายมากมาย:

การปรับขนาดเวเฟอร์เป็นสิ่งจำเป็นในการเพิ่มผลผลิตชิปต่อชุด ลดการสูญเสียขอบ และลดต้นทุนการผลิต โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อคำนึงถึงความต้องการที่เพิ่มขึ้นในแอปพลิเคชันยานยนต์ไฟฟ้า

ในขณะที่การเติบโตของผลึกเดี่ยว SiC ขนาด 8 นิ้วได้เติบโตเต็มที่แล้ว กระบวนการเบื้องหลัง เช่น การบดและการขัดเงา ยังคงเผชิญกับปัญหาคอขวด ส่งผลให้ผลผลิตต่ำ (เพียง 40–50%)

เวเฟอร์ขนาดใหญ่จะมีการกระจายแรงกดที่ซับซ้อนมากขึ้น ส่งผลให้การจัดการแรงขัดและความสม่ำเสมอของผลผลิตมีความยากมากขึ้น

แม้ว่าความหนาของเวเฟอร์ขนาด 8 นิ้วจะใกล้เคียงกับความหนาของเวเฟอร์ขนาด 6 นิ้ว แต่ก็มีแนวโน้มที่จะเกิดความเสียหายระหว่างการจัดการเนื่องจากความเครียดและการบิดเบี้ยวได้มากกว่า

เพื่อลดความเครียดจากการตัด การบิดเบี้ยว และการแตกร้าว การตัดด้วยเลเซอร์จึงถูกนำมาใช้เพิ่มมากขึ้น อย่างไรก็ตาม:

เลเซอร์ที่มีความยาวคลื่นยาวทำให้เกิดความเสียหายจากความร้อน

เลเซอร์คลื่นสั้นจะสร้างเศษวัสดุที่มีน้ำหนักมากและทำให้ชั้นความเสียหายลึกลง ส่งผลให้การขัดซับซ้อนมากขึ้น

เวิร์กโฟลว์การขัดเชิงกลสำหรับ SiC

กระบวนการไหลทั่วไปประกอบด้วย:

การตัดการวางแนว

การบดหยาบ

การบดละเอียด

การขัดเงาด้วยเครื่องจักร

การขัดด้วยสารเคมีเชิงกล (CMP) เป็นขั้นตอนสุดท้าย

การเลือกใช้วิธี CMP การออกแบบเส้นทางกระบวนการ และการปรับพารามิเตอร์ให้เหมาะสมเป็นสิ่งสำคัญยิ่ง ในการผลิตเซมิคอนดักเตอร์ CMP ถือเป็นขั้นตอนสำคัญในการผลิตเวเฟอร์ SiC ที่มีพื้นผิวเรียบเป็นพิเศษ ปราศจากตำหนิ และความเสียหาย ซึ่งเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการเจริญเติบโตของอิพิแทกเซียลคุณภาพสูง

(ก) นำแท่ง SiC ออกจากเบ้าหลอม

(b) ดำเนินการขึ้นรูปเบื้องต้นโดยใช้การเจียรเส้นผ่านศูนย์กลางภายนอก

(c) กำหนดทิศทางของผลึกโดยใช้การจัดเรียงแบบแบนหรือรอยบาก

(d) หั่นแท่งโลหะให้เป็นแผ่นเวเฟอร์บางๆ โดยใช้เลื่อยหลายเส้น

(e) บรรลุความเรียบเนียนของพื้นผิวเหมือนกระจกโดยขั้นตอนการเจียรและขัดเงา

หลังจากเสร็จสิ้นขั้นตอนการประมวลผลต่างๆ ขอบด้านนอกของเวเฟอร์ SiC มักจะคมขึ้น ซึ่งเพิ่มความเสี่ยงต่อการบิ่นระหว่างการจัดการหรือการใช้งาน เพื่อหลีกเลี่ยงความเปราะบางดังกล่าว จำเป็นต้องเจียรขอบ

นอกเหนือจากกระบวนการตัดแบบดั้งเดิมแล้ว วิธีการที่สร้างสรรค์สำหรับการเตรียมเวเฟอร์ SiC ยังเกี่ยวข้องกับเทคโนโลยีการเชื่อมติด วิธีการนี้ช่วยให้สามารถผลิตเวเฟอร์ได้โดยการยึดชั้นผลึกเดี่ยว SiC บางๆ เข้ากับวัสดุรองรับที่มีลักษณะไม่เหมือนกัน (วัสดุรองรับ)

รูปที่ 3 แสดงขั้นตอนกระบวนการ:

ขั้นแรก ชั้นการแยกชั้นจะเกิดขึ้นที่ความลึกที่กำหนดบนพื้นผิวของผลึกเดี่ยว SiC โดยการฝังไอออนไฮโดรเจนหรือเทคนิคที่คล้ายคลึงกัน จากนั้นผลึกเดี่ยว SiC ที่ผ่านกระบวนการแล้วจะถูกยึดติดกับวัสดุรองรับแบบแบน และถูกกดทับด้วยแรงดันและความร้อน วิธีนี้ช่วยให้สามารถถ่ายโอนและแยกชั้นผลึกเดี่ยว SiC ออกจากวัสดุรองรับได้สำเร็จ

ชั้น SiC ที่แยกออกมาจะผ่านการปรับสภาพพื้นผิวเพื่อให้ได้ความเรียบตามต้องการ และสามารถนำกลับมาใช้ใหม่ในกระบวนการยึดติดในภายหลังได้ เทคนิคนี้ช่วยลดความต้องการใช้วัสดุราคาแพงเมื่อเทียบกับการตัดผลึก SiC แบบเดิม แม้ว่าจะมีความท้าทายทางเทคนิคอยู่บ้าง แต่การวิจัยและพัฒนาก็กำลังก้าวหน้าอย่างต่อเนื่องเพื่อให้สามารถผลิตเวเฟอร์ที่มีต้นทุนต่ำลงได้

เนื่องจาก SiC มีความแข็งสูงและมีเสถียรภาพทางเคมี ซึ่งทำให้ทนทานต่อปฏิกิริยาที่อุณหภูมิห้อง จึงจำเป็นต้องมีการขัดด้วยเครื่องจักรเพื่อขจัดหลุมเจียรละเอียด ลดความเสียหายบนพื้นผิว ขจัดรอยขีดข่วน หลุม และตำหนิเปลือกส้ม ลดความหยาบของพื้นผิว ปรับปรุงความเรียบ และปรับปรุงคุณภาพพื้นผิว

เพื่อให้ได้พื้นผิวขัดเงาคุณภาพสูง จำเป็นต้อง:

ปรับชนิดของสารกัดกร่อน

ลดขนาดอนุภาค

เพิ่มประสิทธิภาพพารามิเตอร์กระบวนการ

เลือกวัสดุขัดเงาและแผ่นขัดที่มีความแข็งเพียงพอ

รูปที่ 7 แสดงให้เห็นว่าการขัดสองด้านด้วยสารกัดกร่อนขนาด 1 μm สามารถควบคุมความเรียบและความแตกต่างของความหนาได้ภายใน 10 μm และลดความหยาบของพื้นผิวลงเหลือประมาณ 0.25 นาโนเมตร

3.2 การขัดด้วยสารเคมีและกลไก (CMP)

การขัดด้วยสารเคมีเชิงกล (CMP) ผสมผสานการขัดด้วยอนุภาคละเอียดพิเศษเข้ากับการกัดกร่อนด้วยสารเคมี เพื่อสร้างพื้นผิวเรียบเรียบเป็นระนาบบนวัสดุที่กำลังประมวลผล หลักการพื้นฐานคือ:

ปฏิกิริยาเคมีเกิดขึ้นระหว่างสารละลายขัดเงาและพื้นผิวเวเฟอร์ ทำให้เกิดชั้นที่อ่อนนุ่ม

แรงเสียดทานระหว่างอนุภาคที่มีฤทธิ์กัดกร่อนและชั้นที่อ่อนนุ่มจะขจัดวัสดุออกไป

ข้อดีของ CMP:

เอาชนะข้อเสียของการขัดด้วยเครื่องจักรหรือสารเคมีล้วนๆ

บรรลุทั้งการวางแผนระดับโลกและระดับท้องถิ่น

ผลิตพื้นผิวที่มีความเรียบสูงและความหยาบต่ำ

ไม่ก่อให้เกิดความเสียหายทั้งบนพื้นผิวและใต้ผิวดิน

รายละเอียด:

เวเฟอร์จะเคลื่อนที่สัมพันธ์กับแผ่นขัดเงาภายใต้แรงกด

สารกัดกร่อนในระดับนาโนเมตร (เช่น SiO₂) ในสารละลายมีส่วนร่วมในการเฉือน ทำให้พันธะโควาเลนต์ Si–C อ่อนตัวลง และเพิ่มการกำจัดวัสดุ

ประเภทของเทคนิค CMP:

การขัดแบบขัดฟรี: สารกัดกร่อน (เช่น SiO₂) จะถูกแขวนลอยอยู่ในสารละลาย การกำจัดวัสดุเกิดขึ้นโดยการขัดสามส่วน (เวเฟอร์–แผ่น–สารกัดกร่อน) ขนาดของสารกัดกร่อน (โดยทั่วไปคือ 60–200 นาโนเมตร) ค่า pH และอุณหภูมิต้องได้รับการควบคุมอย่างแม่นยำเพื่อปรับปรุงความสม่ำเสมอ

การขัดด้วยสารกัดกร่อนแบบคงที่: สารกัดกร่อนจะถูกฝังอยู่ในแผ่นขัดเพื่อป้องกันการจับตัวเป็นก้อน เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการประมวลผลที่มีความแม่นยำสูง

การทำความสะอาดหลังการขัดเงา:

เวเฟอร์ขัดเงาจะต้องผ่านกระบวนการดังต่อไปนี้:

การทำความสะอาดทางเคมี (รวมถึงการกำจัดน้ำ DI และคราบตะกอน)

การล้างด้วยน้ำ DI และ

การอบแห้งด้วยไนโตรเจนร้อน

เพื่อลดการปนเปื้อนบนพื้นผิวให้เหลือน้อยที่สุด

คุณภาพและประสิทธิภาพของพื้นผิว

ความหยาบของพื้นผิวสามารถลดลงเหลือ Ra < 0.3 นาโนเมตร ซึ่งตรงตามข้อกำหนดด้านอิพิแทกซีของเซมิคอนดักเตอร์

การทำให้เรียบทั่วโลก: การผสมผสานระหว่างการทำให้อ่อนลงด้วยสารเคมีและการขจัดด้วยเครื่องจักรช่วยลดรอยขีดข่วนและการกัดที่ไม่สม่ำเสมอ ให้ประสิทธิภาพเหนือกว่าวิธีการทางกลหรือทางเคมีแบบบริสุทธิ์

ประสิทธิภาพสูง: เหมาะสำหรับวัสดุแข็งและเปราะ เช่น SiC ที่มีอัตราการขจัดวัสดุสูงกว่า 200 นาโนเมตร/ชม.

เทคนิคการขัดเงาใหม่ๆ อื่นๆ

นอกจาก CMP แล้ว ยังมีการเสนอวิธีทางเลือกอื่นๆ อีกด้วย ได้แก่:

การขัดด้วยไฟฟ้าเคมี การขัดหรือการกัดกร่อนด้วยตัวเร่งปฏิกิริยา และ

การขัดเงาด้วยสารไตรโบเคมี

อย่างไรก็ตาม วิธีการเหล่านี้ยังคงอยู่ในขั้นตอนการวิจัยและได้รับการพัฒนาช้าเนื่องจากคุณสมบัติของวัสดุ SiC ที่ท้าทาย

ในที่สุด การประมวลผล SiC ก็เป็นกระบวนการค่อยเป็นค่อยไปในการลดการบิดเบี้ยวและความหยาบเพื่อปรับปรุงคุณภาพพื้นผิว โดยที่ความเรียบและความหยาบนั้นมีความสำคัญอย่างยิ่งตลอดทุกขั้นตอน

เทคโนโลยีการประมวลผล

ในขั้นตอนการบดเวเฟอร์ สารละลายเพชรที่มีขนาดอนุภาคต่างกันจะถูกนำมาใช้บดเวเฟอร์ให้ได้ความเรียบและความหยาบของพื้นผิวตามต้องการ จากนั้นจึงทำการขัดเงาโดยใช้เทคนิคการขัดเชิงกลและทางเคมี (CMP) เพื่อผลิตเวเฟอร์ซิลิคอนคาร์ไบด์ (SiC) ขัดเงาที่ปราศจากความเสียหาย

หลังจากการขัดเงาแล้ว เวเฟอร์ SiC จะต้องผ่านการตรวจสอบคุณภาพอย่างเข้มงวดโดยใช้เครื่องมือต่างๆ เช่น กล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสงและเครื่องเลี้ยวเบนรังสีเอกซ์ เพื่อให้มั่นใจว่าพารามิเตอร์ทางเทคนิคทั้งหมดเป็นไปตามมาตรฐานที่กำหนด ในขั้นตอนสุดท้าย เวเฟอร์ที่ขัดเงาแล้วจะถูกทำความสะอาดด้วยสารทำความสะอาดเฉพาะทางและน้ำบริสุทธิ์พิเศษเพื่อกำจัดสิ่งปนเปื้อนบนพื้นผิว จากนั้นจึงนำไปอบแห้งด้วยก๊าซไนโตรเจนความบริสุทธิ์สูงพิเศษและเครื่องอบแห้งแบบหมุนวน ซึ่งทำให้กระบวนการผลิตทั้งหมดเสร็จสมบูรณ์

หลังจากความพยายามมาหลายปี กระบวนการผลิตผลึกเดี่ยว SiC ในประเทศจีนได้ก้าวหน้าไปอย่างมาก ในประเทศ ได้มีการพัฒนาผลึกเดี่ยว 4H-SiC แบบกึ่งฉนวนขนาด 100 มิลลิเมตร สำเร็จแล้ว และปัจจุบันสามารถผลิตผลึกเดี่ยว 4H-SiC และ 6H-SiC ชนิด n ได้เป็นชุด บริษัทอย่าง TankeBlue และ TYST ได้พัฒนาผลึกเดี่ยว SiC ขนาด 150 มิลลิเมตร เรียบร้อยแล้ว

ในด้านเทคโนโลยีการประมวลผลเวเฟอร์ SiC สถาบันในประเทศได้ศึกษาเบื้องต้นเกี่ยวกับเงื่อนไขและวิธีการสำหรับการตัด การบด และการขัดผลึก สถาบันเหล่านี้มีความสามารถในการผลิตตัวอย่างที่ตรงตามข้อกำหนดสำหรับการผลิตอุปกรณ์ อย่างไรก็ตาม เมื่อเปรียบเทียบกับมาตรฐานสากล คุณภาพการประมวลผลพื้นผิวของเวเฟอร์ในประเทศยังคงด้อยกว่าอย่างมาก มีหลายประเด็นที่ต้องพิจารณา:

ทฤษฎีและเทคโนโลยีการประมวลผล SiC ระดับนานาชาติได้รับการปกป้องอย่างเข้มงวดและไม่สามารถเข้าถึงได้ง่าย

ขาดการวิจัยเชิงทฤษฎีและการสนับสนุนการปรับปรุงและเพิ่มประสิทธิภาพกระบวนการ

ต้นทุนการนำเข้าอุปกรณ์และส่วนประกอบจากต่างประเทศสูง

การวิจัยภายในประเทศเกี่ยวกับการออกแบบอุปกรณ์ ความแม่นยำในการประมวลผล และวัสดุ ยังคงแสดงให้เห็นช่องว่างที่สำคัญเมื่อเทียบกับระดับนานาชาติ

ปัจจุบันเครื่องมือวัดความแม่นยำสูงส่วนใหญ่ที่ใช้ในประเทศจีนเป็นสินค้านำเข้า อุปกรณ์และวิธีการทดสอบก็จำเป็นต้องได้รับการปรับปรุงเพิ่มเติมเช่นกัน

ด้วยการพัฒนาอย่างต่อเนื่องของเซมิคอนดักเตอร์รุ่นที่สาม เส้นผ่านศูนย์กลางของแผ่นรองรับผลึกเดี่ยว SiC จึงเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง ประกอบกับข้อกำหนดด้านคุณภาพการประมวลผลพื้นผิวที่สูงขึ้น เทคโนโลยีการประมวลผลเวเฟอร์จึงกลายเป็นหนึ่งในขั้นตอนที่ท้าทายทางเทคนิคมากที่สุดหลังจากการเติบโตของผลึกเดี่ยว SiC

เพื่อรับมือกับความท้าทายที่มีอยู่ในกระบวนการแปรรูป จำเป็นต้องศึกษาเพิ่มเติมเกี่ยวกับกลไกที่เกี่ยวข้องกับการตัด การเจียร และการขัดเงา รวมถึงสำรวจวิธีการและกระบวนการที่เหมาะสมสำหรับการผลิตเวเฟอร์ SiC ขณะเดียวกัน จำเป็นต้องเรียนรู้จากเทคโนโลยีการแปรรูปขั้นสูงระดับนานาชาติ และนำเทคนิคและอุปกรณ์การตัดเฉือนที่มีความแม่นยำสูงที่ทันสมัยมาปรับใช้ เพื่อผลิตวัสดุพิมพ์คุณภาพสูง

เมื่อขนาดเวเฟอร์เพิ่มขึ้น ความยากในการเติบโตและแปรรูปผลึกก็เพิ่มขึ้นเช่นกัน อย่างไรก็ตาม ประสิทธิภาพการผลิตอุปกรณ์ปลายน้ำดีขึ้นอย่างมาก และต้นทุนต่อหน่วยก็ลดลง ปัจจุบัน ซัพพลายเออร์เวเฟอร์ SiC รายใหญ่ทั่วโลกนำเสนอผลิตภัณฑ์ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางตั้งแต่ 4 นิ้วถึง 6 นิ้ว บริษัทชั้นนำอย่าง Cree และ II-VI ได้เริ่มวางแผนพัฒนาสายการผลิตเวเฟอร์ SiC ขนาด 8 นิ้วแล้ว