สถานะปัจจุบันและแนวโน้มของเทคโนโลยีการประมวลผลเวเฟอร์ SiC

ในฐานะวัสดุพื้นฐานเซมิคอนดักเตอร์รุ่นที่สามซิลิคอนคาร์ไบด์ (SiC)ผลึกเดี่ยว SiC มีโอกาสในการใช้งานอย่างกว้างขวางในการผลิตอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ความถี่สูงและกำลังสูง เทคโนโลยีการแปรรูป SiC มีบทบาทสำคัญในการผลิตวัสดุพื้นผิวคุณภาพสูง บทความนี้แนะนำสถานะปัจจุบันของการวิจัยเกี่ยวกับเทคโนโลยีการแปรรูป SiC ทั้งในประเทศจีนและต่างประเทศ โดยวิเคราะห์และเปรียบเทียบกลไกของกระบวนการตัด การเจียร และการขัดเงา ตลอดจนแนวโน้มของความเรียบและความหยาบของพื้นผิวเวเฟอร์ นอกจากนี้ยังชี้ให้เห็นถึงความท้าทายที่มีอยู่ในการแปรรูปเวเฟอร์ SiC และหารือเกี่ยวกับทิศทางการพัฒนาในอนาคต

ซิลิคอนคาร์ไบด์ (SiC)แผ่นเวเฟอร์เป็นวัสดุพื้นฐานที่สำคัญยิ่งสำหรับอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์รุ่นที่สาม และมีความสำคัญและศักยภาพทางการตลาดอย่างมากในสาขาต่างๆ เช่น ไมโครอิเล็กทรอนิกส์ อิเล็กทรอนิกส์กำลัง และหลอดไฟเซมิคอนดักเตอร์ เนื่องจากมีความแข็งและความเสถียรทางเคมีสูงมากผลึกเดี่ยว SiCวิธีการผลิตเซมิคอนดักเตอร์แบบดั้งเดิมไม่เหมาะสมอย่างยิ่งสำหรับการขึ้นรูปผลึกเดี่ยว SiC แม้ว่าบริษัทระหว่างประเทศหลายแห่งจะทำการวิจัยอย่างกว้างขวางเกี่ยวกับกระบวนการผลิตผลึกเดี่ยว SiC ที่มีความซับซ้อนทางเทคนิค แต่เทคโนโลยีที่เกี่ยวข้องยังคงถูกเก็บเป็นความลับอย่างเข้มงวด

ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา จีนได้เพิ่มความพยายามในการพัฒนาวัสดุและอุปกรณ์ผลึกเดี่ยว SiC มากขึ้น อย่างไรก็ตาม ความก้าวหน้าของเทคโนโลยีอุปกรณ์ SiC ในประเทศในปัจจุบันถูกจำกัดด้วยข้อจำกัดด้านเทคโนโลยีการผลิตและคุณภาพของแผ่นเวเฟอร์ ดังนั้น จึงเป็นสิ่งสำคัญที่จีนจะต้องปรับปรุงขีดความสามารถในการผลิต SiC เพื่อเพิ่มคุณภาพของแผ่นผลึกเดี่ยว SiC และบรรลุการใช้งานจริงและการผลิตในปริมาณมาก

ขั้นตอนการแปรรูปหลักประกอบด้วย: การตัด → การเจียรหยาบ → การเจียรละเอียด → การขัดหยาบ (การขัดเงาเชิงกล) → การขัดละเอียด (การขัดเงาเชิงกลเคมี, CMP) → การตรวจสอบ

การตัดผลึกเดี่ยว SiC

ในการประมวลผลของผลึกเดี่ยว SiCการตัดเป็นขั้นตอนแรกและมีความสำคัญอย่างยิ่ง ความโค้งงอ การบิดเบี้ยว และความแปรผันของความหนารวม (TTV) ของแผ่นเวเฟอร์ที่เกิดจากกระบวนการตัดจะเป็นตัวกำหนดคุณภาพและประสิทธิภาพของการเจียรและการขัดเงาในขั้นตอนต่อไป

เครื่องมือตัดสามารถจำแนกตามรูปทรงได้เป็น เลื่อยเพชรแบบเส้นผ่านศูนย์กลางภายใน (ID), เลื่อยเพชรแบบเส้นผ่านศูนย์กลางภายนอก (OD), เลื่อยสายพาน และเลื่อยลวด ส่วนเลื่อยลวดนั้น สามารถจำแนกตามประเภทการเคลื่อนที่ได้เป็นระบบลวดแบบสั่นและระบบลวดแบบวนซ้ำ (ไม่มีที่สิ้นสุด) โดยพิจารณาจากกลไกการตัดของวัสดุขัด เลื่อยลวดสามารถแบ่งเทคนิคการตัดออกเป็นสองประเภท ได้แก่ การเลื่อยลวดแบบวัสดุขัดอิสระและการเลื่อยลวดเพชรแบบวัสดุขัดคงที่

1.1 วิธีการตัดผมแบบดั้งเดิม

ความลึกในการตัดของเลื่อยแบบเส้นผ่านศูนย์กลางภายนอก (OD) นั้นจำกัดด้วยเส้นผ่านศูนย์กลางของใบเลื่อย ในระหว่างกระบวนการตัด ใบเลื่อยมีแนวโน้มที่จะสั่นและเบี่ยงเบน ส่งผลให้เกิดเสียงดังและมีความแข็งแรงต่ำ เลื่อยแบบเส้นผ่านศูนย์กลางภายใน (ID) ใช้สารขัดเพชรที่เส้นรอบวงด้านในของใบเลื่อยเป็นคมตัด ใบเลื่อยเหล่านี้สามารถบางได้ถึง 0.2 มม. ในระหว่างการตัด ใบเลื่อย ID จะหมุนด้วยความเร็วสูง ในขณะที่วัสดุที่จะตัดเคลื่อนที่ในแนวรัศมีสัมพันธ์กับศูนย์กลางของใบเลื่อย ทำให้เกิดการตัดผ่านการเคลื่อนที่สัมพัทธ์นี้

เลื่อยสายพานเพชรต้องหยุดและกลับทิศทางบ่อยครั้ง และความเร็วในการตัดต่ำมาก โดยทั่วไปไม่เกิน 2 เมตร/วินาที นอกจากนี้ยังสึกหรอเร็วและมีค่าบำรุงรักษาสูง เนื่องจากความกว้างของใบเลื่อย รัศมีของการตัดจึงไม่สามารถแคบเกินไปได้ และไม่สามารถตัดหลายชิ้นพร้อมกันได้ เครื่องมือเลื่อยแบบดั้งเดิมเหล่านี้มีข้อจำกัดด้านความแข็งแรงของฐาน และไม่สามารถตัดโค้งหรือมีรัศมีวงเลี้ยวที่จำกัดได้ สามารถตัดได้เฉพาะเส้นตรงเท่านั้น ทำให้เกิดรอยตัดกว้าง มีอัตราผลผลิตต่ำ และจึงไม่เหมาะสำหรับการตัดผลึก SiC.

1.2 เลื่อยลวดขัดแบบหลายเส้น (ฟรี)

เทคนิคการตัดด้วยเลื่อยลวดขัดแบบอิสระใช้การเคลื่อนที่อย่างรวดเร็วของลวดเพื่อนำสารขัดเข้าไปในร่องตัด ทำให้สามารถกำจัดวัสดุได้ โดยหลักแล้วจะใช้โครงสร้างแบบเคลื่อนที่ไปมา และปัจจุบันเป็นวิธีการที่พัฒนาแล้วและใช้กันอย่างแพร่หลายสำหรับการตัดแผ่นเวเฟอร์หลายแผ่นของซิลิคอนผลึกเดี่ยวอย่างมีประสิทธิภาพ อย่างไรก็ตาม การนำไปประยุกต์ใช้ในการตัด SiC ยังไม่ได้รับการศึกษาอย่างกว้างขวางนัก

เลื่อยลวดขัดแบบอิสระสามารถประมวลผลเวเฟอร์ที่มีความหนาน้อยกว่า 300 ไมโครเมตรได้ มีข้อดีคือ การสูญเสียเนื้อวัสดุน้อย ไม่ค่อยทำให้เกิดการบิ่น และได้คุณภาพพื้นผิวค่อนข้างดี อย่างไรก็ตาม เนื่องจากกลไกการกำจัดวัสดุซึ่งอาศัยการกลิ้งและการกดของสารขัด พื้นผิวเวเฟอร์จึงมีแนวโน้มที่จะเกิดความเครียดตกค้าง รอยแตกขนาดเล็ก และชั้นความเสียหายที่ลึกขึ้น ซึ่งนำไปสู่การบิดเบี้ยวของเวเฟอร์ ทำให้ควบคุมความแม่นยำของรูปทรงพื้นผิวได้ยาก และเพิ่มภาระให้กับขั้นตอนการประมวลผลในภายหลัง

ประสิทธิภาพการตัดได้รับอิทธิพลอย่างมากจากสารละลายขัดถู จำเป็นต้องรักษาความคมของเม็ดขัดถูและความเข้มข้นของสารละลายขัดถู การบำบัดและการรีไซเคิลสารละลายขัดถูมีค่าใช้จ่ายสูง เมื่อตัดแท่งโลหะขนาดใหญ่ เม็ดขัดถูจะแทรกซึมเข้าไปในร่องตัดที่ลึกและยาวได้ยาก ภายใต้ขนาดเม็ดขัดถูที่เท่ากัน การสูญเสียในร่องตัดจะมากกว่าเลื่อยลวดขัดถูแบบคงที่

1.3 เลื่อยลวดเพชรขัดแบบคงที่สำหรับการตัดหลายเส้น

เลื่อยลวดเพชรแบบยึดติดถาวรโดยทั่วไปผลิตโดยการฝังอนุภาคเพชรลงบนพื้นผิวลวดเหล็กผ่านวิธีการชุบด้วยไฟฟ้า การเผาผนึก หรือการยึดติดด้วยเรซิน เลื่อยลวดเพชรแบบชุบด้วยไฟฟ้ามีข้อดีหลายประการ เช่น รอยตัดแคบกว่า คุณภาพการตัดดีกว่า ประสิทธิภาพสูงกว่า การปนเปื้อนน้อยกว่า และสามารถตัดวัสดุที่มีความแข็งสูงได้

ปัจจุบัน เลื่อยลวดเพชรชุบไฟฟ้าแบบเคลื่อนที่ไปมาเป็นวิธีการตัด SiC ที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุด รูปที่ 1 (ไม่ได้แสดงในที่นี้) แสดงให้เห็นถึงความเรียบของพื้นผิวแผ่นเวเฟอร์ SiC ที่ตัดโดยใช้เทคนิคนี้ เมื่อการตัดดำเนินไป การบิดเบี้ยวของแผ่นเวเฟอร์จะเพิ่มขึ้น เนื่องจากพื้นที่สัมผัสระหว่างลวดกับวัสดุจะเพิ่มขึ้นเมื่อลวดเคลื่อนที่ลง ทำให้ความต้านทานและการสั่นสะเทือนของลวดเพิ่มขึ้น เมื่อลวดไปถึงเส้นผ่านศูนย์กลางสูงสุดของแผ่นเวเฟอร์ การสั่นสะเทือนจะถึงจุดสูงสุด ส่งผลให้การบิดเบี้ยวสูงสุด

ในขั้นตอนการตัดช่วงหลังๆ เนื่องจากลวดมีการเร่งความเร็ว เคลื่อนที่ด้วยความเร็วคงที่ ลดความเร็ว หยุด และกลับทิศทาง รวมถึงความยากลำบากในการกำจัดเศษวัสดุด้วยสารหล่อเย็น ทำให้คุณภาพพื้นผิวของแผ่นเวเฟอร์เสื่อมลง การกลับทิศทางของลวดและความผันผวนของความเร็ว รวมถึงอนุภาคเพชรขนาดใหญ่บนลวด เป็นสาเหตุหลักของรอยขีดข่วนบนพื้นผิว

1.4 เทคโนโลยีการแยกด้วยความเย็น

การแยกผลึกเดี่ยว SiC ด้วยความเย็นเป็นกระบวนการที่ล้ำสมัยในสาขาการแปรรูปวัสดุเซมิคอนดักเตอร์รุ่นที่สาม ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา กระบวนการนี้ได้รับความสนใจอย่างมากเนื่องจากมีข้อดีที่โดดเด่นในการเพิ่มผลผลิตและลดการสูญเสียวัสดุ เทคโนโลยีนี้สามารถวิเคราะห์ได้จากสามด้าน ได้แก่ หลักการทำงาน กระบวนการทำงาน และข้อดีหลักๆ

การกำหนดทิศทางการเรียงตัวของผลึกและการเจียรขอบนอก: ก่อนการแปรรูป จะต้องกำหนดทิศทางการเรียงตัวของผลึกของแท่งซิลิคอนคาร์ไบด์เสียก่อน จากนั้นจึงขึ้นรูปแท่งซิลิคอนคาร์ไบด์ให้เป็นโครงสร้างทรงกระบอก (โดยทั่วไปเรียกว่าแผ่นซิลิคอนคาร์ไบด์) โดยการเจียรขอบนอก ขั้นตอนนี้เป็นการวางรากฐานสำหรับการตัดและการหั่นในทิศทางต่างๆ ต่อไป

การตัดด้วยลวดหลายเส้น: วิธีนี้ใช้ผงขัดร่วมกับลวดตัดเพื่อตัดแท่งโลหะทรงกระบอก อย่างไรก็ตาม วิธีนี้มีข้อเสียคือ การสูญเสียเนื้อโลหะบริเวณรอยตัดและพื้นผิวไม่เรียบอย่างมาก

เทคโนโลยีการตัดด้วยเลเซอร์: เลเซอร์ถูกนำมาใช้เพื่อสร้างชั้นที่ปรับเปลี่ยนภายในผลึก ซึ่งสามารถตัดแยกเป็นชิ้นบางๆ ได้ วิธีนี้ช่วยลดการสูญเสียวัสดุและเพิ่มประสิทธิภาพในการประมวลผล ทำให้เป็นแนวทางใหม่ที่น่าสนใจสำหรับการตัดแผ่นเวเฟอร์ SiC

การเพิ่มประสิทธิภาพกระบวนการตัด

การตัดด้วยลวดขัดแบบคงที่หลายเส้น: ปัจจุบันเทคโนโลยีนี้เป็นเทคโนโลยีหลักที่เหมาะสมกับคุณสมบัติความแข็งสูงของ SiC

เทคโนโลยีการตัดเฉือนด้วยการปล่อยประจุไฟฟ้า (EDM) และการแยกเย็น: วิธีการเหล่านี้ให้โซลูชันที่หลากหลายซึ่งปรับให้เหมาะสมกับความต้องการเฉพาะด้าน

กระบวนการขัดเงา: การรักษาสมดุลระหว่างอัตราการขจัดวัสดุและความเสียหายของพื้นผิวเป็นสิ่งสำคัญ การขัดเงาเชิงกลเคมี (CMP) ถูกนำมาใช้เพื่อปรับปรุงความสม่ำเสมอของพื้นผิว

การตรวจสอบแบบเรียลไทม์: มีการนำเทคโนโลยีการตรวจสอบออนไลน์มาใช้เพื่อตรวจสอบความหยาบของพื้นผิวแบบเรียลไทม์

การตัดด้วยเลเซอร์: เทคนิคนี้ช่วยลดการสูญเสียบริเวณรอยตัดและทำให้รอบการประมวลผลสั้นลง แม้ว่าบริเวณที่ได้รับผลกระทบจากความร้อนยังคงเป็นความท้าทายอยู่ก็ตาม

เทคโนโลยีการประมวลผลแบบผสมผสาน: การผสมผสานวิธีการทางกลและทางเคมีช่วยเพิ่มประสิทธิภาพในการประมวลผล

เทคโนโลยีนี้ได้ถูกนำไปใช้ในอุตสาหกรรมแล้ว ตัวอย่างเช่น Infineon ได้เข้าซื้อกิจการ SILTECTRA และปัจจุบันถือครองสิทธิบัตรหลักที่สนับสนุนการผลิตเวเฟอร์ขนาด 8 นิ้วในปริมาณมาก ในประเทศจีน บริษัทต่างๆ เช่น Delong Laser ได้บรรลุประสิทธิภาพการผลิต 30 เวเฟอร์ต่อแท่งสำหรับกระบวนการผลิตเวเฟอร์ขนาด 6 นิ้ว ซึ่งคิดเป็นประสิทธิภาพที่ดีขึ้น 40% เมื่อเทียบกับวิธีการแบบดั้งเดิม

เนื่องจากการผลิตอุปกรณ์ภายในประเทศเร่งตัวขึ้น เทคโนโลยีนี้คาดว่าจะกลายเป็นโซลูชันหลักสำหรับการแปรรูปแผ่นรองพื้น SiC ด้วยขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางของวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ที่ใหญ่ขึ้น วิธีการตัดแบบดั้งเดิมจึงล้าสมัยไปแล้ว ในบรรดาตัวเลือกที่มีอยู่ เทคโนโลยีเลื่อยลวดเพชรแบบสั่นแสดงให้เห็นถึงโอกาสในการใช้งานที่น่าสนใจที่สุด การตัดด้วยเลเซอร์ซึ่งเป็นเทคนิคใหม่ที่กำลังมาแรง มีข้อดีมากมายและคาดว่าจะกลายเป็นวิธีการตัดหลักในอนาคต

2.การบดผลึกเดี่ยว SiC

ซิลิคอนคาร์ไบด์ (SiC) ซึ่งเป็นตัวแทนของสารกึ่งตัวนำรุ่นที่สาม มีข้อดีมากมาย เช่น แถบพลังงานกว้าง สนามไฟฟ้าที่ทำให้เกิดการแตกตัวสูง ความเร็วการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนอิ่มตัวสูง และการนำความร้อนที่ดีเยี่ยม คุณสมบัติเหล่านี้ทำให้ SiC มีข้อได้เปรียบอย่างยิ่งในการใช้งานแรงดันสูง (เช่น สภาพแวดล้อม 1200V) เทคโนโลยีการประมวลผลสำหรับพื้นผิว SiC เป็นส่วนสำคัญของการผลิตอุปกรณ์ คุณภาพและความแม่นยำของพื้นผิวส่งผลโดยตรงต่อคุณภาพของชั้นเอพิแทกเซียลและประสิทธิภาพของอุปกรณ์ขั้นสุดท้าย

จุดประสงค์หลักของกระบวนการเจียรคือการขจัดรอยเลื่อยและชั้นความเสียหายที่เกิดขึ้นระหว่างการตัด และแก้ไขการเสียรูปที่เกิดจากกระบวนการตัด เนื่องจาก SiC มีความแข็งสูงมาก การเจียรจึงต้องใช้สารขัดถูที่แข็ง เช่น โบรอนคาร์ไบด์หรือเพชร การเจียรแบบดั้งเดิมมักแบ่งออกเป็น การเจียรหยาบและการเจียรละเอียด

2.1 การบดหยาบและการบดละเอียด

การเจียรสามารถแบ่งประเภทได้ตามขนาดของอนุภาคขัด:

การเจียรหยาบ: ใช้เม็ดขัดขนาดใหญ่เป็นหลักเพื่อขจัดรอยเลื่อยและชั้นความเสียหายที่เกิดขึ้นระหว่างการหั่น ทำให้ประสิทธิภาพในการประมวลผลดีขึ้น

การเจียรละเอียด: ใช้สารขัดถูที่มีขนาดเล็กกว่าเพื่อขจัดชั้นความเสียหายที่เกิดจากการเจียรหยาบ ลดความหยาบของพื้นผิว และเพิ่มคุณภาพของพื้นผิว

ผู้ผลิตแผ่นรองพื้น SiC ในประเทศหลายรายใช้กระบวนการผลิตขนาดใหญ่ วิธีที่นิยมใช้คือการเจียรสองด้านโดยใช้แผ่นเหล็กหล่อและสารละลายเพชรผลึกเดี่ยว กระบวนการนี้ช่วยขจัดชั้นความเสียหายที่เกิดจากการเลื่อยด้วยลวดได้อย่างมีประสิทธิภาพ ปรับรูปทรงของแผ่นเวเฟอร์ และลดค่า TTV (ความแปรผันของความหนารวม) ความโค้ง และการบิดเบี้ยว อัตราการกำจัดวัสดุมีความเสถียร โดยทั่วไปอยู่ที่ 0.8–1.2 ไมโครเมตร/นาที อย่างไรก็ตาม พื้นผิวของแผ่นเวเฟอร์ที่ได้จะมีลักษณะด้านและมีความหยาบค่อนข้างสูง โดยทั่วไปอยู่ที่ประมาณ 50 นาโนเมตร ซึ่งทำให้ต้องใช้ความแม่นยำสูงขึ้นในขั้นตอนการขัดเงาต่อไป

2.2 การเจียรด้านเดียว

กระบวนการเจียรด้านเดียวจะเจียรแผ่นเวเฟอร์ทีละด้านเท่านั้น ในขั้นตอนนี้ แผ่นเวเฟอร์จะถูกยึดด้วยขี้ผึ้งบนแผ่นเหล็ก ภายใต้แรงกด แผ่นเวเฟอร์จะเกิดการเปลี่ยนรูปเล็กน้อย และพื้นผิวด้านบนจะเรียบขึ้น หลังจากเจียรเสร็จแล้ว พื้นผิวด้านล่างจะถูกปรับให้เรียบ เมื่อเอาแรงกดออก พื้นผิวด้านบนจะพยายามกลับคืนสู่รูปทรงเดิม ซึ่งส่งผลกระทบต่อพื้นผิวด้านล่างที่เจียรไปแล้วด้วย ทำให้ทั้งสองด้านบิดเบี้ยวและเสียความเรียบไป

นอกจากนี้ แผ่นเจียรอาจเว้าลงอย่างรวดเร็ว ทำให้แผ่นเวเฟอร์นูนขึ้น เพื่อรักษาความเรียบของแผ่นเจียร จึงจำเป็นต้องเจียรแต่งแผ่นเจียรบ่อยครั้ง เนื่องจากประสิทธิภาพต่ำและความเรียบของแผ่นเวเฟอร์ไม่ดี การเจียรด้านเดียวจึงไม่เหมาะสำหรับการผลิตจำนวนมาก

โดยทั่วไปแล้ว จะใช้ล้อเจียรเบอร์ #8000 สำหรับการเจียรละเอียด ในประเทศญี่ปุ่น กระบวนการนี้ค่อนข้างพัฒนาแล้ว และยังใช้ล้อขัดเงาเบอร์ #30000 อีกด้วย วิธีนี้ช่วยให้ความหยาบของพื้นผิวของเวเฟอร์ที่ผ่านกระบวนการแล้วต่ำกว่า 2 นาโนเมตร ทำให้เวเฟอร์พร้อมสำหรับการขัดเงาด้วยสารเคมีและเชิงกล (CMP) ขั้นสุดท้ายโดยไม่ต้องผ่านกระบวนการเพิ่มเติม

2.3 เทคโนโลยีการลดความหนาด้านเดียว

เทคโนโลยีการเจียรด้านเดียวด้วยเพชรเป็นวิธีการเจียรด้านเดียวแบบใหม่ ดังแสดงในรูปที่ 5 (ไม่ได้แสดงในที่นี้) กระบวนการนี้ใช้แผ่นเจียรที่ยึดด้วยเพชร แผ่นเวเฟอร์จะถูกยึดด้วยการดูดสุญญากาศ ในขณะที่ทั้งแผ่นเวเฟอร์และล้อเจียรเพชรหมุนไปพร้อมกัน ล้อเจียรจะค่อยๆ เคลื่อนลงด้านล่างเพื่อเจียรแผ่นเวเฟอร์ให้บางลงจนถึงความหนาเป้าหมาย เมื่อเจียรด้านหนึ่งเสร็จแล้ว ก็จะพลิกแผ่นเวเฟอร์เพื่อเจียรอีกด้านหนึ่ง

หลังจากผ่านกระบวนการทำให้บางลงแล้ว แผ่นเวเฟอร์ขนาด 100 มม. จะได้คุณสมบัติดังนี้:

โค้ง < 5 ไมโครเมตร

TTV < 2 μm

ความหยาบของพื้นผิว < 1 นาโนเมตร

วิธีการประมวลผลแบบแผ่นเวเฟอร์เดี่ยวนี้ให้ความเสถียรสูง ความสม่ำเสมอดีเยี่ยม และอัตราการกำจัดวัสดุสูง เมื่อเทียบกับการเจียรสองด้านแบบดั้งเดิม เทคนิคนี้ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการเจียรได้มากกว่า 50%

2.4 การเจียรสองด้าน

การเจียรสองด้านใช้แผ่นเจียรทั้งด้านบนและด้านล่างเพื่อเจียรพื้นผิวทั้งสองด้านพร้อมกัน ทำให้มั่นใจได้ว่าพื้นผิวทั้งสองด้านมีคุณภาพดีเยี่ยม

ในระหว่างกระบวนการ แผ่นเจียรจะเริ่มกดลงบนจุดที่สูงที่สุดของชิ้นงานก่อน ทำให้เกิดการเสียรูปและการค่อยๆ ขจัดวัสดุออกไป ณ จุดเหล่านั้น เมื่อจุดที่สูงที่สุดถูกปรับให้เรียบแล้ว แรงกดบนชิ้นงานจะค่อยๆ สม่ำเสมอมากขึ้น ส่งผลให้การเสียรูปเกิดขึ้นอย่างสม่ำเสมอทั่วทั้งพื้นผิว ทำให้สามารถเจียรพื้นผิวทั้งด้านบนและด้านล่างได้อย่างเท่ากัน เมื่อการเจียรเสร็จสมบูรณ์และปล่อยแรงกดแล้ว แต่ละส่วนของชิ้นงานจะคืนตัวอย่างสม่ำเสมอเนื่องจากได้รับแรงกดที่เท่ากัน ส่งผลให้การบิดเบี้ยวลดลงและได้พื้นผิวที่เรียบดี

ความหยาบของพื้นผิวเวเฟอร์หลังการเจียรขึ้นอยู่กับขนาดอนุภาคของสารขัดถู โดยอนุภาคขนาดเล็กจะให้พื้นผิวที่เรียบกว่า เมื่อใช้สารขัดถูขนาด 5 ไมโครเมตรสำหรับการเจียรสองด้าน ความเรียบและความแปรผันของความหนาของเวเฟอร์สามารถควบคุมได้ภายใน 5 ไมโครเมตร การวัดด้วยกล้องจุลทรรศน์แรงอะตอม (AFM) แสดงให้เห็นความหยาบของพื้นผิว (Rq) ประมาณ 100 นาโนเมตร โดยมีหลุมเจียรลึกถึง 380 นาโนเมตร และรอยเส้นตรงที่มองเห็นได้ซึ่งเกิดจากการกระทำของสารขัดถู

วิธีการที่ทันสมัยกว่านั้นเกี่ยวข้องกับการขัดสองด้านโดยใช้แผ่นโฟมโพลียูรีเทนร่วมกับสารละลายเพชรผลึกหลายเหลี่ยม กระบวนการนี้ผลิตแผ่นเวเฟอร์ที่มีความเรียบผิวต่ำมาก โดยได้ค่า Ra < 3 นาโนเมตร ซึ่งเป็นประโยชน์อย่างยิ่งสำหรับการขัดเงาพื้นผิว SiC ในขั้นตอนต่อไป

อย่างไรก็ตาม รอยขีดข่วนบนพื้นผิวยังคงเป็นปัญหาที่ยังแก้ไม่ตก นอกจากนี้ เพชรผลึกหลายเหลี่ยมที่ใช้ในกระบวนการนี้ผลิตขึ้นโดยวิธีการสังเคราะห์ด้วยแรงระเบิด ซึ่งเป็นเรื่องที่ท้าทายทางเทคนิค ให้ผลผลิตในปริมาณน้อย และมีราคาแพงมาก

การขัดเงาผลึกเดี่ยว SiC

เพื่อให้ได้พื้นผิวขัดเงาคุณภาพสูงบนแผ่นเวเฟอร์ซิลิคอนคาร์ไบด์ (SiC) การขัดเงาต้องกำจัดรอยบุ๋มจากการเจียรและรอยหยักบนพื้นผิวระดับนาโนเมตรออกไปอย่างสมบูรณ์ เป้าหมายคือการสร้างพื้นผิวที่เรียบ ปราศจากข้อบกพร่อง การปนเปื้อน หรือการเสื่อมสภาพ ปราศจากความเสียหายใต้พื้นผิว และไม่มีความเครียดตกค้างบนพื้นผิว

3.1 การขัดเงาเชิงกลและการขัดเงาด้วยความร้อน (CMP) ของแผ่นเวเฟอร์ SiC

หลังจากที่ผลึกเดี่ยว SiC เจริญเติบโตแล้ว ข้อบกพร่องบนพื้นผิวจะทำให้ไม่สามารถนำไปใช้ในการเจริญเติบโตแบบเอพิเท็กเซียลได้โดยตรง ดังนั้นจึงจำเป็นต้องมีการประมวลผลเพิ่มเติม ขั้นแรก ผลึกจะถูกขึ้นรูปให้เป็นทรงกระบอกมาตรฐานโดยการปัดให้กลม จากนั้นจึงตัดเป็นแผ่นเวเฟอร์โดยใช้เครื่องตัดลวด ตามด้วยการตรวจสอบทิศทางผลึก การขัดเงาเป็นขั้นตอนสำคัญในการปรับปรุงคุณภาพของเวเฟอร์ โดยแก้ไขความเสียหายที่อาจเกิดขึ้นกับพื้นผิวอันเนื่องมาจากข้อบกพร่องในการเจริญเติบโตของผลึกและขั้นตอนการประมวลผลก่อนหน้านี้

มีวิธีการหลักสี่วิธีในการกำจัดชั้นความเสียหายบนพื้นผิวของ SiC:

การขัดเงาด้วยเครื่องจักร: ง่ายแต่ทำให้เกิดรอยขีดข่วน เหมาะสำหรับการขัดเงาขั้นต้น

การขัดเงาเชิงกลเคมี (CMP): ขจัดรอยขีดข่วนด้วยการกัดกร่อนทางเคมี เหมาะสำหรับการขัดเงาที่ต้องการความแม่นยำสูง

การกัดด้วยไฮโดรเจน: ต้องใช้อุปกรณ์ที่ซับซ้อน ซึ่งมักใช้ในกระบวนการ HTCVD

การขัดเงาด้วยพลาสมา: กระบวนการซับซ้อนและไม่ค่อยได้ใช้

การขัดเงาด้วยกลไกเพียงอย่างเดียวมักทำให้เกิดรอยขีดข่วน ในขณะที่การขัดเงาด้วยสารเคมีเพียงอย่างเดียวอาจทำให้เกิดการกัดกร่อนที่ไม่สม่ำเสมอ CMP ผสานข้อดีทั้งสองอย่างเข้าด้วยกันและนำเสนอโซลูชันที่มีประสิทธิภาพและคุ้มค่า

หลักการทำงานของ CMP

กระบวนการ CMP ทำงานโดยการหมุนแผ่นเวเฟอร์ภายใต้แรงดันที่กำหนดไว้ให้สัมผัสกับแผ่นขัดที่หมุนอยู่ การเคลื่อนที่สัมพัทธ์นี้ kết hợp กับการขัดถูเชิงกลจากสารขัดขนาดนาโนในสารละลาย และปฏิกิริยาทางเคมีของสารตัวเร่งปฏิกิริยา จะทำให้พื้นผิวเรียบเสมอกัน

วัสดุหลักที่ใช้:

น้ำยาขัดเงา: ประกอบด้วยสารขัดและสารเคมี

แผ่นขัดเงา: สึกหรอลงระหว่างการใช้งาน ทำให้ขนาดรูพรุนลดลงและประสิทธิภาพการส่งน้ำยาขัดเงาลดลง จำเป็นต้องทำการลับคมแผ่นขัดเป็นประจำ โดยทั่วไปจะใช้เครื่องมือลับคมเพชร เพื่อคืนความเรียบของพื้นผิว

กระบวนการ CMP ทั่วไป

สารขัด: สารละลายเพชรขนาด 0.5 ไมโครเมตร

ความหยาบของพื้นผิวเป้าหมาย: ~0.7 นาโนเมตร

การขัดเงาด้วยกระบวนการทางเคมีและเชิงกล:

อุปกรณ์ขัดเงา: เครื่องขัดเงาด้านเดียว AP-810

แรงดัน: 200 กรัม/ซม.²

ความเร็วรอบจาน: 50 รอบต่อนาที

ความเร็วของตัวจับเซรามิก: 38 รอบต่อนาที

ส่วนประกอบของสารละลายข้น:

ซิลิกา (30% โดยน้ำหนัก, pH = 10.15)

H₂O₂ 0–70 wt% (30 wt%, เกรดสารเคมี)

ปรับค่า pH ให้เป็น 8.5 โดยใช้ KOH 5% โดยน้ำหนัก และ HNO₃ 1% โดยน้ำหนัก

อัตราการไหลของสารละลายข้น: 3 ลิตร/นาที (หมุนเวียน)

กระบวนการนี้ช่วยปรับปรุงคุณภาพของแผ่นเวเฟอร์ SiC ได้อย่างมีประสิทธิภาพ และตรงตามข้อกำหนดสำหรับกระบวนการขั้นต่อไป

ความท้าทายทางเทคนิคในการขัดเงาเชิงกล

ซิลิคอนคาร์ไบด์ (SiC) เป็นสารกึ่งตัวนำที่มีช่องว่างพลังงานกว้าง มีบทบาทสำคัญในอุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์ ด้วยคุณสมบัติทางกายภาพและเคมีที่ยอดเยี่ยม ผลึกเดี่ยวของ SiC จึงเหมาะสำหรับสภาพแวดล้อมที่รุนแรง เช่น อุณหภูมิสูง ความถี่สูง กำลังไฟฟ้าสูง และทนต่อรังสี อย่างไรก็ตาม ลักษณะที่แข็งและเปราะของมันเป็นความท้าทายอย่างมากในการเจียรและขัดเงา

ขณะที่ผู้ผลิตชั้นนำระดับโลกกำลังเปลี่ยนจากเวเฟอร์ขนาด 6 นิ้วไปเป็น 8 นิ้ว ปัญหาต่างๆ เช่น การแตกร้าวและความเสียหายของเวเฟอร์ระหว่างกระบวนการผลิตก็เริ่มเด่นชัดขึ้น ส่งผลกระทบอย่างมากต่อผลผลิต การแก้ไขปัญหาทางเทคนิคของแผ่นรองพื้น SiC ขนาด 8 นิ้วจึงเป็นเป้าหมายสำคัญสำหรับการพัฒนาอุตสาหกรรมในปัจจุบัน

ในยุคของแผ่นเวเฟอร์ขนาด 8 นิ้ว กระบวนการผลิตแผ่นเวเฟอร์ SiC ต้องเผชิญกับความท้าทายมากมาย:

การลดขนาดแผ่นเวเฟอร์เป็นสิ่งจำเป็นเพื่อเพิ่มผลผลิตชิปต่อชุด ลดการสูญเสียที่ขอบ และลดต้นทุนการผลิต โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อความต้องการในแอปพลิเคชันยานยนต์ไฟฟ้าเพิ่มสูงขึ้น

แม้ว่าการผลิตผลึกเดี่ยว SiC ขนาด 8 นิ้วจะพัฒนาไปมากแล้ว แต่กระบวนการขั้นสุดท้าย เช่น การเจียรและการขัดเงายังคงประสบปัญหาคอขวด ส่งผลให้ผลผลิตต่ำ (เพียง 40–50%)

แผ่นเวเฟอร์ขนาดใหญ่จะมีการกระจายแรงดันที่ซับซ้อนกว่า ทำให้การจัดการความเครียดจากการขัดเงาและความสม่ำเสมอของผลผลิตทำได้ยากขึ้น

แม้ว่าความหนาของเวเฟอร์ขนาด 8 นิ้วจะใกล้เคียงกับเวเฟอร์ขนาด 6 นิ้ว แต่ก็มีแนวโน้มที่จะเสียหายได้ง่ายกว่าระหว่างการขนส่งเนื่องจากความเครียดและการบิดเบี้ยว

การตัดด้วยเลเซอร์ถูกนำมาใช้มากขึ้นเพื่อลดความเครียด การบิดเบี้ยว และการแตกร้าวที่เกิดจากการตัด อย่างไรก็ตาม:

เลเซอร์ที่มีความยาวคลื่นสูงจะก่อให้เกิดความเสียหายจากความร้อน

เลเซอร์ที่มีความยาวคลื่นสั้นจะก่อให้เกิดเศษวัสดุจำนวนมากและทำให้ชั้นความเสียหายลึกขึ้น ส่งผลให้การขัดเงาซับซ้อนยิ่งขึ้น

ขั้นตอนการขัดเงาเชิงกลสำหรับ SiC

ขั้นตอนการดำเนินงานโดยทั่วไปมีดังนี้:

การตัดตามทิศทาง

การบดหยาบ

การบดละเอียด

การขัดเงาเชิงกล

การขัดเงาเชิงกลเคมี (CMP) เป็นขั้นตอนสุดท้าย

การเลือกวิธีการ CMP การออกแบบเส้นทางกระบวนการ และการปรับพารามิเตอร์ให้เหมาะสมนั้นมีความสำคัญอย่างยิ่ง ในการผลิตเซมิคอนดักเตอร์ CMP เป็นขั้นตอนสำคัญในการผลิตเวเฟอร์ SiC ที่มีพื้นผิวเรียบเนียนเป็นพิเศษ ปราศจากข้อบกพร่องและความเสียหาย ซึ่งเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการเจริญเติบโตของผลึกแบบเอพิแทกเซียคุณภาพสูง

(ก) นำแท่งซิลิคอนคาร์ไบด์ออกจากเบ้าหลอม

(ข) ดำเนินการขึ้นรูปเบื้องต้นโดยใช้การเจียรเส้นผ่านศูนย์กลางภายนอก

(ค) กำหนดทิศทางการวางตัวของผลึกโดยใช้ระนาบหรือรอยบากในการจัดแนว

(d) หั่นแท่งโลหะเป็นแผ่นบางๆ โดยใช้เลื่อยลวดหลายเส้น

(e) ทำให้พื้นผิวเรียบเนียนเหมือนกระจกโดยผ่านขั้นตอนการเจียรและการขัดเงา

หลังจากผ่านกระบวนการต่างๆ เสร็จสิ้น ขอบด้านนอกของแผ่นเวเฟอร์ SiC มักจะคม ซึ่งเพิ่มความเสี่ยงต่อการแตกหักระหว่างการหยิบจับหรือการใช้งาน เพื่อหลีกเลี่ยงความเปราะบางดังกล่าว จึงจำเป็นต้องทำการเจียรขอบ

นอกเหนือจากกระบวนการหั่นแบบดั้งเดิมแล้ว วิธีการใหม่ในการเตรียมแผ่นเวเฟอร์ SiC ยังเกี่ยวข้องกับเทคโนโลยีการเชื่อมต่อ วิธีการนี้ช่วยให้สามารถผลิตเวเฟอร์ได้โดยการเชื่อมต่อชั้นผลึกเดี่ยว SiC บางๆ เข้ากับพื้นผิวที่ไม่เป็นเนื้อเดียวกัน (พื้นผิวรองรับ)

ภาพที่ 3 แสดงขั้นตอนการทำงาน:

ขั้นแรก จะทำการสร้างชั้นแยกตัวที่ความลึกที่กำหนดบนพื้นผิวของผลึกเดี่ยว SiC โดยใช้การฝังไอออนไฮโดรเจนหรือเทคนิคที่คล้ายคลึงกัน จากนั้น ผลึกเดี่ยว SiC ที่ผ่านกระบวนการแล้วจะถูกเชื่อมติดกับพื้นผิวรองรับแบบเรียบ และให้แรงดันและความร้อน ซึ่งจะช่วยให้การถ่ายโอนและการแยกชั้นผลึกเดี่ยว SiC ไปยังพื้นผิวรองรับประสบความสำเร็จ

ชั้น SiC ที่แยกออกมาจะได้รับการปรับปรุงพื้นผิวเพื่อให้ได้ความเรียบตามที่ต้องการ และสามารถนำกลับมาใช้ใหม่ในกระบวนการเชื่อมต่อครั้งต่อไปได้ เมื่อเทียบกับการตัดผลึก SiC แบบดั้งเดิม เทคนิคนี้ช่วยลดความต้องการวัสดุราคาแพง แม้ว่าความท้าทายทางเทคนิคยังคงมีอยู่ แต่การวิจัยและพัฒนาได้ก้าวหน้าอย่างต่อเนื่องเพื่อให้สามารถผลิตเวเฟอร์ได้ในราคาที่ต่ำลง

เนื่องจาก SiC มีความแข็งสูงและมีเสถียรภาพทางเคมีที่ดี ทำให้ทนต่อปฏิกิริยาที่อุณหภูมิห้อง การขัดเงาเชิงกลจึงจำเป็นเพื่อขจัดรอยบุ๋มจากการเจียร ลดความเสียหายของพื้นผิว ขจัดรอยขีดข่วน รอยบุ๋ม และตำหนิคล้ายผิวส้ม ลดความหยาบของพื้นผิว ปรับปรุงความเรียบ และเพิ่มคุณภาพของพื้นผิว

เพื่อให้ได้พื้นผิวขัดเงาคุณภาพสูง จำเป็นต้องทำดังนี้:

ปรับชนิดของวัสดุขัดถูให้เหมาะสม

ลดขนาดอนุภาค

ปรับพารามิเตอร์กระบวนการให้เหมาะสม

เลือกวัสดุและแผ่นขัดที่มีความแข็งเหมาะสม

ภาพที่ 7 แสดงให้เห็นว่าการขัดเงาแบบสองด้านด้วยสารขัดขนาด 1 ไมโครเมตร สามารถควบคุมความเรียบและความแปรผันของความหนาได้ภายใน 10 ไมโครเมตร และลดความหยาบของพื้นผิวลงเหลือประมาณ 0.25 นาโนเมตร

3.2 การขัดเงาเชิงกลเคมี (CMP)

การขัดเงาเชิงกลเคมี (Chemical Mechanical Polishing หรือ CMP) เป็นการผสมผสานการขัดด้วยอนุภาคละเอียดมากเข้ากับการกัดกร่อนทางเคมี เพื่อสร้างพื้นผิวเรียบและได้ระนาบบนวัสดุที่กำลังทำการขัด หลักการพื้นฐานคือ:

เกิดปฏิกิริยาเคมีระหว่างสารขัดเงาและพื้นผิวของแผ่นเวเฟอร์ ทำให้เกิดชั้นอ่อนนุ่มขึ้น

แรงเสียดทานระหว่างอนุภาคขัดถูและชั้นผิวที่อ่อนนุ่มจะช่วยขจัดวัสดุออกไป

ข้อดีของ CMP:

ช่วยแก้ไขข้อเสียของการขัดเงาด้วยวิธีการทางกลหรือทางเคมีเพียงอย่างเดียว

บรรลุเป้าหมายทั้งการปรับพื้นที่ให้เป็นระนาบในระดับโลกและระดับท้องถิ่น

ผลิตพื้นผิวที่มีความเรียบสูงและมีความหยาบต่ำ

ไม่ก่อให้เกิดความเสียหายทั้งบนพื้นผิวและใต้พื้นผิว

รายละเอียด:

แผ่นเวเฟอร์จะเคลื่อนที่สัมพันธ์กับแผ่นขัดเงาภายใต้แรงกด

สารขัดถูขนาดนาโนเมตร (เช่น SiO₂) ในสารละลายมีส่วนร่วมในการเฉือน ทำให้พันธะโควาเลนต์ Si–C อ่อนลง และเพิ่มประสิทธิภาพในการกำจัดวัสดุ

ประเภทของเทคนิค CMP:

การขัดเงาด้วยสารขัดแบบอิสระ: สารขัด (เช่น SiO₂) ถูกแขวนลอยอยู่ในสารละลาย การขจัดวัสดุเกิดขึ้นผ่านกระบวนการขัดแบบสามส่วน (แผ่นเวเฟอร์–แผ่นรอง–สารขัด) ขนาดของสารขัด (โดยทั่วไป 60–200 นาโนเมตร) ค่า pH และอุณหภูมิจะต้องถูกควบคุมอย่างแม่นยำเพื่อปรับปรุงความสม่ำเสมอ

การขัดเงาแบบใช้สารขัดแบบคงที่: สารขัดจะถูกฝังอยู่ในแผ่นขัดเพื่อป้องกันการจับตัวเป็นก้อน เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการประมวลผลที่มีความแม่นยำสูง

การทำความสะอาดหลังการขัดเงา:

แผ่นเวเฟอร์ขัดเงาจะผ่านกระบวนการดังต่อไปนี้:

การทำความสะอาดด้วยสารเคมี (รวมถึงการกำจัดน้ำปราศจากไอออนและคราบตะกอน)

ล้างด้วยน้ำ DI และ

การอบแห้งด้วยไนโตรเจนร้อน

เพื่อลดปริมาณสารปนเปื้อนบนพื้นผิวให้น้อยที่สุด

คุณภาพและประสิทธิภาพของพื้นผิว

ความหยาบของพื้นผิวสามารถลดลงเหลือ Ra < 0.3 นาโนเมตร ซึ่งตรงตามข้อกำหนดสำหรับการปลูกผลึกเซมิคอนดักเตอร์

การปรับพื้นผิวให้เรียบทั่วโลก: การผสมผสานระหว่างการทำให้อ่อนตัวด้วยสารเคมีและการกำจัดด้วยกลไก ช่วยลดรอยขีดข่วนและการกัดเซาะที่ไม่สม่ำเสมอ ซึ่งมีประสิทธิภาพเหนือกว่าวิธีการทางกลหรือทางเคมีเพียงอย่างเดียว

ประสิทธิภาพสูง: เหมาะสำหรับวัสดุที่แข็งและเปราะ เช่น ซิลิคอนคาร์ไบด์ (SiC) โดยมีอัตราการกำจัดวัสดุสูงกว่า 200 นาโนเมตรต่อชั่วโมง

เทคนิคการขัดเงาแบบใหม่ ๆ ที่กำลังเกิดขึ้น

นอกเหนือจาก CMP แล้ว ยังมีการเสนอวิธีการทางเลือกอื่นๆ อีก ได้แก่:

การขัดเงาด้วยไฟฟ้าเคมี การขัดเงาหรือการกัดด้วยตัวเร่งปฏิกิริยา และ

การขัดเงาด้วยแรงเสียดทานทางเคมี

อย่างไรก็ตาม วิธีการเหล่านี้ยังอยู่ในขั้นตอนการวิจัยและพัฒนาไปอย่างช้าๆ เนื่องจากคุณสมบัติทางวัสดุของ SiC นั้นค่อนข้างท้าทาย

โดยสรุปแล้ว กระบวนการผลิต SiC เป็นกระบวนการค่อยเป็นค่อยไปในการลดการบิดเบี้ยวและความหยาบของพื้นผิวเพื่อปรับปรุงคุณภาพพื้นผิว ซึ่งการควบคุมความเรียบและความหยาบเป็นสิ่งสำคัญตลอดทุกขั้นตอน

เทคโนโลยีการประมวลผล

ในขั้นตอนการเจียรเวเฟอร์ จะใช้สารละลายเพชรที่มีขนาดอนุภาคต่างกันในการเจียรเวเฟอร์ให้ได้ความเรียบและความหยาบผิวตามที่ต้องการ จากนั้นจึงทำการขัดเงา โดยใช้ทั้งเทคนิคการขัดเงาเชิงกลและเชิงเคมี (CMP) เพื่อผลิตเวเฟอร์ซิลิคอนคาร์ไบด์ (SiC) ที่ขัดเงาแล้วและปราศจากความเสียหาย

หลังจากขัดเงาแล้ว แผ่นเวเฟอร์ SiC จะได้รับการตรวจสอบคุณภาพอย่างเข้มงวดโดยใช้เครื่องมือต่างๆ เช่น กล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสงและเครื่องวิเคราะห์การเลี้ยวเบนของรังสีเอกซ์ เพื่อให้แน่ใจว่าพารามิเตอร์ทางเทคนิคทั้งหมดเป็นไปตามมาตรฐานที่กำหนด สุดท้าย แผ่นเวเฟอร์ที่ขัดเงาแล้วจะถูกทำความสะอาดโดยใช้สารทำความสะอาดเฉพาะและน้ำบริสุทธิ์พิเศษเพื่อขจัดสิ่งปนเปื้อนบนพื้นผิว จากนั้นจึงทำให้แห้งโดยใช้ก๊าซไนโตรเจนที่มีความบริสุทธิ์สูงมากและเครื่องอบแห้งแบบหมุน ซึ่งเป็นการเสร็จสิ้นกระบวนการผลิตทั้งหมด

หลังจากความพยายามมาหลายปี ความก้าวหน้าอย่างมากได้เกิดขึ้นแล้วในกระบวนการผลิตผลึกเดี่ยว SiC ภายในประเทศจีน ในประเทศมีการพัฒนาผลึกเดี่ยว 4H-SiC กึ่งฉนวนแบบเจือสารขนาด 100 มม. ได้สำเร็จ และขณะนี้สามารถผลิตผลึกเดี่ยว 4H-SiC และ 6H-SiC ชนิด n-type ได้ในปริมาณมาก บริษัทต่างๆ เช่น TankeBlue และ TYST ได้พัฒนาผลึกเดี่ยว SiC ขนาด 150 มม. แล้ว

ในด้านเทคโนโลยีการแปรรูปแผ่นเวเฟอร์ SiC สถาบันในประเทศได้ทำการสำรวจเบื้องต้นเกี่ยวกับเงื่อนไขและกระบวนการสำหรับการตัด การเจียร และการขัดเงาผลึก พวกเขาสามารถผลิตชิ้นงานตัวอย่างที่ตรงตามข้อกำหนดสำหรับการผลิตอุปกรณ์ได้ในระดับพื้นฐาน อย่างไรก็ตาม เมื่อเทียบกับมาตรฐานสากล คุณภาพการแปรรูปพื้นผิวของแผ่นเวเฟอร์ในประเทศยังคงล้าหลังอยู่มาก มีปัญหาหลายประการ:

ทฤษฎีและเทคโนโลยีการประมวลผล SiC ในระดับสากลได้รับการคุ้มครองอย่างเข้มงวดและเข้าถึงได้ยาก

ยังขาดการวิจัยเชิงทฤษฎีและการสนับสนุนสำหรับการปรับปรุงและเพิ่มประสิทธิภาพกระบวนการ

ต้นทุนการนำเข้าอุปกรณ์และชิ้นส่วนจากต่างประเทศนั้นสูง

งานวิจัยภายในประเทศเกี่ยวกับการออกแบบอุปกรณ์ ความแม่นยำในการประมวลผล และวัสดุ ยังคงมีช่องว่างที่สำคัญเมื่อเทียบกับระดับสากล

ปัจจุบัน เครื่องมือวัดความแม่นยำสูงส่วนใหญ่ที่ใช้ในประเทศจีนนำเข้าจากต่างประเทศ อุปกรณ์และวิธีการทดสอบก็ยังต้องการการปรับปรุงเพิ่มเติมอีกด้วย

ด้วยการพัฒนาอย่างต่อเนื่องของเซมิคอนดักเตอร์รุ่นที่สาม เส้นผ่านศูนย์กลางของแผ่นผลึกเดี่ยว SiC จึงเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง พร้อมกับความต้องการคุณภาพการประมวลผลพื้นผิวที่สูงขึ้น เทคโนโลยีการประมวลผลเวเฟอร์จึงกลายเป็นขั้นตอนที่ท้าทายทางเทคนิคมากที่สุดขั้นตอนหนึ่งรองจากการปลูกผลึกเดี่ยว SiC

เพื่อแก้ไขปัญหาความท้าทายที่มีอยู่ในการผลิต จำเป็นอย่างยิ่งที่จะต้องศึกษาเพิ่มเติมเกี่ยวกับกลไกที่เกี่ยวข้องกับการตัด การเจียร และการขัดเงา และสำรวจวิธีการและกระบวนการผลิตที่เหมาะสมสำหรับการผลิตแผ่นเวเฟอร์ SiC ในขณะเดียวกัน จำเป็นต้องเรียนรู้จากเทคโนโลยีการผลิตขั้นสูงในระดับสากล และนำเทคนิคและอุปกรณ์การตัดเฉือนที่มีความแม่นยำสูงที่ทันสมัยที่สุดมาใช้เพื่อผลิตวัสดุตั้งต้นที่มีคุณภาพสูง

เมื่อขนาดของเวเฟอร์เพิ่มขึ้น ความยากในการปลูกผลึกและการแปรรูปก็เพิ่มขึ้นเช่นกัน อย่างไรก็ตาม ประสิทธิภาพการผลิตของอุปกรณ์ขั้นปลายน้ำจะดีขึ้นอย่างมาก และต้นทุนต่อหน่วยจะลดลง ปัจจุบัน ผู้ผลิตเวเฟอร์ SiC รายหลักทั่วโลกนำเสนอผลิตภัณฑ์ที่มีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางตั้งแต่ 4 นิ้วถึง 6 นิ้ว บริษัทชั้นนำอย่าง Cree และ II-VI ได้เริ่มวางแผนสำหรับการพัฒนาสายการผลิตเวเฟอร์ SiC ขนาด 8 นิ้วแล้ว