معالجة الركيزة البلورية المفردة SiC

بلورات كربيد السيليكون (SiC) المفردةيتم إنتاجها في المقام الأول باستخدام طريقة التسامي. بعد إزالة البلورة من البوتقة، تكون هناك حاجة إلى العديد من خطوات المعالجة المعقدة لإنشاء رقائق قابلة للاستخدام. الخطوة الأولى هي تحديد الاتجاه البلوري للكرة SiC. بعد ذلك، تخضع الكرة لطحن القطر الخارجي للحصول على شكل أسطواني. بالنسبة لرقائق SiC من النوع n، والتي تُستخدم بشكل شائع في أجهزة الطاقة، عادةً ما يتم تشكيل الأسطح العلوية والسفلية للبلورة الأسطوانية لإنشاء مستوى بزاوية 4 درجات بالنسبة للوجه {0001}.

بعد ذلك، تستمر المعالجة بقطع الحافة أو الشق الاتجاهي لتحديد الاتجاه البلوري لسطح الرقاقة. في إنتاج القطر الكبيررقائق كربيد السيليكون، يعد الإحراز الاتجاهي أسلوبًا شائعًا. يتم بعد ذلك تقطيع بلورة SiC الأسطوانية المفردة إلى صفائح رفيعة، وذلك باستخدام تقنيات القطع متعددة الأسلاك في المقام الأول. تتضمن هذه العملية وضع مواد كاشطة بين سلك القطع وكريستال SiC أثناء الضغط لتسهيل حركة القطع.

الشكل 1  نظرة عامة على تقنية معالجة رقائق SiC

(أ) إزالة سبيكة SiC من البوتقة؛ (ب) الطحن الأسطواني؛ (ج) قطع الحافة أو الشق الاتجاهي؛ (د) قطع الأسلاك المتعددة؛ (هـ) الطحن والتلميع

بعد التقطيع،رقائق كربيد السيليكونغالبًا ما تظهر تناقضات في السُمك وعدم انتظام السطح، مما يستلزم المزيد من معالجة التسطيح. يبدأ ذلك بالطحن لإزالة عدم استواء السطح على مستوى الميكرون. خلال هذه المرحلة، قد تؤدي عملية الكشط إلى ظهور خدوش دقيقة وعيوب سطحية. وبالتالي، فإن خطوة التلميع اللاحقة ضرورية للحصول على لمسة نهائية تشبه المرآة. على عكس الطحن، يستخدم التلميع مواد كاشطة دقيقة ويتطلب عناية دقيقة لمنع الخدوش أو الأضرار الداخلية، مما يضمن درجة عالية من نعومة السطح.

ومن خلال هذه الإجراءات،رقائق كربيد السيليكونتتطور من المعالجة الخام إلى المعالجة الدقيقة، مما يؤدي في النهاية إلى سطح مسطح يشبه المرآة مناسب للأجهزة عالية الأداء. ومع ذلك، فإن معالجة الحواف الحادة التي غالبًا ما تتشكل حول محيط الرقاقات المصقولة أمر ضروري. هذه الحواف الحادة عرضة للكسر عند ملامستها لأشياء أخرى. للتخفيف من هذه الهشاشة، من الضروري طحن حافة محيط الرقاقة. تم وضع معايير الصناعة لضمان موثوقية وسلامة الرقائق أثناء الاستخدام اللاحق.

إن صلابة SiC الاستثنائية تجعلها مادة كاشطة مثالية في تطبيقات التصنيع المختلفة. ومع ذلك، فإن هذا يمثل أيضًا تحديات في معالجة كرات SiC إلى رقائق، حيث إنها عملية تستغرق وقتًا طويلاً ومعقدة ويتم تحسينها باستمرار. أحد الابتكارات الواعدة لتحسين طرق التقطيع التقليدية هو تكنولوجيا القطع بالليزر. في هذه التقنية، يتم توجيه شعاع ليزر من أعلى بلورة SiC الأسطوانية، مع التركيز على عمق القطع المطلوب لإنشاء منطقة معدلة داخل البلورة. ومن خلال مسح السطح بأكمله، تتوسع هذه المنطقة المعدلة تدريجيًا إلى مستوى، مما يسمح بفصل الصفائح الرقيقة. بالمقارنة مع القطع التقليدي متعدد الأسلاك، والذي غالبًا ما يؤدي إلى خسارة كبيرة في الشق وقد يؤدي إلى حدوث مخالفات في السطح، فإن التقطيع بالليزر يقلل بشكل كبير من فقدان الشق ووقت المعالجة، مما يجعله طريقة واعدة للتطورات المستقبلية.

تقنية التقطيع المبتكرة الأخرى هي تطبيق القطع بالتفريغ الكهربائي، الذي يولد تفريغات بين سلك معدني وكريستال SiC. تتميز هذه الطريقة بمزايا في تقليل فقدان الشق مع زيادة تعزيز كفاءة المعالجة.

نهج مميز لرقاقة كربيد السيليكونيتضمن الإنتاج لصق طبقة رقيقة من بلورة SiC المفردة على ركيزة غير متجانسة، وبالتالي التصنيعرقائق كربيد السيليكون. تبدأ عملية الترابط والانفصال هذه بحقن أيونات الهيدروجين في بلورة SiC المفردة إلى عمق محدد مسبقًا. تم وضع بلورة SiC، المجهزة الآن بطبقة مزروعة بالأيونات، في طبقات على ركيزة داعمة ناعمة، مثل SiC متعدد البلورات. من خلال تطبيق الضغط والحرارة، يتم نقل الطبقة البلورية المفردة من SiC إلى الركيزة الداعمة، مما يكمل عملية الانفصال. تخضع طبقة SiC المنقولة لمعالجة تسطيح السطح ويمكن إعادة استخدامها في عملية الربط. على الرغم من أن تكلفة الركيزة الداعمة أقل من تكلفة بلورات SiC المفردة، إلا أن التحديات التقنية لا تزال قائمة. ومع ذلك، يستمر البحث والتطوير في هذا المجال في التقدم بنشاط، بهدف خفض تكاليف التصنيع الإجماليةرقائق كربيد السيليكون.

باختصار، معالجةركائز كريستال واحدة SiCيتضمن مراحل متعددة، بدءًا من الطحن والتقطيع وحتى التلميع ومعالجة الحواف. تعمل الابتكارات مثل القطع بالليزر وآلات التفريغ الكهربائي على تحسين الكفاءة وتقليل هدر المواد، في حين توفر الطرق الجديدة لربط الركيزة مسارات بديلة لإنتاج الرقائق فعالة من حيث التكلفة. ومع استمرار الصناعة في السعي لتحسين التقنيات والمعايير، يظل الهدف النهائي هو إنتاج منتجات عالية الجودةرقائق كربيد السيليكونالتي تلبي متطلبات الأجهزة الإلكترونية المتقدمة.