科技發展迅速，電子元件多已朝向輕薄短小發展，對於電子元件基板的要求越來越高，目前多用單晶矽(Si)做為電子元件之基板材料，但隨著科技不斷的進步，單晶矽已經無法滿足現在所需之條件。而單晶碳化矽(SiC)擁有良好的物理與化學特性，有機會取代單晶矽成為新一代半導體材料，但因為其屬於硬脆材料，加工難度較高，故本研究對於單晶碳化矽之加工進行研究。本研究使用自製之氧化鈰(CeO2)砂輪，以機械化學磨削(MCG)的方式進行加工，加工參數以不同切深、乾溼式加工，以及不同砂輪種類及配比進行研究，最終使用50%重量百分比氧化鈰及20%重量百分比鑽石之配比，進行乾式加工，每刀切深3um，共10個循環，能得到表面粗糙度7nm(Ra)的碳化矽表面。

Due to the rapid development of science and technology,Electronic components have been developed towards lighter,thinner and shorter. The requirements for electronic component substrates are getting higher . At present, the single crystal silicon (Si) is often used as the substrate material of electronic components, but with the continuous technology Progress, the single crystal silicon has been unable to reach the conditions required now. However, single crtstal silicon carbide (SiC) has good physical and chemical properties and has the opportunity to replace single crystal silicon as a new generation of semiconductor materials. Regrettably,(SiC)is difficult to process,because of Its hard and brittle material. This study is to exploring single crystal silicon carbide processing. In this study, the self-made cerium oxide (CeO2) grinding wheel was used to process by mechanical chemical grinding (MCG). The processing parameters were studied with different depth of cut, dry and wet processing, and different grinding wheel types and ratios. Finally, the ratio of 50% by weight of CeO2 and the ratio of 20% by weight of diamond for dry grinding, and the depth of each grinding is 3 um for 10 cycles, and a single crystal silicon carbide surface having a surface roughness of 7 nm (Ra) can be obtained.

目錄	
致謝	I
目錄	V
圖目錄	VII
表目錄	X
第一章、導論	1
1-1 前言	1
1-2研究動機	2
1-3研究目的	2
第二章、文獻回顧及理論基礎	4
2-1 單晶碳化矽之基本性質	4
2-2 磨削加工去除材料機制	6
2-2-1 硬脆材料之移除材料機制	8
2-2-2 磨削加工參數之影響	9
2-3 砂輪之組成	10
2-3-1 砂輪之磨料	13
2-3-2結合劑種類	14
2-4 機械化學磨削	15
第三章、實驗方法及設備	19
3-1研究流程圖	19
3-2研究流程	20
3-3 實驗設備	21
3-3-1 製作砂輪之材料及設備	21
3-3-2實驗加工設備	25
3-3-3實驗量測設備	28
3-4實驗流程	31
3-4-1 砂輪製作	31
3-4-2 磨削實驗	32
第四章 結果與討論	37
4-1 小圓棒狀砂輪之磨削實驗	37
4-2棒狀砂輪磨削單晶碳化矽之結果	42
4-2-1 碳化矽-鑽石砂輪磨削單晶碳化矽之結果	44
4-2-2 氧化鋁-鑽石砂輪磨削單晶碳化矽之結果	47
4-2-3 氧化鈰-鑽石砂輪磨削單晶碳化矽之結果	51
4-2-4 三種砂輪之實驗結果之比較	52
4-3 立式磨削單晶碳化矽	54
4-3-1  50/20重量百分比之氧化鈰砂輪磨削結果	56
4-3-2  40/30重量百分比之氧化鈰砂輪磨削結果	58
4-3-3  35/35重量百分比之氧化鈰砂輪磨削結果	59
4-3-4 實驗磨削結果之分析	61
第五章 結論	64
參考文獻	65



圖目錄
圖2- 1 SiC晶體排列示意圖(3C 2H 4H 6H)	5
圖2- 2摩擦、犁切與切削三階段	8
圖2- 3 砂輪磨耗之形式	11
圖2- 4 砂輪磨粒脫落階段過程	12
圖2- 5砂輪在削銳前後之表面形貌	13

圖3- 1 研究流程圖	19
圖3- 2單晶碳化矽之方向	20
圖3- 3棒狀砂輪之模具圖	23
圖3- 4砂輪模具圖	23
圖3- 5  150目之篩網	23
圖3- 6 粉末攪拌機	24
圖3- 7 氟素脫模劑	24
圖3- 8高溫加壓機	25
圖3- 9 NACHi ASP-MKE精密加工機	26
圖3- 10 EQUIP TOP1224CNC精密加工機	27
圖3- 11 EQUIP TOP1224CNC精密加工機 內部	27
圖3- 12  4H-SiC單晶碳化矽	27
圖3- 13 金相顯微鏡	28
圖3- 14 OLYPUS 4100共軛焦顯微鏡	30
圖3- 15 CCD鏡頭	33
圖3- 16加工示意圖	33
圖3- 17加工示意圖	33
圖3- 18磨削機台作動示意圖	34
圖3- 19 立式磨削加工示意圖	35
圖3- 20 試片及砂輪磨削後示意圖	36

圖4- 1 小圓棒狀砂輪	37
圖4- 2 圓棒磨削實驗之架構圖	38
圖4- 3 壓力100g/mm2之磨削裂紋	39
圖4- 4  磨削30分後試片之起伏	41
圖4- 5以光學顯微鏡拍攝單晶碳化矽	42
圖4- 6以共軛焦顯微鏡拍攝單晶碳化矽	42
圖4- 7從左到右為碳化矽砂輪、氧化鋁砂輪、氧化鈰砂輪	43
圖4- 8 磨削後之單晶碳化矽	43
圖4- 9 碳化矽-鑽石砂輪乾式磨削痕跡(光學顯微鏡觀測)	45
圖4- 10碳化矽-鑽石砂輪乾式磨削痕跡(雷射共軛焦顯微鏡量測)	45
圖4- 11 碳化矽-鑽石砂輪乾式加工溝槽圖(使用Form Talysurf量測)	45
圖4- 12碳化矽-鑽石砂輪濕式磨削痕跡(光學顯微鏡觀測)	45
圖4- 13碳化矽-鑽石砂輪濕式磨削痕跡(雷射共軛焦顯微鏡量測)	46
圖4- 14碳化矽-鑽石砂輪濕式加工溝槽圖 (使用Form Talysurf量測)	46
圖4- 15 氧化鋁-鑽石砂輪乾式磨削單晶碳化矽(以光學顯微鏡觀測)	48
圖4- 16 氧化鋁-鑽石砂輪乾式磨削單晶碳化矽(雷射共軛焦顯微鏡量測)	48
圖4- 17氧化鋁-鑽石砂輪乾式加工溝槽圖 (使用Form Talysurf量測)	49
圖4- 18 氧化鋁-鑽石砂輪濕式磨削單晶碳化矽(以光學顯微鏡觀測)	49
圖4- 19氧化鋁-鑽石砂輪濕式磨削單晶碳化矽(雷射共軛焦顯微鏡量測)	49
圖4- 20氧化鋁-鑽石砂輪濕式加工溝槽圖 (使用Form Talysurf量測)	50
圖4- 21氧化鈰-鑽石砂輪乾式磨削單晶碳化矽(雷射共軛焦顯微鏡量測)	51
圖4- 22 單晶碳化矽之表面粗糙度	53
圖4- 23 砂輪之磨削比	53
圖4- 24 砂輪完成圖	54
圖4- 25 單晶碳化矽磨削後試片	55
圖4- 26砂輪乾式及溼式磨削	56
圖4- 27 砂輪磨削後示意圖	56
圖4- 28高度差	56
圖4- 29乾式磨削後之沾黏物	61
圖4- 30 乾式磨削表面(振洗擦拭前)	61
圖4- 31 乾式磨削表面(振洗擦拭後)	62

表目錄
表2- 1半導體材料之特性比較表	5
表2- 2單晶矽與單晶碳化矽機械性質	6
表2- 3 磨料之種類及特性	14

表3- 1 MCG砂輪組成	21
表3- 2 磨料性質表	22
表3- 3 鑽石粉末規格表	22
表3- 4 939p酚醛樹脂性質表	22
表3- 5 M3853 高溫熱壓機規格表	25
表3- 6 NACHi ASP-MKE精密加工機規格表	26
表3- 7 EQUIP TOP1224CNC精密加工機規格表 	26
表3- 8  4H-SiC單晶碳化矽之材料性質	28
表3- 9 OLYPUS 4100規格表	30

表4- 1小圓棒狀砂輪之配比	37
表4- 2磨削實驗參數	38
表4- 3 不同壓力之磨削表面分析	39
表4- 4 磨削實驗參數	40
表4- 5  磨耗量及磨削率	41
表4- 6磨削加工參數	41
表4- 7 單晶碳化矽之表面粗糙度	42
表4- 8  砂輪之成分配比(重量百分比%)	43
表4- 9 棒狀砂輪磨削加工參數	44
表4- 10 碳化矽-鑽石砂輪乾式及濕式加工磨耗	47
表4- 11 碳化矽-鑽石砂輪乾式及濕式加工單晶碳化矽之表面粗糙度	47
表4- 12 氧化鋁-鑽石砂輪乾式及濕式加工磨耗	50
表4- 13氧化鋁鑽石砂輪乾式及濕式加工單晶碳化矽之表面粗糙度	50
表4- 14氧化鈰-鑽石砂輪乾式磨削單晶碳化矽之表面粗糙度	51
表4- 15氧化鈰-鑽石砂輪乾式磨削單晶碳化矽之加工磨削比	51
表4- 16 乾式加工比較	52
表4- 17 濕式加工比較	52
表4- 18 三種砂輪配比	54
表4- 19 實驗之加工參數	55
表4- 20 50/20之重量百分比磨削單晶碳化矽	57
表4- 21 50/20之砂輪磨削結果(表面粗糙度)(nm)	57
表4- 22 40/30之重量百分比磨削單晶碳化矽	58
表4- 23 40/30之砂輪磨削結果(表面粗糙度)	59
表4- 24  35/35之重量百分比磨削單晶碳化矽	60
表4- 25  35/35之砂輪磨削結果(表面粗糙度)	60
表4- 26  立式磨削實驗結果整理	62

【1】HUO Feng-wei, GUO Dong-ming, KANG Ren-ke, FENG Guang , “Nanogrinding of SiC wafers with high flatness and low subsurface damage” Trans. Nonferrous Met. Soc. China 22(2012) 3027−3033
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【28】HUO Feng-wei, GUO Dong-ming, KANG Ren-ke, FENG Guang , “Nanogrinding of SiC wafers with high flatness and low subsurface damage” Trans. Nonferrous Met. Soc. China 22(2012) 3027−3033
【29】蘇建國， “一種SiC單晶圓研磨工序用固結磨料化學機械研磨盤”，2013。 
【30】瀚新科技  顏誠廷  “碳化矽功率半導體元件” 電子資訊功率電子專利  第20卷第1期 2014年6月
【31】貴堂高德， “單晶SiC基板的表面加工方法、其製造方法和單晶SiC基板的表面加工用磨削板” ，中華人民共和國，2015。
【32】 陳鼎鈞，”單晶碳化矽基板之鑽石研光與化學機械拋光平坦化製程研究” 國立臺灣科技大學機械工程系 2015年
【33】 Zhigang Dong,  Shang Gao,  Han Huang,  Renke Kang, Ziguang Wang, “Surface integrity and removal mechanism of chemical mechanical grinding of silicon wafers using a newly developed wheel” Int J Adv Manuf Technol   DOI 10.1007/s00170-015-7584-2. 2015。
【34】竹之內二， “磨削磨輪和磨削裝置以及晶圓的磨削方法”，2016。
【35】https://www.slideshare.net/KamalakkannanKkk/basics-of-sic-50593624
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【37】Olympus.ols4100,retrieved  form http://www.olympus-ims.com/en/metrology/ols4100/#!cms[tab]=%2Fmetrology%2Fols4100%2Fspecifications