Pengolahan Substrat Kristal Tunggal SiC

Kristal tunggal Silicon Carbide (SiC).terutama diproduksi menggunakan metode sublimasi. Setelah mengeluarkan kristal dari wadah, beberapa langkah pemrosesan yang rumit diperlukan untuk membuat wafer yang dapat digunakan. Langkah pertama adalah menentukan orientasi kristal boule SiC. Setelah itu, boule mengalami penggilingan diameter luar untuk mencapai bentuk silinder. Untuk wafer SiC tipe-n, yang biasa digunakan pada perangkat listrik, permukaan atas dan bawah kristal silinder biasanya dikerjakan untuk membuat bidang dengan sudut 4° relatif terhadap permukaannya.

Selanjutnya, pemrosesan dilanjutkan dengan pemotongan tepi atau takik terarah untuk menentukan orientasi kristal permukaan wafer. Dalam produksi berdiameter besarwafer SiC, bentukan terarah adalah teknik yang umum. Kristal tunggal SiC berbentuk silinder kemudian diiris menjadi lembaran tipis, terutama menggunakan teknik pemotongan multi-kawat. Proses ini melibatkan penempatan bahan abrasif di antara kawat pemotongan dan kristal SiC sambil memberikan tekanan untuk memfasilitasi gerakan pemotongan.

Gambar 1  Ikhtisar teknologi pemrosesan wafer SiC

(a) Mengeluarkan ingot SiC dari wadah; (b) Penggilingan silinder; (c) Pemotongan tepi atau takik terarah; (d) Pemotongan multi-kawat; (e) Penggilingan dan pemolesan

Setelah diiris,wafer SiCsering menunjukkan ketidakkonsistenan dalam ketebalan dan ketidakteraturan permukaan, sehingga memerlukan perawatan perataan lebih lanjut. Ini dimulai dengan penggilingan untuk menghilangkan ketidakrataan permukaan pada tingkat mikron. Selama fase ini, tindakan abrasif dapat menimbulkan goresan halus dan ketidaksempurnaan permukaan. Oleh karena itu, langkah pemolesan selanjutnya sangat penting untuk mendapatkan hasil akhir seperti cermin. Tidak seperti penggilingan, pemolesan menggunakan bahan abrasif yang lebih halus dan memerlukan perawatan yang cermat untuk mencegah goresan atau kerusakan internal, sehingga memastikan tingkat kehalusan permukaan yang tinggi.

Melalui prosedur ini,wafer SiCberevolusi dari pemrosesan kasar ke pemesinan presisi, yang pada akhirnya menghasilkan permukaan datar seperti cermin yang cocok untuk perangkat berperforma tinggi. Namun, mengatasi tepi tajam yang sering terbentuk di sekeliling wafer yang dipoles sangatlah penting. Tepi yang tajam ini rentan patah jika bersentuhan dengan benda lain. Untuk mengurangi kerapuhan ini, diperlukan penggilingan tepi pada perimeter wafer. Standar industri telah ditetapkan untuk memastikan keandalan dan keamanan wafer selama penggunaan selanjutnya.

Kekerasan SiC yang luar biasa menjadikannya bahan abrasif yang ideal dalam berbagai aplikasi permesinan. Namun, hal ini juga menghadirkan tantangan dalam memproses boule SiC menjadi wafer, karena proses ini memakan waktu dan rumit serta terus dioptimalkan. Salah satu inovasi yang menjanjikan untuk meningkatkan metode pemotongan tradisional adalah teknologi pemotongan laser. Dalam teknik ini, sinar laser diarahkan dari atas kristal SiC berbentuk silinder, dengan fokus pada kedalaman pemotongan yang diinginkan untuk menciptakan zona modifikasi di dalam kristal. Dengan memindai seluruh permukaan, zona yang dimodifikasi ini secara bertahap meluas menjadi bidang, memungkinkan pemisahan lembaran tipis. Dibandingkan dengan pemotongan multi-kawat konvensional, yang seringkali menimbulkan kehilangan garitan yang signifikan dan dapat menimbulkan ketidakteraturan permukaan, pemotongan laser secara signifikan mengurangi kehilangan garitan dan waktu pemrosesan, menjadikannya sebagai metode yang menjanjikan untuk pengembangan di masa depan.

Teknologi pemotongan inovatif lainnya adalah penerapan pemotongan pelepasan listrik, yang menghasilkan pelepasan antara kawat logam dan kristal SiC. Metode ini menawarkan keuntungan dalam mengurangi hilangnya garitan sekaligus meningkatkan efisiensi pemrosesan.

Pendekatan yang khas untukwafer SiCproduksi melibatkan menempelkan film tipis kristal tunggal SiC ke substrat heterogen, sehingga menghasilkan fabrikasiwafer SiC. Proses pengikatan dan pelepasan ini diawali dengan penginjeksian ion hidrogen ke dalam kristal tunggal SiC hingga kedalaman yang telah ditentukan. Kristal SiC, sekarang dilengkapi dengan lapisan yang ditanamkan ion, dilapiskan pada substrat pendukung yang halus, seperti SiC polikristalin. Dengan memberikan tekanan dan panas, lapisan kristal tunggal SiC ditransfer ke substrat pendukung, menyelesaikan pelepasan. Lapisan SiC yang ditransfer menjalani perawatan perataan permukaan dan dapat digunakan kembali dalam proses pengikatan. Meskipun biaya substrat pendukung lebih rendah dibandingkan kristal tunggal SiC, tantangan teknis tetap ada. Meskipun demikian, penelitian dan pengembangan di bidang ini terus dilakukan secara aktif, dengan tujuan untuk menurunkan biaya produksi secara keseluruhanwafer SiC.

Singkatnya, pemrosesanSubstrat kristal tunggal SiCmelibatkan beberapa tahap, mulai dari penggilingan dan pengirisan hingga pemolesan dan perawatan tepi. Inovasi seperti pemotongan laser dan pemesinan pelepasan listrik meningkatkan efisiensi dan mengurangi limbah material, sementara metode baru pengikatan substrat menawarkan jalur alternatif menuju produksi wafer yang hemat biaya. Ketika industri terus berupaya untuk meningkatkan teknik dan standar, tujuan utamanya tetap menghasilkan produksi berkualitas tinggiwafer SiCyang memenuhi tuntutan perangkat elektronik canggih.