Silikon karbida (SiC)material memiliki keunggulan celah pita yang lebar, konduktivitas termal yang tinggi, kekuatan medan kerusakan kritis yang tinggi, dan kecepatan penyimpangan elektron jenuh yang tinggi, sehingga sangat menjanjikan di bidang manufaktur semikonduktor. Kristal tunggal SiC umumnya diproduksi melalui metode transportasi uap fisik (PVT). Langkah-langkah spesifik dari metode ini melibatkan penempatan bubuk SiC di bagian bawah wadah grafit dan penempatan kristal benih SiC di bagian atas wadah. Grafitpercobaandipanaskan sampai suhu sublimasi SiC, menyebabkan bubuk SiC terurai menjadi zat fase uap seperti uap Si, Si2C, dan SiC2. Di bawah pengaruh gradien suhu aksial, zat yang menguap ini menyublim ke bagian atas wadah dan mengembun pada permukaan kristal benih SiC, mengkristal menjadi kristal tunggal SiC.
Saat ini, diameter kristal benih yang digunakanpertumbuhan kristal tunggal SiCharus sesuai dengan diameter kristal target. Selama pertumbuhan, kristal benih dipasang pada wadah benih di bagian atas wadah dengan menggunakan perekat. Namun, metode pengikatan kristal benih ini dapat menyebabkan masalah seperti rongga pada lapisan perekat karena faktor-faktor seperti ketepatan permukaan penahan benih dan keseragaman lapisan perekat, yang dapat mengakibatkan cacat rongga heksagonal. Hal ini termasuk meningkatkan kerataan pelat grafit, meningkatkan keseragaman ketebalan lapisan perekat, dan menambahkan lapisan penyangga yang fleksibel. Meskipun telah dilakukan upaya-upaya ini, masih terdapat masalah dengan kepadatan lapisan perekat, dan terdapat risiko terlepasnya kristal benih. Dengan mengadopsi metode bonding tersebutkue waferpada kertas grafit dan tumpang tindih di bagian atas wadah, kepadatan lapisan perekat dapat ditingkatkan, dan pelepasan wafer dapat dicegah.
1. Skema Eksperimental:
Wafer yang digunakan dalam percobaan tersedia secara komersialWafer SiC tipe N 6 inci. Photoresist diterapkan menggunakan spin coater. Adhesi dicapai dengan menggunakan tungku pengepres panas benih yang dikembangkan sendiri.
1.1 Skema Fiksasi Kristal Benih:
Saat ini, skema adhesi kristal benih SiC dapat dibagi menjadi dua kategori: tipe perekat dan tipe suspensi.
Skema Jenis Perekat (Gambar 1): Ini melibatkan pengikatanwafer SiCke pelat grafit dengan lapisan kertas grafit sebagai lapisan penyangga untuk menghilangkan celah di antara keduanyawafer SiCdan pelat grafit. Dalam produksi sebenarnya, kekuatan ikatan antara kertas grafit dan pelat grafit lemah, menyebabkan seringnya pelepasan kristal benih selama proses pertumbuhan suhu tinggi, yang mengakibatkan kegagalan pertumbuhan.
Skema Jenis Suspensi (Gambar 2): Biasanya, film karbon padat dibuat pada permukaan ikatan wafer SiC menggunakan karbonisasi lem atau metode pelapisan. Ituwafer SiCkemudian dijepit di antara dua pelat grafit dan ditempatkan di bagian atas wadah grafit, memastikan stabilitas sementara lapisan karbon melindungi wafer. Namun, pembuatan film karbon melalui pelapisan memerlukan biaya yang mahal dan tidak cocok untuk produksi industri. Metode karbonisasi lem menghasilkan kualitas film karbon yang tidak konsisten, sehingga sulit untuk mendapatkan film karbon padat sempurna dengan daya rekat yang kuat. Selain itu, menjepit pelat grafit mengurangi area pertumbuhan efektif wafer dengan menghalangi sebagian permukaannya.
Berdasarkan dua skema di atas, diusulkan skema perekat dan tumpang tindih baru (Gambar 3):
Lapisan karbon yang relatif padat dibuat pada permukaan ikatan wafer SiC menggunakan metode karbonisasi lem, memastikan tidak ada kebocoran cahaya yang besar saat penerangan.
Wafer SiC yang dilapisi film karbon diikat ke kertas grafit, dengan permukaan pengikatnya adalah sisi film karbon. Lapisan perekat akan tampak hitam merata di bawah cahaya.
Kertas grafit dijepit dengan pelat grafit dan digantung di atas wadah grafit untuk pertumbuhan kristal.
1.2 Perekat:
Viskositas photoresist berpengaruh nyata terhadap keseragaman ketebalan film. Pada kecepatan putaran yang sama, viskositas yang lebih rendah menghasilkan lapisan perekat yang lebih tipis dan seragam. Oleh karena itu, photoresist dengan viskositas rendah dipilih sesuai dengan persyaratan aplikasi.
Selama percobaan, ditemukan bahwa viskositas perekat karbonisasi mempengaruhi kekuatan ikatan antara film karbon dan wafer. Viskositas yang tinggi menyulitkan pengaplikasian secara seragam menggunakan spin coater, sedangkan viskositas yang rendah mengakibatkan kekuatan ikatan yang lemah, menyebabkan retaknya lapisan karbon selama proses pengikatan selanjutnya karena aliran perekat dan tekanan eksternal. Melalui penelitian eksperimental, viskositas perekat karbonisasi ditentukan menjadi 100 mPa·s, dan viskositas perekat pengikat ditetapkan menjadi 25 mPa·s.
1.3 Vakum Kerja:
Proses pembuatan film karbon pada wafer SiC melibatkan karbonisasi lapisan perekat pada permukaan wafer SiC, yang harus dilakukan dalam lingkungan vakum atau terlindung argon. Hasil percobaan menunjukkan bahwa lingkungan yang dilindungi argon lebih kondusif bagi pembentukan lapisan karbon dibandingkan lingkungan dengan vakum tinggi. Jika lingkungan vakum digunakan, tingkat vakum harus ≤1 Pa.
Proses pengikatan kristal benih SiC melibatkan pengikatan wafer SiC ke pelat grafit/kertas grafit. Mengingat efek erosif oksigen pada bahan grafit pada suhu tinggi, proses ini perlu dilakukan dalam kondisi vakum. Dampak tingkat vakum yang berbeda pada lapisan perekat dipelajari. Hasil percobaan ditunjukkan pada Tabel 1. Terlihat bahwa dalam kondisi vakum rendah, molekul oksigen di udara tidak hilang seluruhnya sehingga menyebabkan lapisan perekat tidak lengkap. Ketika tingkat vakum di bawah 10 Pa, efek erosi molekul oksigen pada lapisan perekat berkurang secara signifikan. Ketika tingkat vakum di bawah 1 Pa, efek erosif dihilangkan sepenuhnya.
Waktu posting: 11 Juni 2024