Bagaimana proses pembuatan perangkat SIC?
Tinggalkan pesan
Sebagai pemasok perangkat SIC yang sudah lama berdiri, saya sangat bersemangat untuk berbagi dengan Anda proses pembuatan perangkat SIC (Silicon Carbide). Perangkat SIC telah membuat terobosan dalam industri elektronika daya karena karakteristik kinerjanya yang unggul, seperti tegangan rusaknya yang tinggi, resistansi yang rendah, dan konduktivitas termal yang sangat baik dibandingkan dengan perangkat berbasis silikon tradisional.
1. Persiapan Bahan Baku
Langkah penting pertama dalam pembuatan perangkat SIC adalah penyiapan bahan baku SIC berkualitas tinggi. Bahan mentah untuk perangkat SIC biasanya berupa wafer Sic kristal tunggal. Wafer ini diproduksi melalui proses kompleks yang dikenal sebagai transportasi uap fisik (PVT).
Dalam proses PVT, bubuk silikon karbida dengan kemurnian tinggi ditempatkan dalam wadah grafit. Wadah tersebut kemudian dipanaskan hingga suhu yang sangat tinggi, biasanya di atas 2000°C, dalam atmosfer gas inert (seperti argon). Pada suhu tinggi ini, bubuk silikon karbida menyublim, dan uap mengembun pada kristal benih yang ditempatkan di ujung wadah yang lebih dingin. Seiring waktu, ingot Sic kristal tunggal tumbuh di kristal benih.
Kualitas ingot Sic kristal tunggal sangat penting karena secara langsung mempengaruhi kinerja perangkat SIC akhir. Faktor-faktor seperti cacat kristal, pengotor, dan struktur kisi perlu dikontrol secara hati-hati selama proses pertumbuhan. Setelah ingot tumbuh, diiris menjadi wafer tipis menggunakan gergaji berlian. Wafer ini kemudian dipoles untuk mendapatkan permukaan yang halus dan rata, yang penting untuk proses fabrikasi perangkat selanjutnya.
2. Pertumbuhan Epitaksial
Setelah wafer Sic disiapkan, langkah selanjutnya adalah pertumbuhan epitaksial. Epitaksi adalah proses di mana lapisan kristal tunggal Sic yang tipis ditumbuhkan pada permukaan wafer Sic. Lapisan epitaksi ini dirancang untuk memiliki sifat listrik tertentu, seperti konsentrasi dan ketebalan doping, yang sangat penting untuk kinerja perangkat SIC akhir.
Deposisi uap kimia (CVD) adalah metode yang paling umum digunakan untuk pertumbuhan epitaksi Sic. Dalam proses CVD, campuran gas prekursor, seperti silan (SiH₄) dan propana (C₃H₈), bersama dengan gas dopan (seperti nitrogen untuk doping tipe n atau aluminium untuk doping tipe p), dimasukkan ke dalam ruang reaksi. Wafer dipanaskan hingga suhu tinggi, biasanya sekitar 1500 - 1600°C. Gas prekursor terurai di permukaan wafer, dan atom dimasukkan ke dalam kisi kristal wafer, membentuk lapisan epitaksi berkualitas tinggi.
Pengendalian proses pertumbuhan epitaksi sangat tepat. Parameter seperti laju aliran gas, suhu, dan tekanan perlu diatur secara hati-hati untuk memastikan keseragaman lapisan epitaksi dalam hal ketebalan dan konsentrasi doping di seluruh wafer.
3. Isolasi Perangkat
Setelah pertumbuhan epitaksi, isolasi perangkat dilakukan. Tujuan isolasi perangkat adalah untuk mengisolasi perangkat individu secara elektrik pada wafer, mencegah interferensi listrik antar perangkat yang berdekatan.
Salah satu metode umum untuk isolasi perangkat pada perangkat SIC adalah implantasi ion. Dalam implantasi ion, ion berenergi tinggi dipercepat dan ditanamkan ke dalam lapisan epitaksi Sic di lokasi tertentu. Ion-ion ini menciptakan daerah yang sangat resistif pada lapisan epitaksial, yang secara efektif mengisolasi perangkat yang berdekatan. Jenis dan energi ion, serta dosis implantasi dan sudut implantasi, dipilih secara cermat untuk mencapai kinerja isolasi yang diinginkan.
Metode lain untuk isolasi perangkat adalah isolasi parit. Dalam isolasi parit, parit dalam diukir pada lapisan epitaksi Sic menggunakan etsa ion reaktif (RIE). Parit tersebut kemudian diisi dengan bahan dielektrik, seperti silikon dioksida (SiO₂), untuk mengisolasi perangkat secara elektrik. Isolasi parit dapat memberikan kinerja isolasi yang lebih baik, terutama untuk perangkat SIC tegangan tinggi.
4. Formasi Sumber dan Saluran
Daerah sumber dan saluran merupakan komponen penting dari SIC MOSFET dan transistor lainnya. Daerah ini terbentuk melalui kombinasi implantasi ion dan proses anil.
Untuk perangkat SIC tipe n, ion fosfor atau nitrogen biasanya ditanamkan ke lapisan epitaksi untuk membuat daerah sumber dan saluran. Energi dan dosis implantasi disesuaikan untuk mencapai konsentrasi dan kedalaman doping yang diinginkan. Setelah implantasi ion, wafer dianil pada suhu tinggi, biasanya di atas 1600°C, untuk mengaktifkan ion yang ditanamkan dan memperbaiki kerusakan kristal yang disebabkan oleh proses implantasi.
Proses anil sangat penting karena mempengaruhi sifat listrik daerah sumber dan saluran, seperti resistivitas dan mobilitas pembawa. Anil yang tepat juga dapat meningkatkan kinerja dan keandalan perangkat SIC secara keseluruhan.
5. Formasi Gerbang Oksida
Dalam MOSFET SIC, lapisan oksida gerbang memainkan peran penting dalam mengendalikan aliran arus antara sumber dan saluran. Gerbang oksida biasanya dibentuk oleh oksidasi termal permukaan Sic.
Proses oksidasi termal melibatkan pemanasan wafer Sic dalam atmosfer yang mengandung oksigen pada suhu tinggi. Selama proses oksidasi, atom oksigen bereaksi dengan permukaan Sic membentuk lapisan silikon dioksida (SiO₂). Namun, kualitas antarmuka SiO₂/Sic merupakan tantangan utama dalam MOSFET SIC. Cacat pada antarmuka dapat menyebabkan kepadatan perangkap antarmuka yang tinggi, yang dapat menurunkan kinerja perangkat, seperti mengurangi mobilitas saluran dan meningkatkan tegangan ambang batas.
Untuk meningkatkan kualitas oksida gerbang dan antarmuka SiO₂/Sic, berbagai perawatan permukaan dan teknik optimasi digunakan. Misalnya, anil nitrogen atau penggunaan oksida gerbang berbasis nitrida dapat membantu mengurangi kepadatan perangkap antarmuka dan meningkatkan kinerja perangkat.
6. Metalisasi
Metalisasi adalah proses pengendapan lapisan logam pada perangkat untuk membentuk kontak dan interkoneksi listrik. Pada perangkat SIC, beberapa lapisan logam biasanya diendapkan.
Lapisan logam pertama, yang dikenal sebagai logam kontak ohmik, diendapkan pada daerah sumber, saluran, dan gerbang untuk membentuk kontak listrik resistansi rendah. Logam seperti titanium (Ti), nikel (Ni), dan aluminium (Al) biasanya digunakan untuk kontak ohmik. Logam kontak ohmik diendapkan menggunakan metode deposisi uap fisik (PVD), seperti sputtering atau evaporasi. Setelah pengendapan logam, wafer dianil untuk membentuk kontak ohmik yang stabil.
Lapisan logam selanjutnya diendapkan di atas logam kontak ohmik untuk membentuk interkoneksi yang menghubungkan berbagai bagian perangkat. Lapisan logam ini dipola menggunakan teknik fotolitografi dan etsa untuk menciptakan tata letak sirkuit yang diinginkan.
7. Pengemasan
Setelah proses fabrikasi wafer selesai, masing-masing perangkat SIC dipisahkan dari wafer menggunakan gergaji potong dadu. Chip individual ini kemudian dikemas ke dalam paket yang sesuai untuk melindunginya dari lingkungan dan menyediakan sambungan listrik.
Ada berbagai jenis paket yang tersedia untuk perangkat SIC, termasuk paket pemasangan di permukaan dan paket lubang tembus. Pilihan paket bergantung pada persyaratan aplikasi, seperti disipasi daya, peringkat tegangan, dan ukuran fisik.
Selama proses pengemasan, chip SIC dilekatkan pada rangka timah atau substrat menggunakan perekat konduktif. Kabel bond kemudian digunakan untuk menghubungkan bantalan chip ke kabel paket. Terakhir, kemasan tersebut dikemas dengan senyawa cetakan untuk melindungi chip dari kelembapan, debu, dan tekanan mekanis.
8. Pengujian dan Pengendalian Mutu
Langkah terakhir dalam proses pembuatan perangkat SIC adalah pengujian dan pengendalian kualitas. Setiap perangkat SIC yang dikemas diuji untuk memastikan bahwa perangkat tersebut memenuhi persyaratan kinerja yang ditentukan.
Uji kelistrikan dilakukan untuk mengukur parameter seperti tegangan rusaknya, resistansi nyala, tegangan ambang batas, dan karakteristik peralihan. Uji termal juga dilakukan untuk mengevaluasi kinerja termal perangkat, seperti suhu sambungan dan ketahanan termal.
Berdasarkan hasil pengujian, perangkat SIC diurutkan ke dalam tingkatan yang berbeda sesuai dengan kinerjanya. Perangkat yang tidak memenuhi persyaratan spesifikasi akan ditolak, memastikan bahwa hanya perangkat SIC berkualitas tinggi yang dikirimkan ke pelanggan.
Sepanjang proses produksi, langkah-langkah pengendalian kualitas yang ketat diterapkan untuk memastikan keandalan dan konsistensi perangkat SIC. Ini termasuk inspeksi dalam proses, penelusuran material, dan pengendalian proses statistik.
Kesimpulan
Kesimpulannya, proses pembuatan perangkat SIC adalah proses yang kompleks dan sangat presisi yang melibatkan banyak langkah, mulai dari persiapan bahan mentah hingga pengemasan dan pengujian. Perusahaan kami, sebagai pemasok perangkat SIC profesional, berkomitmen untuk menggunakan teknologi manufaktur tercanggih dan sistem kontrol kualitas yang ketat untuk menghasilkan perangkat SIC berkualitas tinggi yang memenuhi beragam kebutuhan pelanggan kami.
Kami menawarkan berbagai macam perangkat SIC, termasukDioda SchottkyDanSic MOSFET. Jika Anda tertarik dengan perangkat SIC kami atau memiliki pertanyaan tentang aplikasi dan pengadaannya, jangan ragu untuk menghubungi kami. Kami menantikan untuk mendiskusikan kebutuhan spesifik Anda dan memberi Anda solusi terbaik.
Referensi
- Baliga, BJ (2005). Perangkat Tenaga Silikon Karbida. Ilmiah Dunia.
- Kimoto, T., & Cooper, JA (Eds.). (2014). Silicon Carbide: Bahan, Pengolahan, dan Perangkat. Wiley - IEEE.
- Palmour, JW, & Davis, RF (2000). Silicon Carbide: Bahan Ajaib Elektronika Daya. Transaksi IEEE pada Perangkat Elektron, 47(3), 417 - 431.
