সিভিডি সিসি আবরণের বৃদ্ধির উপর বিভিন্ন তাপমাত্রার প্রভাব

সিভিডি সিআইসি আবরণ কী?

রাসায়নিক বাষ্প জমা (CVD) হল একটি ভ্যাকুয়াম জমা প্রক্রিয়া যা উচ্চ-বিশুদ্ধতা সম্পন্ন কঠিন পদার্থ তৈরি করতে ব্যবহৃত হয়। এই প্রক্রিয়াটি প্রায়শই সেমিকন্ডাক্টর উৎপাদন ক্ষেত্রে ওয়েফারের পৃষ্ঠে পাতলা ফিল্ম তৈরি করতে ব্যবহৃত হয়। CVD দ্বারা সিলিকন কার্বাইড প্রস্তুত করার প্রক্রিয়ায়, সাবস্ট্রেটটি এক বা একাধিক উদ্বায়ী পূর্বসূরীর সংস্পর্শে আসে, যা সাবস্ট্রেটের পৃষ্ঠে রাসায়নিকভাবে বিক্রিয়া করে কাঙ্ক্ষিত সিলিকন কার্বাইড জমা জমা করে। সিলিকন কার্বাইড উপকরণ প্রস্তুত করার অনেক পদ্ধতির মধ্যে, রাসায়নিক বাষ্প জমা দ্বারা প্রস্তুত পণ্যগুলির অভিন্নতা এবং বিশুদ্ধতা বেশি থাকে এবং এই পদ্ধতিতে শক্তিশালী প্রক্রিয়া নিয়ন্ত্রণযোগ্যতা থাকে। সিভিডি সিলিকন কার্বাইড উপকরণগুলিতে চমৎকার তাপীয়, বৈদ্যুতিক এবং রাসায়নিক বৈশিষ্ট্যের এক অনন্য সমন্বয় রয়েছে, যা এগুলিকে সেমিকন্ডাক্টর শিল্পে ব্যবহারের জন্য খুবই উপযুক্ত করে তোলে যেখানে উচ্চ-কার্যক্ষমতাসম্পন্ন উপকরণের প্রয়োজন হয়। সিভিডি সিলিকন কার্বাইড উপাদানগুলি এচিং সরঞ্জাম, এমওসিভিডি সরঞ্জাম, সি এপিট্যাক্সিয়াল সরঞ্জাম এবং সিআইসি এপিট্যাক্সিয়াল সরঞ্জাম, দ্রুত তাপ প্রক্রিয়াকরণ সরঞ্জাম এবং অন্যান্য ক্ষেত্রে ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হয়।

এই প্রবন্ধটি বিভিন্ন প্রক্রিয়া তাপমাত্রায় তৈরি পাতলা ফিল্মের গুণমান বিশ্লেষণের উপর আলোকপাত করেসিভিডি সিসি আবরণ, যাতে সবচেয়ে উপযুক্ত প্রক্রিয়া তাপমাত্রা নির্বাচন করা যায়। পরীক্ষায় গ্রাফাইটকে সাবস্ট্রেট হিসেবে এবং ট্রাইক্লোরোমিথাইলসিলেন (MTS) কে বিক্রিয়ার উৎস হিসেবে ব্যবহার করা হয়েছে। SiC আবরণ নিম্ন-চাপ CVD প্রক্রিয়া দ্বারা জমা হয় এবং এর মাইক্রোমরফোলজিসিভিডি সিসি আবরণএর কাঠামোগত ঘনত্ব বিশ্লেষণ করার জন্য ইলেকট্রন মাইক্রোস্কোপি স্ক্যান করে পর্যবেক্ষণ করা হয়।

গ্রাফাইট সাবস্ট্রেটের পৃষ্ঠের তাপমাত্রা খুব বেশি হওয়ায়, মধ্যবর্তী গ্যাসটি সাবস্ট্রেট পৃষ্ঠ থেকে শোষিত এবং নির্গত হবে এবং অবশেষে সাবস্ট্রেট পৃষ্ঠে অবশিষ্ট C এবং Si কঠিন পর্যায় SiC গঠন করবে যাতে SiC আবরণ তৈরি হবে। উপরের CVD-SiC বৃদ্ধি প্রক্রিয়া অনুসারে, এটি দেখা যায় যে তাপমাত্রা গ্যাসের বিস্তার, MTS এর পচন, ফোঁটা গঠন এবং মধ্যবর্তী গ্যাসের শোষণ এবং নিঃসরণকে প্রভাবিত করবে, তাই জমা তাপমাত্রা SiC আবরণের আকারবিদ্যায় একটি গুরুত্বপূর্ণ ভূমিকা পালন করবে। আবরণের মাইক্রোস্কোপিক রূপবিদ্যা হল আবরণের ঘনত্বের সবচেয়ে স্বজ্ঞাত প্রকাশ। অতএব, CVD SiC আবরণের মাইক্রোস্কোপিক রূপবিদ্যার উপর বিভিন্ন জমা তাপমাত্রার প্রভাব অধ্যয়ন করা প্রয়োজন। যেহেতু MTS 900~1600℃ এর মধ্যে SiC আবরণ পচে যেতে পারে এবং জমা করতে পারে, তাই এই পরীক্ষায় CVD-SiC আবরণের উপর তাপমাত্রার প্রভাব অধ্যয়নের জন্য SiC আবরণ প্রস্তুত করার জন্য 900℃, 1000℃, 1100℃, 1200℃ এবং 1300℃ এর পাঁচটি জমা তাপমাত্রা নির্বাচন করা হয়েছে। নির্দিষ্ট পরামিতিগুলি সারণি 3 এ দেখানো হয়েছে। চিত্র 2 বিভিন্ন জমা তাপমাত্রায় জন্মানো CVD-SiC আবরণের মাইক্রোস্কোপিক রূপবিদ্যা দেখায়।

যখন জমা তাপমাত্রা 900℃ হয়, তখন সমস্ত SiC ফাইবার আকারে বৃদ্ধি পায়। দেখা যায় যে একটি একক ফাইবারের ব্যাস প্রায় 3.5μm এবং এর আকৃতির অনুপাত প্রায় 3 (<10)। তাছাড়া, এটি অসংখ্য ন্যানো-SiC কণা দ্বারা গঠিত, তাই এটি একটি পলিক্রিস্টালাইন SiC কাঠামোর অন্তর্গত, যা ঐতিহ্যবাহী SiC ন্যানোওয়্যার এবং একক-স্ফটিক SiC হুইস্কার থেকে আলাদা। এই তন্তুযুক্ত SiC হল অযৌক্তিক প্রক্রিয়া পরামিতিগুলির কারণে সৃষ্ট একটি কাঠামোগত ত্রুটি। দেখা যায় যে এই SiC আবরণের গঠন তুলনামূলকভাবে আলগা, এবং তন্তুযুক্ত SiC এর মধ্যে প্রচুর সংখ্যক ছিদ্র রয়েছে এবং ঘনত্ব খুব কম। অতএব, এই তাপমাত্রা ঘন SiC আবরণ তৈরির জন্য উপযুক্ত নয়। সাধারণত, তন্তুযুক্ত SiC কাঠামোগত ত্রুটিগুলি খুব কম জমা তাপমাত্রার কারণে ঘটে। কম তাপমাত্রায়, সাবস্ট্রেটের পৃষ্ঠে শোষিত ছোট অণুগুলির শক্তি কম এবং স্থানান্তর ক্ষমতা কম থাকে। অতএব, ছোট অণুগুলি স্থানান্তরিত হয় এবং SiC শস্যের সর্বনিম্ন পৃষ্ঠ মুক্ত শক্তিতে বৃদ্ধি পায় (যেমন শস্যের অগ্রভাগ)। ক্রমাগত দিকনির্দেশনামূলক বৃদ্ধি অবশেষে তন্তুযুক্ত SiC কাঠামোগত ত্রুটি তৈরি করে।

সিভিডি সিআইসি আবরণ প্রস্তুতকরণ:

প্রথমে, গ্রাফাইট সাবস্ট্রেটটি একটি উচ্চ-তাপমাত্রার ভ্যাকুয়াম চুল্লিতে স্থাপন করা হয় এবং ছাই অপসারণের জন্য একটি Ar বায়ুমণ্ডলে 1500℃ তাপমাত্রায় 1 ঘন্টা রাখা হয়। তারপর গ্রাফাইট ব্লকটি 15x15x5mm আকারের একটি ব্লকে কাটা হয় এবং গ্রাফাইট ব্লকের পৃষ্ঠটি 1200-জাল স্যান্ডপেপার দিয়ে পালিশ করা হয় যাতে SiC জমার উপর প্রভাব ফেলে এমন পৃষ্ঠের ছিদ্রগুলি দূর করা যায়। প্রক্রিয়াজাত গ্রাফাইট ব্লকটি নির্জল ইথানল এবং পাতিত জল দিয়ে ধুয়ে শুকানোর জন্য 100℃ তাপমাত্রায় একটি চুলায় রাখা হয়। অবশেষে, গ্রাফাইট সাবস্ট্রেটটি SiC জমার জন্য নলাকার চুল্লির প্রধান তাপমাত্রা অঞ্চলে স্থাপন করা হয়। রাসায়নিক বাষ্প জমার ব্যবস্থার পরিকল্পিত চিত্র চিত্র 1 এ দেখানো হয়েছে।

দ্যসিভিডি সিসি আবরণইলেকট্রন মাইক্রোস্কোপি স্ক্যান করে এর কণার আকার এবং ঘনত্ব বিশ্লেষণ করে পর্যবেক্ষণ করা হয়েছিল। এছাড়াও, SiC আবরণের জমার হার নিম্নলিখিত সূত্র অনুসারে গণনা করা হয়েছিল: VSiC=(m2-m1)/(Sxt)x100% VSiC=জমা হার; m2–আবরণ নমুনার ভর (mg); m1–স্তরের ভর (mg); সাবস্ট্রেটের S-পৃষ্ঠের ক্ষেত্রফল (mm2); t- জমার সময় (h)।   CVD-SiC তুলনামূলকভাবে জটিল, এবং প্রক্রিয়াটি নিম্নরূপে সংক্ষেপিত করা যেতে পারে: উচ্চ তাপমাত্রায়, MTS তাপীয় পচনের মধ্য দিয়ে কার্বন উৎস এবং সিলিকন উৎস ছোট অণু তৈরি করবে। কার্বন উৎস ছোট অণুগুলিতে মূলত CH3, C2H2 এবং C2H4 অন্তর্ভুক্ত থাকে এবং সিলিকন উৎস ছোট অণুগুলিতে মূলত SiCI2, SiCI3 ইত্যাদি অন্তর্ভুক্ত থাকে; এই কার্বন উৎস এবং সিলিকন উৎস ছোট অণুগুলিকে তারপর বাহক গ্যাস এবং দ্রাবক গ্যাস দ্বারা গ্রাফাইট সাবস্ট্রেটের পৃষ্ঠে স্থানান্তরিত করা হবে, এবং তারপর এই ছোট অণুগুলিকে শোষণের আকারে সাবস্ট্রেটের পৃষ্ঠে শোষিত করা হবে, এবং তারপর ছোট অণুগুলির মধ্যে রাসায়নিক বিক্রিয়া ঘটবে যাতে ছোট ছোট ফোঁটা তৈরি হয় যা ধীরে ধীরে বৃদ্ধি পায়, এবং ফোঁটাগুলিও মিশে যাবে, এবং প্রতিক্রিয়াটি মধ্যবর্তী উপ-পণ্য (HCl গ্যাস) গঠনের সাথে থাকবে; যখন তাপমাত্রা ১০০০ ডিগ্রি সেলসিয়াসে বেড়ে যায়, তখন SiC আবরণের ঘনত্ব অনেক উন্নত হয়। দেখা যায় যে বেশিরভাগ আবরণ SiC দানা (প্রায় ৪μm আকারের) দিয়ে তৈরি, তবে কিছু তন্তুযুক্ত SiC ত্রুটিও পাওয়া যায়, যা দেখায় যে এই তাপমাত্রায় SiC-এর দিকনির্দেশক বৃদ্ধি এখনও রয়েছে এবং আবরণটি এখনও যথেষ্ট ঘন নয়। যখন তাপমাত্রা ১১০০ ডিগ্রি সেলসিয়াসে বেড়ে যায়, তখন দেখা যায় যে SiC আবরণটি খুব ঘন, এবং তন্তুযুক্ত SiC ত্রুটিগুলি সম্পূর্ণরূপে অদৃশ্য হয়ে গেছে। আবরণটি প্রায় ৫~১০μm ব্যাসের ফোঁটা-আকৃতির SiC কণা দ্বারা গঠিত, যা শক্তভাবে একত্রিত। কণাগুলির পৃষ্ঠটি খুব রুক্ষ। এটি অসংখ্য ন্যানো-স্কেল SiC দানা দ্বারা গঠিত। প্রকৃতপক্ষে, ১১০০ ডিগ্রি সেলসিয়াসে CVD-SiC বৃদ্ধি প্রক্রিয়া ভর স্থানান্তর নিয়ন্ত্রিত হয়ে উঠেছে। সাবস্ট্রেটের পৃষ্ঠে শোষিত ছোট অণুগুলিতে নিউক্লিয়াস হয়ে SiC দানায় বৃদ্ধি পাওয়ার জন্য পর্যাপ্ত শক্তি এবং সময় থাকে। SiC দানাগুলি সমানভাবে বড় ফোঁটা তৈরি করে। পৃষ্ঠ শক্তির প্রভাবে, বেশিরভাগ ফোঁটা গোলাকার দেখায় এবং ফোঁটাগুলি শক্তভাবে একত্রিত হয়ে একটি ঘন SiC আবরণ তৈরি করে। যখন তাপমাত্রা ১২০০ ডিগ্রি সেলসিয়াসে বৃদ্ধি পায়, তখন SiC আবরণটিও ঘন হয়, কিন্তু SiC আকারবিদ্যা বহু-প্রশস্ত হয়ে যায় এবং আবরণের পৃষ্ঠটি আরও রুক্ষ দেখায়। যখন তাপমাত্রা ১৩০০ ডিগ্রি সেলসিয়াসে বৃদ্ধি পায়, তখন গ্রাফাইট সাবস্ট্রেটের পৃষ্ঠে প্রায় ৩μm ব্যাসের প্রচুর নিয়মিত গোলাকার কণা পাওয়া যায়। এর কারণ হল এই তাপমাত্রায়, SiC গ্যাস ফেজ নিউক্লিয়েশনে রূপান্তরিত হয় এবং MTS পচনের হার খুব দ্রুত হয়। ছোট অণুগুলি সাবস্ট্রেট পৃষ্ঠে শোষিত হওয়ার আগে SiC দানা তৈরিতে বিক্রিয়া করে এবং নিউক্লিয়েটেড হয়ে যায়। দানাগুলি গোলাকার কণা তৈরি করার পরে, তারা নীচে নেমে যায়, যার ফলে অবশেষে দুর্বল ঘনত্বের সাথে একটি আলগা SiC কণা আবরণ তৈরি হয়। স্পষ্টতই, ঘন SiC আবরণের গঠন তাপমাত্রা হিসাবে ১৩০০ ডিগ্রি সেলসিয়াস ব্যবহার করা যাবে না। বিস্তৃত তুলনা দেখায় যে যদি ঘন SiC আবরণ প্রস্তুত করতে হয়, তাহলে সর্বোত্তম CVD জমা তাপমাত্রা হল ১১০০ ডিগ্রি সেলসিয়াস।

চিত্র ৩ বিভিন্ন জমা তাপমাত্রায় CVD SiC আবরণের জমার হার দেখায়। জমা তাপমাত্রা বৃদ্ধির সাথে সাথে SiC আবরণের জমার হার ধীরে ধীরে হ্রাস পায়। ৯০০°C তাপমাত্রায় জমার হার ০.৩৫২ mg·h-১/mm২, এবং তন্তুগুলির দিকনির্দেশনামূলক বৃদ্ধি দ্রুততম জমার হারের দিকে পরিচালিত করে। সর্বোচ্চ ঘনত্বের আবরণের জমার হার ০.১৭৯ mg·h-১/mm২। কিছু SiC কণা জমার কারণে, ১৩০০°C তাপমাত্রায় জমার হার সর্বনিম্ন, মাত্র ০.০২৭ mg·h-১/mm২।   উপসংহার: সর্বোত্তম CVD জমার তাপমাত্রা হল 1100℃। নিম্ন তাপমাত্রা SiC-এর দিকনির্দেশক বৃদ্ধিকে উৎসাহিত করে, অন্যদিকে উচ্চ তাপমাত্রা SiC-এর কারণে বাষ্প জমা হয় এবং এর ফলে বিক্ষিপ্ত আবরণ তৈরি হয়। জমার তাপমাত্রা বৃদ্ধির সাথে সাথে জমার হারসিভিডি সিসি আবরণধীরে ধীরে হ্রাস পায়।