বর্তমানে, SiC শিল্প 150 মিমি (6 ইঞ্চি) থেকে 200 মিমি (8 ইঞ্চি)-তে রূপান্তরিত হচ্ছে। শিল্পে বড় আকারের, উচ্চ-মানের SiC হোমোএপিটেক্সিয়াল ওয়েফারের জরুরি চাহিদা মেটাতে, 150 মিমি এবং 200 মিমি আকারের SiC ওয়েফার তৈরি করা হচ্ছে।4H-SiC হোমোএপিট্যাক্সিয়াল ওয়েফারস্বাধীনভাবে বিকশিত ২০০ মিমি SiC এপিটেক্সিয়াল গ্রোথ সরঞ্জাম ব্যবহার করে দেশীয় সাবস্ট্রেটের উপর সফলভাবে প্রস্তুত করা হয়েছিল। ১৫০ মিমি এবং ২০০ মিমি-এর জন্য উপযুক্ত একটি হোমোএপিটেক্সিয়াল প্রক্রিয়া তৈরি করা হয়েছে, যেখানে এপিটেক্সিয়াল গ্রোথ রেট ৬০ মাইক্রোমিটার/ঘণ্টার বেশি হতে পারে। উচ্চ-গতির এপিটেক্সি পূরণের পাশাপাশি, এপিটেক্সিয়াল ওয়েফারের গুণমান চমৎকার। ১৫০ মিমি এবং ২০০ মিমি-এর পুরুত্বের সমরূপতা।SiC এপিট্যাক্সিয়াল ওয়েফারএটিকে ১.৫%-এর মধ্যে নিয়ন্ত্রণ করা যায়, ঘনত্বের সমরূপতা ৩%-এর কম, মারাত্মক ত্রুটির ঘনত্ব ০.৩ কণা/সেমি²-এর কম, এবং এপিটেক্সিয়াল পৃষ্ঠের অমসৃণতার রুট মিন স্কয়ার Ra ০.১৫ ন্যানোমিটারের কম, এবং সমস্ত মূল প্রক্রিয়া সূচক শিল্পের উন্নত স্তরে রয়েছে।
সিলিকন কার্বাইড (SiC)সিলিকন কার্বাইড (SiC) তৃতীয় প্রজন্মের সেমিকন্ডাক্টর উপকরণগুলোর অন্যতম প্রতিনিধি। এর উচ্চ ব্রেকডাউন ফিল্ড স্ট্রেংথ, চমৎকার তাপ পরিবাহিতা, উচ্চ ইলেকট্রন স্যাচুরেশন ড্রিফট ভেলোসিটি এবং শক্তিশালী বিকিরণ প্রতিরোধ ক্ষমতার মতো বৈশিষ্ট্য রয়েছে। এটি পাওয়ার ডিভাইসগুলোর শক্তি প্রক্রিয়াকরণ ক্ষমতাকে ব্যাপকভাবে প্রসারিত করেছে এবং উচ্চ ক্ষমতা, ছোট আকার, উচ্চ তাপমাত্রা, উচ্চ বিকিরণ এবং অন্যান্য চরম অবস্থার ডিভাইসগুলোর জন্য পরবর্তী প্রজন্মের পাওয়ার ইলেকট্রনিক সরঞ্জামের পরিষেবার প্রয়োজনীয়তা পূরণ করতে পারে। এটি স্থান, বিদ্যুৎ খরচ এবং শীতলীকরণের প্রয়োজনীয়তা কমাতে পারে। এটি নতুন শক্তির যানবাহন, রেল পরিবহন, স্মার্ট গ্রিড এবং অন্যান্য ক্ষেত্রে বৈপ্লবিক পরিবর্তন এনেছে। তাই, সিলিকন কার্বাইড সেমিকন্ডাক্টর পরবর্তী প্রজন্মের উচ্চ-ক্ষমতার পাওয়ার ইলেকট্রনিক ডিভাইসগুলোকে নেতৃত্ব দেওয়ার জন্য আদর্শ উপাদান হিসেবে স্বীকৃতি পেয়েছে। সাম্প্রতিক বছরগুলোতে, তৃতীয় প্রজন্মের সেমিকন্ডাক্টর শিল্পের উন্নয়নে জাতীয় নীতির সমর্থনের ফলে, চীনে ১৫০ মিমি SiC ডিভাইস শিল্প ব্যবস্থার গবেষণা ও উন্নয়ন এবং নির্মাণ মূলত সম্পন্ন হয়েছে এবং শিল্প শৃঙ্খলের নিরাপত্তা মূলত নিশ্চিত করা হয়েছে। তাই, এই শিল্পের মনোযোগ ধীরে ধীরে ব্যয় নিয়ন্ত্রণ এবং দক্ষতা বৃদ্ধির দিকে সরে গেছে। সারণি ১-এ যেমন দেখানো হয়েছে, ১৫০ মিমি-এর তুলনায় ২০০ মিমি SiC-এর প্রান্ত ব্যবহারের হার বেশি, এবং একক ওয়েফার চিপের উৎপাদন প্রায় ১.৮ গুণ বাড়ানো যেতে পারে। প্রযুক্তিটি পরিপক্ক হওয়ার পর, একটি একক চিপের উৎপাদন খরচ ৩০% পর্যন্ত কমানো সম্ভব। ২০০ মিমি-এর এই প্রযুক্তিগত অগ্রগতি হলো "খরচ কমানো এবং দক্ষতা বাড়ানোর" একটি প্রত্যক্ষ উপায়, এবং এটি আমার দেশের সেমিকন্ডাক্টর শিল্পের "সমান্তরালভাবে এগিয়ে যাওয়া" বা এমনকি "নেতৃত্ব দেওয়ার" চাবিকাঠিও বটে।
Si ডিভাইস প্রক্রিয়া থেকে ভিন্ন,SiC সেমিকন্ডাক্টর পাওয়ার ডিভাইসএপিট্যাক্সিয়াল স্তরকে ভিত্তি করে সবগুলো প্রক্রিয়াজাত ও প্রস্তুত করা হয়। SiC পাওয়ার ডিভাইসের জন্য এপিট্যাক্সিয়াল ওয়েফার অপরিহার্য মৌলিক উপাদান। এপিট্যাক্সিয়াল স্তরের গুণমান সরাসরি ডিভাইসের উৎপাদন ক্ষমতা নির্ধারণ করে এবং চিপ উৎপাদন খরচের ২০% এর জন্য ব্যয় হয়। তাই, SiC পাওয়ার ডিভাইসে এপিট্যাক্সিয়াল গ্রোথ একটি অপরিহার্য মধ্যবর্তী ধাপ। এপিট্যাক্সিয়াল প্রসেস লেভেলের সর্বোচ্চ সীমা এপিট্যাক্সিয়াল ইকুইপমেন্ট দ্বারা নির্ধারিত হয়। বর্তমানে, চীনে ১৫০ মিমি SiC এপিট্যাক্সিয়াল ইকুইপমেন্টের স্থানীয়করণের মাত্রা তুলনামূলকভাবে বেশি, কিন্তু একই সাথে ২০০ মিমি-এর সামগ্রিক লেআউট আন্তর্জাতিক স্তর থেকে পিছিয়ে আছে। তাই, দেশের তৃতীয় প্রজন্মের সেমিকন্ডাক্টর শিল্পের উন্নয়নের জন্য বৃহৎ আকারের, উচ্চ-মানের এপিট্যাক্সিয়াল উপাদান উৎপাদনের জরুরি চাহিদা এবং প্রতিবন্ধকতার সমস্যা সমাধানের লক্ষ্যে, এই গবেষণাপত্রে আমার দেশে সফলভাবে বিকশিত ২০০ মিমি SiC এপিট্যাক্সিয়াল ইকুইপমেন্টের পরিচয় দেওয়া হয়েছে এবং এর এপিট্যাক্সিয়াল প্রক্রিয়াটি অধ্যয়ন করা হয়েছে। প্রসেস তাপমাত্রা, ক্যারিয়ার গ্যাস প্রবাহের হার, C/Si অনুপাত ইত্যাদির মতো প্রসেস প্যারামিটারগুলো অপ্টিমাইজ করার মাধ্যমে, স্বাধীনভাবে তৈরি করা ২০০ মিমি সিলিকন কার্বাইড এপিটেক্সিয়াল ফার্নেস ব্যবহার করে ১৫০ মিমি এবং ২০০ মিমি SiC এপিটেক্সিয়াল ওয়েফারের ক্ষেত্রে ঘনত্বের সমরূপতা <৩%, পুরুত্বের অসমরূপতা <১.৫%, রুক্ষতা Ra <০.২ nm এবং মারাত্মক ত্রুটির ঘনত্ব <০.৩ গ্রেইন/সেমি² অর্জন করা হয়। এই যন্ত্রের প্রসেস লেভেল উচ্চ-মানের SiC পাওয়ার ডিভাইস তৈরির চাহিদা মেটাতে সক্ষম।
১ পরীক্ষা
১.১ নীতিSiC এপিট্যাক্সিয়ালপ্রক্রিয়া
4H-SiC হোমোএপিট্যাক্সিয়াল গ্রোথ প্রক্রিয়ায় প্রধানত দুটি মূল ধাপ অন্তর্ভুক্ত রয়েছে, যথা, 4H-SiC সাবস্ট্রেটের উচ্চ-তাপমাত্রার ইন-সিটু এচিং এবং হোমোজেনিয়াস কেমিক্যাল ভেপার ডিপোজিশন প্রক্রিয়া। সাবস্ট্রেট ইন-সিটু এচিং-এর প্রধান উদ্দেশ্য হলো ওয়েফার পলিশিং-এর পরে সাবস্ট্রেটের উপরিভাগের ক্ষতি, অবশিষ্ট পলিশিং তরল, কণা এবং অক্সাইড স্তর অপসারণ করা, এবং এচিং-এর মাধ্যমে সাবস্ট্রেটের পৃষ্ঠে একটি নিয়মিত পারমাণবিক ধাপ কাঠামো তৈরি করা যায়। ইন-সিটু এচিং সাধারণত হাইড্রোজেন পরিবেশে করা হয়। প্রকৃত প্রক্রিয়ার প্রয়োজন অনুসারে, অল্প পরিমাণে সহায়ক গ্যাসও যোগ করা যেতে পারে, যেমন হাইড্রোজেন ক্লোরাইড, প্রোপেন, ইথিলিন বা সিলেন। ইন-সিটু হাইড্রোজেন এচিং-এর তাপমাত্রা সাধারণত ১৬০০ ℃-এর উপরে থাকে এবং এচিং প্রক্রিয়া চলাকালীন বিক্রিয়া চেম্বারের চাপ সাধারণত ২×১০⁴ Pa-এর নিচে নিয়ন্ত্রণ করা হয়।
ইন-সিটু এচিং দ্বারা সাবস্ট্রেটের পৃষ্ঠতল সক্রিয় করার পর, এটি উচ্চ-তাপমাত্রার রাসায়নিক বাষ্প জমা প্রক্রিয়াতে প্রবেশ করে। এই প্রক্রিয়ায়, গ্রোথ সোর্স (যেমন ইথিলিন/প্রোপেন, টিসিএস/সিলেন), ডোপিং সোর্স (এন-টাইপ ডোপিং সোর্স নাইট্রোজেন, পি-টাইপ ডোপিং সোর্স টিএমএএল), এবং হাইড্রোজেন ক্লোরাইডের মতো সহায়ক গ্যাসকে ক্যারিয়ার গ্যাসের (সাধারণত হাইড্রোজেন) একটি বৃহৎ প্রবাহের মাধ্যমে বিক্রিয়া চেম্বারে পরিবহন করা হয়। উচ্চ-তাপমাত্রার বিক্রিয়া চেম্বারে গ্যাসটির বিক্রিয়ার পর, প্রিকার্সরের একটি অংশ রাসায়নিকভাবে বিক্রিয়া করে ওয়েফারের পৃষ্ঠে অধিশোষিত হয় এবং একক-স্ফটিক 4H-SiC সাবস্ট্রেটকে টেমপ্লেট হিসেবে ব্যবহার করে সাবস্ট্রেটের পৃষ্ঠে একটি নির্দিষ্ট ডোপিং ঘনত্ব, নির্দিষ্ট পুরুত্ব এবং উচ্চতর গুণমানসম্পন্ন একক-স্ফটিক সমজাতীয় 4H-SiC এপিটেক্সিয়াল স্তর গঠিত হয়। বহু বছরের প্রযুক্তিগত গবেষণার পর, 4H-SiC হোমোএপিটেক্সিয়াল প্রযুক্তি মূলত পরিপক্ক হয়েছে এবং শিল্প উৎপাদনে ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হচ্ছে। বিশ্বে সর্বাধিক ব্যবহৃত 4H-SiC হোমোএপিট্যাক্সিয়াল প্রযুক্তির দুটি সাধারণ বৈশিষ্ট্য রয়েছে:
(1) একটি অফ-অ্যাক্সিস (<0001> ক্রিস্টাল প্লেনের সাপেক্ষে, <11-20> ক্রিস্টাল দিকের দিকে) তির্যকভাবে কাটা সাবস্ট্রেটকে টেমপ্লেট হিসাবে ব্যবহার করে, স্টেপ-ফ্লো গ্রোথ মোডে সাবস্ট্রেটের উপর একটি উচ্চ-বিশুদ্ধতা সম্পন্ন অশুদ্ধিবিহীন একক-ক্রিস্টাল 4H-SiC এপিটেক্সিয়াল স্তর জমা করা হয়। প্রাথমিক 4H-SiC হোমোএপিটেক্সিয়াল গ্রোথের জন্য একটি পজিটিভ ক্রিস্টাল সাবস্ট্রেট, অর্থাৎ <0001> Si প্লেন ব্যবহার করা হতো। পজিটিভ ক্রিস্টাল সাবস্ট্রেটের পৃষ্ঠে পারমাণবিক ধাপের ঘনত্ব কম এবং টেরেসগুলো প্রশস্ত হয়। এপিটেক্সি প্রক্রিয়ার সময় দ্বি-মাত্রিক নিউক্লিয়েশন গ্রোথ সহজেই ঘটে 3C ক্রিস্টাল SiC (3C-SiC) তৈরি করে। অফ-অ্যাক্সিস কাটিংয়ের মাধ্যমে, 4H-SiC <0001> সাবস্ট্রেটের পৃষ্ঠে উচ্চ-ঘনত্ব, সংকীর্ণ টেরেস প্রস্থের পারমাণবিক ধাপ প্রবর্তন করা যেতে পারে, এবং শোষিত প্রিকার্সর পৃষ্ঠীয় ব্যাপনের মাধ্যমে তুলনামূলকভাবে কম পৃষ্ঠ শক্তি সম্পন্ন পারমাণবিক ধাপের অবস্থানে কার্যকরভাবে পৌঁছাতে পারে। এই ধাপে, পূর্ববর্তী পরমাণু/আণবিক গোষ্ঠীর বন্ধন অবস্থান অনন্য হয়, তাই স্টেপ ফ্লো গ্রোথ মোডে, এপিথেক্সিয়াল স্তরটি সাবস্ট্রেটের Si-C দ্বি-পারমাণবিক স্তরের স্ট্যাকিং ক্রমকে নিখুঁতভাবে উত্তরাধিকার সূত্রে গ্রহণ করতে পারে এবং সাবস্ট্রেটের মতো একই ক্রিস্টাল ফেজযুক্ত একটি একক ক্রিস্টাল গঠন করতে পারে।
(2) ক্লোরিন-যুক্ত সিলিকন উৎস ব্যবহার করে উচ্চ-গতির এপিটেক্সিয়াল বৃদ্ধি অর্জন করা হয়। প্রচলিত SiC রাসায়নিক বাষ্প জমা পদ্ধতিগুলিতে, সিলেন এবং প্রোপেন (বা ইথিলিন) হল প্রধান বৃদ্ধির উৎস। বৃদ্ধির উৎসের প্রবাহ হার বাড়িয়ে বৃদ্ধির হার বাড়ানোর প্রক্রিয়ায়, সিলিকন উপাদানের ভারসাম্য আংশিক চাপ ক্রমাগত বাড়তে থাকায়, সমজাতীয় গ্যাসীয় দশার নিউক্লিয়েশনের মাধ্যমে সহজেই সিলিকন ক্লাস্টার তৈরি হয়, যা সিলিকন উৎসের ব্যবহারের হার উল্লেখযোগ্যভাবে কমিয়ে দেয়। সিলিকন ক্লাস্টারের গঠন এপিটেক্সিয়াল বৃদ্ধির হারের উন্নতিকে ব্যাপকভাবে সীমাবদ্ধ করে। একই সময়ে, সিলিকন ক্লাস্টারগুলি ধাপ প্রবাহ বৃদ্ধিকে ব্যাহত করতে পারে এবং ত্রুটি নিউক্লিয়েশনের কারণ হতে পারে। সমজাতীয় গ্যাসীয় দশার নিউক্লিয়েশন এড়াতে এবং এপিটেক্সিয়াল বৃদ্ধির হার বাড়ানোর জন্য, ক্লোরিন-ভিত্তিক সিলিকন উৎস ব্যবহার করা বর্তমানে 4H-SiC-এর এপিটেক্সিয়াল বৃদ্ধির হার বাড়ানোর প্রধান পদ্ধতি।
১.২ ২০০ মিমি (৮-ইঞ্চি) SiC এপিট্যাক্সিয়াল সরঞ্জাম এবং প্রক্রিয়া শর্তাবলী
এই গবেষণাপত্রে বর্ণিত সমস্ত পরীক্ষা চায়না ইলেকট্রনিক্স টেকনোলজি গ্রুপ কর্পোরেশনের ৪৮তম ইনস্টিটিউট কর্তৃক স্বাধীনভাবে বিকশিত একটি ১৫০/২০০ মিমি (৬/৮-ইঞ্চি) সামঞ্জস্যপূর্ণ মনোলিথিক হরাইজন্টাল হট ওয়াল SiC এপিটেক্সিয়াল ইকুইপমেন্টে পরিচালিত হয়েছিল। এপিটেক্সিয়াল ফার্নেসটি সম্পূর্ণ স্বয়ংক্রিয় ওয়েফার লোডিং এবং আনলোডিং সমর্থন করে। চিত্র ১ হলো এপিটেক্সিয়াল ইকুইপমেন্টের রিঅ্যাকশন চেম্বারের অভ্যন্তরীণ কাঠামোর একটি পরিকল্পিত চিত্র। চিত্র ১-এ যেমন দেখানো হয়েছে, রিঅ্যাকশন চেম্বারের বাইরের দেয়ালটি একটি জল-শীতল ইন্টারলেয়ারসহ কোয়ার্টজ বেল, এবং বেলের অভ্যন্তরটি একটি উচ্চ-তাপমাত্রার রিঅ্যাকশন চেম্বার, যা তাপ নিরোধক কার্বন ফেল্ট, উচ্চ-বিশুদ্ধ বিশেষ গ্রাফাইট ক্যাভিটি, গ্রাফাইট গ্যাস-ফ্লোটিং রোটেটিং বেস ইত্যাদি দ্বারা গঠিত। সম্পূর্ণ কোয়ার্টজ বেলটি একটি নলাকার ইন্ডাকশন কয়েল দ্বারা আবৃত, এবং বেলের ভেতরের রিঅ্যাকশন চেম্বারটি একটি মাঝারি-ফ্রিকোয়েন্সির ইন্ডাকশন পাওয়ার সাপ্লাই দ্বারা তড়িৎ-চৌম্বকীয়ভাবে উত্তপ্ত করা হয়। চিত্র ১ (খ)-তে যেমন দেখানো হয়েছে, বাহক গ্যাস, বিক্রিয়া গ্যাস এবং ডোপিং গ্যাস সবগুলোই বিক্রিয়া চেম্বারের উজানের দিক থেকে ভাটির দিকের দিকে একটি অনুভূমিক স্তরিত প্রবাহে ওয়েফারের পৃষ্ঠের মধ্য দিয়ে প্রবাহিত হয় এবং লেজের গ্যাস প্রান্ত থেকে নির্গত হয়। ওয়েফারের মধ্যে সামঞ্জস্য নিশ্চিত করার জন্য, বায়ু ভাসমান ভিত্তি দ্বারা বাহিত ওয়েফারটিকে প্রক্রিয়া চলাকালীন সর্বদা ঘোরানো হয়।
পরীক্ষায় ব্যবহৃত সাবস্ট্রেটটি হলো শানশি শুওকে ক্রিস্টাল দ্বারা উৎপাদিত একটি বাণিজ্যিক ১৫০ মিমি, ২০০ মিমি (৬ ইঞ্চি, ৮ ইঞ্চি) <১১২০> দিকনির্দেশক ৪° অফ-অ্যাঙ্গেল পরিবাহী এন-টাইপ ৪এইচ-এসআইসি দ্বি-পার্শ্ব পালিশ করা এসআইসি সাবস্ট্রেট। প্রক্রিয়া পরীক্ষায় প্রধান গ্রোথ সোর্স হিসেবে ট্রাইক্লোরোসিলেন (SiHCl3, TCS) এবং ইথিলিন (C2H4) ব্যবহৃত হয়, যার মধ্যে TCS এবং C2H4 যথাক্রমে সিলিকন সোর্স এবং কার্বন সোর্স হিসেবে, উচ্চ-বিশুদ্ধ নাইট্রোজেন (N2) এন-টাইপ ডোপিং সোর্স হিসেবে এবং হাইড্রোজেন (H2) ডাইলুশন গ্যাস ও ক্যারিয়ার গ্যাস হিসেবে ব্যবহৃত হয়। এপিটেক্সিয়াল প্রক্রিয়ার তাপমাত্রার পরিসর হলো ১৬০০ ~ ১৬৬০ ℃, প্রক্রিয়ার চাপ হলো ৮×১০³ ~১২×১০³ Pa, এবং H2 ক্যারিয়ার গ্যাসের প্রবাহের হার হলো ১০০～১৪০ লিটার/মিনিট।
১.৩ এপিট্যাক্সিয়াল ওয়েফারের পরীক্ষা ও বৈশিষ্ট্য নিরূপণ
এপিথেক্সিয়াল স্তরের পুরুত্ব এবং ডোপিং ঘনত্বের গড় ও বিন্যাস নির্ণয়ের জন্য ফুরিয়ার ইনফ্রারেড স্পেকট্রোমিটার (সরঞ্জাম প্রস্তুতকারক থার্মালফিশার, মডেল iS50) এবং মার্কারি প্রোব কনসেন্ট্রেশন টেস্টার (সরঞ্জাম প্রস্তুতকারক সেমিল্যাব, মডেল 530L) ব্যবহার করা হয়েছিল; ওয়েফারের কেন্দ্র থেকে ৫ মিমি প্রান্ত অপসারণ করে, প্রধান রেফারেন্স প্রান্তের অভিলম্ব রেখাকে ৪৫° কোণে ছেদকারী ব্যাস রেখা বরাবর বিন্দু নিয়ে এপিথেক্সিয়াল স্তরের প্রতিটি বিন্দুর পুরুত্ব এবং ডোপিং ঘনত্ব নির্ধারণ করা হয়েছিল। চিত্র ২-এ দেখানো অনুযায়ী, একটি ১৫০ মিমি ওয়েফারের জন্য একটিমাত্র ব্যাস রেখা বরাবর ৯টি বিন্দু (দুটি ব্যাস পরস্পরের উপর লম্ব ছিল) এবং একটি ২০০ মিমি ওয়েফারের জন্য ২১টি বিন্দু নেওয়া হয়েছিল। এপিটেক্সিয়াল স্তরের পৃষ্ঠতলের অমসৃণতা পরীক্ষা করার জন্য, একটি অ্যাটমিক ফোর্স মাইক্রোস্কোপ (সরঞ্জাম প্রস্তুতকারক ব্রুকার, মডেল ডাইমেনশন আইকন) ব্যবহার করে এপিটেক্সিয়াল ওয়েফারের কেন্দ্র এবং প্রান্তীয় এলাকা থেকে (৫ মিমি প্রান্ত অপসারণ করে) ৩০ μm×৩০ μm ক্ষেত্রফল নির্বাচন করা হয়েছিল; একটি সারফেস ডিফেক্ট টেস্টার (সরঞ্জাম প্রস্তুতকারক চায়না ইলেকট্রনিক্স) ব্যবহার করে এপিটেক্সিয়াল স্তরের ত্রুটিগুলো পরিমাপ করা হয়েছিল। ৩ডি ইমেজারটির বৈশিষ্ট্য নিরূপণ করা হয়েছিল কেফেংহুয়ার একটি রাডার সেন্সর (মডেল মার্স ৪৪১০ প্রো) দ্বারা।
পোস্ট করার সময়: ০৪-সেপ্টেম্বর-২০২৪