৮-ইঞ্চি SiC এপিটেক্সিয়াল ফার্নেস এবং হোমোএপিটেক্সিয়াল প্রক্রিয়া-২ এর উপর গবেষণা

 

২ পরীক্ষামূলক ফলাফল এবং আলোচনা

২.১এপিট্যাক্সিয়াল স্তরপুরুত্ব এবং একরূপতা

এপিট্যাক্সিয়াল ওয়েফারের গুণমান বিচার করার জন্য এপিট্যাক্সিয়াল স্তরের পুরুত্ব, ডোপিং ঘনত্ব এবং সমরূপতা অন্যতম প্রধান সূচক। ওয়েফারের মধ্যে পুরুত্ব, ডোপিং ঘনত্ব এবং সমরূপতা নির্ভুলভাবে নিয়ন্ত্রণ করাই এর কার্যকারিতা এবং ধারাবাহিকতা নিশ্চিত করার মূল চাবিকাঠি।SiC পাওয়ার ডিভাইসএবং এপিটেক্সিয়াল স্তরের পুরুত্ব ও ডোপিং ঘনত্বের সমরূপতাও এপিটেক্সিয়াল যন্ত্রপাতির প্রক্রিয়া সক্ষমতা পরিমাপের গুরুত্বপূর্ণ ভিত্তি।

চিত্র ৩-এ ১৫০ মিমি এবং ২০০ মিমি-এর পুরুত্বের সমরূপতা এবং বন্টন বক্ররেখা দেখানো হয়েছে।SiC এপিট্যাক্সিয়াল ওয়েফারচিত্র থেকে দেখা যায় যে, এপিথেক্সিয়াল স্তরের পুরুত্ব বন্টন বক্ররেখাটি ওয়েফারের কেন্দ্রবিন্দুর সাপেক্ষে প্রতিসম। এপিথেক্সিয়াল প্রক্রিয়াকরণের সময় ৬০০ সেকেন্ড, ১৫০ মিমি এপিথেক্সিয়াল ওয়েফারের গড় এপিথেক্সিয়াল স্তরের পুরুত্ব ১০.৮৯ মাইক্রোমিটার এবং পুরুত্বের সমরূপতা ১.০৫%। গণনা করে দেখা যায়, এপিথেক্সিয়াল বৃদ্ধির হার ৬৫.৩ মাইক্রোমিটার/ঘণ্টা, যা একটি সাধারণ দ্রুত এপিথেক্সিয়াল প্রক্রিয়াকরণের স্তর। একই এপিথেক্সিয়াল প্রক্রিয়াকরণের সময়ে, ২০০ মিমি এপিথেক্সিয়াল ওয়েফারের এপিথেক্সিয়াল স্তরের পুরুত্ব ১০.১০ মাইক্রোমিটার, পুরুত্বের সমরূপতা ১.৩৬%-এর মধ্যে এবং সামগ্রিক বৃদ্ধির হার ৬০.৬০ মাইক্রোমিটার/ঘণ্টা, যা ১৫০ মিমি এপিথেক্সিয়াল বৃদ্ধির হারের চেয়ে সামান্য কম। এর কারণ হলো, যখন সিলিকন সোর্স এবং কার্বন সোর্স রিঅ্যাকশন চেম্বারের আপস্ট্রিম থেকে ওয়েফারের পৃষ্ঠের মধ্য দিয়ে ডাউনস্ট্রিমে প্রবাহিত হয়, তখন পথে সুস্পষ্ট অপচয় ঘটে এবং ২০০ মিমি ওয়েফারের ক্ষেত্রফল ১৫০ মিমি ওয়েফারের চেয়ে বড়। গ্যাসটি ২০০ মিমি ওয়েফারের পৃষ্ঠের মধ্য দিয়ে দীর্ঘ দূরত্ব অতিক্রম করে, এবং এই পথে ব্যবহৃত সোর্স গ্যাসের পরিমাণও বেশি হয়। ওয়েফারটি ক্রমাগত ঘুরতে থাকার ফলে, এপিটেক্সিয়াল স্তরের সামগ্রিক পুরুত্ব পাতলা হয়, তাই বৃদ্ধির হার ধীর হয়ে যায়। সার্বিকভাবে, ১৫০ মিমি এবং ২০০ মিমি এপিটেক্সিয়াল ওয়েফারের পুরুত্বের সমরূপতা চমৎকার, এবং সরঞ্জামটির প্রক্রিয়াকরণ ক্ষমতা উচ্চ-মানের ডিভাইসের প্রয়োজনীয়তা পূরণ করতে পারে।

 

২.২ এপিট্যাক্সিয়াল স্তরের ডোপিং ঘনত্ব এবং একরূপতা

চিত্র ৪-এ ১৫০ মিমি এবং ২০০ মিমি-এর ডোপিং ঘনত্বের সমরূপতা এবং বক্ররেখা বিন্যাস দেখানো হয়েছে।SiC এপিট্যাক্সিয়াল ওয়েফারচিত্র থেকে যেমন দেখা যায়, এপিথেক্সিয়াল ওয়েফারের উপর ঘনত্বের বন্টন রেখাচিত্রটি ওয়েফারের কেন্দ্রের সাপেক্ষে সুস্পষ্ট প্রতিসাম্য প্রদর্শন করে। ১৫০ মিমি এবং ২০০ মিমি এপিথেক্সিয়াল স্তরগুলির ডোপিং ঘনত্বের সমরূপতা যথাক্রমে ২.৮০% এবং ২.৬৬%, যা ৩%-এর মধ্যে নিয়ন্ত্রণ করা যায়, যা অনুরূপ আন্তর্জাতিক সরঞ্জামের জন্য একটি চমৎকার স্তর। এপিথেক্সিয়াল স্তরের ডোপিং ঘনত্বের রেখাচিত্রটি ব্যাসের দিক বরাবর একটি "W" আকৃতিতে বণ্টিত হয়, যা মূলত হরাইজন্টাল হট ওয়াল এপিথেক্সিয়াল ফার্নেসের প্রবাহ ক্ষেত্র দ্বারা নির্ধারিত হয়, কারণ হরাইজন্টাল এয়ারফ্লো এপিথেক্সিয়াল গ্রোথ ফার্নেসের বায়ুপ্রবাহের দিকটি হলো এয়ার ইনলেট প্রান্ত (আপস্ট্রিম) থেকে শুরু হয়ে ডাউনস্ট্রিম প্রান্ত দিয়ে ওয়েফার পৃষ্ঠের মধ্য দিয়ে একটি ল্যামিনার পদ্ধতিতে বেরিয়ে যায়; যেহেতু কার্বন উৎসের (C2H4) "পথ বরাবর ক্ষয়" হার সিলিকন উৎসের (TCS) চেয়ে বেশি, তাই যখন ওয়েফারটি ঘোরে, তখন ওয়েফারের পৃষ্ঠে প্রকৃত C/Si অনুপাত প্রান্ত থেকে কেন্দ্রের দিকে ধীরে ধীরে হ্রাস পায় (কেন্দ্রে কার্বন উৎসের পরিমাণ কম থাকে), C এবং N-এর "প্রতিযোগিতামূলক অবস্থান তত্ত্ব" অনুসারে, ওয়েফারের কেন্দ্রের ডোপিং ঘনত্ব প্রান্তের দিকে ধীরে ধীরে হ্রাস পায়, চমৎকার ঘনত্বের সমরূপতা অর্জনের জন্য, কেন্দ্র থেকে প্রান্তের দিকে ডোপিং ঘনত্বের হ্রাসকে ধীর করতে এপিটেক্সিয়াল প্রক্রিয়ার সময় ক্ষতিপূরণ হিসেবে প্রান্তে N2 যোগ করা হয়, যার ফলে চূড়ান্ত ডোপিং ঘনত্বের বক্ররেখাটি একটি "W" আকৃতি ধারণ করে।

২.৩ এপিট্যাক্সিয়াল স্তরের ত্রুটি

বেধ এবং ডোপিং ঘনত্বের পাশাপাশি, এপিটেক্সিয়াল ওয়েফারের গুণমান পরিমাপের জন্য এপিটেক্সিয়াল স্তরের ত্রুটি নিয়ন্ত্রণের মাত্রাও একটি মূল প্যারামিটার এবং এপিটেক্সিয়াল সরঞ্জামের প্রক্রিয়াকরণ ক্ষমতার একটি গুরুত্বপূর্ণ সূচক। যদিও SBD এবং MOSFET-এর ত্রুটির ক্ষেত্রে ভিন্ন ভিন্ন প্রয়োজনীয়তা রয়েছে, তবে ড্রপ ডিফেক্ট, ট্রায়াঙ্গেল ডিফেক্ট, ক্যারট ডিফেক্ট, কমেট ডিফেক্ট ইত্যাদির মতো আরও সুস্পষ্ট পৃষ্ঠীয় গঠনগত ত্রুটিগুলোকে SBD এবং MOSFET ডিভাইসের কিলার ডিফেক্ট হিসেবে সংজ্ঞায়িত করা হয়। এই ত্রুটিযুক্ত চিপগুলোর ব্যর্থ হওয়ার সম্ভাবনা বেশি, তাই চিপের উৎপাদন বৃদ্ধি এবং খরচ কমানোর জন্য কিলার ডিফেক্টের সংখ্যা নিয়ন্ত্রণ করা অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ। চিত্র ৫-এ ১৫০ মিমি এবং ২০০ মিমি SiC এপিটেক্সিয়াল ওয়েফারের কিলার ডিফেক্টের বিন্যাস দেখানো হয়েছে। C/Si অনুপাতে কোনো সুস্পষ্ট ভারসাম্যহীনতা না থাকলে, ক্যারট ডিফেক্ট এবং কমেট ডিফেক্ট মূলত দূর করা যায়, অন্যদিকে ড্রপ ডিফেক্ট এবং ট্রায়াঙ্গেল ডিফেক্টগুলো এপিটেক্সিয়াল সরঞ্জাম পরিচালনার সময় পরিচ্ছন্নতা নিয়ন্ত্রণ, বিক্রিয়া চেম্বারে গ্রাফাইট অংশের অশুদ্ধতার মাত্রা এবং সাবস্ট্রেটের গুণমানের সাথে সম্পর্কিত। সারণি ২ থেকে দেখা যায় যে, ১৫০ মিমি এবং ২০০ মিমি এপিটেক্সিয়াল ওয়েফারের মারাত্মক ত্রুটির ঘনত্ব ০.৩ কণা/সেমি²-এর মধ্যে নিয়ন্ত্রণ করা যায়, যা একই ধরনের যন্ত্রপাতির জন্য একটি চমৎকার মাত্রা। ১৫০ মিমি এপিটেক্সিয়াল ওয়েফারের মারাত্মক ত্রুটির ঘনত্ব নিয়ন্ত্রণের মাত্রা ২০০ মিমি এপিটেক্সিয়াল ওয়েফারের চেয়ে ভালো। এর কারণ হলো, ১৫০ মিমি-এর সাবস্ট্রেট তৈরির প্রক্রিয়া ২০০ মিমি-এর চেয়ে বেশি পরিপক্ক, সাবস্ট্রেটের গুণমান ভালো এবং ১৫০ মিমি গ্রাফাইট রিঅ্যাকশন চেম্বারের অশুদ্ধি নিয়ন্ত্রণের মাত্রাও উন্নত।

 

২.৪ এপিট্যাক্সিয়াল ওয়েফার পৃষ্ঠের অমসৃণতা

চিত্র ৬-এ ১৫০ মিমি এবং ২০০ মিমি SiC এপিটেক্সিয়াল ওয়েফারের পৃষ্ঠের AFM চিত্র দেখানো হয়েছে। চিত্র থেকে দেখা যায় যে, ১৫০ মিমি এবং ২০০ মিমি এপিটেক্সিয়াল ওয়েফারের পৃষ্ঠের রুট মিন স্কয়ার রাফনেস Ra যথাক্রমে ০.১২৯ nm এবং ০.১১৩ nm, এবং এপিটেক্সিয়াল স্তরের পৃষ্ঠটি মসৃণ, যেখানে কোনো সুস্পষ্ট ম্যাক্রো-স্টেপ অ্যাগ্রিগেশন ঘটনা নেই। এই ঘটনাটি দেখায় যে, সম্পূর্ণ এপিটেক্সিয়াল প্রক্রিয়া জুড়ে এপিটেক্সিয়াল স্তরের বৃদ্ধি সর্বদা স্টেপ ফ্লো গ্রোথ মোড বজায় রাখে এবং কোনো স্টেপ অ্যাগ্রিগেশন ঘটে না। দেখা যায় যে, অপ্টিমাইজড এপিটেক্সিয়াল গ্রোথ প্রক্রিয়া ব্যবহার করে ১৫০ মিমি এবং ২০০ মিমি লো-অ্যাঙ্গেল সাবস্ট্রেটের উপর মসৃণ এপিটেক্সিয়াল স্তর পাওয়া সম্ভব।

 

৩ উপসংহার

নিজস্বভাবে উন্নত ২০০ মিমি SiC এপিটেক্সিয়াল গ্রোথ সরঞ্জাম ব্যবহার করে দেশীয় সাবস্ট্রেটের উপর ১৫০ মিমি এবং ২০০ মিমি 4H-SiC হোমোজেনাস এপিটেক্সিয়াল ওয়েফার সফলভাবে প্রস্তুত করা হয়েছে এবং ১৫০ মিমি ও ২০০ মিমি-এর জন্য উপযুক্ত হোমোজেনাস এপিটেক্সিয়াল প্রক্রিয়া তৈরি করা হয়েছে। এপিটেক্সিয়াল গ্রোথ রেট ৬০ μm/h-এর বেশি হতে পারে। উচ্চ-গতির এপিটেক্সির প্রয়োজনীয়তা পূরণের পাশাপাশি, এপিটেক্সিয়াল ওয়েফারের গুণমান চমৎকার। ১৫০ মিমি এবং ২০০ মিমি SiC এপিটেক্সিয়াল ওয়েফারের পুরুত্বের সমরূপতা ১.৫%-এর মধ্যে নিয়ন্ত্রণ করা যায়, ঘনত্বের সমরূপতা ৩%-এর কম, মারাত্মক ত্রুটির ঘনত্ব ০.৩ কণা/cm²-এর কম এবং এপিটেক্সিয়াল পৃষ্ঠের অমসৃণতার রুট মিন স্কয়ার Ra ০.১৫ nm-এর কম। এই এপিটেক্সিয়াল ওয়েফারগুলির মূল প্রক্রিয়া সূচকগুলি শিল্পে উন্নত স্তরে রয়েছে।

উৎস: ইলেকট্রনিক শিল্প বিশেষ সরঞ্জাম
লেখক: Xie Tianle, Li Ping, Yang Yu, Gong Xiaoliang, Ba Sai, Chen Guoqin, Wan Shengqiang
(চায়না ইলেকট্রনিক্স টেকনোলজি গ্রুপ কর্পোরেশনের ৪৮তম গবেষণা প্রতিষ্ঠান, চাংশা, হুনান ৪১০১১১)