সিলিকন কার্বাইড এপিট্যাক্সিয়াল স্তরের ত্রুটিগুলি কী কী?

এর বৃদ্ধির মূল প্রযুক্তিSiC এপিট্যাক্সিয়ালউপকরণ হল প্রথমত ত্রুটি নিয়ন্ত্রণ প্রযুক্তি, বিশেষ করে ত্রুটি নিয়ন্ত্রণ প্রযুক্তির জন্য যা ডিভাইসের ব্যর্থতা বা নির্ভরযোগ্যতার অবনতির ঝুঁকিতে থাকে। এপিট্যাক্সিয়াল বৃদ্ধি প্রক্রিয়ার সময় এপিট্যাক্সিয়াল স্তরে বিস্তৃত সাবস্ট্রেট ত্রুটির প্রক্রিয়ার অধ্যয়ন, সাবস্ট্রেট এবং এপিট্যাক্সিয়াল স্তরের মধ্যে ইন্টারফেসে ত্রুটির স্থানান্তর এবং রূপান্তর আইন এবং ত্রুটির নিউক্লিয়েশন প্রক্রিয়া হল সাবস্ট্রেট ত্রুটি এবং এপিট্যাক্সিয়াল কাঠামোগত ত্রুটির মধ্যে পারস্পরিক সম্পর্ক স্পষ্ট করার ভিত্তি, যা কার্যকরভাবে সাবস্ট্রেট স্ক্রিনিং এবং এপিট্যাক্সিয়াল প্রক্রিয়া অপ্টিমাইজেশনকে নির্দেশ করতে পারে।

এর ত্রুটিগুলিসিলিকন কার্বাইড এপিট্যাক্সিয়াল স্তরপ্রধানত দুটি ভাগে বিভক্ত: স্ফটিক ত্রুটি এবং পৃষ্ঠের রূপবিদ্যা ত্রুটি। স্ফটিক ত্রুটি, যার মধ্যে বিন্দু ত্রুটি, স্ক্রু স্থানচ্যুতি, মাইক্রোটিউবুল ত্রুটি, প্রান্ত স্থানচ্যুতি ইত্যাদি রয়েছে, বেশিরভাগই SiC সাবস্ট্রেটের ত্রুটি থেকে উদ্ভূত হয় এবং এপিট্যাক্সিয়াল স্তরে ছড়িয়ে পড়ে। পৃষ্ঠের রূপবিদ্যা ত্রুটিগুলি সরাসরি একটি মাইক্রোস্কোপ ব্যবহার করে খালি চোখে পর্যবেক্ষণ করা যেতে পারে এবং এর সাধারণ রূপবিদ্যা বৈশিষ্ট্য রয়েছে। পৃষ্ঠের রূপবিদ্যা ত্রুটিগুলির মধ্যে প্রধানত রয়েছে: স্ক্র্যাচ, ত্রিভুজাকার ত্রুটি, গাজরের ত্রুটি, পতন এবং কণা, যেমন চিত্র 4-এ দেখানো হয়েছে। এপিট্যাক্সিয়াল প্রক্রিয়া চলাকালীন, বিদেশী কণা, সাবস্ট্রেট ত্রুটি, পৃষ্ঠের ক্ষতি এবং এপিট্যাক্সিয়াল প্রক্রিয়া বিচ্যুতি স্থানীয় ধাপ প্রবাহ বৃদ্ধি মোডকে প্রভাবিত করতে পারে, যার ফলে পৃষ্ঠের রূপবিদ্যা ত্রুটি দেখা দেয়।

সারণী ১. SiC এপিট্যাক্সিয়াল স্তরগুলিতে সাধারণ ম্যাট্রিক্স ত্রুটি এবং পৃষ্ঠের রূপবিদ্যা ত্রুটির কারণ

 

বিন্দু ত্রুটি

বিন্দু ত্রুটিগুলি একটি একক জালি বিন্দুতে বা একাধিক জালি বিন্দুতে শূন্যস্থান বা ফাঁক দ্বারা তৈরি হয় এবং তাদের কোনও স্থানিক প্রসারণ নেই। প্রতিটি উৎপাদন প্রক্রিয়ায়, বিশেষ করে আয়ন ইমপ্লান্টেশনে, বিন্দু ত্রুটি দেখা দিতে পারে। তবে, এগুলি সনাক্ত করা কঠিন, এবং বিন্দু ত্রুটির রূপান্তর এবং অন্যান্য ত্রুটির মধ্যে সম্পর্কও বেশ জটিল।

 

মাইক্রোপাইপ (এমপি)

মাইক্রোপাইপ হল ফাঁপা স্ক্রু স্থানচ্যুতি যা বৃদ্ধির অক্ষ বরাবর ছড়িয়ে পড়ে, যার একটি বার্গার ভেক্টর <0001> থাকে। মাইক্রোটিউবের ব্যাস এক মাইক্রনের ভগ্নাংশ থেকে দশ মাইক্রন পর্যন্ত হয়। মাইক্রোটিউবগুলি SiC ওয়েফারের পৃষ্ঠে বৃহৎ গর্তের মতো পৃষ্ঠের বৈশিষ্ট্য দেখায়। সাধারণত, মাইক্রোটিউবের ঘনত্ব প্রায় 0.1~1cm-2 হয় এবং বাণিজ্যিক ওয়েফার উৎপাদনের মান পর্যবেক্ষণে ক্রমাগত হ্রাস পেতে থাকে।

 

স্ক্রু স্থানচ্যুতি (TSD) এবং প্রান্ত স্থানচ্যুতি (TED)

SiC-তে স্থানচ্যুতি হল ডিভাইসের অবক্ষয় এবং ব্যর্থতার প্রধান উৎস। স্ক্রু স্থানচ্যুতি (TSD) এবং প্রান্ত স্থানচ্যুতি (TED) উভয়ই বৃদ্ধি অক্ষ বরাবর চলে, যথাক্রমে <0001> এবং 1/3<11–20> এর বার্গার ভেক্টর সহ।

স্ক্রু স্থানচ্যুতি (TSD) এবং প্রান্ত স্থানচ্যুতি (TED) উভয়ই সাবস্ট্রেট থেকে ওয়েফার পৃষ্ঠ পর্যন্ত বিস্তৃত হতে পারে এবং ছোট গর্তের মতো পৃষ্ঠের বৈশিষ্ট্য নিয়ে আসতে পারে (চিত্র 4b)। সাধারণত, প্রান্ত স্থানচ্যুতির ঘনত্ব স্ক্রু স্থানচ্যুতির তুলনায় প্রায় 10 গুণ বেশি। বর্ধিত স্ক্রু স্থানচ্যুতি, অর্থাৎ সাবস্ট্রেট থেকে এপিলেয়ার পর্যন্ত বিস্তৃত, অন্যান্য ত্রুটিতেও রূপান্তরিত হতে পারে এবং বৃদ্ধি অক্ষ বরাবর ছড়িয়ে পড়তে পারে।SiC এপিট্যাক্সিয়ালবৃদ্ধি, স্ক্রু স্থানচ্যুতি স্ট্যাকিং ফল্ট (SF) বা ক্যারট ত্রুটিতে রূপান্তরিত হয়, যখন এপিলেয়ারগুলিতে প্রান্ত স্থানচ্যুতি এপিট্যাক্সিয়াল বৃদ্ধির সময় সাবস্ট্রেট থেকে উত্তরাধিকারসূত্রে প্রাপ্ত বেসাল প্লেন স্থানচ্যুতি (BPDs) থেকে রূপান্তরিত হয় বলে দেখানো হয়েছে।

 

বেসিক প্লেন ডিসলোকেশন (BPD)

SiC বেসাল প্লেনে অবস্থিত, যার বার্গার ভেক্টর 1/3 <11–20>। SiC ওয়েফারের পৃষ্ঠে BPD খুব কমই দেখা যায়। এগুলি সাধারণত 1500 cm-2 ঘনত্বের সাবস্ট্রেটের উপর ঘনীভূত হয়, যেখানে এপিলেয়ারে তাদের ঘনত্ব মাত্র 10 cm-2। ফটোলুমিনেসেন্স (PL) ব্যবহার করে BPD সনাক্তকরণ রৈখিক বৈশিষ্ট্য দেখায়, যেমন চিত্র 4c-তে দেখানো হয়েছে।SiC এপিট্যাক্সিয়ালবৃদ্ধি, বর্ধিত BPD গুলি স্ট্যাকিং ফল্ট (SF) বা প্রান্ত স্থানচ্যুতিতে (TED) রূপান্তরিত হতে পারে।

 

স্ট্যাকিং ফল্ট (SFs)

SiC বেসাল প্লেনের স্ট্যাকিং সিকোয়েন্সে ত্রুটি। সাবস্ট্রেটে SF উত্তরাধিকারসূত্রে পেয়ে এপিট্যাক্সিয়াল স্তরে স্ট্যাকিং ফল্ট দেখা দিতে পারে, অথবা বেসাল প্লেন ডিসলোকেশন (BPDs) এবং থ্রেডিং স্ক্রু ডিসলোকেশন (TSDs) এর সম্প্রসারণ এবং রূপান্তরের সাথে সম্পর্কিত হতে পারে। সাধারণত, SFs এর ঘনত্ব 1 সেমি-2 এর কম হয় এবং PL ব্যবহার করে সনাক্ত করা হলে তারা একটি ত্রিভুজাকার বৈশিষ্ট্য প্রদর্শন করে, যেমন চিত্র 4e তে দেখানো হয়েছে। তবে, SiC তে বিভিন্ন ধরণের স্ট্যাকিং ফল্ট তৈরি হতে পারে, যেমন শকলি টাইপ এবং ফ্র্যাঙ্ক টাইপ, কারণ প্লেনগুলির মধ্যে সামান্য পরিমাণে স্ট্যাকিং এনার্জি ডিসঅর্ডারও স্ট্যাকিং সিকোয়েন্সে যথেষ্ট অনিয়ম ঘটাতে পারে।

 

পতন

ডাউনফল ত্রুটি মূলত বৃদ্ধি প্রক্রিয়ার সময় প্রতিক্রিয়া চেম্বারের উপরের এবং পাশের দেয়ালে কণার ড্রপ থেকে উদ্ভূত হয়, যা প্রতিক্রিয়া চেম্বারের গ্রাফাইট ভোগ্যপণ্যের পর্যায়ক্রমিক রক্ষণাবেক্ষণ প্রক্রিয়াটি অপ্টিমাইজ করে অপ্টিমাইজ করা যেতে পারে।

 

ত্রিকোণাকার ত্রুটি

এটি একটি 3C-SiC পলিটাইপ অন্তর্ভুক্তি যা বেসাল সমতল দিক বরাবর SiC এপিলেয়ারের পৃষ্ঠ পর্যন্ত বিস্তৃত, যেমন চিত্র 4g-তে দেখানো হয়েছে। এটি এপিট্যাক্সিয়াল বৃদ্ধির সময় SiC এপিলেয়ারের পৃষ্ঠে পড়ে যাওয়া কণার দ্বারা উৎপন্ন হতে পারে। কণাগুলি এপিলেয়ারে এমবেড করা হয় এবং বৃদ্ধি প্রক্রিয়ায় হস্তক্ষেপ করে, যার ফলে 3C-SiC পলিটাইপ অন্তর্ভুক্তি তৈরি হয়, যা ত্রিভুজাকার অঞ্চলের শীর্ষবিন্দুতে অবস্থিত কণাগুলির সাথে তীক্ষ্ণ-কোণযুক্ত ত্রিভুজাকার পৃষ্ঠের বৈশিষ্ট্যগুলি দেখায়। অনেক গবেষণায় পৃষ্ঠের স্ক্র্যাচ, মাইক্রোপাইপ এবং বৃদ্ধি প্রক্রিয়ার অনুপযুক্ত পরামিতিগুলিকে পলিটাইপ অন্তর্ভুক্তির উৎপত্তির জন্য দায়ী করা হয়েছে।

 

গাজরের ত্রুটি

গাজরের ত্রুটি হল একটি স্ট্যাকিং ফল্ট কমপ্লেক্স যার দুটি প্রান্ত TSD এবং SF বেসাল স্ফটিক সমতলগুলিতে অবস্থিত, যা একটি ফ্র্যাঙ্ক-টাইপ স্থানচ্যুতি দ্বারা সমাপ্ত হয় এবং গাজরের ত্রুটির আকার প্রিজম্যাটিক স্ট্যাকিং ফল্টের সাথে সম্পর্কিত। এই বৈশিষ্ট্যগুলির সংমিশ্রণ গাজরের ত্রুটির পৃষ্ঠের আকারবিদ্যা গঠন করে, যা দেখতে 1 সেমি-2 এর কম ঘনত্বের গাজরের আকৃতির মতো, যেমন চিত্র 4f-তে দেখানো হয়েছে। স্ক্র্যাচ, TSD, বা সাবস্ট্রেট ত্রুটিগুলি পলিশ করার সময় গাজরের ত্রুটিগুলি সহজেই তৈরি হয়।

 

আঁচড়

চিত্র ৪ ঘন্টায় দেখানো হয়েছে, উৎপাদন প্রক্রিয়ার সময় SiC ওয়েফারের পৃষ্ঠে যান্ত্রিক ক্ষতি হলো স্ক্র্যাচ। SiC সাবস্ট্রেটের উপর স্ক্র্যাচ এপিলেয়ারের বৃদ্ধিতে বাধা সৃষ্টি করতে পারে, এপিলেয়ারের মধ্যে উচ্চ-ঘনত্বের স্থানচ্যুতি তৈরি করতে পারে, অথবা স্ক্র্যাচ গাজরের ত্রুটি তৈরির ভিত্তি হয়ে উঠতে পারে। অতএব, SiC ওয়েফারগুলিকে সঠিকভাবে পালিশ করা অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ কারণ এই স্ক্র্যাচগুলি ডিভাইসের সক্রিয় স্থানে উপস্থিত হলে ডিভাইসের কর্মক্ষমতার উপর উল্লেখযোগ্য প্রভাব ফেলতে পারে।

 

অন্যান্য পৃষ্ঠের রূপবিদ্যা ত্রুটি

স্টেপ বাঞ্চিং হল SiC এপিট্যাক্সিয়াল বৃদ্ধি প্রক্রিয়ার সময় তৈরি একটি পৃষ্ঠ ত্রুটি, যা SiC এপিলেয়ারের পৃষ্ঠে স্থূল ত্রিভুজ বা ট্র্যাপিজয়েডাল বৈশিষ্ট্য তৈরি করে। পৃষ্ঠের গর্ত, বাম্প এবং দাগের মতো আরও অনেক পৃষ্ঠ ত্রুটি রয়েছে। এই ত্রুটিগুলি সাধারণত অপ্টিমাইজড বৃদ্ধি প্রক্রিয়া এবং পলিশিং ক্ষতির অসম্পূর্ণ অপসারণের কারণে ঘটে, যা ডিভাইসের কর্মক্ষমতাকে বিরূপভাবে প্রভাবিত করে।