সিলিকন কার্বাইড এপিটেক্সিয়াল স্তরের ত্রুটিগুলো কী কী?

বৃদ্ধির মূল প্রযুক্তিSiC এপিট্যাক্সিয়ালপ্রথমত, উপকরণগত ত্রুটি নিয়ন্ত্রণ প্রযুক্তি হলো ত্রুটি নিয়ন্ত্রণ প্রযুক্তি, বিশেষ করে সেইসব ত্রুটি নিয়ন্ত্রণের জন্য যা ডিভাইসের ব্যর্থতা বা নির্ভরযোগ্যতার অবনতির কারণ হতে পারে। এপিটেক্সিয়াল বৃদ্ধি প্রক্রিয়ার সময় সাবস্ট্রেটের ত্রুটিগুলো কীভাবে এপিটেক্সিয়াল স্তরে বিস্তৃত হয় তার কার্যপ্রণালী, সাবস্ট্রেট ও এপিটেক্সিয়াল স্তরের মধ্যবর্তী সংযোগস্থলে ত্রুটিগুলোর স্থানান্তর ও রূপান্তরের নিয়ম এবং ত্রুটি সৃষ্টির প্রক্রিয়া নিয়ে গবেষণা হলো সাবস্ট্রেটের ত্রুটি এবং এপিটেক্সিয়াল কাঠামোগত ত্রুটির মধ্যকার সম্পর্ক স্পষ্ট করার ভিত্তি, যা কার্যকরভাবে সাবস্ট্রেট বাছাই এবং এপিটেক্সিয়াল প্রক্রিয়ার সর্বোত্তমকরণে পথনির্দেশ করতে পারে।

ত্রুটিগুলিসিলিকন কার্বাইড এপিট্যাক্সিয়াল স্তরপ্রধানত দুটি শ্রেণীতে বিভক্ত: ক্রিস্টাল ত্রুটি এবং পৃষ্ঠ আকৃতিগত ত্রুটি। ক্রিস্টাল ত্রুটি, যার মধ্যে বিন্দু ত্রুটি, স্ক্রু ডিসলোকেশন, মাইক্রোটিউবিউল ত্রুটি, প্রান্ত ডিসলোকেশন ইত্যাদি অন্তর্ভুক্ত, বেশিরভাগ ক্ষেত্রে SiC সাবস্ট্রেটের ত্রুটি থেকে উদ্ভূত হয় এবং এপিথেক্সিয়াল স্তরে ছড়িয়ে পড়ে। পৃষ্ঠ আকৃতিগত ত্রুটি একটি মাইক্রোস্কোপ ব্যবহার করে খালি চোখে সরাসরি পর্যবেক্ষণ করা যায় এবং এর কিছু নির্দিষ্ট আকৃতিগত বৈশিষ্ট্য রয়েছে। পৃষ্ঠ আকৃতিগত ত্রুটিগুলির মধ্যে প্রধানত রয়েছে: স্ক্র্যাচ, ত্রিভুজাকার ত্রুটি, ক্যারট ত্রুটি, ডাউনফল এবং কণা, যেমনটি চিত্র ৪-এ দেখানো হয়েছে। এপিথেক্সিয়াল প্রক্রিয়ার সময়, বহিরাগত কণা, সাবস্ট্রেটের ত্রুটি, পৃষ্ঠের ক্ষতি এবং এপিথেক্সিয়াল প্রক্রিয়ার বিচ্যুতি—এই সবই স্থানীয় স্টেপ ফ্লো গ্রোথ মোডকে প্রভাবিত করতে পারে, যার ফলে পৃষ্ঠ আকৃতিগত ত্রুটি দেখা দেয়।

সারণি ১. SiC এপিটেক্সিয়াল স্তরে সাধারণ ম্যাট্রিক্স ত্রুটি এবং পৃষ্ঠতলীয় গঠনগত ত্রুটি সৃষ্টির কারণসমূহ

 

বিন্দু ত্রুটি

বিন্দু ত্রুটি একটি বা একাধিক ল্যাটিস বিন্দুতে শূন্যস্থান বা ফাঁকের কারণে গঠিত হয় এবং এগুলোর কোনো স্থানিক বিস্তার নেই। প্রতিটি উৎপাদন প্রক্রিয়ায়, বিশেষ করে আয়ন ইমপ্লান্টেশনে, বিন্দু ত্রুটি দেখা দিতে পারে। তবে, এগুলো শনাক্ত করা কঠিন এবং বিন্দু ত্রুটির রূপান্তর ও অন্যান্য ত্রুটির মধ্যে সম্পর্কও বেশ জটিল।

 

মাইক্রোপাইপ (এমপি)

মাইক্রোপাইপ হলো ফাঁপা স্ক্রু ডিসলোকেশন যা গ্রোথ অ্যাক্সিস বরাবর প্রসারিত হয় এবং এর বার্গার্স ভেক্টর হলো <0001>। মাইক্রোটিউবের ব্যাস এক মাইক্রনের ভগ্নাংশ থেকে শুরু করে কয়েক দশ মাইক্রন পর্যন্ত হয়ে থাকে। SiC ওয়েফারের পৃষ্ঠে মাইক্রোটিউবগুলো বড় গর্তের মতো পৃষ্ঠ বৈশিষ্ট্য প্রদর্শন করে। সাধারণত, মাইক্রোটিউবের ঘনত্ব প্রায় ০.১~১ সেমি⁻² হয় এবং বাণিজ্যিক ওয়েফার উৎপাদনের মান পর্যবেক্ষণে এটি ক্রমাগত কমতে থাকে।

 

স্ক্রু ডিসলোকেশন (TSD) এবং এজ ডিসলোকেশন (TED)

SiC-তে ডিসলোকেশন হলো ডিভাইসের অবনতি এবং ব্যর্থতার প্রধান উৎস। স্ক্রু ডিসলোকেশন (TSD) এবং এজ ডিসলোকেশন (TED) উভয়ই গ্রোথ অ্যাক্সিস বরাবর চলে, যাদের বার্গার্স ভেক্টর যথাক্রমে <0001> এবং 1/3<11–20>।

স্ক্রু ডিসলোকেশন (TSD) এবং এজ ডিসলোকেশন (TED) উভয়ই সাবস্ট্রেট থেকে ওয়েফারের পৃষ্ঠ পর্যন্ত বিস্তৃত হতে পারে এবং পৃষ্ঠে ছোট গর্তের মতো বৈশিষ্ট্য তৈরি করতে পারে (চিত্র 4b)। সাধারণত, এজ ডিসলোকেশনের ঘনত্ব স্ক্রু ডিসলোকেশনের ঘনত্বের প্রায় ১০ গুণ। বর্ধিত স্ক্রু ডিসলোকেশন, অর্থাৎ, যা সাবস্ট্রেট থেকে এপিলেয়ার পর্যন্ত বিস্তৃত হয়, তা অন্যান্য ত্রুটিতে রূপান্তরিত হতে পারে এবং বৃদ্ধির অক্ষ বরাবর সঞ্চারিত হতে পারে।SiC এপিট্যাক্সিয়ালবৃদ্ধির সময়, স্ক্রু ডিসলোকেশনগুলি স্ট্যাকিং ফল্ট (SF) বা ক্যারট ডিফেক্টে রূপান্তরিত হয়, অন্যদিকে এপিথেলিয়ালারের এজ ডিসলোকেশনগুলি এপিথেলিয়াল বৃদ্ধির সময় সাবস্ট্রেট থেকে প্রাপ্ত বেসাল প্লেন ডিসলোকেশন (BPD) থেকে রূপান্তরিত হতে দেখা যায়।

 

মৌলিক সমতল স্থানচ্যুতি (বিপিডি)

SiC বেসাল প্লেনে অবস্থিত, যার বার্গার্স ভেক্টর হলো 1/3 <11–20>। BPD-গুলি SiC ওয়েফারের পৃষ্ঠে খুব কমই দেখা যায়। এগুলি সাধারণত সাবস্ট্রেটে 1500 cm-2 ঘনত্বে কেন্দ্রীভূত থাকে, যেখানে এপিলেয়ারে এদের ঘনত্ব মাত্র প্রায় 10 cm-2। ফোটোলুমিনেসেন্স (PL) ব্যবহার করে BPD-গুলির সনাক্তকরণ রৈখিক বৈশিষ্ট্য দেখায়, যেমনটি চিত্র 4c-তে দেখানো হয়েছে।SiC এপিট্যাক্সিয়ালবৃদ্ধির সাথে সাথে, প্রসারিত BPD গুলি স্ট্যাকিং ফল্ট (SF) বা এজ ডিসলোকেশন (TED)-এ রূপান্তরিত হতে পারে।

 

স্ট্যাকিং ফল্ট (এসএফ)

SiC বেসাল প্লেনের স্ট্যাকিং সিকোয়েন্সে ত্রুটি। সাবস্ট্রেটের স্ট্যাকিং ফল্ট (SFs) উত্তরাধিকারসূত্রে পাওয়ার মাধ্যমে এপিথেক্সিয়াল স্তরে স্ট্যাকিং ফল্ট দেখা দিতে পারে, অথবা এটি বেসাল প্লেন ডিসলোকেশন (BPDs) এবং থ্রেডিং স্ক্রু ডিসলোকেশন (TSDs)-এর সম্প্রসারণ ও রূপান্তরের সাথে সম্পর্কিত হতে পারে। সাধারণত, স্ট্যাকিং ফল্টের ঘনত্ব 1 cm-2-এর চেয়ে কম হয় এবং PL ব্যবহার করে শনাক্ত করার সময় এগুলি একটি ত্রিভুজাকার বৈশিষ্ট্য প্রদর্শন করে, যেমনটি চিত্র 4e-তে দেখানো হয়েছে। তবে, SiC-তে বিভিন্ন ধরণের স্ট্যাকিং ফল্ট তৈরি হতে পারে, যেমন শক্লি টাইপ এবং ফ্র্যাঙ্ক টাইপ, কারণ প্লেনগুলির মধ্যে সামান্য পরিমাণ স্ট্যাকিং এনার্জি বিশৃঙ্খলাও স্ট্যাকিং সিকোয়েন্সে একটি উল্লেখযোগ্য অনিয়ম ঘটাতে পারে।

 

পতন

বৃদ্ধি প্রক্রিয়া চলাকালীন বিক্রিয়া চেম্বারের উপরের এবং পাশের দেয়ালে কণা ঝরে পড়ার কারণে প্রধানত এই পতন ত্রুটিটি ঘটে, যা বিক্রিয়া চেম্বারের গ্রাফাইট ব্যবহার্য সামগ্রীর পর্যায়ক্রমিক রক্ষণাবেক্ষণ প্রক্রিয়াকে অনুকূল করার মাধ্যমে সমাধান করা যেতে পারে।

 

ত্রিভুজাকার ত্রুটি

এটি একটি 3C-SiC পলিটাইপ ইনক্লুশন যা বেসাল প্লেন বরাবর SiC এপিলেয়ারের পৃষ্ঠ পর্যন্ত বিস্তৃত, যেমনটি চিত্র 4g-তে দেখানো হয়েছে। এপিটেক্সিয়াল গ্রোথের সময় SiC এপিলেয়ারের পৃষ্ঠে পতিত কণার কারণে এটি তৈরি হতে পারে। কণাগুলো এপিলেয়ারের মধ্যে প্রোথিত হয়ে যায় এবং গ্রোথ প্রক্রিয়ায় বাধা সৃষ্টি করে, যার ফলে 3C-SiC পলিটাইপ ইনক্লুশন তৈরি হয়। এই ইনক্লুশনগুলোর পৃষ্ঠে তীক্ষ্ণ-কোণযুক্ত ত্রিভুজাকার বৈশিষ্ট্য দেখা যায় এবং কণাগুলো ত্রিভুজাকার অঞ্চলের শীর্ষবিন্দুতে অবস্থিত থাকে। অনেক গবেষণায় পলিটাইপ ইনক্লুশনের উৎপত্তির কারণ হিসেবে পৃষ্ঠের আঁচড়, মাইক্রোপাইপ এবং গ্রোথ প্রক্রিয়ার অনুপযুক্ত প্যারামিটারকেও দায়ী করা হয়েছে।

 

গাজরের ত্রুটি

ক্যারট ডিফেক্ট হলো একটি স্ট্যাকিং ফল্ট কমপ্লেক্স যার দুটি প্রান্ত TSD এবং SF বেসাল ক্রিস্টাল প্লেনে অবস্থিত, যা একটি ফ্র্যাঙ্ক-টাইপ ডিসলোকেশন দ্বারা সমাপ্ত হয়, এবং ক্যারট ডিফেক্টের আকার প্রিজম্যাটিক স্ট্যাকিং ফল্টের সাথে সম্পর্কিত। এই বৈশিষ্ট্যগুলির সংমিশ্রণ ক্যারট ডিফেক্টের পৃষ্ঠীয় রূপবিদ্যা গঠন করে, যা দেখতে একটি গাজরের মতো এবং এর ঘনত্ব ১ সেমি⁻²-এর কম, যেমনটি চিত্র ৪এফ-এ দেখানো হয়েছে। পলিশিং স্ক্র্যাচ, TSD বা সাবস্ট্রেটের ত্রুটিতে ক্যারট ডিফেক্ট সহজেই তৈরি হয়।

 

আঁচড়

স্ক্র্যাচ হলো SiC ওয়েফারের পৃষ্ঠে উৎপাদন প্রক্রিয়ার সময় সৃষ্ট যান্ত্রিক ক্ষতি, যা চিত্র 4h-তে দেখানো হয়েছে। SiC সাবস্ট্রেটের উপর থাকা স্ক্র্যাচগুলো এপিলেয়ারের বৃদ্ধিতে বাধা সৃষ্টি করতে পারে, এপিলেয়ারের মধ্যে উচ্চ-ঘনত্বের ডিসলোকেশনের একটি সারি তৈরি করতে পারে, অথবা স্ক্র্যাচগুলো ক্যারট ডিফেক্ট গঠনের ভিত্তি হয়ে উঠতে পারে। তাই, SiC ওয়েফারগুলোকে সঠিকভাবে পলিশ করা অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ, কারণ এই স্ক্র্যাচগুলো ডিভাইসের সক্রিয় অংশে দেখা দিলে ডিভাইসের কার্যক্ষমতার উপর উল্লেখযোগ্য প্রভাব ফেলতে পারে।

 

অন্যান্য পৃষ্ঠের গঠনগত ত্রুটি

স্টেপ বাঞ্চিং হলো SiC এপিটেক্সিয়াল গ্রোথ প্রক্রিয়ার সময় সৃষ্ট একটি পৃষ্ঠ ত্রুটি, যা SiC এপিলেয়ারের পৃষ্ঠে স্থূলকোণী ত্রিভুজ বা ট্র্যাপিজয়েডাল বৈশিষ্ট্য তৈরি করে। আরও অনেক পৃষ্ঠ ত্রুটি রয়েছে, যেমন পৃষ্ঠের গর্ত, উঁচু অংশ এবং দাগ। এই ত্রুটিগুলি সাধারণত অপটিমাইজ না করা গ্রোথ প্রক্রিয়া এবং পলিশিং-এর ফলে সৃষ্ট ক্ষতি অসম্পূর্ণভাবে অপসারণের কারণে ঘটে, যা ডিভাইসের কার্যক্ষমতাকে নেতিবাচকভাবে প্রভাবিত করে।