સિલિકોન કાર્બાઇડ એપિટેક્સિયલ સ્તરમાં શું ખામીઓ છે?

ના વિકાસ માટે મુખ્ય ટેકનોલોજીSiC એપિટેક્સિયલસામગ્રી એ સૌ પ્રથમ ખામી નિયંત્રણ તકનીક છે, ખાસ કરીને ખામી નિયંત્રણ તકનીક માટે જે ઉપકરણની નિષ્ફળતા અથવા વિશ્વસનીયતામાં ઘટાડો થવાની સંભાવના ધરાવે છે. એપિટેક્સિયલ વૃદ્ધિ પ્રક્રિયા દરમિયાન એપિટેક્સિયલ સ્તરમાં વિસ્તરેલા સબસ્ટ્રેટ ખામીઓની પદ્ધતિનો અભ્યાસ, સબસ્ટ્રેટ અને એપિટેક્સિયલ સ્તર વચ્ચેના ઇન્ટરફેસ પર ખામીઓના સ્થાનાંતરણ અને પરિવર્તન કાયદાઓ અને ખામીઓનું ન્યુક્લિયેશન મિકેનિઝમ એ સબસ્ટ્રેટ ખામીઓ અને એપિટેક્સિયલ માળખાકીય ખામીઓ વચ્ચેના સંબંધને સ્પષ્ટ કરવા માટેનો આધાર છે, જે સબસ્ટ્રેટ સ્ક્રીનીંગ અને એપિટેક્સિયલ પ્રક્રિયા ઑપ્ટિમાઇઝેશનને અસરકારક રીતે માર્ગદર્શન આપી શકે છે.

ની ખામીઓસિલિકોન કાર્બાઇડ એપિટેક્સિયલ સ્તરોમુખ્યત્વે બે શ્રેણીઓમાં વિભાજિત થાય છે: સ્ફટિક ખામીઓ અને સપાટી મોર્ફોલોજી ખામીઓ. સ્ફટિક ખામીઓ, જેમાં બિંદુ ખામીઓ, સ્ક્રુ ડિસલોકેશન, માઇક્રોટ્યુબ્યુલ ખામીઓ, ધાર ડિસલોકેશન વગેરેનો સમાવેશ થાય છે, મોટે ભાગે SiC સબસ્ટ્રેટ્સ પર ખામીઓમાંથી ઉદ્ભવે છે અને એપિટેક્સિયલ સ્તરમાં ફેલાય છે. સપાટી મોર્ફોલોજી ખામીઓ માઇક્રોસ્કોપનો ઉપયોગ કરીને નરી આંખે સીધી જોઈ શકાય છે અને તેમાં લાક્ષણિક મોર્ફોલોજીકલ લાક્ષણિકતાઓ હોય છે. સપાટી મોર્ફોલોજી ખામીઓમાં મુખ્યત્વે શામેલ છે: સ્ક્રેચ, ત્રિકોણાકાર ખામી, ગાજર ખામી, ડાઉનફોલ અને કણ, જેમ કે આકૃતિ 4 માં બતાવ્યા પ્રમાણે. એપિટેક્સિયલ પ્રક્રિયા દરમિયાન, વિદેશી કણો, સબસ્ટ્રેટ ખામીઓ, સપાટીને નુકસાન અને એપિટેક્સિયલ પ્રક્રિયા વિચલનો બધા સ્થાનિક સ્ટેપ ફ્લો ગ્રોથ મોડને અસર કરી શકે છે, જેના પરિણામે સપાટી મોર્ફોલોજી ખામીઓ થાય છે.

કોષ્ટક 1. SiC એપિટેક્સિયલ સ્તરોમાં સામાન્ય મેટ્રિક્સ ખામીઓ અને સપાટીના આકારશાસ્ત્ર ખામીઓની રચનાના કારણો

 

બિંદુ ખામીઓ

બિંદુ ખામીઓ એક જ જાળીના બિંદુ અથવા અનેક જાળીના બિંદુઓ પર ખાલી જગ્યાઓ અથવા ગાબડાઓ દ્વારા રચાય છે, અને તેમનું કોઈ અવકાશી વિસ્તરણ નથી. દરેક ઉત્પાદન પ્રક્રિયામાં બિંદુ ખામીઓ થઈ શકે છે, ખાસ કરીને આયન ઇમ્પ્લાન્ટેશનમાં. જો કે, તેમને શોધવા મુશ્કેલ છે, અને બિંદુ ખામીઓના રૂપાંતર અને અન્ય ખામીઓ વચ્ચેનો સંબંધ પણ ખૂબ જટિલ છે.

 

માઇક્રોપાઇપ્સ (MP)

માઇક્રોપાઇપ્સ એ હોલો સ્ક્રુ ડિસલોકેશન છે જે બર્ગર્સ વેક્ટર <0001> સાથે વૃદ્ધિ અક્ષ સાથે ફેલાય છે. માઇક્રોટ્યુબનો વ્યાસ માઇક્રોનના અપૂર્ણાંકથી દસ માઇક્રોન સુધીનો હોય છે. માઇક્રોટ્યુબ્સ SiC વેફર્સની સપાટી પર મોટા ખાડા જેવા સપાટીના લક્ષણો દર્શાવે છે. સામાન્ય રીતે, માઇક્રોટ્યુબ્સની ઘનતા લગભગ 0.1~1cm-2 હોય છે અને વાણિજ્યિક વેફર ઉત્પાદન ગુણવત્તા દેખરેખમાં ઘટાડો ચાલુ રહે છે.

 

સ્ક્રુ ડિસલોકેશન (TSD) અને એજ ડિસલોકેશન (TED)

SiC માં ડિસલોકેશન એ ઉપકરણના અધોગતિ અને નિષ્ફળતાનો મુખ્ય સ્ત્રોત છે. સ્ક્રુ ડિસલોકેશન (TSD) અને એજ ડિસલોકેશન (TED) બંને વૃદ્ધિ અક્ષ સાથે ચાલે છે, જેમાં અનુક્રમે <0001> અને 1/3<11–20> ના બર્ગર વેક્ટર હોય છે.

સ્ક્રુ ડિસલોકેશન (TSD) અને એજ ડિસલોકેશન (TED) બંને સબસ્ટ્રેટથી વેફર સપાટી સુધી વિસ્તરી શકે છે અને નાના ખાડા જેવી સપાટીના લક્ષણો લાવી શકે છે (આકૃતિ 4b). સામાન્ય રીતે, એજ ડિસલોકેશનની ઘનતા સ્ક્રુ ડિસલોકેશન કરતા લગભગ 10 ગણી હોય છે. વિસ્તૃત સ્ક્રુ ડિસલોકેશન, એટલે કે, સબસ્ટ્રેટથી એપિલેયર સુધી વિસ્તરિત, અન્ય ખામીઓમાં પણ પરિવર્તિત થઈ શકે છે અને વૃદ્ધિ ધરી સાથે ફેલાય છે. દરમિયાનSiC એપિટેક્સિયલવૃદ્ધિ દરમિયાન, સ્ક્રુ ડિસલોકેશન સ્ટેકીંગ ફોલ્ટ્સ (SF) અથવા કેરેટ ડિફેક્ટ્સમાં રૂપાંતરિત થાય છે, જ્યારે એપિલેયર્સમાં એજ ડિસલોકેશન એપિટેક્સિયલ વૃદ્ધિ દરમિયાન સબસ્ટ્રેટમાંથી વારસામાં મળેલા બેઝલ પ્લેન ડિસલોકેશન (BPDs) માંથી રૂપાંતરિત થાય છે.

 

બેઝિક પ્લેન ડિસલોકેશન (BPD)

SiC બેઝલ પ્લેન પર સ્થિત, બર્ગર્સ વેક્ટર 1/3 <11–20> સાથે. BPD ભાગ્યે જ SiC વેફર્સની સપાટી પર દેખાય છે. તેઓ સામાન્ય રીતે 1500 cm-2 ની ઘનતાવાળા સબસ્ટ્રેટ પર કેન્દ્રિત હોય છે, જ્યારે એપિલેયરમાં તેમની ઘનતા ફક્ત 10 cm-2 હોય છે. ફોટોલ્યુમિનેસેન્સ (PL) નો ઉપયોગ કરીને BPD ની શોધ રેખીય સુવિધાઓ દર્શાવે છે, જેમ કે આકૃતિ 4c માં બતાવ્યા પ્રમાણે. દરમિયાનSiC એપિટેક્સિયલવૃદ્ધિ, વિસ્તૃત BPDs સ્ટેકીંગ ફોલ્ટ્સ (SF) અથવા એજ ડિસલોકેશન (TED) માં રૂપાંતરિત થઈ શકે છે.

 

સ્ટેકીંગ ફોલ્ટ્સ (SFs)

SiC બેઝલ પ્લેનના સ્ટેકીંગ ક્રમમાં ખામીઓ. સ્ટેકીંગ ખામીઓ સબસ્ટ્રેટમાં SFs વારસામાં મેળવીને એપિટેક્સિયલ સ્તરમાં દેખાઈ શકે છે, અથવા બેઝલ પ્લેન ડિસલોકેશન (BPDs) અને થ્રેડીંગ સ્ક્રુ ડિસલોકેશન (TSDs) ના વિસ્તરણ અને રૂપાંતર સાથે સંબંધિત હોઈ શકે છે. સામાન્ય રીતે, SFs ની ઘનતા 1 cm-2 કરતા ઓછી હોય છે, અને આકૃતિ 4e માં બતાવ્યા પ્રમાણે, PL નો ઉપયોગ કરીને શોધાયેલ હોય ત્યારે તેઓ ત્રિકોણાકાર લક્ષણ દર્શાવે છે. જો કે, SiC માં વિવિધ પ્રકારના સ્ટેકીંગ ખામીઓ રચાઈ શકે છે, જેમ કે શોકલી પ્રકાર અને ફ્રેન્ક પ્રકાર, કારણ કે પ્લેન વચ્ચે સ્ટેકીંગ ઊર્જા વિકૃતિની થોડી માત્રા પણ સ્ટેકીંગ ક્રમમાં નોંધપાત્ર અનિયમિતતા તરફ દોરી શકે છે.

 

પતન

ડાઉનફોલ ખામી મુખ્યત્વે વૃદ્ધિ પ્રક્રિયા દરમિયાન પ્રતિક્રિયા ચેમ્બરની ઉપરની અને બાજુની દિવાલો પરના કણોના ડ્રોપથી ઉદ્ભવે છે, જેને પ્રતિક્રિયા ચેમ્બર ગ્રેફાઇટ ઉપભોક્તા વસ્તુઓની સમયાંતરે જાળવણી પ્રક્રિયાને ઑપ્ટિમાઇઝ કરીને ઑપ્ટિમાઇઝ કરી શકાય છે.

 

ત્રિકોણાકાર ખામી

આકૃતિ 4g માં બતાવ્યા પ્રમાણે, તે 3C-SiC પોલીટાઇપ સમાવેશ છે જે બેઝલ પ્લેન દિશામાં SiC એપિલેયરની સપાટી સુધી વિસ્તરે છે. તે એપિટેક્સિયલ વૃદ્ધિ દરમિયાન SiC એપિલેયરની સપાટી પર પડતા કણો દ્વારા ઉત્પન્ન થઈ શકે છે. કણો એપિલેયરમાં જડિત હોય છે અને વૃદ્ધિ પ્રક્રિયામાં દખલ કરે છે, પરિણામે 3C-SiC પોલીટાઇપ સમાવેશ થાય છે, જે ત્રિકોણાકાર પ્રદેશના શિરોબિંદુઓ પર સ્થિત કણો સાથે તીક્ષ્ણ-કોણીય ત્રિકોણાકાર સપાટીના લક્ષણો દર્શાવે છે. ઘણા અભ્યાસોએ સપાટીના સ્ક્રેચ, માઇક્રોપાઇપ્સ અને વૃદ્ધિ પ્રક્રિયાના અયોગ્ય પરિમાણોને પણ પોલીટાઇપ સમાવેશના મૂળ માટે જવાબદાર ગણાવ્યા છે.

 

ગાજર ખામી

ગાજર ખામી એ સ્ટેકીંગ ફોલ્ટ કોમ્પ્લેક્સ છે જેના બે છેડા TSD અને SF બેઝલ ક્રિસ્ટલ પ્લેન પર સ્થિત છે, જે ફ્રેન્ક-પ્રકારના ડિસલોકેશન દ્વારા સમાપ્ત થાય છે, અને ગાજર ખામીનું કદ પ્રિઝમેટિક સ્ટેકીંગ ફોલ્ટ સાથે સંબંધિત છે. આ લક્ષણોનું સંયોજન ગાજર ખામીની સપાટીનું આકારવિજ્ઞાન બનાવે છે, જે આકૃતિ 4f માં બતાવ્યા પ્રમાણે 1 સેમી-2 કરતા ઓછી ઘનતા સાથે ગાજર આકાર જેવું દેખાય છે. સ્ક્રેચ, TSD અથવા સબસ્ટ્રેટ ખામીઓને પોલિશ કરતી વખતે ગાજર ખામી સરળતાથી રચાય છે.

 

સ્ક્રેચેસ

આકૃતિ 4h માં બતાવ્યા પ્રમાણે, ઉત્પાદન પ્રક્રિયા દરમિયાન SiC વેફર્સની સપાટી પર સ્ક્રેચ એ યાંત્રિક નુકસાન છે. SiC સબસ્ટ્રેટ પર સ્ક્રેચ એપિલેયરના વિકાસમાં દખલ કરી શકે છે, એપિલેયરની અંદર ઉચ્ચ-ઘનતાવાળા ડિસલોકેશનની હરોળ પેદા કરી શકે છે, અથવા સ્ક્રેચ ગાજર ખામીઓના નિર્માણ માટેનો આધાર બની શકે છે. તેથી, SiC વેફરને યોગ્ય રીતે પોલિશ કરવું મહત્વપૂર્ણ છે કારણ કે જ્યારે આ સ્ક્રેચ ઉપકરણના સક્રિય વિસ્તારમાં દેખાય છે ત્યારે તે ઉપકરણના પ્રદર્શન પર નોંધપાત્ર અસર કરી શકે છે.

 

અન્ય સપાટી આકારવિજ્ઞાન ખામીઓ

સ્ટેપ બંચિંગ એ SiC એપિટેક્સિયલ વૃદ્ધિ પ્રક્રિયા દરમિયાન રચાયેલી સપાટી ખામી છે, જે SiC એપિલેયરની સપાટી પર સ્થૂળ ત્રિકોણ અથવા ટ્રેપેઝોઇડલ સુવિધાઓ ઉત્પન્ન કરે છે. સપાટી પર ખાડાઓ, બમ્પ્સ અને ડાઘ જેવા અન્ય ઘણા ખામીઓ છે. આ ખામીઓ સામાન્ય રીતે બિન-ઑપ્ટિમાઇઝ્ડ વૃદ્ધિ પ્રક્રિયાઓ અને પોલિશિંગ નુકસાનના અપૂર્ણ દૂર થવાને કારણે થાય છે, જે ઉપકરણના પ્રદર્શનને પ્રતિકૂળ અસર કરે છે.