सिलिकॉन कार्बाइड एपिटैक्सियल परत के दोष क्या हैं?

विकास के लिए मुख्य प्रौद्योगिकीSiC एपिटैक्सियलसामग्री निर्माण में, सबसे पहले दोष नियंत्रण तकनीक का महत्व है, विशेष रूप से उन दोष नियंत्रण तकनीकों के लिए जो उपकरण की विफलता या विश्वसनीयता में गिरावट का कारण बन सकती हैं। एपिटैक्सियल वृद्धि प्रक्रिया के दौरान सबस्ट्रेट दोषों के एपिटैक्सियल परत में फैलने की क्रियाविधि, सबस्ट्रेट और एपिटैक्सियल परत के बीच के इंटरफ़ेस पर दोषों के स्थानांतरण और रूपांतरण के नियम, और दोषों के निर्माण की क्रियाविधि का अध्ययन, सबस्ट्रेट दोषों और एपिटैक्सियल संरचनात्मक दोषों के बीच संबंध को स्पष्ट करने का आधार है, जो सबस्ट्रेट की स्क्रीनिंग और एपिटैक्सियल प्रक्रिया के अनुकूलन में प्रभावी रूप से सहायक हो सकता है।

के दोषसिलिकॉन कार्बाइड एपिटैक्सियल परतेंक्रिस्टलीय दोषों को मुख्यतः दो श्रेणियों में विभाजित किया गया है: क्रिस्टलीय दोष और सतही आकारिकी दोष। क्रिस्टलीय दोष, जिनमें बिंदु दोष, पेंच विस्थापन, सूक्ष्म नलिका दोष, किनारा विस्थापन आदि शामिल हैं, अधिकतर SiC सब्सट्रेट पर मौजूद दोषों से उत्पन्न होते हैं और एपिटैक्सियल परत में फैल जाते हैं। सतही आकारिकी दोषों को सूक्ष्मदर्शी की सहायता से नग्न आंखों से देखा जा सकता है और इनमें विशिष्ट आकारिकी विशेषताएं होती हैं। सतही आकारिकी दोषों में मुख्य रूप से शामिल हैं: खरोंच, त्रिकोणीय दोष, गाजर दोष, अवतलन और कण, जैसा कि चित्र 4 में दिखाया गया है। एपिटैक्सियल प्रक्रिया के दौरान, बाहरी कण, सब्सट्रेट दोष, सतह की क्षति और एपिटैक्सियल प्रक्रिया में विचलन, ये सभी स्थानीय चरण प्रवाह वृद्धि विधि को प्रभावित कर सकते हैं, जिसके परिणामस्वरूप सतही आकारिकी दोष उत्पन्न होते हैं।

तालिका 1. SiC एपिटैक्सियल परतों में सामान्य मैट्रिक्स दोषों और सतह आकृति विज्ञान दोषों के निर्माण के कारण

 

बिंदु दोष

बिंदु दोष एक या अनेक जाली बिंदुओं पर रिक्तियों या अंतरालों के कारण बनते हैं, और इनका कोई स्थानिक विस्तार नहीं होता है। बिंदु दोष प्रत्येक उत्पादन प्रक्रिया में हो सकते हैं, विशेषकर आयन प्रत्यारोपण में। हालांकि, इनका पता लगाना कठिन होता है, और बिंदु दोषों और अन्य दोषों के रूपांतरण के बीच संबंध भी काफी जटिल होता है।

 

माइक्रोपाइप (एमपी)

माइक्रो पाइप खोखले स्क्रू डिसलोकेशन होते हैं जो वृद्धि अक्ष के अनुदिश फैलते हैं, जिनका बर्गर वेक्टर <0001> होता है। माइक्रो ट्यूबों का व्यास एक माइक्रोन के अंश से लेकर कई माइक्रोन तक होता है। माइक्रो ट्यूब SiC वेफर्स की सतह पर बड़े गड्ढों जैसी सतही संरचनाएँ दिखाते हैं। आमतौर पर, माइक्रो ट्यूबों का घनत्व लगभग 0.1~1 सेमी⁻² होता है और व्यावसायिक वेफर उत्पादन गुणवत्ता निगरानी में यह लगातार घटता जा रहा है।

 

स्क्रू डिसलोकेशन (टीएसडी) और एज डिसलोकेशन (टीईडी)

SiC में होने वाले विस्थापन उपकरण के क्षरण और विफलता का मुख्य कारण हैं। स्क्रू विस्थापन (TSD) और एज विस्थापन (TED) दोनों ही वृद्धि अक्ष के अनुदिश चलते हैं, जिनके बर्गर वेक्टर क्रमशः <0001> और 1/3<11–20> होते हैं।

स्क्रू डिसलोकेशन (टीएसडी) और एज डिसलोकेशन (टीईडी) दोनों ही सबस्ट्रेट से वेफर की सतह तक फैल सकते हैं और छोटे गड्ढे जैसी सतही संरचनाएं उत्पन्न कर सकते हैं (चित्र 4बी)। आमतौर पर, एज डिसलोकेशन का घनत्व स्क्रू डिसलोकेशन के घनत्व से लगभग 10 गुना अधिक होता है। विस्तारित स्क्रू डिसलोकेशन, यानी जो सबस्ट्रेट से एपिलेयर तक फैलते हैं, अन्य दोषों में परिवर्तित हो सकते हैं और वृद्धि अक्ष के अनुदिश फैल सकते हैं।SiC एपिटैक्सियलवृद्धि के दौरान, स्क्रू डिसलोकेशन स्टैकिंग फॉल्ट (एसएफ) या कैरट डिफेक्ट में परिवर्तित हो जाते हैं, जबकि एपिलेयर्स में एज डिसलोकेशन को एपिटैक्सियल वृद्धि के दौरान सब्सट्रेट से विरासत में मिले बेसल प्लेन डिसलोकेशन (बीपीडी) से परिवर्तित होते हुए दिखाया गया है।

 

बेसिक प्लेन डिसलोकेशन (बीपीडी)

SiC बेसल प्लेन पर स्थित, बर्गर वेक्टर 1/3 <11–20> के साथ। BPDs SiC वेफर्स की सतह पर शायद ही कभी दिखाई देते हैं। वे आमतौर पर सब्सट्रेट पर 1500 cm-2 के घनत्व के साथ केंद्रित होते हैं, जबकि एपिलेयर में उनका घनत्व केवल लगभग 10 cm-2 होता है। फोटोल्यूमिनेसेंस (PL) का उपयोग करके BPDs का पता लगाने से रैखिक विशेषताएं दिखाई देती हैं, जैसा कि चित्र 4c में दिखाया गया है।SiC एपिटैक्सियलवृद्धि के दौरान, विस्तारित बीपीडी को स्टैकिंग फॉल्ट (एसएफ) या एज डिसलोकेशन (टीईडी) में परिवर्तित किया जा सकता है।

 

स्टैकिंग दोष (एसएफ)

SiC बेसल प्लेन की स्टैकिंग अनुक्रम में दोष। स्टैकिंग दोष सबस्ट्रेट में मौजूद SFs के कारण एपिटैक्सियल परत में उत्पन्न हो सकते हैं, या बेसल प्लेन डिसलोकेशन (BPDs) और थ्रेडिंग स्क्रू डिसलोकेशन (TSDs) के विस्तार और रूपांतरण से संबंधित हो सकते हैं। सामान्यतः, SFs का घनत्व 1 cm⁻² से कम होता है, और PL का उपयोग करके पता लगाने पर ये त्रिकोणीय आकार प्रदर्शित करते हैं, जैसा कि चित्र 4e में दिखाया गया है। हालांकि, SiC में विभिन्न प्रकार के स्टैकिंग दोष बन सकते हैं, जैसे कि शॉकली प्रकार और फ्रैंक प्रकार, क्योंकि तलों के बीच स्टैकिंग ऊर्जा में थोड़ी सी भी गड़बड़ी स्टैकिंग अनुक्रम में काफी अनियमितता पैदा कर सकती है।

 

पतन

गिरावट का दोष मुख्य रूप से विकास प्रक्रिया के दौरान प्रतिक्रिया कक्ष की ऊपरी और पार्श्व दीवारों पर कणों के गिरने से उत्पन्न होता है, जिसे प्रतिक्रिया कक्ष के ग्रेफाइट उपभोग्य सामग्रियों की आवधिक रखरखाव प्रक्रिया को अनुकूलित करके ठीक किया जा सकता है।

 

त्रिकोणीय दोष

यह एक 3C-SiC पॉलीटाइप समावेशन है जो आधार तल दिशा के अनुदिश SiC एपिलेयर की सतह तक फैला हुआ है, जैसा कि चित्र 4g में दिखाया गया है। यह एपिटैक्सियल वृद्धि के दौरान SiC एपिलेयर की सतह पर गिरने वाले कणों द्वारा उत्पन्न हो सकता है। ये कण एपिलेयर में धंस जाते हैं और वृद्धि प्रक्रिया में बाधा डालते हैं, जिसके परिणामस्वरूप 3C-SiC पॉलीटाइप समावेशन बनते हैं। इन समावेशनों में नुकीले कोण वाले त्रिभुजाकार सतही लक्षण दिखाई देते हैं, जिनमें कण त्रिभुजाकार क्षेत्र के शीर्षों पर स्थित होते हैं। कई अध्ययनों में पॉलीटाइप समावेशनों की उत्पत्ति का कारण सतह पर खरोंच, सूक्ष्म पाइप और वृद्धि प्रक्रिया के अनुचित मापदंडों को भी बताया गया है।

 

गाजर में खराबी

कैरट डिफेक्ट एक स्टैकिंग फॉल्ट कॉम्प्लेक्स है जिसके दो सिरे टीएसडी और एसएफ बेसल क्रिस्टल प्लेन पर स्थित होते हैं, और यह फ्रैंक-प्रकार के डिसलोकेशन द्वारा समाप्त होता है। कैरट डिफेक्ट का आकार प्रिज़मैटिक स्टैकिंग फॉल्ट से संबंधित होता है। इन विशेषताओं के संयोजन से कैरट डिफेक्ट की सतह आकृति बनती है, जो गाजर के आकार की दिखती है और इसका घनत्व 1 cm⁻² से कम होता है, जैसा कि चित्र 4f में दिखाया गया है। पॉलिशिंग स्क्रैच, टीएसडी या सबस्ट्रेट डिफेक्ट पर कैरट डिफेक्ट आसानी से बन जाते हैं।

 

स्क्रैच

SiC वेफर्स की सतह पर उत्पादन प्रक्रिया के दौरान उत्पन्न होने वाली यांत्रिक क्षति को खरोंच कहते हैं, जैसा कि चित्र 4h में दिखाया गया है। SiC सब्सट्रेट पर ये खरोंच एपिलेयर के विकास में बाधा डाल सकती हैं, एपिलेयर के भीतर उच्च घनत्व वाले विस्थापन की एक पंक्ति उत्पन्न कर सकती हैं, या ये खरोंच कैरट डिफेक्ट्स के निर्माण का आधार बन सकती हैं। इसलिए, SiC वेफर्स को ठीक से पॉलिश करना अत्यंत महत्वपूर्ण है क्योंकि ये खरोंच डिवाइस के सक्रिय क्षेत्र में दिखाई देने पर डिवाइस के प्रदर्शन पर महत्वपूर्ण प्रभाव डाल सकती हैं।

 

अन्य सतही आकारिकी दोष

स्टेप बंचिंग, SiC एपिटैक्सियल वृद्धि प्रक्रिया के दौरान उत्पन्न होने वाला एक सतही दोष है, जो SiC एपिलेयर की सतह पर अधिक कोण वाले त्रिभुज या समलम्बाकार आकृतियाँ बनाता है। सतही दोषों में कई अन्य दोष भी शामिल हैं, जैसे कि सतही गड्ढे, उभार और धब्बे। ये दोष आमतौर पर अनुकूलित वृद्धि प्रक्रियाओं की कमी और पॉलिशिंग से हुए नुकसान को पूरी तरह से न हटाने के कारण होते हैं, जो उपकरण के प्रदर्शन को प्रतिकूल रूप से प्रभावित करते हैं।