സിലിക്കൺ കാർബൈഡ് എപ്പിറ്റാക്സിയൽ പാളിയുടെ പോരായ്മകൾ എന്തൊക്കെയാണ്?

വളർച്ചയ്ക്കുള്ള പ്രധാന സാങ്കേതികവിദ്യSiC എപ്പിറ്റാക്സിയൽമെറ്റീരിയലുകൾ ആദ്യം തന്നെ വൈകല്യ നിയന്ത്രണ സാങ്കേതികവിദ്യയാണ്, പ്രത്യേകിച്ച് ഉപകരണ പരാജയത്തിനോ വിശ്വാസ്യത തകർച്ചയ്‌ക്കോ സാധ്യതയുള്ള വൈകല്യ നിയന്ത്രണ സാങ്കേതികവിദ്യയ്ക്ക്. എപ്പിറ്റാക്സിയൽ വളർച്ചാ പ്രക്രിയയിൽ എപ്പിറ്റാക്സിയൽ പാളിയിലേക്ക് വ്യാപിക്കുന്ന സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റ് വൈകല്യങ്ങളുടെ സംവിധാനം, സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റിനും എപ്പിറ്റാക്സിയൽ പാളിക്കും ഇടയിലുള്ള ഇന്റർഫേസിലെ വൈകല്യങ്ങളുടെ കൈമാറ്റ, പരിവർത്തന നിയമങ്ങൾ, വൈകല്യങ്ങളുടെ ന്യൂക്ലിയേഷൻ സംവിധാനം എന്നിവയെക്കുറിച്ചുള്ള പഠനം, സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റ് വൈകല്യങ്ങളും എപ്പിറ്റാക്സിയൽ ഘടനാപരമായ വൈകല്യങ്ങളും തമ്മിലുള്ള പരസ്പരബന്ധം വ്യക്തമാക്കുന്നതിനുള്ള അടിസ്ഥാനമാണ്, ഇത് സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റ് സ്‌ക്രീനിങ്ങിനെയും എപ്പിറ്റാക്സിയൽ പ്രോസസ് ഒപ്റ്റിമൈസേഷനെയും ഫലപ്രദമായി നയിക്കും.

യുടെ പോരായ്മകൾസിലിക്കൺ കാർബൈഡ് എപ്പിറ്റാക്സിയൽ പാളികൾപ്രധാനമായും രണ്ട് വിഭാഗങ്ങളായി തിരിച്ചിരിക്കുന്നു: ക്രിസ്റ്റൽ വൈകല്യങ്ങൾ, ഉപരിതല രൂപഘടന വൈകല്യങ്ങൾ. പോയിന്റ് വൈകല്യങ്ങൾ, സ്ക്രൂ ഡിസ്ലോക്കേഷനുകൾ, മൈക്രോട്യൂബ്യൂൾ വൈകല്യങ്ങൾ, എഡ്ജ് ഡിസ്ലോക്കേഷനുകൾ മുതലായവ ഉൾപ്പെടെയുള്ള ക്രിസ്റ്റൽ വൈകല്യങ്ങൾ കൂടുതലും SiC സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റുകളിലെ വൈകല്യങ്ങളിൽ നിന്നാണ് ഉത്ഭവിക്കുകയും എപ്പിറ്റാക്‌സിയൽ പാളിയിലേക്ക് വ്യാപിക്കുകയും ചെയ്യുന്നത്. ഉപരിതല രൂപഘടന വൈകല്യങ്ങൾ ഒരു മൈക്രോസ്കോപ്പ് ഉപയോഗിച്ച് നഗ്നനേത്രങ്ങൾ കൊണ്ട് നേരിട്ട് നിരീക്ഷിക്കാൻ കഴിയും, കൂടാതെ സാധാരണ രൂപഘടന സ്വഭാവസവിശേഷതകളുമുണ്ട്. ഉപരിതല രൂപഘടന വൈകല്യങ്ങളിൽ പ്രധാനമായും ഇവ ഉൾപ്പെടുന്നു: ചിത്രം 4-ൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നതുപോലെ, സ്ക്രാച്ച്, ത്രികോണാകൃതിയിലുള്ള വൈകല്യം, കാരറ്റ് വൈകല്യം, ഡൗൺഫാൾ, കണിക. എപ്പിറ്റാക്‌സിയൽ പ്രക്രിയയിൽ, വിദേശ കണികകൾ, അടിവസ്ത്ര വൈകല്യങ്ങൾ, ഉപരിതല കേടുപാടുകൾ, എപ്പിറ്റാക്‌സിയൽ പ്രക്രിയ വ്യതിയാനങ്ങൾ എന്നിവയെല്ലാം പ്രാദേശിക സ്റ്റെപ്പ് ഫ്ലോ വളർച്ചാ രീതിയെ ബാധിച്ചേക്കാം, അതിന്റെ ഫലമായി ഉപരിതല രൂപഘടന വൈകല്യങ്ങൾ ഉണ്ടാകാം.

പട്ടിക 1. SiC എപ്പിറ്റാക്സിയൽ പാളികളിൽ സാധാരണ മാട്രിക്സ് വൈകല്യങ്ങളും ഉപരിതല രൂപഘടന വൈകല്യങ്ങളും ഉണ്ടാകാനുള്ള കാരണങ്ങൾ.

 

പോയിന്റ് വൈകല്യങ്ങൾ

ഒരു ലാറ്റിസ് പോയിന്റിലോ നിരവധി ലാറ്റിസ് പോയിന്റുകളിലോ ഉള്ള ഒഴിവുകളോ വിടവുകളോ ആണ് പോയിന്റ് വൈകല്യങ്ങൾ രൂപപ്പെടുന്നത്, അവയ്ക്ക് സ്പേഷ്യൽ എക്സ്റ്റൻഷൻ ഇല്ല. എല്ലാ ഉൽ‌പാദന പ്രക്രിയയിലും, പ്രത്യേകിച്ച് അയോൺ ഇംപ്ലാന്റേഷനിൽ പോയിന്റ് വൈകല്യങ്ങൾ ഉണ്ടാകാം. എന്നിരുന്നാലും, അവ കണ്ടെത്തുന്നത് ബുദ്ധിമുട്ടാണ്, കൂടാതെ പോയിന്റ് വൈകല്യങ്ങളുടെ പരിവർത്തനവും മറ്റ് വൈകല്യങ്ങളും തമ്മിലുള്ള ബന്ധവും വളരെ സങ്കീർണ്ണമാണ്.

 

മൈക്രോപൈപ്പുകൾ (എംപി)

മൈക്രോപൈപ്പുകൾ എന്നത് വളർച്ചാ അച്ചുതണ്ടിൽ വ്യാപിക്കുന്ന പൊള്ളയായ സ്ക്രൂ ഡിസ്ലോക്കേഷനുകളാണ്, ഇവയ്ക്ക് ഒരു ബർഗേഴ്സ് വെക്റ്റർ <0001> ഉണ്ട്. മൈക്രോട്യൂബുകളുടെ വ്യാസം ഒരു മൈക്രോണിന്റെ ഒരു ഭാഗം മുതൽ പത്ത് മൈക്രോൺ വരെയാണ്. മൈക്രോട്യൂബുകൾ SiC വേഫറുകളുടെ ഉപരിതലത്തിൽ വലിയ കുഴി പോലുള്ള ഉപരിതല സവിശേഷതകൾ കാണിക്കുന്നു. സാധാരണയായി, മൈക്രോട്യൂബുകളുടെ സാന്ദ്രത ഏകദേശം 0.1~1cm-2 ആണ്, കൂടാതെ വാണിജ്യ വേഫർ ഉൽ‌പാദന ഗുണനിലവാര നിരീക്ഷണത്തിൽ കുറയുന്നത് തുടരുന്നു.

 

സ്ക്രൂ ഡിസ്ലോക്കേഷനുകൾ (TSD) ഉം എഡ്ജ് ഡിസ്ലോക്കേഷനുകൾ (TED) ഉം

SiC-യിലെ ഡിസ്‌ലോക്കേഷനുകളാണ് ഉപകരണത്തിന്റെ ഡീഗ്രേഡേഷനും പരാജയത്തിനും പ്രധാന കാരണം. സ്ക്രൂ ഡിസ്‌ലോക്കേഷനുകളും (TSD) എഡ്ജ് ഡിസ്‌ലോക്കേഷനുകളും (TED) വളർച്ചാ അക്ഷത്തിൽ പ്രവർത്തിക്കുന്നു, യഥാക്രമം ബർഗേഴ്‌സ് വെക്‌ടറുകൾ <0001> ഉം 1/3<11–20> ഉം ആണ്.

സ്ക്രൂ ഡിസ്‌ലോക്കേഷനുകളും (TSD) എഡ്ജ് ഡിസ്‌ലോക്കേഷനുകളും (TED) അടിവസ്ത്രത്തിൽ നിന്ന് വേഫർ പ്രതലത്തിലേക്ക് വ്യാപിക്കുകയും ചെറിയ കുഴി പോലുള്ള ഉപരിതല സവിശേഷതകൾ കൊണ്ടുവരികയും ചെയ്യും (ചിത്രം 4b). സാധാരണയായി, അരികിലെ ഡിസ്‌ലോക്കേഷനുകളുടെ സാന്ദ്രത സ്ക്രൂ ഡിസ്‌ലോക്കേഷനുകളുടെ ഏകദേശം 10 മടങ്ങാണ്. വിപുലീകൃത സ്ക്രൂ ഡിസ്‌ലോക്കേഷനുകൾ, അതായത്, അടിവസ്ത്രത്തിൽ നിന്ന് എപ്പിലെയറിലേക്ക് വ്യാപിക്കുന്നത്, മറ്റ് വൈകല്യങ്ങളായി രൂപാന്തരപ്പെടുകയും വളർച്ചാ അക്ഷത്തിൽ വ്യാപിക്കുകയും ചെയ്തേക്കാം.SiC എപ്പിറ്റാക്സിയൽവളർച്ചയിൽ, സ്ക്രൂ ഡിസ്ലോക്കേഷനുകൾ സ്റ്റാക്കിംഗ് ഫോൾട്ടുകൾ (SF) അല്ലെങ്കിൽ കാരറ്റ് ഡിഫെക്റ്റ്സ് ആയി പരിവർത്തനം ചെയ്യപ്പെടുന്നു, അതേസമയം എപ്പിലെയറുകളിലെ എഡ്ജ് ഡിസ്ലോക്കേഷനുകൾ എപ്പിറ്റാക്സിയൽ വളർച്ചയുടെ സമയത്ത് അടിവസ്ത്രത്തിൽ നിന്ന് പാരമ്പര്യമായി ലഭിക്കുന്ന ബേസൽ പ്ലെയിൻ ഡിസ്ലോക്കേഷനുകളിൽ (BPDs) നിന്ന് പരിവർത്തനം ചെയ്യപ്പെടുന്നതായി കാണിക്കുന്നു.

 

അടിസ്ഥാന തലം സ്ഥാനഭ്രംശം (BPD)

SiC ബേസൽ തലത്തിൽ സ്ഥിതിചെയ്യുന്നു, 1/3 ബർഗേഴ്‌സ് വെക്റ്റർ <11–20>. SiC വേഫറുകളുടെ ഉപരിതലത്തിൽ BPD-കൾ അപൂർവ്വമായി മാത്രമേ പ്രത്യക്ഷപ്പെടുകയുള്ളൂ. അവ സാധാരണയായി 1500 cm-2 സാന്ദ്രതയുള്ള അടിവസ്ത്രത്തിലാണ് കേന്ദ്രീകരിച്ചിരിക്കുന്നത്, അതേസമയം എപ്പിലെയറിലെ അവയുടെ സാന്ദ്രത ഏകദേശം 10 cm-2 മാത്രമാണ്. ഫോട്ടോലുമിനെസെൻസ് (PL) ഉപയോഗിച്ച് BPD-കൾ കണ്ടെത്തുന്നത് ചിത്രം 4c-യിൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നതുപോലെ രേഖീയ സവിശേഷതകൾ കാണിക്കുന്നു. സമയത്ത്SiC എപ്പിറ്റാക്സിയൽവളർച്ചയിൽ, എക്സ്റ്റെൻഡഡ് ബിപിഡികൾ സ്റ്റാക്കിംഗ് ഫോൾട്ടുകൾ (എസ്എഫ്) അല്ലെങ്കിൽ എഡ്ജ് ഡിസ്ലോക്കേഷനുകൾ (ടിഇഡി) ആയി പരിവർത്തനം ചെയ്യപ്പെടാം.

 

സ്റ്റാക്കിംഗ് ഫോൾട്ടുകൾ (SF-കൾ)

SiC ബേസൽ പ്ലെയിനിന്റെ സ്റ്റാക്കിംഗ് സീക്വൻസിലെ വൈകല്യങ്ങൾ. അടിവസ്ത്രത്തിൽ SF-കൾ പാരമ്പര്യമായി ലഭിക്കുന്നതിലൂടെ എപ്പിറ്റാക്സിയൽ ലെയറിൽ സ്റ്റാക്കിംഗ് ഫോൾട്ടുകൾ പ്രത്യക്ഷപ്പെടാം, അല്ലെങ്കിൽ ബേസൽ പ്ലെയിൻ ഡിസ്ലോക്കേഷനുകളുടെയും (BPD-കൾ) ത്രെഡിംഗ് സ്ക്രൂ ഡിസ്ലോക്കേഷനുകളുടെയും (TSD-കൾ) വിപുലീകരണവും പരിവർത്തനവുമായി ബന്ധപ്പെട്ടതാകാം. സാധാരണയായി, SF-കളുടെ സാന്ദ്രത 1 cm-2-ൽ താഴെയാണ്, ചിത്രം 4e-യിൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നതുപോലെ PL ഉപയോഗിച്ച് കണ്ടെത്തുമ്പോൾ അവ ഒരു ത്രികോണ സവിശേഷത പ്രകടിപ്പിക്കുന്നു. എന്നിരുന്നാലും, SiC-യിൽ ഷോക്ക്ലി ടൈപ്പ്, ഫ്രാങ്ക് ടൈപ്പ് പോലുള്ള വിവിധ തരം സ്റ്റാക്കിംഗ് ഫോൾട്ടുകൾ രൂപപ്പെടാം, കാരണം പ്ലെയിനുകൾക്കിടയിൽ ചെറിയ അളവിലുള്ള സ്റ്റാക്കിംഗ് എനർജി ഡിസോർഡർ പോലും സ്റ്റാക്കിംഗ് സീക്വൻസിൽ ഗണ്യമായ ക്രമക്കേടിലേക്ക് നയിച്ചേക്കാം.

 

പതനം

വളർച്ചാ പ്രക്രിയയിൽ പ്രതിപ്രവർത്തന അറയുടെ മുകൾ ഭാഗത്തും വശങ്ങളിലുമുള്ള ചുവരുകളിലെ കണികാ വീഴ്ചയിൽ നിന്നാണ് പ്രധാനമായും താഴേക്കുള്ള വൈകല്യം ഉണ്ടാകുന്നത്, പ്രതിപ്രവർത്തന അറയിലെ ഗ്രാഫൈറ്റ് ഉപഭോഗവസ്തുക്കളുടെ ആനുകാലിക പരിപാലന പ്രക്രിയ ഒപ്റ്റിമൈസ് ചെയ്യുന്നതിലൂടെ ഇത് ഒപ്റ്റിമൈസ് ചെയ്യാൻ കഴിയും.

 

ത്രികോണാകൃതിയിലുള്ള വൈകല്യം

ചിത്രം 4g-ൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നതുപോലെ, ബേസൽ പ്ലെയിൻ ദിശയിൽ SiC എപ്പിലെയറിന്റെ ഉപരിതലത്തിലേക്ക് വ്യാപിക്കുന്ന ഒരു 3C-SiC പോളിടൈപ്പ് ഇൻക്ലൂഷനാണിത്. എപ്പിറ്റാക്സിയൽ വളർച്ചയുടെ സമയത്ത് SiC എപ്പിലെയറിന്റെ ഉപരിതലത്തിൽ വീഴുന്ന കണികകൾ വഴി ഇത് സൃഷ്ടിക്കപ്പെട്ടേക്കാം. കണികകൾ എപ്പിലെയറിൽ ഉൾച്ചേർക്കുകയും വളർച്ചാ പ്രക്രിയയെ തടസ്സപ്പെടുത്തുകയും ചെയ്യുന്നു, ഇത് 3C-SiC പോളിടൈപ്പ് ഇൻക്ലൂഷനുകൾക്ക് കാരണമാകുന്നു, ഇത് ത്രികോണാകൃതിയിലുള്ള മേഖലയിലെ ശീർഷകങ്ങളിൽ സ്ഥിതി ചെയ്യുന്ന കണികകളുമായി മൂർച്ചയുള്ള കോണുള്ള ത്രികോണാകൃതിയിലുള്ള ഉപരിതല സവിശേഷതകൾ കാണിക്കുന്നു. പോളിടൈപ്പ് ഇൻക്ലൂഷനുകളുടെ ഉത്ഭവത്തിന് ഉപരിതല പോറലുകൾ, മൈക്രോപൈപ്പുകൾ, വളർച്ചാ പ്രക്രിയയുടെ അനുചിതമായ പാരാമീറ്ററുകൾ എന്നിവയും പല പഠനങ്ങളും കാരണമായി കണ്ടെത്തിയിട്ടുണ്ട്.

 

കാരറ്റ് വൈകല്യം

കാരറ്റ് ഡിഫെക്റ്റ് എന്നത് TSD, SF ബേസൽ ക്രിസ്റ്റൽ പ്ലാനുകളിൽ സ്ഥിതി ചെയ്യുന്ന രണ്ട് അറ്റങ്ങളുള്ള ഒരു സ്റ്റാക്കിംഗ് ഫോൾട്ട് കോംപ്ലക്സാണ്, ഇത് ഫ്രാങ്ക്-ടൈപ്പ് ഡിസ്ലോക്കേഷൻ വഴി അവസാനിപ്പിക്കപ്പെടുന്നു, കൂടാതെ കാരറ്റ് ഡിഫെക്റ്റിന്റെ വലുപ്പം പ്രിസ്മാറ്റിക് സ്റ്റാക്കിംഗ് ഫോൾട്ടുമായി ബന്ധപ്പെട്ടിരിക്കുന്നു. ഈ സവിശേഷതകളുടെ സംയോജനമാണ് കാരറ്റ് ഡിഫെക്റ്റിന്റെ ഉപരിതല രൂപഘടനയെ രൂപപ്പെടുത്തുന്നത്, ഇത് ചിത്രം 4f-ൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നതുപോലെ 1 cm-2-ൽ താഴെ സാന്ദ്രതയുള്ള ഒരു കാരറ്റ് ആകൃതി പോലെ കാണപ്പെടുന്നു. പോളിഷിംഗ് സ്ക്രാച്ചുകൾ, TSD-കൾ അല്ലെങ്കിൽ സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റ് ഡിഫെക്റ്റുകൾ എന്നിവയിൽ കാരറ്റ് ഡിഫെക്റ്റുകൾ എളുപ്പത്തിൽ രൂപം കൊള്ളുന്നു.

 

പോറലുകൾ

ചിത്രം 4h-ൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നതുപോലെ, ഉൽ‌പാദന പ്രക്രിയയിൽ രൂപം കൊള്ളുന്ന SiC വേഫറുകളുടെ ഉപരിതലത്തിലുണ്ടാകുന്ന മെക്കാനിക്കൽ നാശനഷ്ടങ്ങളാണ് പോറലുകൾ. SiC അടിവസ്ത്രത്തിലെ പോറലുകൾ എപ്പിലെയറിന്റെ വളർച്ചയെ തടസ്സപ്പെടുത്തുകയും എപ്പിലെയറിനുള്ളിൽ ഉയർന്ന സാന്ദ്രതയുള്ള ഡിസ്ലോക്കേഷനുകളുടെ ഒരു നിര ഉണ്ടാക്കുകയും ചെയ്തേക്കാം, അല്ലെങ്കിൽ പോറലുകൾ കാരറ്റ് വൈകല്യങ്ങൾ രൂപപ്പെടുന്നതിന് അടിസ്ഥാനമായി മാറിയേക്കാം. അതിനാൽ, SiC വേഫറുകൾ ശരിയായി മിനുക്കേണ്ടത് വളരെ പ്രധാനമാണ്, കാരണം ഈ പോറലുകൾ ഉപകരണത്തിന്റെ സജീവ മേഖലയിൽ ദൃശ്യമാകുമ്പോൾ അവ ഉപകരണത്തിന്റെ പ്രകടനത്തിൽ കാര്യമായ സ്വാധീനം ചെലുത്തും.

 

മറ്റ് ഉപരിതല രൂപഘടന വൈകല്യങ്ങൾ

SiC എപ്പിറ്റാക്സിയൽ വളർച്ചാ പ്രക്രിയയിൽ രൂപപ്പെടുന്ന ഒരു ഉപരിതല വൈകല്യമാണ് സ്റ്റെപ്പ് ബഞ്ചിംഗ്, ഇത് SiC എപ്പിലെയറിന്റെ ഉപരിതലത്തിൽ മങ്ങിയ ത്രികോണങ്ങളോ ട്രപസോയിഡൽ സവിശേഷതകളോ ഉണ്ടാക്കുന്നു. ഉപരിതല കുഴികൾ, ബമ്പുകൾ, പാടുകൾ എന്നിങ്ങനെ മറ്റ് നിരവധി ഉപരിതല വൈകല്യങ്ങളുണ്ട്. ഈ വൈകല്യങ്ങൾ സാധാരണയായി ഒപ്റ്റിമൈസ് ചെയ്യാത്ത വളർച്ചാ പ്രക്രിയകളും പോളിഷിംഗ് കേടുപാടുകൾ അപൂർണ്ണമായി നീക്കം ചെയ്യുന്നതുമാണ് കാരണം, ഇത് ഉപകരണ പ്രകടനത്തെ പ്രതികൂലമായി ബാധിക്കുന്നു.