सिलिकॉन कार्बाइड एपिटॅक्सियल थराचे दोष कोणते आहेत?

वाढीसाठीचे मुख्य तंत्रज्ञानSiC एपिटॅक्सियलसामग्रीमधील दोष नियंत्रण तंत्रज्ञान हे सर्वप्रथम दोष नियंत्रण तंत्रज्ञान आहे, विशेषतः अशा दोष नियंत्रण तंत्रज्ञानासाठी जे उपकरण निकामी होण्यास किंवा विश्वसनीयता कमी होण्यास प्रवण असते. एपिटॅक्सियल वाढ प्रक्रियेदरम्यान सबस्ट्रेटमधील दोष एपिटॅक्सियल थरात कसे पसरतात याची यंत्रणा, सबस्ट्रेट आणि एपिटॅक्सियल थराच्या आंतरपृष्ठावरील दोषांचे स्थानांतरण आणि रूपांतरणाचे नियम, आणि दोषांच्या निर्मितीची यंत्रणा यांचा अभ्यास, हा सबस्ट्रेटमधील दोष आणि एपिटॅक्सियल संरचनात्मक दोष यांच्यातील सहसंबंध स्पष्ट करण्याचा आधार आहे, ज्यामुळे सबस्ट्रेटची निवड आणि एपिटॅक्सियल प्रक्रियेच्या इष्टतमीकरणास प्रभावीपणे मार्गदर्शन करता येते.

दोषांचेसिलिकॉन कार्बाइड एपिटॅक्सियल थरक्रिस्टल दोष आणि पृष्ठभागीय आकारिकी दोष हे प्रामुख्याने दोन प्रकारांमध्ये विभागले जातात. क्रिस्टल दोष, ज्यामध्ये बिंदू दोष, स्क्रू डिसलोकेशन्स, मायक्रोट्यूब्यूल दोष, एज डिसलोकेशन्स इत्यादींचा समावेश होतो, ते बहुतेकदा SiC सबस्ट्रेटवरील दोषांमुळे उद्भवतात आणि एपिटॅक्सियल थरात पसरतात. पृष्ठभागीय आकारिकी दोष मायक्रोस्कोप वापरून उघड्या डोळ्यांनी थेट पाहिले जाऊ शकतात आणि त्यांची वैशिष्ट्यपूर्ण आकारिकी गुणधर्म असतात. पृष्ठभागीय आकारिकी दोषांमध्ये प्रामुख्याने स्क्रॅच, त्रिकोणी दोष, कॅरट दोष, डाउनफॉल आणि कण यांचा समावेश होतो, जसे की आकृती ४ मध्ये दाखवले आहे. एपिटॅक्सियल प्रक्रियेदरम्यान, बाह्य कण, सबस्ट्रेटमधील दोष, पृष्ठभागाचे नुकसान आणि एपिटॅक्सियल प्रक्रियेतील विचलने हे सर्व स्थानिक स्टेप फ्लो ग्रोथ मोडवर परिणाम करू शकतात, ज्यामुळे पृष्ठभागीय आकारिकी दोष निर्माण होतात.

सारणी १. एसआयसी एपिटॅक्सियल थरांमध्ये सामान्य मॅट्रिक्स दोष आणि पृष्ठभागाच्या आकारविज्ञानातील दोष निर्माण होण्याची कारणे.

 

बिंदू दोष

बिंदू दोष हे एका किंवा अनेक जालक बिंदूंवरील रिक्त जागा किंवा पोकळ्यांमुळे तयार होतात आणि त्यांना कोणताही अवकाशीय विस्तार नसतो. बिंदू दोष प्रत्येक उत्पादन प्रक्रियेत, विशेषतः आयन इम्प्लांटेशनमध्ये उद्भवू शकतात. तथापि, ते शोधणे कठीण असते आणि बिंदू दोषांचे रूपांतरण व इतर दोषांमधील संबंध देखील बराच गुंतागुंतीचा असतो.

 

मायक्रोपाईप्स (एमपी)

मायक्रोपाईप्स म्हणजे पोकळ स्क्रू डिसलोकेशन्स आहेत, जे <0001> या बर्गर्स वेक्टरसह वाढीच्या अक्षाच्या दिशेने पसरतात. मायक्रोट्यूब्सचा व्यास काही मायक्रॉनच्या अंशापासून ते अनेक मायक्रॉनपर्यंत असतो. मायक्रोट्यूब्स एसआयसी वेफर्सच्या पृष्ठभागावर मोठ्या खड्ड्यांसारखी पृष्ठभागीय वैशिष्ट्ये दर्शवतात. सामान्यतः, मायक्रोट्यूब्सची घनता सुमारे 0.1~1cm-2 असते आणि व्यावसायिक वेफर उत्पादन गुणवत्ता निरीक्षणात ती सतत कमी होत राहते.

 

स्क्रू डिसलोकेशन्स (TSD) आणि एज डिसलोकेशन्स (TED)

SiC मधील डिसलोकेशन्स हे डिव्हाइसच्या ऱ्हासाचे आणि बिघाडाचे मुख्य कारण आहेत. स्क्रू डिसलोकेशन्स (TSD) आणि एज डिसलोकेशन्स (TED) दोन्ही ग्रोथ ॲक्सिसच्या दिशेने धावतात, ज्यांचे बर्गर व्हेक्टर्स अनुक्रमे <0001> आणि 1/3<11–20> असतात.

स्क्रू डिसलोकेशन्स (TSD) आणि एज डिसलोकेशन्स (TED) दोन्ही सबस्ट्रेटपासून वेफरच्या पृष्ठभागापर्यंत पसरू शकतात आणि पृष्ठभागावर लहान खड्ड्यांसारखी वैशिष्ट्ये निर्माण करू शकतात (आकृती 4b). सामान्यतः, एज डिसलोकेशन्सची घनता स्क्रू डिसलोकेशन्सच्या घनतेपेक्षा सुमारे 10 पट जास्त असते. विस्तारित स्क्रू डिसलोकेशन्स, म्हणजेच, जे सबस्ट्रेटपासून एपिलेयरपर्यंत पसरतात, ते इतर दोषांमध्ये रूपांतरित होऊन वाढीच्या अक्षाच्या दिशेने पसरू शकतात. या दरम्यानSiC एपिटॅक्सियलवाढीदरम्यान, स्क्रू डिसलोकेशन्सचे रूपांतर स्टॅकिंग फॉल्ट्स (SF) किंवा कॅरट डिफेक्ट्समध्ये होते, तर एपिलेयर्समधील एज डिसलोकेशन्स हे एपिटॅक्सियल वाढीदरम्यान सब्सट्रेटमधून मिळालेल्या बेसल प्लेन डिसलोकेशन्स (BPDs) पासून रूपांतरित होतात असे दिसून आले आहे.

 

मूलभूत समतल विस्थापन (बीपीडी)

SiC बेसल प्लेनवर स्थित, ज्याचा बर्गर वेक्टर 1/3 <11–20> आहे. BPDs SiC वेफर्सच्या पृष्ठभागावर क्वचितच आढळतात. ते सहसा सबस्ट्रेटवर 1500 cm-2 च्या घनतेने केंद्रित असतात, तर एपिलेयरमधील त्यांची घनता फक्त सुमारे 10 cm-2 असते. फोटोल्युमिनेसन्स (PL) वापरून BPDs चे डिटेक्शन केल्यावर, आकृती 4c मध्ये दाखवल्याप्रमाणे, रेखीय वैशिष्ट्ये दिसतात. दरम्यानSiC एपिटॅक्सियलवाढ, विस्तारित BPDs चे रूपांतर स्टॅकिंग फॉल्ट्स (SF) किंवा एज डिसलोकेशन्स (TED) मध्ये होऊ शकते.

 

स्टॅकिंग फॉल्ट्स (एसएफ)

SiC बेसल प्लेनच्या स्टॅकिंग क्रमातील दोष. सबस्ट्रेटमधील स्टॅकिंग फॉल्ट्स (SFs) वारसा म्हणून मिळाल्याने एपिटॅक्सियल लेयरमध्ये स्टॅकिंग फॉल्ट्स दिसू शकतात, किंवा ते बेसल प्लेन डिसलोकेशन्स (BPDs) आणि थ्रेडिंग स्क्रू डिसलोकेशन्स (TSDs) यांच्या विस्तार आणि रूपांतरणाशी संबंधित असू शकतात. सामान्यतः, SFs ची घनता 1 cm-2 पेक्षा कमी असते, आणि PL वापरून तपासणी केल्यावर ते त्रिकोणी वैशिष्ट्य दर्शवतात, जसे की आकृती 4e मध्ये दाखवले आहे. तथापि, SiC मध्ये शॉकले प्रकार आणि फ्रँक प्रकार यांसारखे विविध प्रकारचे स्टॅकिंग फॉल्ट्स तयार होऊ शकतात, कारण प्लेन्समधील स्टॅकिंग एनर्जीमधील थोड्याशा अव्यवस्थेमुळे देखील स्टॅकिंग क्रमात लक्षणीय अनियमितता येऊ शकते.

 

पतन

वाढ प्रक्रियेदरम्यान रिॲक्शन चेंबरच्या वरच्या आणि बाजूच्या भिंतींवर कणांचे थेंब पडल्यामुळे प्रामुख्याने डाउनफॉल दोष निर्माण होतो, जो रिॲक्शन चेंबरच्या ग्रॅफाइट उपभोग्य वस्तूंच्या नियतकालिक देखभाल प्रक्रियेला अनुकूल करून सुधारता येतो.

 

त्रिकोणी दोष

आकृती 4g मध्ये दाखवल्याप्रमाणे, हा एक 3C-SiC पॉलीटाईप समावेश आहे जो बेसल प्लेनच्या दिशेने SiC एपिलेयरच्या पृष्ठभागापर्यंत पसरलेला असतो. एपिटॅक्सियल वाढीदरम्यान SiC एपिलेयरच्या पृष्ठभागावर पडणाऱ्या कणांमुळे याची निर्मिती होऊ शकते. हे कण एपिलेयरमध्ये रुततात आणि वाढ प्रक्रियेत अडथळा आणतात, ज्यामुळे 3C-SiC पॉलीटाईप समावेश निर्माण होतात. हे समावेश टोकदार-कोनीय त्रिकोणी पृष्ठभागाची वैशिष्ट्ये दर्शवतात, ज्यात कण त्रिकोणी भागाच्या शिरोबिंदूंवर स्थित असतात. अनेक अभ्यासांमध्ये पॉलीटाईप समावेशांच्या उत्पत्तीचे कारण पृष्ठभागावरील ओरखडे, मायक्रोपाईप्स आणि वाढ प्रक्रियेतील अयोग्य पॅरामीटर्स यांनाही दिले गेले आहे.

 

गाजरातील दोष

कॅरट डिफेक्ट हा एक स्टॅकिंग फॉल्ट कॉम्प्लेक्स आहे, ज्याची दोन टोके TSD आणि SF बेसल क्रिस्टल प्लेनवर असतात आणि तो फ्रँक-प्रकारच्या डिसलोकेशनने समाप्त होतो. कॅरट डिफेक्टचा आकार प्रिझमॅटिक स्टॅकिंग फॉल्टशी संबंधित असतो. या वैशिष्ट्यांच्या संयोगाने कॅरट डिफेक्टची पृष्ठभागीय रचना तयार होते, जी गाजराच्या आकारासारखी दिसते आणि तिची घनता 1 cm-2 पेक्षा कमी असते, जसे की आकृती 4f मध्ये दाखवले आहे. पॉलिशिंग स्क्रॅचेस, TSDs किंवा सबस्ट्रेट डिफेक्ट्सवर कॅरट डिफेक्ट्स सहजपणे तयार होतात.

 

ओरखडे

आकृती 4h मध्ये दाखवल्याप्रमाणे, ओरखडे हे उत्पादन प्रक्रियेदरम्यान SiC वेफर्सच्या पृष्ठभागावर तयार होणारे यांत्रिक नुकसान आहेत. SiC सबस्ट्रेटवरील ओरखडे एपिलेयरच्या वाढीमध्ये अडथळा आणू शकतात, एपिलेयरमध्ये उच्च-घनतेच्या डिसलोकेशन्सची एक रांग तयार करू शकतात, किंवा हे ओरखडे 'कॅरट डिफेक्ट्स'च्या निर्मितीचे कारण बनू शकतात. त्यामुळे, SiC वेफर्सना योग्यरित्या पॉलिश करणे अत्यंत महत्त्वाचे आहे, कारण जेव्हा हे ओरखडे डिव्हाइसच्या सक्रिय क्षेत्रात दिसतात, तेव्हा ते डिव्हाइसच्या कार्यक्षमतेवर लक्षणीय परिणाम करू शकतात.

 

इतर पृष्ठभागाच्या आकारविज्ञानातील दोष

स्टेप बंचिंग हा SiC एपिटॅक्सियल वाढ प्रक्रियेदरम्यान तयार होणारा एक पृष्ठभागीय दोष आहे, ज्यामुळे SiC एपिलेयरच्या पृष्ठभागावर विशालकोनी त्रिकोण किंवा समलंब चौकोनी वैशिष्ट्ये तयार होतात. पृष्ठभागावरील खड्डे, उंचवटे आणि डाग यांसारखे इतरही अनेक पृष्ठभागीय दोष आहेत. हे दोष सामान्यतः अयोग्य वाढ प्रक्रिया आणि पॉलिशिंगमुळे झालेले नुकसान पूर्णपणे न काढल्यामुळे होतात, ज्यामुळे डिव्हाइसच्या कार्यक्षमतेवर प्रतिकूल परिणाम होतो.