સિલિકોન કાર્બાઇડ એપિટેક્સિયલ લેયરની ખામીઓ શું છે

ની વૃદ્ધિ માટેની મુખ્ય તકનીકSiC એપિટેક્સિયલસામગ્રી એ સૌપ્રથમ ખામી નિયંત્રણ તકનીક છે, ખાસ કરીને ખામી નિયંત્રણ તકનીક માટે જે ઉપકરણની નિષ્ફળતા અથવા વિશ્વસનીયતામાં ઘટાડો થવાની સંભાવના છે. એપિટેક્સિયલ વૃદ્ધિ પ્રક્રિયા દરમિયાન એપિટેક્સિયલ સ્તરમાં વિસ્તરેલી સબસ્ટ્રેટ ખામીઓની પદ્ધતિનો અભ્યાસ, સબસ્ટ્રેટ અને એપિટેક્સિયલ સ્તર વચ્ચેના ઇન્ટરફેસમાં ખામીના સ્થાનાંતરણ અને રૂપાંતર કાયદા અને ખામીઓની ન્યુક્લિએશન પદ્ધતિ વચ્ચેના સંબંધને સ્પષ્ટ કરવા માટેનો આધાર છે. સબસ્ટ્રેટ ખામી અને એપિટેક્સિયલ માળખાકીય ખામી, જે અસરકારક રીતે માર્ગદર્શન આપી શકે છે સબસ્ટ્રેટ સ્ક્રીનીંગ અને એપિટેક્સિયલ પ્રક્રિયા ઓપ્ટિમાઇઝેશન.

ની ખામીઓસિલિકોન કાર્બાઇડ એપિટેક્સિયલ સ્તરોમુખ્યત્વે બે વર્ગોમાં વિભાજિત કરવામાં આવે છે: સ્ફટિક ખામી અને સપાટી આકારવિજ્ઞાન ખામી. ક્રિસ્ટલ ખામીઓ, જેમાં બિંદુ ખામી, સ્ક્રુ ડિસલોકેશન, માઇક્રોટ્યુબ્યુલ ખામી, ધાર ડિસલોકેશન વગેરેનો સમાવેશ થાય છે, મોટે ભાગે SiC સબસ્ટ્રેટ પરની ખામીઓમાંથી ઉદ્દભવે છે અને એપિટેક્સિયલ સ્તરમાં ફેલાય છે. માઈક્રોસ્કોપનો ઉપયોગ કરીને સપાટીના મોર્ફોલોજીની ખામીઓને નરી આંખે જોઈ શકાય છે અને તેમાં લાક્ષણિક મોર્ફોલોજિકલ લાક્ષણિકતાઓ છે. સપાટીના મોર્ફોલોજી ખામીઓમાં મુખ્યત્વે સમાવેશ થાય છે: સ્ક્રેચ, ત્રિકોણાકાર ખામી, ગાજર ખામી, ડાઉનફોલ અને પાર્ટિકલ, આકૃતિ 4 માં બતાવ્યા પ્રમાણે. એપિટેક્સિયલ પ્રક્રિયા દરમિયાન, વિદેશી કણો, સબસ્ટ્રેટ ખામી, સપાટીને નુકસાન અને એપિટેક્સિયલ પ્રક્રિયાના વિચલનો સ્થાનિક સ્ટેપ ફ્લો પર અસર કરી શકે છે. ગ્રોથ મોડ, સપાટીના મોર્ફોલોજી ખામીઓમાં પરિણમે છે.

કોષ્ટક 1. SiC એપિટેક્સિયલ સ્તરોમાં સામાન્ય મેટ્રિક્સ ખામીઓ અને સપાટીના મોર્ફોલોજી ખામીની રચના માટેના કારણો

 

બિંદુ ખામી

પોઈન્ટ ડિફેક્ટ્સ ખાલી જગ્યાઓ અથવા એક જ જાળીના બિંદુ અથવા ઘણા જાળીના બિંદુઓ પર ગાબડા દ્વારા રચાય છે, અને તેમાં કોઈ અવકાશી વિસ્તરણ નથી. દરેક ઉત્પાદન પ્રક્રિયામાં પોઈન્ટ ડિફેક્ટ થઈ શકે છે, ખાસ કરીને આયન ઈમ્પ્લાન્ટેશનમાં. જો કે, તેઓને શોધવા મુશ્કેલ છે, અને બિંદુ ખામીઓ અને અન્ય ખામીઓના પરિવર્તન 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 છે. માઇક્રોટ્યુબ્સ SiC વેફરની સપાટી પર મોટા ખાડા જેવી સપાટીના લક્ષણો દર્શાવે છે. સામાન્ય રીતે, માઇક્રોટ્યુબની ઘનતા લગભગ 0.1~1cm-2 હોય છે અને વાણિજ્યિક વેફર ઉત્પાદન ગુણવત્તા મોનિટરિંગમાં ઘટાડો થતો રહે છે.

 

સ્ક્રુ ડિસલોકેશન (TSD) અને એજ ડિસલોકેશન (TED)

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

બંને સ્ક્રુ ડિસલોકેશન્સ (TSD) અને એજ ડિસલોકેશન્સ (TED) સબસ્ટ્રેટથી વેફર સપાટી સુધી વિસ્તરે છે અને નાના ખાડા જેવી સપાટીના લક્ષણો લાવી શકે છે (આકૃતિ 4b). સામાન્ય રીતે, ધારની અવ્યવસ્થાની ઘનતા સ્ક્રુ ડિસલોકેશન કરતાં લગભગ 10 ગણી હોય છે. વિસ્તૃત સ્ક્રુ ડિસલોકેશન્સ, એટલે કે, સબસ્ટ્રેટથી એપિલેયર સુધી વિસ્તરે છે, તે અન્ય ખામીઓમાં પણ પરિવર્તિત થઈ શકે છે અને વૃદ્ધિ અક્ષ સાથે પ્રચાર કરી શકે છે. દરમિયાનSiC એપિટેક્સિયલવૃદ્ધિ, સ્ક્રુ અવ્યવસ્થાને સ્ટેકીંગ ફોલ્ટ્સ (SF) અથવા ગાજર ખામીમાં રૂપાંતરિત કરવામાં આવે છે, જ્યારે એપિલેયર્સમાં ધારની અવ્યવસ્થા એપિટાક્સિયલ વૃદ્ધિ દરમિયાન સબસ્ટ્રેટમાંથી વારસામાં મળેલ બેઝલ પ્લેન ડિસલોકેશન (BPDs) થી રૂપાંતરિત થાય છે.

 

બેઝિક પ્લેન ડિસલોકેશન (BPD)

1/3 <11–20>ના બર્ગર્સ વેક્ટર સાથે, SiC બેઝલ પ્લેન પર સ્થિત છે. બીપીડી ભાગ્યે જ SiC વેફરની સપાટી પર દેખાય છે. તેઓ સામાન્ય રીતે 1500 cm-2 ની ઘનતા સાથે સબસ્ટ્રેટ પર કેન્દ્રિત હોય છે, જ્યારે epilayer માં તેમની ઘનતા માત્ર 10 cm-2 જેટલી હોય છે. ફોટોલ્યુમિનેસેન્સ (PL) નો ઉપયોગ કરીને BPD ની તપાસ રેખીય લક્ષણો દર્શાવે છે, જેમ કે આકૃતિ 4c માં બતાવ્યા પ્રમાણે. દરમિયાનSiC એપિટેક્સિયલવૃદ્ધિ, વિસ્તૃત BPD ને સ્ટેકીંગ ફોલ્ટ્સ (SF) અથવા એજ ડિસલોકેશન (TED) માં રૂપાંતરિત કરી શકાય છે.

 

સ્ટેકીંગ ફોલ્ટ્સ (SFs)

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

 

પતન

ડાઉનફોલ ખામી મુખ્યત્વે વૃદ્ધિ પ્રક્રિયા દરમિયાન પ્રતિક્રિયા ચેમ્બરની ઉપર અને બાજુની દિવાલો પરના કણોના ડ્રોપમાંથી ઉદ્દભવે છે, જે પ્રતિક્રિયા ચેમ્બર ગ્રેફાઇટ ઉપભોજ્ય પદાર્થોની સામયિક જાળવણી પ્રક્રિયાને ઑપ્ટિમાઇઝ કરીને ઑપ્ટિમાઇઝ કરી શકાય છે.

 

ત્રિકોણાકાર ખામી

તે 3C-SiC પોલિટાઇપ સમાવેશ છે જે આકૃતિ 4g માં બતાવ્યા પ્રમાણે, બેસલ પ્લેન દિશા સાથે SiC એપિલેયરની સપાટી સુધી વિસ્તરે છે. તે એપિટેક્સિયલ વૃદ્ધિ દરમિયાન SiC એપિલેયરની સપાટી પર પડતા કણો દ્વારા ઉત્પન્ન થઈ શકે છે. કણો એપિલેયરમાં એમ્બેડેડ હોય છે અને વૃદ્ધિ પ્રક્રિયામાં દખલ કરે છે, પરિણામે 3C-SiC પોલિટાઇપ સમાવેશ થાય છે, જે ત્રિકોણાકાર પ્રદેશના શિરોબિંદુઓ પર સ્થિત કણો સાથે તીક્ષ્ણ-કોણવાળી ત્રિકોણાકાર સપાટીના લક્ષણો દર્શાવે છે. ઘણા અભ્યાસોએ સપાટી પરના સ્ક્રેચ, માઇક્રોપાઇપ્સ અને વૃદ્ધિ પ્રક્રિયાના અયોગ્ય પરિમાણોને પણ પોલિટાઇપ સમાવેશની ઉત્પત્તિને આભારી છે.

 

ગાજરની ખામી

ગાજર ખામી એ TSD અને SF બેઝલ ક્રિસ્ટલ પ્લેન પર સ્થિત બે છેડાઓ સાથે સ્ટેકીંગ ફોલ્ટ કોમ્પ્લેક્સ છે, જે ફ્રેન્ક-ટાઈપ ડિસલોકેશન દ્વારા સમાપ્ત થાય છે, અને ગાજર ખામીનું કદ પ્રિઝમેટિક સ્ટેકીંગ ફોલ્ટ સાથે સંબંધિત છે. આ લક્ષણોનું મિશ્રણ ગાજરની ખામીની સપાટીની આકારવિજ્ઞાન બનાવે છે, જે આકૃતિ 4f માં બતાવ્યા પ્રમાણે 1 સેમી-2 કરતાં ઓછી ઘનતા સાથે ગાજરના આકાર જેવો દેખાય છે. પોલીશિંગ સ્ક્રેચ, TSD અથવા સબસ્ટ્રેટ ખામી પર ગાજરની ખામી સરળતાથી રચાય છે.

 

સ્ક્રેચેસ

આકૃતિ 4h માં બતાવ્યા પ્રમાણે, ઉત્પાદન પ્રક્રિયા દરમિયાન રચાયેલી SiC વેફરની સપાટી પર સ્ક્રેચેસ યાંત્રિક નુકસાન છે. SiC સબસ્ટ્રેટ પરના સ્ક્રેચેસ એપિલેયરની વૃદ્ધિમાં દખલ કરી શકે છે, એપિલેયરની અંદર ઉચ્ચ-ઘનતાના અવ્યવસ્થાની એક પંક્તિ પેદા કરી શકે છે અથવા સ્ક્રેચેસ ગાજરની ખામીની રચના માટેનો આધાર બની શકે છે. તેથી, SiC વેફર્સને યોગ્ય રીતે પોલિશ કરવું મહત્વપૂર્ણ છે કારણ કે જ્યારે આ સ્ક્રેચ ઉપકરણના સક્રિય વિસ્તારમાં દેખાય ત્યારે ઉપકરણની કામગીરી પર નોંધપાત્ર અસર કરી શકે છે.

 

અન્ય સપાટી મોર્ફોલોજી ખામીઓ

સ્ટેપ બન્ચિંગ એ SiC એપિટેક્સિયલ વૃદ્ધિ પ્રક્રિયા દરમિયાન રચાયેલી સપાટીની ખામી છે, જે SiC એપિલેયરની સપાટી પર સ્થૂળ ત્રિકોણ અથવા ટ્રેપેઝોઇડલ લક્ષણો ઉત્પન્ન કરે છે. સપાટીની અન્ય ઘણી ખામીઓ છે, જેમ કે સપાટી પરના ખાડાઓ, બમ્પ્સ અને સ્ટેન. આ ખામીઓ સામાન્ય રીતે બિન-ઓપ્ટિમાઇઝ વૃદ્ધિ પ્રક્રિયાઓ અને પોલિશિંગ નુકસાનના અપૂર્ણ નિરાકરણને કારણે થાય છે, જે ઉપકરણની કામગીરીને પ્રતિકૂળ અસર કરે છે.