സിലിക്കൺ കാർബൈഡ് എപ്പിറ്റാക്സിയൽ പാളിയുടെ തകരാറുകൾ എന്തൊക്കെയാണ്

വളർച്ചയ്ക്കുള്ള പ്രധാന സാങ്കേതികവിദ്യSiC എപ്പിറ്റാക്സിയൽമെറ്റീരിയലുകൾ ആദ്യം ഡിഫെക്റ്റ് കൺട്രോൾ ടെക്നോളജിയാണ്, പ്രത്യേകിച്ച് ഉപകരണത്തിൻ്റെ തകരാർ അല്ലെങ്കിൽ വിശ്വാസ്യത തകർച്ചയ്ക്ക് സാധ്യതയുള്ള വൈകല്യ നിയന്ത്രണ സാങ്കേതികവിദ്യയ്ക്ക്. എപ്പിറ്റാക്സിയൽ വളർച്ചാ പ്രക്രിയയിൽ എപ്പിറ്റാക്സിയൽ പാളിയിലേക്ക് വ്യാപിക്കുന്ന സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റ് വൈകല്യങ്ങളുടെ മെക്കാനിസത്തെക്കുറിച്ചുള്ള പഠനം, സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റും എപ്പിടാക്‌സിയൽ ലെയറും തമ്മിലുള്ള ഇൻ്റർഫേസിലെ വൈകല്യങ്ങളുടെ കൈമാറ്റ, പരിവർത്തന നിയമങ്ങൾ, വൈകല്യങ്ങളുടെ ന്യൂക്ലിയേഷൻ സംവിധാനം എന്നിവ തമ്മിലുള്ള പരസ്പരബന്ധം വ്യക്തമാക്കുന്നതിനുള്ള അടിസ്ഥാനം. സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റ് വൈകല്യങ്ങളും എപ്പിറ്റാക്‌സിയൽ ഘടനാപരമായ വൈകല്യങ്ങളും, ഇത് സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റ് സ്‌ക്രീനിംഗിനെ ഫലപ്രദമായി നയിക്കും. epitaxial പ്രക്രിയ ഒപ്റ്റിമൈസേഷൻ.

യുടെ പോരായ്മകൾസിലിക്കൺ കാർബൈഡ് എപ്പിറ്റാക്സിയൽ പാളികൾപ്രധാനമായും രണ്ട് വിഭാഗങ്ങളായി തിരിച്ചിരിക്കുന്നു: ക്രിസ്റ്റൽ വൈകല്യങ്ങൾ, ഉപരിതല രൂപഘടന വൈകല്യങ്ങൾ. പോയിൻ്റ് വൈകല്യങ്ങൾ, സ്ക്രൂ ഡിസ്‌ലോക്കേഷനുകൾ, മൈക്രോട്യൂബ്യൂൾ വൈകല്യങ്ങൾ, എഡ്ജ് ഡിസ്‌ലോക്കേഷനുകൾ മുതലായവ ഉൾപ്പെടെയുള്ള ക്രിസ്റ്റൽ വൈകല്യങ്ങൾ കൂടുതലും SiC സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റുകളിലെ വൈകല്യങ്ങളിൽ നിന്ന് ഉത്ഭവിക്കുകയും എപ്പിറ്റാക്സിയൽ പാളിയിലേക്ക് വ്യാപിക്കുകയും ചെയ്യുന്നു. ഒരു മൈക്രോസ്കോപ്പ് ഉപയോഗിച്ച് നഗ്നനേത്രങ്ങൾ കൊണ്ട് ഉപരിതല രൂപഘടന വൈകല്യങ്ങൾ നേരിട്ട് നിരീക്ഷിക്കാനാകും, കൂടാതെ സാധാരണ രൂപശാസ്ത്രപരമായ സ്വഭാവസവിശേഷതകളുമുണ്ട്. ചിത്രം 4-ൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നതുപോലെ, ഉപരിതല രൂപഘടനയിലെ വൈകല്യങ്ങൾ പ്രധാനമായും ഉൾപ്പെടുന്നു: സ്ക്രാച്ച്, ത്രികോണാകൃതിയിലുള്ള വൈകല്യം, കാരറ്റ് വൈകല്യം, വീഴ്ച, കണിക എന്നിവ. വളർച്ചാ രീതി, ഉപരിതല രൂപഘടന വൈകല്യങ്ങൾക്ക് കാരണമാകുന്നു.

പട്ടിക 1. SiC എപ്പിറ്റാക്സിയൽ പാളികളിൽ പൊതുവായ മാട്രിക്സ് വൈകല്യങ്ങളും ഉപരിതല രൂപഘടന വൈകല്യങ്ങളും ഉണ്ടാകുന്നതിനുള്ള കാരണങ്ങൾ

 

പോയിൻ്റ് വൈകല്യങ്ങൾ

ഒരു ലാറ്റിസ് പോയിൻ്റിലോ നിരവധി ലാറ്റിസ് പോയിൻ്റുകളിലോ ഉള്ള ഒഴിവുകളോ വിടവുകളോ മൂലമാണ് പോയിൻ്റ് വൈകല്യങ്ങൾ രൂപപ്പെടുന്നത്, അവയ്ക്ക് സ്പേഷ്യൽ എക്സ്റ്റൻഷനില്ല. ഓരോ ഉൽപാദന പ്രക്രിയയിലും, പ്രത്യേകിച്ച് അയോൺ ഇംപ്ലാൻ്റേഷനിൽ പോയിൻ്റ് വൈകല്യങ്ങൾ ഉണ്ടാകാം. എന്നിരുന്നാലും, അവ കണ്ടെത്തുന്നത് ബുദ്ധിമുട്ടാണ്, കൂടാതെ പോയിൻ്റ് വൈകല്യങ്ങളുടെയും മറ്റ് വൈകല്യങ്ങളുടെയും പരിവർത്തനം തമ്മിലുള്ള ബന്ധവും വളരെ സങ്കീർണ്ണമാണ്.

 

മൈക്രോപൈപ്പുകൾ (എംപി)

ബർഗേഴ്സ് വെക്റ്റർ <0001> ഉപയോഗിച്ച് വളർച്ചാ അക്ഷത്തിൽ വ്യാപിക്കുന്ന പൊള്ളയായ സ്ക്രൂ ഡിസ്ലോക്കേഷനുകളാണ് മൈക്രോപൈപ്പുകൾ. മൈക്രോ ട്യൂബുകളുടെ വ്യാസം ഒരു മൈക്രോണിൻ്റെ അംശം മുതൽ പതിനായിരക്കണക്കിന് മൈക്രോൺ വരെയാണ്. SiC വേഫറുകളുടെ ഉപരിതലത്തിൽ മൈക്രോട്യൂബുകൾ വലിയ കുഴി പോലെയുള്ള ഉപരിതല സവിശേഷതകൾ കാണിക്കുന്നു. സാധാരണഗതിയിൽ, മൈക്രോട്യൂബുകളുടെ സാന്ദ്രത ഏകദേശം 0.1~1cm-2 ആണ്, വാണിജ്യ വേഫർ പ്രൊഡക്ഷൻ ഗുണനിലവാര നിരീക്ഷണത്തിൽ ഇത് കുറയുന്നത് തുടരുന്നു.

 

സ്ക്രൂ ഡിസ്ലോക്കേഷനുകളും (ടിഎസ്ഡി) എഡ്ജ് ഡിസ്ലോക്കേഷനുകളും (ടിഇഡി)

SiC-യിലെ സ്ഥാനഭ്രംശങ്ങളാണ് ഉപകരണത്തിൻ്റെ അപചയത്തിൻ്റെയും പരാജയത്തിൻ്റെയും പ്രധാന ഉറവിടം. സ്ക്രൂ ഡിസ്‌ലോക്കേഷനുകളും (ടിഎസ്‌ഡി) എഡ്ജ് ഡിസ്‌ലോക്കേഷനുകളും (ടിഇഡി) വളർച്ചാ അക്ഷത്തിൽ പ്രവർത്തിക്കുന്നു, യഥാക്രമം <0001>, 1/3 <11–20> എന്നീ ബർഗറുകൾ വെക്‌ടറുകൾ.

സ്ക്രൂ ഡിസ്‌ലോക്കേഷനുകളും (ടിഎസ്‌ഡി), എഡ്ജ് ഡിസ്‌ലോക്കേഷനുകളും (ടിഇഡി) സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റിൽ നിന്ന് വേഫർ ഉപരിതലത്തിലേക്ക് വ്യാപിക്കുകയും ചെറിയ കുഴി പോലുള്ള ഉപരിതല സവിശേഷതകൾ കൊണ്ടുവരുകയും ചെയ്യാം (ചിത്രം 4 ബി). സാധാരണഗതിയിൽ, എഡ്ജ് ഡിസ്ലോക്കേഷനുകളുടെ സാന്ദ്രത സ്ക്രൂ ഡിസ്ലോക്കേഷനുകളുടെ 10 മടങ്ങ് കൂടുതലാണ്. വിപുലീകരിച്ച സ്ക്രൂ ഡിസ്ലോക്കേഷനുകൾ, അതായത്, അടിവസ്ത്രത്തിൽ നിന്ന് എപ്പിലേയർ വരെ നീളുന്നു, മറ്റ് വൈകല്യങ്ങളായി രൂപാന്തരപ്പെടുകയും വളർച്ചയുടെ അച്ചുതണ്ടിൽ വ്യാപിക്കുകയും ചെയ്യാം. സമയത്ത്SiC എപ്പിറ്റാക്സിയൽവളർച്ച, സ്ക്രൂ ഡിസ്‌ലോക്കേഷനുകൾ സ്റ്റാക്കിംഗ് ഫോൾട്ടുകളോ (എസ്എഫ്) അല്ലെങ്കിൽ കാരറ്റ് വൈകല്യങ്ങളോ ആയി പരിവർത്തനം ചെയ്യപ്പെടുന്നു, അതേസമയം എപ്പിലേയറുകളിലെ എഡ്ജ് ഡിസ്‌ലോക്കേഷനുകൾ എപ്പിറ്റാക്സിയൽ വളർച്ചയുടെ സമയത്ത് അടിവസ്ത്രത്തിൽ നിന്ന് പാരമ്പര്യമായി ലഭിക്കുന്ന ബേസൽ പ്ലെയിൻ ഡിസ്‌ലോക്കേഷനുകളിൽ നിന്ന് (ബിപിഡി) പരിവർത്തനം ചെയ്യപ്പെടുന്നതായി കാണിക്കുന്നു.

 

ബേസിക് പ്ലെയിൻ ഡിസ്‌ലോക്കേഷൻ (ബിപിഡി)

1/3 <11–20> എന്ന ബർഗേഴ്സ് വെക്റ്റർ ഉള്ള SiC ബേസൽ പ്ലെയിനിൽ സ്ഥിതിചെയ്യുന്നു. SiC വേഫറുകളുടെ ഉപരിതലത്തിൽ BPD-കൾ അപൂർവ്വമായി മാത്രമേ പ്രത്യക്ഷപ്പെടുകയുള്ളൂ. അവ സാധാരണയായി 1500 cm-2 സാന്ദ്രതയുള്ള അടിവസ്ത്രത്തിൽ കേന്ദ്രീകരിച്ചിരിക്കുന്നു, അതേസമയം എപ്പിലേയറിലെ അവയുടെ സാന്ദ്രത ഏകദേശം 10 cm-2 മാത്രമാണ്. ഫോട്ടോലൂമിനെസെൻസ് (PL) ഉപയോഗിച്ച് BPD-കൾ കണ്ടെത്തുന്നത് ചിത്രം 4c-ൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നതുപോലെ രേഖീയ സവിശേഷതകൾ കാണിക്കുന്നു. സമയത്ത്SiC എപ്പിറ്റാക്സിയൽവളർച്ച, വിപുലീകൃത ബിപിഡികൾ സ്റ്റാക്കിംഗ് ഫാൾട്ടുകൾ (എസ്എഫ്) അല്ലെങ്കിൽ എഡ്ജ് ഡിസ്ലോക്കേഷനുകൾ (ടിഇഡി) ആയി പരിവർത്തനം ചെയ്തേക്കാം.

 

സ്റ്റാക്കിംഗ് തെറ്റുകൾ (SFs)

SiC ബേസൽ പ്ലെയിനിൻ്റെ സ്റ്റാക്കിംഗ് ക്രമത്തിലെ തകരാറുകൾ. അടിവസ്ത്രത്തിലെ SF-കൾ പാരമ്പര്യമായി ലഭിക്കുന്നതിലൂടെ സ്റ്റാക്കിംഗ് തകരാറുകൾ എപ്പിറ്റാക്സിയൽ ലെയറിൽ പ്രത്യക്ഷപ്പെടാം, അല്ലെങ്കിൽ ബേസൽ പ്ലെയിൻ ഡിസ്‌ലോക്കേഷനുകളുടെ (BPDs), ത്രെഡിംഗ് സ്ക്രൂ ഡിസ്‌ലോക്കേഷനുകളുടെ (TSDs) വിപുലീകരണവും പരിവർത്തനവുമായി ബന്ധപ്പെട്ടിരിക്കാം. സാധാരണയായി, SF-കളുടെ സാന്ദ്രത 1 cm-2-ൽ താഴെയാണ്, ചിത്രം 4e-ൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നതുപോലെ, PL ഉപയോഗിച്ച് കണ്ടെത്തുമ്പോൾ അവ ഒരു ത്രികോണ സവിശേഷത പ്രദർശിപ്പിക്കുന്നു. എന്നിരുന്നാലും, ഷോക്ക്ലി ടൈപ്പ്, ഫ്രാങ്ക് ടൈപ്പ് എന്നിങ്ങനെ വിവിധ തരം സ്റ്റാക്കിംഗ് തകരാറുകൾ SiC-ൽ രൂപപ്പെടാം, കാരണം വിമാനങ്ങൾക്കിടയിലുള്ള ചെറിയ അളവിലുള്ള സ്റ്റാക്കിംഗ് എനർജി ഡിസോർഡർ പോലും സ്റ്റാക്കിംഗ് ക്രമത്തിൽ ഗണ്യമായ ക്രമക്കേടിലേക്ക് നയിച്ചേക്കാം.

 

വീഴ്ച

വളർച്ചാ പ്രക്രിയയിൽ റിയാക്ഷൻ ചേമ്പറിൻ്റെ മുകൾഭാഗത്തും വശത്തുമുള്ള ഭിത്തികളിലെ കണികാ ഡ്രോപ്പിൽ നിന്നാണ് തകർച്ച വൈകല്യം പ്രധാനമായും ഉത്ഭവിക്കുന്നത്, ഇത് പ്രതികരണ ചേമ്പറിൻ്റെ ഗ്രാഫൈറ്റ് ഉപഭോഗവസ്തുക്കളുടെ ആനുകാലിക പരിപാലന പ്രക്രിയ ഒപ്റ്റിമൈസ് ചെയ്യുന്നതിലൂടെ ഒപ്റ്റിമൈസ് ചെയ്യാൻ കഴിയും.

 

ത്രികോണ വൈകല്യം

ഇത് ഒരു 3C-SiC പോളിടൈപ്പ് ഉൾപ്പെടുത്തലാണ്, അത് ചിത്രം 4g-ൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നതുപോലെ, ബേസൽ പ്ലെയിൻ ദിശയിൽ SiC എപ്പിലേയറിൻ്റെ ഉപരിതലത്തിലേക്ക് വ്യാപിക്കുന്നു. എപ്പിറ്റാക്സിയൽ വളർച്ചയുടെ സമയത്ത് SiC എപ്പിലേയറിൻ്റെ ഉപരിതലത്തിൽ വീഴുന്ന കണങ്ങളാൽ ഇത് സൃഷ്ടിക്കപ്പെടാം. കണങ്ങൾ എപ്പിലേയറിൽ ഉൾച്ചേർക്കുകയും വളർച്ചാ പ്രക്രിയയെ തടസ്സപ്പെടുത്തുകയും ചെയ്യുന്നു, ഇത് 3C-SiC പോളിടൈപ്പ് ഉൾപ്പെടുത്തലുകൾക്ക് കാരണമാകുന്നു, ഇത് ത്രികോണാകൃതിയിലുള്ള പ്രദേശത്തിൻ്റെ ലംബങ്ങളിൽ സ്ഥിതി ചെയ്യുന്ന കണങ്ങളോടൊപ്പം മൂർച്ചയുള്ള ത്രികോണാകൃതിയിലുള്ള ഉപരിതല സവിശേഷതകൾ കാണിക്കുന്നു. പല പഠനങ്ങളും പോളിടൈപ്പ് ഉൾപ്പെടുത്തലുകളുടെ ഉത്ഭവത്തിന് ഉപരിതല പോറലുകൾ, മൈക്രോപൈപ്പുകൾ, വളർച്ചാ പ്രക്രിയയുടെ അനുചിതമായ പാരാമീറ്ററുകൾ എന്നിവ കാരണമായിട്ടുണ്ട്.

 

കാരറ്റ് വൈകല്യം

ഒരു ഫ്രാങ്ക്-ടൈപ്പ് ഡിസ്ലോക്കേഷൻ വഴി അവസാനിപ്പിച്ച, TSD, SF ബേസൽ ക്രിസ്റ്റൽ പ്ലെയിനുകളിൽ സ്ഥിതി ചെയ്യുന്ന രണ്ട് അറ്റങ്ങളുള്ള ഒരു സ്റ്റാക്കിംഗ് ഫോൾട്ട് കോംപ്ലക്സാണ് കാരറ്റ് വൈകല്യം, കൂടാതെ കാരറ്റ് വൈകല്യത്തിൻ്റെ വലുപ്പം പ്രിസ്മാറ്റിക് സ്റ്റാക്കിംഗ് തകരാറുമായി ബന്ധപ്പെട്ടിരിക്കുന്നു. ഈ സവിശേഷതകളുടെ സംയോജനമാണ് കാരറ്റ് വൈകല്യത്തിൻ്റെ ഉപരിതല രൂപഘടന രൂപപ്പെടുത്തുന്നത്, ഇത് ചിത്രം 4f-ൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നതുപോലെ 1 cm-2-ൽ താഴെ സാന്ദ്രതയുള്ള ഒരു കാരറ്റ് ആകൃതി പോലെ കാണപ്പെടുന്നു. പോറലുകൾ, ടിഎസ്‌ഡികൾ അല്ലെങ്കിൽ അടിവസ്ത്ര വൈകല്യങ്ങൾ എന്നിവ മിനുക്കുമ്പോൾ കാരറ്റ് വൈകല്യങ്ങൾ എളുപ്പത്തിൽ രൂപം കൊള്ളുന്നു.

 

പോറലുകൾ

ചിത്രം 4h-ൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നതുപോലെ, ഉത്പാദന പ്രക്രിയയിൽ രൂപംകൊണ്ട SiC വേഫറുകളുടെ ഉപരിതലത്തിൽ മെക്കാനിക്കൽ നാശനഷ്ടങ്ങളാണ് പോറലുകൾ. SiC അടിവസ്ത്രത്തിലെ പോറലുകൾ എപ്പിലേയറിൻ്റെ വളർച്ചയെ തടസ്സപ്പെടുത്താം, എപ്പിലേയറിനുള്ളിൽ ഉയർന്ന സാന്ദ്രതയുള്ള സ്ഥാനഭ്രംശങ്ങൾ ഉണ്ടാക്കാം, അല്ലെങ്കിൽ പോറലുകൾ കാരറ്റ് വൈകല്യങ്ങളുടെ രൂപീകരണത്തിന് അടിസ്ഥാനമായിരിക്കാം. അതിനാൽ, SiC വേഫറുകൾ ശരിയായി പോളിഷ് ചെയ്യേണ്ടത് വളരെ പ്രധാനമാണ്, കാരണം ഈ പോറലുകൾ ഉപകരണത്തിൻ്റെ സജീവമായ ഭാഗത്ത് ദൃശ്യമാകുമ്പോൾ ഉപകരണ പ്രകടനത്തിൽ കാര്യമായ സ്വാധീനം ചെലുത്തും.

 

മറ്റ് ഉപരിതല രൂപഘടന വൈകല്യങ്ങൾ

SiC എപ്പിറ്റാക്സിയൽ വളർച്ചാ പ്രക്രിയയിൽ രൂപപ്പെടുന്ന ഒരു ഉപരിതല വൈകല്യമാണ് സ്റ്റെപ്പ് ബഞ്ചിംഗ്, ഇത് SiC എപ്പിലേയറിൻ്റെ ഉപരിതലത്തിൽ മങ്ങിയ ത്രികോണങ്ങളോ ട്രപസോയ്ഡൽ സവിശേഷതകളോ ഉണ്ടാക്കുന്നു. ഉപരിതല കുഴികൾ, പാലുണ്ണികൾ, പാടുകൾ എന്നിങ്ങനെ പല ഉപരിതല വൈകല്യങ്ങളും ഉണ്ട്. ഈ വൈകല്യങ്ങൾ സാധാരണയായി ഒപ്റ്റിമൈസ് ചെയ്യാത്ത വളർച്ചാ പ്രക്രിയകളും മിനുക്കിയ കേടുപാടുകൾ അപൂർണ്ണമായി നീക്കംചെയ്യലും മൂലമാണ് ഉണ്ടാകുന്നത്, ഇത് ഉപകരണത്തിൻ്റെ പ്രവർത്തനത്തെ പ്രതികൂലമായി ബാധിക്കുന്നു.