SiC सिंगल क्रिस्टल ग्रोथ में बीज क्रिस्टल तैयार करने की प्रक्रिया

सिलिकॉन कार्बाइड (SiC)सामग्री में व्यापक बैंडगैप, उच्च तापीय चालकता, उच्च क्रिटिकल ब्रेकडाउन फ़ील्ड ताकत और उच्च संतृप्त इलेक्ट्रॉन बहाव वेग के फायदे हैं, जो इसे अर्धचालक विनिर्माण क्षेत्र में अत्यधिक आशाजनक बनाते हैं। SiC एकल क्रिस्टल आमतौर पर भौतिक वाष्प परिवहन (पीवीटी) विधि के माध्यम से उत्पादित होते हैं। इस विधि के विशिष्ट चरणों में ग्रेफाइट क्रूसिबल के नीचे SiC पाउडर रखना और क्रूसिबल के शीर्ष पर एक SiC बीज क्रिस्टल रखना शामिल है। ग्रेफाइटक्रूसिबलSiC के उर्ध्वपातन तापमान तक गर्म किया जाता है, जिससे SiC पाउडर वाष्प चरण पदार्थों जैसे Si वाष्प, Si2C और SiC2 में विघटित हो जाता है। अक्षीय तापमान प्रवणता के प्रभाव में, ये वाष्पीकृत पदार्थ क्रूसिबल के शीर्ष पर उर्ध्वपातित हो जाते हैं और SiC बीज क्रिस्टल की सतह पर संघनित होकर SiC एकल क्रिस्टल में क्रिस्टलीकृत हो जाते हैं।

वर्तमान में, बीज क्रिस्टल के व्यास का उपयोग किया जाता हैSiC एकल क्रिस्टल वृद्धिलक्ष्य क्रिस्टल व्यास से मेल खाने की आवश्यकता है। विकास के दौरान, बीज क्रिस्टल को चिपकने वाले पदार्थ का उपयोग करके क्रूसिबल के शीर्ष पर बीज धारक पर तय किया जाता है। हालाँकि, बीज क्रिस्टल को ठीक करने की इस विधि से बीज धारक की सतह की सटीकता और चिपकने वाली कोटिंग की एकरूपता जैसे कारकों के कारण चिपकने वाली परत में रिक्तियां जैसे मुद्दे हो सकते हैं, जिसके परिणामस्वरूप हेक्सागोनल शून्य दोष हो सकते हैं। इनमें ग्रेफाइट प्लेट की समतलता में सुधार, चिपकने वाली परत की मोटाई की एकरूपता बढ़ाना और एक लचीली बफर परत जोड़ना शामिल है। इन प्रयासों के बावजूद, चिपकने वाली परत के घनत्व के साथ अभी भी समस्याएं हैं, और बीज क्रिस्टल के अलग होने का खतरा है। को जोड़ने की विधि अपनाकरवफ़रग्रेफाइट पेपर और इसे क्रूसिबल के शीर्ष पर ओवरलैप करने से, चिपकने वाली परत के घनत्व में सुधार किया जा सकता है, और वेफर की टुकड़ी को रोका जा सकता है।

1. प्रायोगिक योजना:
प्रयोग में प्रयुक्त वेफर्स व्यावसायिक रूप से उपलब्ध हैं6-इंच एन-टाइप SiC वेफर्स. फोटोरेसिस्ट को स्पिन कोटर का उपयोग करके लगाया जाता है। आसंजन एक स्व-विकसित बीज हॉट-प्रेस भट्टी का उपयोग करके प्राप्त किया जाता है।

1.1 बीज क्रिस्टल निर्धारण योजना:
वर्तमान में, SiC बीज क्रिस्टल आसंजन योजनाओं को दो श्रेणियों में विभाजित किया जा सकता है: चिपकने वाला प्रकार और निलंबन प्रकार।

चिपकने वाली प्रकार की योजना (चित्र 1): इसमें बंधन शामिल हैSiC वेफरबीच के अंतराल को खत्म करने के लिए बफर परत के रूप में ग्रेफाइट पेपर की एक परत के साथ ग्रेफाइट प्लेट परSiC वेफरऔर ग्रेफाइट प्लेट. वास्तविक उत्पादन में, ग्रेफाइट पेपर और ग्रेफाइट प्लेट के बीच संबंध शक्ति कमजोर होती है, जिससे उच्च तापमान वृद्धि प्रक्रिया के दौरान बार-बार बीज क्रिस्टल अलग हो जाते हैं, जिसके परिणामस्वरूप विकास विफल हो जाता है।

सस्पेंशन प्रकार योजना (चित्र 2): आमतौर पर, गोंद कार्बोनाइजेशन या कोटिंग विधियों का उपयोग करके SiC वेफर की बॉन्डिंग सतह पर एक घनी कार्बन फिल्म बनाई जाती है।SiC वेफरफिर दो ग्रेफाइट प्लेटों के बीच क्लैंप किया जाता है और ग्रेफाइट क्रूसिबल के शीर्ष पर रखा जाता है, जिससे स्थिरता सुनिश्चित होती है जबकि कार्बन फिल्म वेफर की रक्षा करती है। हालाँकि, कोटिंग के माध्यम से कार्बन फिल्म बनाना महंगा है और औद्योगिक उत्पादन के लिए उपयुक्त नहीं है। गोंद कार्बोनाइजेशन विधि असंगत कार्बन फिल्म गुणवत्ता उत्पन्न करती है, जिससे मजबूत आसंजन के साथ पूरी तरह से घने कार्बन फिल्म प्राप्त करना मुश्किल हो जाता है। इसके अतिरिक्त, ग्रेफाइट प्लेटों को क्लैंप करने से इसकी सतह के हिस्से को अवरुद्ध करके वेफर के प्रभावी विकास क्षेत्र को कम कर दिया जाता है।

उपरोक्त दो योजनाओं के आधार पर, एक नई चिपकने वाली और ओवरलैपिंग योजना प्रस्तावित है (चित्र 3):

गोंद कार्बोनाइजेशन विधि का उपयोग करके SiC वेफर की बॉन्डिंग सतह पर एक अपेक्षाकृत घनी कार्बन फिल्म बनाई जाती है, जिससे रोशनी के तहत कोई बड़ा प्रकाश रिसाव सुनिश्चित नहीं होता है।
कार्बन फिल्म से ढका हुआ SiC वेफर ग्रेफाइट पेपर से जुड़ा होता है, जिसमें बॉन्डिंग सतह कार्बन फिल्म की तरफ होती है। चिपकने वाली परत प्रकाश में समान रूप से काली दिखाई देनी चाहिए।
ग्रेफाइट कागज को ग्रेफाइट प्लेटों से जकड़ा जाता है और क्रिस्टल के विकास के लिए ग्रेफाइट क्रूसिबल के ऊपर लटकाया जाता है।

1.2 चिपकने वाला:
फोटोरेसिस्ट की चिपचिपाहट फिल्म की मोटाई की एकरूपता को महत्वपूर्ण रूप से प्रभावित करती है। समान स्पिन गति पर, कम चिपचिपाहट के परिणामस्वरूप पतली और अधिक समान चिपकने वाली फिल्में बनती हैं। इसलिए, एप्लिकेशन आवश्यकताओं के भीतर एक कम-चिपचिपापन वाला फोटोरेसिस्ट चुना जाता है।

प्रयोग के दौरान, यह पाया गया कि कार्बोनाइजिंग चिपकने वाले की चिपचिपाहट कार्बन फिल्म और वेफर के बीच संबंध शक्ति को प्रभावित करती है। उच्च चिपचिपाहट के कारण स्पिन कोटर का उपयोग करके समान रूप से लागू करना मुश्किल हो जाता है, जबकि कम चिपचिपाहट के परिणामस्वरूप कमजोर बॉन्डिंग ताकत होती है, जिससे चिपकने वाले प्रवाह और बाहरी दबाव के कारण बाद की बॉन्डिंग प्रक्रियाओं के दौरान कार्बन फिल्म टूट जाती है। प्रायोगिक अनुसंधान के माध्यम से, कार्बोनाइजिंग चिपकने वाले की चिपचिपाहट 100 mPa·s निर्धारित की गई थी, और बॉन्डिंग चिपकने वाले की चिपचिपाहट 25 mPa·s पर सेट की गई थी।

1.3 कार्यशील वैक्यूम:
SiC वेफर पर कार्बन फिल्म बनाने की प्रक्रिया में SiC वेफर सतह पर चिपकने वाली परत को कार्बोनाइज करना शामिल है, जिसे वैक्यूम या आर्गन-संरक्षित वातावरण में किया जाना चाहिए। प्रायोगिक परिणाम बताते हैं कि आर्गन-संरक्षित वातावरण उच्च वैक्यूम वातावरण की तुलना में कार्बन फिल्म निर्माण के लिए अधिक अनुकूल है। यदि वैक्यूम वातावरण का उपयोग किया जाता है, तो वैक्यूम स्तर ≤1 Pa होना चाहिए।

SiC बीज क्रिस्टल को जोड़ने की प्रक्रिया में SiC वेफर को ग्रेफाइट प्लेट/ग्रेफाइट पेपर से जोड़ना शामिल है। उच्च तापमान पर ग्रेफाइट सामग्री पर ऑक्सीजन के क्षरणकारी प्रभाव को ध्यान में रखते हुए, इस प्रक्रिया को वैक्यूम स्थितियों के तहत आयोजित करने की आवश्यकता है। चिपकने वाली परत पर विभिन्न वैक्यूम स्तरों के प्रभाव का अध्ययन किया गया। प्रायोगिक परिणाम तालिका 1 में दिखाए गए हैं। यह देखा जा सकता है कि कम निर्वात स्थितियों के तहत, हवा में ऑक्सीजन अणु पूरी तरह से नहीं हटते हैं, जिससे चिपकने वाली परतें अधूरी रह जाती हैं। जब वैक्यूम स्तर 10 Pa से नीचे होता है, तो चिपकने वाली परत पर ऑक्सीजन अणुओं का क्षरणकारी प्रभाव काफी कम हो जाता है। जब वैक्यूम स्तर 1 Pa से नीचे होता है, तो क्षरणकारी प्रभाव पूरी तरह से समाप्त हो जाता है।