SiC सिंगल क्रिस्टल ग्रोथमध्ये बियाणे क्रिस्टल तयार करण्याची प्रक्रिया

सिलिकॉन कार्बाइड (SiC)मटेरियलमध्ये रुंद बँडगॅप, उच्च थर्मल चालकता, उच्च क्रिटिकल ब्रेकडाउन फील्ड स्ट्रेंथ आणि उच्च संतृप्त इलेक्ट्रॉन ड्रिफ्ट वेग हे फायदे आहेत, ज्यामुळे ते सेमीकंडक्टर उत्पादन क्षेत्रात अत्यंत आशादायक आहे. SiC सिंगल क्रिस्टल्सची निर्मिती सामान्यतः भौतिक वाष्प वाहतूक (PVT) पद्धतीने केली जाते. या पद्धतीच्या विशिष्ट चरणांमध्ये ग्रेफाइट क्रूसिबलच्या तळाशी SiC पावडर ठेवणे आणि क्रूसिबलच्या शीर्षस्थानी SiC बियाणे क्रिस्टल ठेवणे समाविष्ट आहे. ग्रेफाइटक्रूसिबलSiC च्या उदात्तीकरण तापमानाला गरम केले जाते, ज्यामुळे SiC पावडर Si vapor, Si2C आणि SiC2 सारख्या वाष्प अवस्थेतील पदार्थांमध्ये विघटित होते. अक्षीय तापमान ग्रेडियंटच्या प्रभावाखाली, हे बाष्पयुक्त पदार्थ क्रूसिबलच्या शीर्षस्थानी उदात्तीकरण करतात आणि SiC सीड क्रिस्टलच्या पृष्ठभागावर घनरूप होतात, SiC सिंगल क्रिस्टल्समध्ये स्फटिक बनतात.

सध्या, बियाणे क्रिस्टलचा व्यास वापरला जातोSiC सिंगल क्रिस्टल वाढलक्ष्य क्रिस्टल व्यासाशी जुळणे आवश्यक आहे. वाढीदरम्यान, बियाणे स्फटिक चिकटवता वापरून क्रुसिबलच्या शीर्षस्थानी बियाणे धारकावर निश्चित केले जाते. तथापि, बियाणे स्फटिक निश्चित करण्याच्या या पद्धतीमुळे बियाणे धारकाच्या पृष्ठभागाची अचूकता आणि चिकट लेपची एकसमानता यासारख्या घटकांमुळे चिकट थरातील व्हॉईड्स सारख्या समस्या उद्भवू शकतात, ज्यामुळे षटकोनी शून्य दोष होऊ शकतात. यामध्ये ग्रेफाइट प्लेटचा सपाटपणा सुधारणे, चिकट थर जाडीची एकसमानता वाढवणे आणि लवचिक बफर स्तर जोडणे समाविष्ट आहे. या प्रयत्नांना न जुमानता, चिकट थराच्या घनतेमध्ये अजूनही समस्या आहेत आणि बियाणे क्रिस्टल अलिप्त होण्याचा धोका आहे. बाँडिंग पद्धतीचा अवलंब करूनवेफरग्रेफाइट पेपर आणि ते क्रुसिबलच्या शीर्षस्थानी आच्छादित करण्यासाठी, चिकट थराची घनता सुधारली जाऊ शकते आणि वेफरची अलिप्तता रोखली जाऊ शकते.

1. प्रायोगिक योजना:
प्रयोगात वापरलेले वेफर्स व्यावसायिकदृष्ट्या उपलब्ध आहेत6-इंच N-प्रकार SiC वेफर्स. स्पिन कोटर वापरून फोटोरेसिस्ट लावला जातो. स्वयं-विकसित बियाणे हॉट-प्रेस भट्टीचा वापर करून चिकटपणा प्राप्त केला जातो.

१.१ सीड क्रिस्टल फिक्सेशन योजना:
सध्या, SiC बीज क्रिस्टल आसंजन योजना दोन श्रेणींमध्ये विभागल्या जाऊ शकतात: चिकट प्रकार आणि निलंबन प्रकार.

चिकट प्रकार योजना (आकृती 1): यामध्ये बाँडिंग समाविष्ट आहेSiC वेफरदरम्यानचे अंतर दूर करण्यासाठी बफर लेयर म्हणून ग्रेफाइट पेपरच्या लेयरसह ग्रेफाइट प्लेटवरSiC वेफरआणि ग्रेफाइट प्लेट. वास्तविक उत्पादनात, ग्रेफाइट पेपर आणि ग्रेफाइट प्लेटमधील बाँडिंग स्ट्रेंथ कमकुवत आहे, ज्यामुळे उच्च-तापमान वाढीच्या प्रक्रियेदरम्यान वारंवार बीज क्रिस्टल डिटेचमेंट होते, परिणामी वाढ अयशस्वी होते.

निलंबन प्रकार योजना (आकृती 2): सामान्यतः, गोंद कार्बनीकरण किंवा कोटिंग पद्धती वापरून SiC वेफरच्या बाँडिंग पृष्ठभागावर एक घन कार्बन फिल्म तयार केली जाते. दSiC वेफरनंतर दोन ग्रेफाइट प्लेट्समध्ये क्लॅम्प केले जाते आणि ग्रेफाइट क्रूसिबलच्या शीर्षस्थानी ठेवले जाते, कार्बन फिल्म वेफरचे संरक्षण करतेवेळी स्थिरता सुनिश्चित करते. तथापि, कोटिंगद्वारे कार्बन फिल्म तयार करणे महाग आहे आणि औद्योगिक उत्पादनासाठी योग्य नाही. गोंद कार्बोनायझेशन पद्धत विसंगत कार्बन फिल्म गुणवत्ता देते, ज्यामुळे मजबूत आसंजन असलेली पूर्णपणे दाट कार्बन फिल्म मिळवणे कठीण होते. याव्यतिरिक्त, ग्रॅफाइट प्लेट्स क्लॅम्प केल्याने वेफरच्या पृष्ठभागाचा काही भाग अवरोधित करून प्रभावी वाढीचे क्षेत्र कमी होते.

वरील दोन योजनांवर आधारित, एक नवीन चिकट आणि आच्छादित योजना प्रस्तावित आहे (आकृती 3):

ग्लू कार्बनायझेशन पद्धतीचा वापर करून SiC वेफरच्या बाँडिंग पृष्ठभागावर तुलनेने दाट कार्बन फिल्म तयार केली जाते, ज्यामुळे प्रदीपन अंतर्गत प्रकाशाची मोठी गळती होणार नाही.
कार्बन फिल्मने झाकलेले SiC वेफर ग्रेफाइट पेपरला जोडलेले असते, बाँडिंग पृष्ठभाग ही कार्बन फिल्मची बाजू असते. चिकट थर प्रकाशाखाली एकसमान काळा दिसला पाहिजे.
ग्रेफाइट पेपर ग्रेफाइट प्लेट्सने क्लॅम्प केलेला असतो आणि क्रिस्टलच्या वाढीसाठी ग्रेफाइट क्रूसिबलच्या वर निलंबित केला जातो.

1.2 चिकट:
फोटोरेसिस्टची चिकटपणा चित्रपटाच्या जाडीच्या एकसमानतेवर लक्षणीय परिणाम करते. त्याच फिरकीच्या वेगाने, कमी चिकटपणामुळे पातळ आणि अधिक एकसमान चिकट फिल्म्स तयार होतात. म्हणून, कमी-व्हिस्कोसिटी फोटोरेसिस्ट अनुप्रयोग आवश्यकतांमध्ये निवडले जाते.

प्रयोगादरम्यान, असे आढळून आले की कार्बनायझिंग ॲडेसिव्हची चिकटपणा कार्बन फिल्म आणि वेफर यांच्यातील बाँडिंग मजबुतीवर परिणाम करते. उच्च स्निग्धतामुळे स्पिन कोटर वापरून एकसमानपणे लागू करणे कठीण होते, तर कमी स्निग्धतेमुळे कमकुवत बाँडिंग मजबूत होते, ज्यामुळे चिकट प्रवाह आणि बाह्य दाबामुळे त्यानंतरच्या बाँडिंग प्रक्रियेदरम्यान कार्बन फिल्म क्रॅक होते. प्रायोगिक संशोधनाद्वारे, कार्बनायझिंग ॲडहेसिव्हची स्निग्धता 100 mPa·s असल्याचे निर्धारित करण्यात आले आणि बाँडिंग ॲडहेसिव्ह व्हिस्कोसिटी 25 mPa·s वर सेट करण्यात आली.

1.3 कार्यरत व्हॅक्यूम:
SiC वेफरवर कार्बन फिल्म तयार करण्याच्या प्रक्रियेमध्ये SiC वेफर पृष्ठभागावरील चिकट थर कार्बनीकरण करणे समाविष्ट आहे, जे व्हॅक्यूम किंवा आर्गॉन-संरक्षित वातावरणात केले जाणे आवश्यक आहे. प्रायोगिक परिणाम दर्शवतात की उच्च व्हॅक्यूम वातावरणापेक्षा आर्गॉन-संरक्षित वातावरण कार्बन फिल्म निर्मितीसाठी अधिक अनुकूल आहे. व्हॅक्यूम वातावरण वापरले असल्यास, व्हॅक्यूम पातळी ≤1 Pa असावी.

SiC सीड क्रिस्टलला बाँड करण्याच्या प्रक्रियेमध्ये SiC वेफरला ग्रेफाइट प्लेट/ग्रेफाइट पेपरशी जोडणे समाविष्ट असते. उच्च तापमानात ग्रेफाइट पदार्थांवर ऑक्सिजनचा इरोझिव्ह प्रभाव लक्षात घेता, ही प्रक्रिया व्हॅक्यूम परिस्थितीत आयोजित करणे आवश्यक आहे. चिकट थरावर वेगवेगळ्या व्हॅक्यूम पातळीच्या प्रभावाचा अभ्यास केला गेला. प्रायोगिक परिणाम तक्ता 1 मध्ये दर्शविले आहेत. हे पाहिले जाऊ शकते की कमी व्हॅक्यूम परिस्थितीत, हवेतील ऑक्सिजनचे रेणू पूर्णपणे काढून टाकले जात नाहीत, ज्यामुळे अपूर्ण चिकट थर निर्माण होतात. जेव्हा व्हॅक्यूम पातळी 10 Pa पेक्षा कमी असते, तेव्हा चिकट थरावरील ऑक्सिजन रेणूंचा इरोझिव्ह प्रभाव लक्षणीयरीत्या कमी होतो. जेव्हा व्हॅक्यूम पातळी 1 Pa च्या खाली असते तेव्हा इरोसिव्ह प्रभाव पूर्णपणे काढून टाकला जातो.