SiC സിംഗിൾ ക്രിസ്റ്റൽ ഗ്രോത്തിൽ സീഡ് ക്രിസ്റ്റൽ തയ്യാറാക്കൽ പ്രക്രിയ

സിലിക്കൺ കാർബൈഡ് (SiC)മെറ്റീരിയലിന് വിശാലമായ ബാൻഡ്‌ഗാപ്പ്, ഉയർന്ന താപ ചാലകത, ഉയർന്ന ക്രിട്ടിക്കൽ ബ്രേക്ക്‌ഡൗൺ ഫീൽഡ് ശക്തി, ഉയർന്ന പൂരിത ഇലക്ട്രോൺ ഡ്രിഫ്റ്റ് പ്രവേഗം എന്നിവയുടെ ഗുണങ്ങളുണ്ട്, ഇത് അർദ്ധചാലക നിർമ്മാണ മേഖലയിൽ ഇത് വളരെ പ്രതീക്ഷ നൽകുന്നതാണ്. SiC സിംഗിൾ ക്രിസ്റ്റലുകൾ സാധാരണയായി ഫിസിക്കൽ നീരാവി ഗതാഗത (PVT) രീതിയിലൂടെയാണ് നിർമ്മിക്കുന്നത്. ഈ രീതിയുടെ നിർദ്ദിഷ്ട ഘട്ടങ്ങളിൽ ഗ്രാഫൈറ്റ് ക്രൂസിബിളിൻ്റെ അടിയിൽ SiC പൊടി സ്ഥാപിക്കുന്നതും ക്രൂസിബിളിൻ്റെ മുകളിൽ ഒരു SiC സീഡ് ക്രിസ്റ്റൽ സ്ഥാപിക്കുന്നതും ഉൾപ്പെടുന്നു. ഗ്രാഫൈറ്റ്ക്രൂസിബിൾSiC യുടെ സപ്ലിമേഷൻ താപനിലയിലേക്ക് ചൂടാക്കപ്പെടുന്നു, SiC പൊടി Si vapor, Si2C, SiC2 തുടങ്ങിയ നീരാവി ഘട്ട പദാർത്ഥങ്ങളായി വിഘടിപ്പിക്കുന്നു. അച്ചുതണ്ട താപനില ഗ്രേഡിയൻ്റിൻ്റെ സ്വാധീനത്തിൽ, ഈ ബാഷ്പീകരിക്കപ്പെട്ട പദാർത്ഥങ്ങൾ ക്രൂസിബിളിൻ്റെ മുകൾഭാഗത്തേക്ക് ഉപമിക്കുകയും SiC സീഡ് ക്രിസ്റ്റലിൻ്റെ ഉപരിതലത്തിൽ ഘനീഭവിക്കുകയും SiC സിംഗിൾ ക്രിസ്റ്റലുകളായി ക്രിസ്റ്റലൈസ് ചെയ്യുകയും ചെയ്യുന്നു.

നിലവിൽ, വിത്ത് പരലിൻ്റെ വ്യാസം ഉപയോഗിക്കുന്നുSiC സിംഗിൾ ക്രിസ്റ്റൽ വളർച്ചടാർഗെറ്റ് ക്രിസ്റ്റൽ വ്യാസവുമായി പൊരുത്തപ്പെടേണ്ടതുണ്ട്. വളർച്ചയുടെ സമയത്ത്, വിത്ത് ക്രിസ്റ്റൽ പശ ഉപയോഗിച്ച് ക്രൂസിബിളിൻ്റെ മുകളിലെ വിത്ത് ഹോൾഡറിൽ ഉറപ്പിക്കുന്നു. എന്നിരുന്നാലും, വിത്ത് സ്ഫടികം ഉറപ്പിക്കുന്ന ഈ രീതി, വിത്ത് ഉടമയുടെ ഉപരിതലത്തിൻ്റെ കൃത്യത, പശ കോട്ടിംഗിൻ്റെ ഏകത തുടങ്ങിയ ഘടകങ്ങൾ കാരണം പശ പാളിയിലെ ശൂന്യത പോലുള്ള പ്രശ്‌നങ്ങൾക്ക് ഇടയാക്കും, ഇത് ഷഡ്ഭുജാകൃതിയിലുള്ള ശൂന്യ വൈകല്യങ്ങൾക്ക് കാരണമാകും. ഗ്രാഫൈറ്റ് പ്ലേറ്റിൻ്റെ പരന്നത മെച്ചപ്പെടുത്തുക, പശ പാളിയുടെ കനം ഏകീകരിക്കുക, വഴക്കമുള്ള ബഫർ പാളി ചേർക്കുക എന്നിവ ഇതിൽ ഉൾപ്പെടുന്നു. ഈ ശ്രമങ്ങൾക്കിടയിലും, പശ പാളിയുടെ സാന്ദ്രതയിൽ ഇപ്പോഴും പ്രശ്നങ്ങളുണ്ട്, കൂടാതെ വിത്ത് ക്രിസ്റ്റൽ വേർപിരിയാനുള്ള സാധ്യതയും ഉണ്ട്. ബോണ്ടിംഗ് രീതി അവലംബിച്ചുകൊണ്ട്വേഫർഗ്രാഫൈറ്റ് പേപ്പറിനും ക്രൂസിബിളിൻ്റെ മുകളിൽ ഓവർലാപ്പുചെയ്യുന്നതിനും, പശ പാളിയുടെ സാന്ദ്രത മെച്ചപ്പെടുത്താനും വേഫറിൻ്റെ വേർപിരിയൽ തടയാനും കഴിയും.

1. പരീക്ഷണാത്മക പദ്ധതി:
പരീക്ഷണത്തിൽ ഉപയോഗിക്കുന്ന വേഫറുകൾ വാണിജ്യപരമായി ലഭ്യമാണ്6-ഇഞ്ച് N-തരം SiC വേഫറുകൾ. ഒരു സ്പിൻ കോട്ടർ ഉപയോഗിച്ചാണ് ഫോട്ടോറെസിസ്റ്റ് പ്രയോഗിക്കുന്നത്. സ്വയം വികസിപ്പിച്ച വിത്ത് ഹോട്ട്-പ്രസ്സ് ഫർണസ് ഉപയോഗിച്ചാണ് അഡീഷൻ നേടുന്നത്.

1.1 സീഡ് ക്രിസ്റ്റൽ ഫിക്സേഷൻ സ്കീം:
നിലവിൽ, SiC സീഡ് ക്രിസ്റ്റൽ അഡീഷൻ സ്കീമുകളെ രണ്ട് വിഭാഗങ്ങളായി തിരിക്കാം: പശ തരം, സസ്പെൻഷൻ തരം.

പശ തരം സ്കീം (ചിത്രം 1): ഇതിൽ ബോണ്ടിംഗ് ഉൾപ്പെടുന്നുSiC വേഫർതമ്മിലുള്ള വിടവുകൾ ഇല്ലാതാക്കാൻ ഒരു ബഫർ ലെയറായി ഗ്രാഫൈറ്റ് പേപ്പറിൻ്റെ ഒരു പാളി ഉപയോഗിച്ച് ഗ്രാഫൈറ്റ് പ്ലേറ്റിലേക്ക്SiC വേഫർഗ്രാഫൈറ്റ് പ്ലേറ്റും. യഥാർത്ഥ ഉൽപ്പാദനത്തിൽ, ഗ്രാഫൈറ്റ് പേപ്പറും ഗ്രാഫൈറ്റ് പ്ലേറ്റും തമ്മിലുള്ള ബോണ്ടിംഗ് ശക്തി ദുർബലമാണ്, ഇത് ഉയർന്ന താപനില വളർച്ചാ പ്രക്രിയയിൽ ഇടയ്ക്കിടെ വിത്ത് ക്രിസ്റ്റൽ വേർപിരിയലിലേക്ക് നയിക്കുന്നു, ഇത് വളർച്ചാ പരാജയത്തിന് കാരണമാകുന്നു.

സസ്പെൻഷൻ ടൈപ്പ് സ്കീം (ചിത്രം 2): സാധാരണയായി, പശ കാർബണൈസേഷൻ അല്ലെങ്കിൽ കോട്ടിംഗ് രീതികൾ ഉപയോഗിച്ച് SiC വേഫറിൻ്റെ ബോണ്ടിംഗ് ഉപരിതലത്തിൽ ഒരു സാന്ദ്രമായ കാർബൺ ഫിലിം സൃഷ്ടിക്കപ്പെടുന്നു. ദിSiC വേഫർപിന്നീട് രണ്ട് ഗ്രാഫൈറ്റ് പ്ലേറ്റുകൾക്കിടയിൽ മുറുകെ പിടിക്കുകയും ഗ്രാഫൈറ്റ് ക്രൂസിബിളിൻ്റെ മുകളിൽ സ്ഥാപിക്കുകയും കാർബൺ ഫിലിം വേഫറിനെ സംരക്ഷിക്കുമ്പോൾ സ്ഥിരത ഉറപ്പാക്കുകയും ചെയ്യുന്നു. എന്നിരുന്നാലും, കോട്ടിംഗിലൂടെ കാർബൺ ഫിലിം നിർമ്മിക്കുന്നത് ചെലവേറിയതും വ്യാവസായിക ഉൽപാദനത്തിന് അനുയോജ്യവുമല്ല. ഗ്ലൂ കാർബണൈസേഷൻ രീതി പൊരുത്തമില്ലാത്ത കാർബൺ ഫിലിം ഗുണനിലവാരം നൽകുന്നു, ശക്തമായ അഡീഷൻ ഉള്ള തികച്ചും സാന്ദ്രമായ കാർബൺ ഫിലിം ലഭിക്കുന്നത് ബുദ്ധിമുട്ടാക്കുന്നു. കൂടാതെ, ഗ്രാഫൈറ്റ് പ്ലേറ്റുകൾ ക്ലാമ്പ് ചെയ്യുന്നത് അതിൻ്റെ ഉപരിതലത്തിൻ്റെ ഒരു ഭാഗം തടയുന്നതിലൂടെ വേഫറിൻ്റെ ഫലപ്രദമായ വളർച്ചാ പ്രദേശം കുറയ്ക്കുന്നു.

മുകളിലുള്ള രണ്ട് സ്കീമുകളെ അടിസ്ഥാനമാക്കി, ഒരു പുതിയ പശയും ഓവർലാപ്പിംഗ് സ്കീമും നിർദ്ദേശിക്കപ്പെടുന്നു (ചിത്രം 3):

ഗ്ലൂ കാർബണൈസേഷൻ രീതി ഉപയോഗിച്ച് SiC വേഫറിൻ്റെ ബോണ്ടിംഗ് ഉപരിതലത്തിൽ താരതമ്യേന സാന്ദ്രമായ കാർബൺ ഫിലിം സൃഷ്ടിക്കപ്പെടുന്നു, ഇത് പ്രകാശത്തിന് കീഴിൽ വലിയ പ്രകാശം ചോർച്ചയില്ലെന്ന് ഉറപ്പാക്കുന്നു.
കാർബൺ ഫിലിം കൊണ്ട് പൊതിഞ്ഞ SiC വേഫർ ഗ്രാഫൈറ്റ് പേപ്പറുമായി ബന്ധിപ്പിച്ചിരിക്കുന്നു, ബോണ്ടിംഗ് ഉപരിതലം കാർബൺ ഫിലിം സൈഡാണ്. പശ പാളി വെളിച്ചത്തിന് കീഴിൽ ഒരേപോലെ കറുത്തതായി കാണപ്പെടണം.
ഗ്രാഫൈറ്റ് പേപ്പർ ഗ്രാഫൈറ്റ് പ്ലേറ്റുകളാൽ മുറുകെ പിടിക്കുകയും ക്രിസ്റ്റൽ വളർച്ചയ്ക്കായി ഗ്രാഫൈറ്റ് ക്രൂസിബിളിന് മുകളിൽ സസ്പെൻഡ് ചെയ്യുകയും ചെയ്യുന്നു.

1.2 പശ:
ഫോട്ടോറെസിസ്റ്റിൻ്റെ വിസ്കോസിറ്റി ഫിലിം കനം ഏകതാനതയെ സാരമായി ബാധിക്കുന്നു. അതേ സ്പിൻ വേഗതയിൽ, കുറഞ്ഞ വിസ്കോസിറ്റി കനംകുറഞ്ഞതും കൂടുതൽ ഏകീകൃതവുമായ പശ ഫിലിമുകൾക്ക് കാരണമാകുന്നു. അതിനാൽ, ആപ്ലിക്കേഷൻ ആവശ്യകതകൾക്കുള്ളിൽ കുറഞ്ഞ വിസ്കോസിറ്റി ഫോട്ടോറെസിസ്റ്റ് തിരഞ്ഞെടുത്തു.

കാർബണിംഗ് പശയുടെ വിസ്കോസിറ്റി കാർബൺ ഫിലിമും വേഫറും തമ്മിലുള്ള ബോണ്ടിംഗ് ശക്തിയെ ബാധിക്കുന്നതായി പരീക്ഷണത്തിനിടെ കണ്ടെത്തി. ഉയർന്ന വിസ്കോസിറ്റി ഒരു സ്പിൻ കോട്ടർ ഉപയോഗിച്ച് ഒരേപോലെ പ്രയോഗിക്കുന്നത് ബുദ്ധിമുട്ടാക്കുന്നു, അതേസമയം കുറഞ്ഞ വിസ്കോസിറ്റി ദുർബലമായ ബോണ്ടിംഗ് ശക്തിയിൽ കലാശിക്കുന്നു, പശ പ്രവാഹവും ബാഹ്യ സമ്മർദ്ദവും കാരണം തുടർന്നുള്ള ബോണ്ടിംഗ് പ്രക്രിയകളിൽ കാർബൺ ഫിലിം വിള്ളലിലേക്ക് നയിക്കുന്നു. പരീക്ഷണാത്മക ഗവേഷണത്തിലൂടെ, കാർബണൈസിംഗ് പശയുടെ വിസ്കോസിറ്റി 100 mPa ആയി നിർണ്ണയിക്കപ്പെട്ടു, കൂടാതെ ബോണ്ടിംഗ് പശ വിസ്കോസിറ്റി 25 mPa ആയി സജ്ജമാക്കി.

1.3 പ്രവർത്തിക്കുന്ന വാക്വം:
SiC വേഫറിൽ കാർബൺ ഫിലിം സൃഷ്ടിക്കുന്ന പ്രക്രിയയിൽ SiC വേഫർ ഉപരിതലത്തിലെ പശ പാളി കാർബണൈസ് ചെയ്യുന്നത് ഉൾപ്പെടുന്നു, ഇത് ഒരു വാക്വം അല്ലെങ്കിൽ ആർഗൺ-സംരക്ഷിത പരിതസ്ഥിതിയിൽ നടത്തണം. ഉയർന്ന വാക്വം പരിതസ്ഥിതിയെക്കാൾ കാർബൺ ഫിലിം സൃഷ്ടിക്കുന്നതിന് ആർഗോൺ സംരക്ഷിത അന്തരീക്ഷം കൂടുതൽ സഹായകരമാണെന്ന് പരീക്ഷണ ഫലങ്ങൾ കാണിക്കുന്നു. ഒരു വാക്വം എൻവയോൺമെൻ്റ് ഉപയോഗിക്കുകയാണെങ്കിൽ, വാക്വം ലെവൽ ≤1 Pa ആയിരിക്കണം.

SiC സീഡ് ക്രിസ്റ്റലിനെ ബന്ധിപ്പിക്കുന്ന പ്രക്രിയയിൽ SiC വേഫറിനെ ഗ്രാഫൈറ്റ് പ്ലേറ്റ്/ഗ്രാഫൈറ്റ് പേപ്പറുമായി ബന്ധിപ്പിക്കുന്നത് ഉൾപ്പെടുന്നു. ഉയർന്ന ഊഷ്മാവിൽ ഗ്രാഫൈറ്റ് വസ്തുക്കളിൽ ഓക്സിജൻ്റെ മണ്ണൊലിപ്പ് പ്രഭാവം കണക്കിലെടുക്കുമ്പോൾ, ഈ പ്രക്രിയ വാക്വം അവസ്ഥയിൽ നടത്തേണ്ടതുണ്ട്. പശ പാളിയിൽ വ്യത്യസ്ത വാക്വം ലെവലുകളുടെ സ്വാധീനം പഠിച്ചു. പരീക്ഷണ ഫലങ്ങൾ പട്ടിക 1-ൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നു. കുറഞ്ഞ വാക്വം സാഹചര്യങ്ങളിൽ, വായുവിലെ ഓക്സിജൻ തന്മാത്രകൾ പൂർണ്ണമായും നീക്കം ചെയ്യപ്പെടുന്നില്ല, ഇത് അപൂർണ്ണമായ പശ പാളികളിലേക്ക് നയിക്കുന്നു. വാക്വം ലെവൽ 10 Pa-ൽ താഴെയാണെങ്കിൽ, പശ പാളിയിൽ ഓക്സിജൻ തന്മാത്രകളുടെ മണ്ണൊലിപ്പ് ഗണ്യമായി കുറയുന്നു. വാക്വം ലെവൽ 1 Pa യിൽ താഴെയാണെങ്കിൽ, മണ്ണൊലിപ്പ് പ്രഭാവം പൂർണ്ണമായും ഇല്ലാതാകുന്നു.