SiC સિંગલ ક્રિસ્ટલ ગ્રોથમાં બીજ ક્રિસ્ટલ તૈયાર કરવાની પ્રક્રિયા

સિલિકોન કાર્બાઇડ (SiC)સામગ્રીમાં વિશાળ બેન્ડગેપ, ઉચ્ચ થર્મલ વાહકતા, ઉચ્ચ નિર્ણાયક ભંગાણ ક્ષેત્રની શક્તિ અને ઉચ્ચ સંતૃપ્ત ઇલેક્ટ્રોન ડ્રિફ્ટ વેગના ફાયદા છે, જે તેને સેમિકન્ડક્ટર ઉત્પાદન ક્ષેત્રમાં ખૂબ જ આશાસ્પદ બનાવે છે. SiC સિંગલ ક્રિસ્ટલ સામાન્ય રીતે ભૌતિક વરાળ પરિવહન (PVT) પદ્ધતિ દ્વારા બનાવવામાં આવે છે. આ પદ્ધતિના વિશિષ્ટ પગલાંઓમાં ગ્રેફાઇટ ક્રુસિબલના તળિયે SiC પાવડર મૂકવાનો અને ક્રુસિબલની ટોચ પર SiC સીડ ક્રિસ્ટલ મૂકવાનો સમાવેશ થાય છે. ગ્રેફાઇટક્રુસિબલSiC ના ઉત્કૃષ્ટતા તાપમાને ગરમ થાય છે, જેના કારણે SiC પાવડર વરાળ તબક્કાના પદાર્થો જેમ કે Si વરાળ, Si2C અને SiC2 માં વિઘટિત થાય છે. અક્ષીય તાપમાનના ઢાળના પ્રભાવ હેઠળ, આ બાષ્પીભવન કરેલા પદાર્થો ક્રુસિબલની ટોચ પર આવે છે અને SiC સીડ ક્રિસ્ટલની સપાટી પર ઘટ્ટ થાય છે, SiC સિંગલ ક્રિસ્ટલમાં સ્ફટિકીકરણ કરે છે.

હાલમાં, ઉપયોગમાં લેવાતા બીજ સ્ફટિકનો વ્યાસSiC સિંગલ ક્રિસ્ટલ વૃદ્ધિલક્ષ્ય સ્ફટિક વ્યાસ સાથે મેચ કરવાની જરૂર છે. વૃદ્ધિ દરમિયાન, બીજ સ્ફટિકને એડહેસિવનો ઉપયોગ કરીને ક્રુસિબલની ટોચ પર બીજ ધારક પર નિશ્ચિત કરવામાં આવે છે. જો કે, બીજ સ્ફટિકને ઠીક કરવાની આ પદ્ધતિ બીજ ધારકની સપાટીની ચોકસાઇ અને એડહેસિવ કોટિંગની એકરૂપતા જેવા પરિબળોને કારણે એડહેસિવ સ્તરમાં ખાલીપો જેવી સમસ્યાઓ તરફ દોરી શકે છે, જે ષટ્કોણ રદબાતલ ખામીઓમાં પરિણમી શકે છે. આમાં ગ્રેફાઇટ પ્લેટની સપાટતા સુધારવા, એડહેસિવ લેયરની જાડાઈની એકરૂપતા વધારવા અને લવચીક બફર લેયર ઉમેરવાનો સમાવેશ થાય છે. આ પ્રયત્નો છતાં, એડહેસિવ લેયરની ઘનતા સાથે હજુ પણ સમસ્યાઓ છે, અને બીજ સ્ફટિકની ટુકડીનું જોખમ છે. બંધનની પદ્ધતિ અપનાવીનેવેફરગ્રેફાઇટ કાગળ અને તેને ક્રુસિબલની ટોચ પર ઓવરલેપ કરવા માટે, એડહેસિવ સ્તરની ઘનતા સુધારી શકાય છે, અને વેફરની ટુકડી અટકાવી શકાય છે.

1. પ્રાયોગિક યોજના:
પ્રયોગમાં વપરાતી વેફર્સ વ્યવસાયિક રીતે ઉપલબ્ધ છે6-ઇંચ એન-ટાઇપ SiC વેફર્સ. સ્પિન કોટરનો ઉપયોગ કરીને ફોટોરેસિસ્ટ લાગુ કરવામાં આવે છે. સ્વ-વિકસિત બીજ હોટ-પ્રેસ ફર્નેસનો ઉપયોગ કરીને સંલગ્નતા પ્રાપ્ત થાય છે.

1.1 બીજ ક્રિસ્ટલ ફિક્સેશન સ્કીમ:
હાલમાં, SiC બીજ ક્રિસ્ટલ સંલગ્નતા યોજનાઓને બે શ્રેણીઓમાં વિભાજિત કરી શકાય છે: એડહેસિવ પ્રકાર અને સસ્પેન્શન પ્રકાર.

એડહેસિવ ટાઈપ સ્કીમ (આકૃતિ 1): આમાં બોન્ડિંગનો સમાવેશ થાય છેSiC વેફરવચ્ચેના અંતરને દૂર કરવા માટે બફર સ્તર તરીકે ગ્રેફાઇટ કાગળના સ્તર સાથે ગ્રેફાઇટ પ્લેટ પરSiC વેફરઅને ગ્રેફાઇટ પ્લેટ. વાસ્તવિક ઉત્પાદનમાં, ગ્રેફાઇટ કાગળ અને ગ્રેફાઇટ પ્લેટ વચ્ચેની બંધન શક્તિ નબળી હોય છે, જે ઉચ્ચ-તાપમાન વૃદ્ધિ પ્રક્રિયા દરમિયાન વારંવાર બીજ ક્રિસ્ટલ ડિટેચમેન્ટ તરફ દોરી જાય છે, પરિણામે વૃદ્ધિ નિષ્ફળ જાય છે.

સસ્પેન્શન ટાઇપ સ્કીમ (આકૃતિ 2): સામાન્ય રીતે, ગ્લુ કાર્બનાઇઝેશન અથવા કોટિંગ પદ્ધતિઓનો ઉપયોગ કરીને SiC વેફરની બોન્ડિંગ સપાટી પર ગાઢ કાર્બન ફિલ્મ બનાવવામાં આવે છે. આSiC વેફરપછી તેને બે ગ્રેફાઇટ પ્લેટો વચ્ચે બાંધવામાં આવે છે અને ગ્રેફાઇટ ક્રુસિબલની ટોચ પર મૂકવામાં આવે છે, સ્થિરતા સુનિશ્ચિત કરે છે જ્યારે કાર્બન ફિલ્મ વેફરને સુરક્ષિત કરે છે. જો કે, કોટિંગ દ્વારા કાર્બન ફિલ્મ બનાવવી ખર્ચાળ છે અને ઔદ્યોગિક ઉત્પાદન માટે યોગ્ય નથી. ગુંદર કાર્બનાઇઝેશન પદ્ધતિ અસંગત કાર્બન ફિલ્મની ગુણવત્તા આપે છે, જે મજબૂત સંલગ્નતા સાથે સંપૂર્ણ ગાઢ કાર્બન ફિલ્મ મેળવવાનું મુશ્કેલ બનાવે છે. વધુમાં, ગ્રેફાઇટ પ્લેટોને ક્લેમ્પ કરવાથી તેની સપાટીના ભાગને અવરોધિત કરીને વેફરના અસરકારક વૃદ્ધિ વિસ્તારને ઘટાડે છે.

ઉપરોક્ત બે યોજનાઓના આધારે, નવી એડહેસિવ અને ઓવરલેપિંગ યોજના પ્રસ્તાવિત છે (આકૃતિ 3):

ગ્લુ કાર્બોનાઇઝેશન પદ્ધતિનો ઉપયોગ કરીને SiC વેફરની બોન્ડિંગ સપાટી પર પ્રમાણમાં ગાઢ કાર્બન ફિલ્મ બનાવવામાં આવે છે, જે સુનિશ્ચિત કરે છે કે રોશની હેઠળ કોઈ મોટા પ્રકાશ લિકેજ નહીં થાય.
કાર્બન ફિલ્મ સાથે આવરી લેવામાં આવેલ SiC વેફર ગ્રેફાઇટ કાગળ સાથે બંધાયેલ છે, બોન્ડિંગ સપાટી કાર્બન ફિલ્મ બાજુ છે. એડહેસિવ સ્તર પ્રકાશ હેઠળ સમાનરૂપે કાળો દેખાવો જોઈએ.
ગ્રેફાઇટ કાગળને ગ્રેફાઇટ પ્લેટો દ્વારા ક્લેમ્પ કરવામાં આવે છે અને સ્ફટિક વૃદ્ધિ માટે ગ્રેફાઇટ ક્રુસિબલની ઉપર લટકાવવામાં આવે છે.

1.2 એડહેસિવ:
ફોટોરેસિસ્ટની સ્નિગ્ધતા ફિલ્મની જાડાઈની એકરૂપતાને નોંધપાત્ર રીતે અસર કરે છે. સમાન સ્પિન ઝડપે, ઓછી સ્નિગ્ધતા પાતળી અને વધુ સમાન એડહેસિવ ફિલ્મોમાં પરિણમે છે. તેથી, એપ્લિકેશન આવશ્યકતાઓમાં ઓછી સ્નિગ્ધતાવાળા ફોટોરેસિસ્ટ પસંદ કરવામાં આવે છે.

પ્રયોગ દરમિયાન, એવું જાણવા મળ્યું હતું કે કાર્બનાઇઝિંગ એડહેસિવની સ્નિગ્ધતા કાર્બન ફિલ્મ અને વેફર વચ્ચેની બંધન શક્તિને અસર કરે છે. ઉચ્ચ સ્નિગ્ધતા સ્પિન કોટરનો ઉપયોગ કરીને એકસરખી રીતે લાગુ કરવાનું મુશ્કેલ બનાવે છે, જ્યારે ઓછી સ્નિગ્ધતા નબળા બંધન શક્તિમાં પરિણમે છે, જે એડહેસિવ પ્રવાહ અને બાહ્ય દબાણને કારણે અનુગામી બોન્ડિંગ પ્રક્રિયાઓ દરમિયાન કાર્બન ફિલ્મ ક્રેકીંગ તરફ દોરી જાય છે. પ્રાયોગિક સંશોધન દ્વારા, કાર્બનાઇઝિંગ એડહેસિવની સ્નિગ્ધતા 100 mPa·s હોવાનું નિર્ધારિત કરવામાં આવ્યું હતું, અને બોન્ડિંગ એડહેસિવ સ્નિગ્ધતા 25 mPa·s પર સેટ કરવામાં આવી હતી.

1.3 કાર્યકારી શૂન્યાવકાશ:
SiC વેફર પર કાર્બન ફિલ્મ બનાવવાની પ્રક્રિયામાં SiC વેફર સપાટી પર એડહેસિવ લેયરનું કાર્બનાઇઝેશન સામેલ છે, જે વેક્યૂમ અથવા આર્ગોન-સંરક્ષિત વાતાવરણમાં થવું જોઈએ. પ્રાયોગિક પરિણામો દર્શાવે છે કે ઉચ્ચ શૂન્યાવકાશ વાતાવરણ કરતાં આર્ગોન-સંરક્ષિત વાતાવરણ કાર્બન ફિલ્મ બનાવવા માટે વધુ અનુકૂળ છે. જો શૂન્યાવકાશ વાતાવરણનો ઉપયોગ કરવામાં આવે, તો શૂન્યાવકાશ સ્તર ≤1 Pa હોવું જોઈએ.

SiC સીડ ક્રિસ્ટલને બોન્ડ કરવાની પ્રક્રિયામાં SiC વેફરને ગ્રેફાઇટ પ્લેટ/ગ્રેફાઇટ પેપર સાથે જોડવાનો સમાવેશ થાય છે. ઊંચા તાપમાને ગ્રેફાઇટ સામગ્રી પર ઓક્સિજનની ઇરોઝિવ અસરને ધ્યાનમાં લેતા, આ પ્રક્રિયા શૂન્યાવકાશની સ્થિતિમાં હાથ ધરવાની જરૂર છે. એડહેસિવ સ્તર પર વિવિધ શૂન્યાવકાશ સ્તરોની અસરનો અભ્યાસ કરવામાં આવ્યો હતો. પ્રાયોગિક પરિણામો કોષ્ટક 1 માં દર્શાવવામાં આવ્યા છે. તે જોઈ શકાય છે કે ઓછી શૂન્યાવકાશ સ્થિતિમાં, હવામાં ઓક્સિજનના પરમાણુઓ સંપૂર્ણપણે દૂર થતા નથી, જે અપૂર્ણ એડહેસિવ સ્તરો તરફ દોરી જાય છે. જ્યારે શૂન્યાવકાશ સ્તર 10 Pa ની નીચે હોય છે, ત્યારે એડહેસિવ સ્તર પર ઓક્સિજન પરમાણુઓની ઇરોઝિવ અસર નોંધપાત્ર રીતે ઓછી થાય છે. જ્યારે શૂન્યાવકાશ સ્તર 1 Pa ની નીચે હોય છે, ત્યારે ઇરોઝિવ અસર સંપૂર્ણપણે દૂર થાય છે.