SiC سنگل کرسٹل گروتھ میں بیج کرسٹل کی تیاری کا عمل

سلکان کاربائیڈ (SiC)میٹریل میں وسیع بینڈ گیپ، ہائی تھرمل چالکتا، ہائی کریٹیکل بریک ڈاون فیلڈ کی طاقت، اور ہائی سیچوریٹڈ الیکٹران ڈرفٹ ویلوسٹی کے فوائد ہیں، جو اسے سیمی کنڈکٹر مینوفیکچرنگ کے شعبے میں انتہائی امید افزا بناتا ہے۔ SiC سنگل کرسٹل عام طور پر جسمانی بخارات کی نقل و حمل (PVT) طریقہ کے ذریعے تیار کیے جاتے ہیں۔ اس طریقہ کار کے مخصوص مراحل میں ایک گریفائٹ کروسیبل کے نچلے حصے میں SiC پاؤڈر رکھنا اور کروسیبل کے اوپر ایک SiC بیج کرسٹل رکھنا شامل ہے۔ گریفائٹمصلوبSiC کے سربلیمیشن درجہ حرارت پر گرم کیا جاتا ہے، جس کی وجہ سے SiC پاؤڈر بخارات کے مرحلے کے مادوں جیسے Si vapor، Si2C، اور SiC2 میں گل جاتا ہے۔ محوری درجہ حرارت کے میلان کے اثر و رسوخ کے تحت، یہ بخارات والے مادے کروسیبل کے سب سے اوپر تک پہنچ جاتے ہیں اور SiC سیڈ کرسٹل کی سطح پر گاڑھا ہو کر SiC سنگل کرسٹل میں کرسٹلائز ہو جاتے ہیں۔

فی الحال، بیج کرسٹل کے قطر میں استعمال کیا جاتا ہےSiC سنگل کرسٹل نموہدف کرسٹل قطر سے ملنے کی ضرورت ہے۔ بڑھوتری کے دوران، بیج کا کرسٹل چپکنے والی چیز کا استعمال کرتے ہوئے کروسیبل کے اوپری حصے میں بیج ہولڈر پر لگایا جاتا ہے۔ تاہم، بیج کے کرسٹل کو ٹھیک کرنے کا یہ طریقہ بیج ہولڈر کی سطح کی درستگی اور چپکنے والی کوٹنگ کی یکسانیت جیسے عوامل کی وجہ سے چپکنے والی تہہ میں خالی جگہوں جیسے مسائل کا باعث بن سکتا ہے، جس کے نتیجے میں ہیکساگونل باطل نقائص پیدا ہو سکتے ہیں۔ ان میں گریفائٹ پلیٹ کی چپٹی کو بہتر بنانا، چپکنے والی پرت کی موٹائی کی یکسانیت میں اضافہ، اور ایک لچکدار بفر پرت شامل کرنا شامل ہے۔ ان کوششوں کے باوجود، چپکنے والی پرت کی کثافت میں اب بھی مسائل موجود ہیں، اور بیج کرسٹل سے لاتعلقی کا خطرہ ہے۔ بانڈنگ کا طریقہ اپنا کرویفرگریفائٹ پیپر اور اسے کروسیبل کے اوپری حصے پر اوورلیپ کرنے سے، چپکنے والی پرت کی کثافت کو بہتر بنایا جا سکتا ہے، اور ویفر کی لاتعلقی کو روکا جا سکتا ہے۔

1. تجرباتی اسکیم:
تجربے میں استعمال ہونے والے ویفرز تجارتی طور پر دستیاب ہیں۔6 انچ این قسم کے SiC ویفرز. اسپن کوٹر کا استعمال کرتے ہوئے فوٹو ریزسٹ لگایا جاتا ہے۔ چپکنے کو خود تیار شدہ بیج ہاٹ پریس فرنس کا استعمال کرتے ہوئے حاصل کیا جاتا ہے۔

1.1 سیڈ کرسٹل فکسیشن سکیم:
فی الحال، SiC بیج کرسٹل آسنجن اسکیموں کو دو قسموں میں تقسیم کیا جاسکتا ہے: چپکنے والی قسم اور معطلی کی قسم۔

چپکنے والی قسم کی اسکیم (شکل 1): اس میں بانڈنگ شامل ہے۔ایس سی ویفرکے درمیان فرق کو ختم کرنے کے لئے ایک بفر پرت کے طور پر گریفائٹ کاغذ کی ایک پرت کے ساتھ گریفائٹ پلیٹ پرایس سی ویفراور گریفائٹ پلیٹ۔ اصل پیداوار میں، گریفائٹ پیپر اور گریفائٹ پلیٹ کے درمیان بانڈنگ کی طاقت کمزور ہوتی ہے، جس کی وجہ سے اعلی درجہ حرارت کے بڑھنے کے عمل کے دوران بار بار سیڈ کرسٹل کی لاتعلقی ہوتی ہے، جس کے نتیجے میں نمو ناکام ہوتی ہے۔

معطلی کی قسم کی اسکیم (شکل 2): عام طور پر، گلو کاربنائزیشن یا کوٹنگ کے طریقوں کا استعمال کرتے ہوئے SiC ویفر کی بانڈنگ سطح پر ایک گھنی کاربن فلم بنائی جاتی ہے۔ دیایس سی ویفرپھر اسے دو گریفائٹ پلیٹوں کے درمیان جکڑ دیا جاتا ہے اور گریفائٹ کروسیبل کے اوپر رکھا جاتا ہے، استحکام کو یقینی بناتا ہے جبکہ کاربن فلم ویفر کی حفاظت کرتی ہے۔ تاہم، کوٹنگ کے ذریعے کاربن فلم بنانا مہنگا ہے اور صنعتی پیداوار کے لیے موزوں نہیں ہے۔ گلو کاربنائزیشن کا طریقہ کاربن فلم کا غیر متوازن معیار پیدا کرتا ہے، جس سے مضبوط چپکنے والی بالکل گھنی کاربن فلم حاصل کرنا مشکل ہو جاتا ہے۔ مزید برآں، گریفائٹ پلیٹوں کو کلیمپ کرنے سے ویفر کی سطح کے کچھ حصے کو مسدود کرکے اس کی موثر نشوونما کا رقبہ کم ہوجاتا ہے۔

مندرجہ بالا دو اسکیموں کی بنیاد پر، ایک نئی چپکنے والی اور اوورلیپنگ اسکیم تجویز کی گئی ہے (شکل 3):

گلو کاربنائزیشن کے طریقہ کار کا استعمال کرتے ہوئے SiC ویفر کی بانڈنگ سطح پر نسبتاً گھنی کاربن فلم بنائی جاتی ہے، اس بات کو یقینی بناتے ہوئے کہ روشنی کے نیچے کوئی بڑی روشنی کا رساو نہ ہو۔
کاربن فلم سے ڈھکے ہوئے SiC ویفر کو گریفائٹ پیپر سے جوڑا جاتا ہے، بانڈنگ کی سطح کاربن فلم کی طرف ہوتی ہے۔ چپکنے والی پرت روشنی کے نیچے یکساں طور پر سیاہ نظر آنی چاہیے۔
گریفائٹ پیپر کو گریفائٹ پلیٹوں کے ذریعے کلیمپ کیا جاتا ہے اور کرسٹل کی نشوونما کے لیے گریفائٹ کروسیبل کے اوپر معطل کیا جاتا ہے۔

1.2 چپکنے والی:
photoresist کی viscosity نمایاں طور پر فلم کی موٹائی کی یکسانیت کو متاثر کرتی ہے۔ اسی گھماؤ کی رفتار سے، کم وسکوسیٹی کے نتیجے میں پتلی اور زیادہ یکساں چپکنے والی فلمیں بنتی ہیں۔ لہذا، ایک کم viscosity photoresist درخواست کی ضروریات کے اندر منتخب کیا جاتا ہے.

تجربے کے دوران، یہ پایا گیا کہ کاربنائزنگ چپکنے والی کی viscosity کاربن فلم اور ویفر کے درمیان بانڈنگ کی طاقت کو متاثر کرتی ہے۔ زیادہ چپکنے والی اسپن کوٹر کا استعمال کرتے ہوئے یکساں طور پر لاگو کرنا مشکل بناتا ہے، جب کہ کم viscosity کے نتیجے میں بانڈنگ کی کمزوری ہوتی ہے، جس کے نتیجے میں چپکنے والے بہاؤ اور بیرونی دباؤ کی وجہ سے بانڈنگ کے عمل کے دوران کاربن فلم میں شگاف پڑ جاتا ہے۔ تجرباتی تحقیق کے ذریعے، کاربونائزنگ چپکنے والی کی viscosity 100 mPa·s ہونے کا تعین کیا گیا تھا، اور بانڈنگ چپکنے والی viscosity کو 25 mPa·s پر سیٹ کیا گیا تھا۔

1.3 ورکنگ ویکیوم:
SiC ویفر پر کاربن فلم بنانے کے عمل میں SiC ویفر کی سطح پر چپکنے والی پرت کو کاربنائز کرنا شامل ہے، جسے ویکیوم یا آرگن سے محفوظ ماحول میں انجام دیا جانا چاہیے۔ تجرباتی نتائج سے پتہ چلتا ہے کہ ایک آرگن سے محفوظ ماحول کاربن فلم بنانے کے لیے اعلی ویکیوم ماحول سے زیادہ سازگار ہے۔ اگر ویکیوم ماحول استعمال کیا جائے تو ویکیوم لیول ≤1 Pa ہونا چاہیے۔

SiC سیڈ کرسٹل کو جوڑنے کے عمل میں SiC ویفر کو گریفائٹ پلیٹ/گریفائٹ پیپر سے جوڑنا شامل ہے۔ اعلی درجہ حرارت پر گریفائٹ مواد پر آکسیجن کے کٹاؤ کے اثر کو مدنظر رکھتے ہوئے، اس عمل کو ویکیوم حالات میں انجام دینے کی ضرورت ہے۔ چپکنے والی پرت پر ویکیوم کی مختلف سطحوں کے اثرات کا مطالعہ کیا گیا۔ تجرباتی نتائج ٹیبل 1 میں دکھائے گئے ہیں۔ یہ دیکھا جا سکتا ہے کہ کم ویکیوم حالات میں، ہوا میں آکسیجن کے مالیکیول مکمل طور پر نہیں ہٹائے جاتے ہیں، جس کی وجہ سے چپکنے والی پرتیں نامکمل ہو جاتی ہیں۔ جب ویکیوم کی سطح 10 Pa سے کم ہوتی ہے، تو چپکنے والی پرت پر آکسیجن کے مالیکیولز کا کٹاؤ اثر نمایاں طور پر کم ہو جاتا ہے۔ جب ویکیوم لیول 1 Pa سے کم ہو تو کٹاؤ کا اثر مکمل طور پر ختم ہو جاتا ہے۔