সেমিকন্ডাক্টর শিল্পে SiC সাবস্ট্রেট এবং ক্রিস্টাল বৃদ্ধির গুরুত্বপূর্ণ ভূমিকা

সিলিকন কার্বাইড (SiC) শিল্প শৃঙ্খলের মধ্যে, সাবস্ট্রেট সরবরাহকারীরা প্রধানত মূল্য বন্টনের কারণে উল্লেখযোগ্য লিভারেজ ধারণ করে।SiC সাবস্ট্রেটগুলি মোট মানের 47%, এর পরে এপিটাক্সিয়াল স্তরগুলি 23%, যখন ডিভাইস ডিজাইন এবং উত্পাদন বাকি 30% গঠন করে। এই উল্টানো মান শৃঙ্খলটি সাবস্ট্রেট এবং এপিটাক্সিয়াল স্তর উত্পাদনের অন্তর্নিহিত উচ্চ প্রযুক্তিগত বাধা থেকে উদ্ভূত হয়।

3টি প্রধান চ্যালেঞ্জ এসআইসি সাবস্ট্রেট বৃদ্ধিকে আঘাত করে:কঠোর বৃদ্ধি শর্ত, ধীর বৃদ্ধির হার, এবং দাবী ক্রিস্টালোগ্রাফিক প্রয়োজনীয়তা। এই জটিলতাগুলি প্রক্রিয়াকরণের অসুবিধা বৃদ্ধিতে অবদান রাখে, শেষ পর্যন্ত কম পণ্যের ফলন এবং উচ্চ খরচ হয়। তদ্ব্যতীত, এপিটাক্সিয়াল স্তরের বেধ এবং ডোপিং ঘনত্ব চূড়ান্ত ডিভাইসের কার্যকারিতাকে সরাসরি প্রভাবিত করে এমন গুরুত্বপূর্ণ পরামিতি।

SiC সাবস্ট্রেট উত্পাদন প্রক্রিয়া:

কাঁচামাল সংশ্লেষণ:উচ্চ-বিশুদ্ধতার সিলিকন এবং কার্বন পাউডারগুলি একটি নির্দিষ্ট রেসিপি অনুসারে সাবধানতার সাথে মিশ্রিত করা হয়। নিয়ন্ত্রিত স্ফটিক গঠন এবং কণার আকার সহ SiC কণা সংশ্লেষিত করতে এই মিশ্রণটি একটি উচ্চ-তাপমাত্রার প্রতিক্রিয়া (2000°C এর উপরে) অতিক্রম করে। পরবর্তী ক্রাশিং, সিভিং এবং পরিষ্কার করার প্রক্রিয়াগুলি স্ফটিক বৃদ্ধির জন্য উপযুক্ত উচ্চ-বিশুদ্ধ SiC পাউডার দেয়।

স্ফটিক বৃদ্ধি:SiC সাবস্ট্রেট উত্পাদনের সবচেয়ে গুরুত্বপূর্ণ পদক্ষেপ হিসাবে, স্ফটিক বৃদ্ধি সাবস্ট্রেটের বৈদ্যুতিক বৈশিষ্ট্যগুলিকে নির্দেশ করে। বর্তমানে, শারীরিক বাষ্প পরিবহন (PVT) পদ্ধতি বাণিজ্যিক SiC ক্রিস্টাল বৃদ্ধির উপর প্রাধান্য বিস্তার করে। বিকল্পগুলির মধ্যে রয়েছে উচ্চ-তাপমাত্রার রাসায়নিক বাষ্প জমা (HT-CVD) এবং লিকুইড ফেজ এপিটাক্সি (LPE), যদিও তাদের বাণিজ্যিক গ্রহণ সীমিত।

ক্রিস্টাল প্রক্রিয়াকরণ:এই পর্যায়টিতে বেশ কয়েকটি জটিল পদক্ষেপের মাধ্যমে SiC বাউলগুলিকে পালিশ করা ওয়েফারে রূপান্তর করা জড়িত: ইনগট প্রক্রিয়াকরণ, ওয়েফার স্লাইসিং, গ্রাইন্ডিং, পলিশিং এবং পরিষ্কার করা। প্রতিটি পদক্ষেপ উচ্চ নির্ভুলতা সরঞ্জাম এবং দক্ষতার দাবি করে, শেষ পর্যন্ত চূড়ান্ত SiC সাবস্ট্রেটের গুণমান এবং কর্মক্ষমতা নিশ্চিত করে।

1. SiC ক্রিস্টাল বৃদ্ধিতে প্রযুক্তিগত চ্যালেঞ্জ:

SiC স্ফটিক বৃদ্ধি বিভিন্ন প্রযুক্তিগত বাধার সম্মুখীন হয়:

উচ্চ বৃদ্ধির তাপমাত্রা:2300°C অতিক্রম করলে, এই তাপমাত্রা বৃদ্ধির চুল্লির মধ্যে তাপমাত্রা এবং চাপ উভয়ের উপরই কঠোর নিয়ন্ত্রণের প্রয়োজন।

পলিটাইপিজম নিয়ন্ত্রণ:SiC 250 টিরও বেশি পলিটাইপ প্রদর্শন করে, যার মধ্যে 4H-SiC ইলেকট্রনিক অ্যাপ্লিকেশনের জন্য সবচেয়ে পছন্দনীয়। এই নির্দিষ্ট পলিটাইপ অর্জনের জন্য সিলিকন-থেকে-কার্বন অনুপাত, তাপমাত্রা গ্রেডিয়েন্ট, এবং বৃদ্ধির সময় গ্যাস প্রবাহ গতিবিদ্যার উপর সুনির্দিষ্ট নিয়ন্ত্রণের দাবি রাখে।

ধীর বৃদ্ধির হার:PVT, বাণিজ্যিকভাবে প্রতিষ্ঠিত থাকাকালীন, প্রায় 0.3-0.5mm/h এর ধীর বৃদ্ধির হারে ভুগছে। একটি 2 সেমি ক্রিস্টাল বাড়াতে মোটামুটি 7 দিন সময় লাগে, সর্বাধিক অর্জনযোগ্য স্ফটিক দৈর্ঘ্য 3-5 সেমি পর্যন্ত সীমাবদ্ধ। এটি সিলিকন স্ফটিক বৃদ্ধির সাথে সম্পূর্ণ বৈপরীত্য, যেখানে বাউলগুলি 72 ঘন্টার মধ্যে 2-3 মিটার উচ্চতায় পৌঁছায়, যার ব্যাস 6-8 ইঞ্চি এবং এমনকি 12 ইঞ্চি পর্যন্ত পৌঁছায়। এই বৈষম্যটি SiC ইনগটের ব্যাসকে সীমাবদ্ধ করে, সাধারণত 4 থেকে 6 ইঞ্চি পর্যন্ত।

যদিও ফিজিক্যাল ভ্যাপার ট্রান্সপোর্ট (PVT) বাণিজ্যিক SiC ক্রিস্টাল বৃদ্ধিকে প্রাধান্য দেয়, বিকল্প পদ্ধতি যেমন উচ্চ-তাপমাত্রার রাসায়নিক বাষ্প জমা (HT-CVD) এবং লিকুইড ফেজ এপিটাক্সি (LPE) আলাদা সুবিধা প্রদান করে। যাইহোক, তাদের সীমাবদ্ধতা অতিক্রম করা এবং বৃদ্ধির হার এবং ক্রিস্টাল গুণমান বৃদ্ধি করা বিস্তৃত SiC শিল্প গ্রহণের জন্য অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ।

এখানে এই স্ফটিক বৃদ্ধির কৌশলগুলির একটি তুলনামূলক ওভারভিউ রয়েছে:

(1) শারীরিক বাষ্প পরিবহন (PVT):

নীতি: SiC স্ফটিক বৃদ্ধির জন্য "পরমানন্দ-পরিবহন-পুনঃক্রিস্টালাইজেশন" পদ্ধতি ব্যবহার করে।

প্রক্রিয়া: উচ্চ-বিশুদ্ধতা কার্বন এবং সিলিকন গুঁড়ো সুনির্দিষ্ট অনুপাতে মিশ্রিত হয়। SiC পাউডার এবং একটি বীজ স্ফটিক যথাক্রমে একটি বৃদ্ধি চুল্লির মধ্যে একটি ক্রুসিবলের নীচে এবং শীর্ষে স্থাপন করা হয়। 2000 ডিগ্রি সেলসিয়াসের বেশি তাপমাত্রা একটি তাপমাত্রার গ্রেডিয়েন্ট তৈরি করে, যার ফলে SiC পাউডার উৎকৃষ্ট হয় এবং বীজ স্ফটিকের উপর পুনরায় ক্রিস্টালাইজ করে, বাউল গঠন করে।

ত্রুটিগুলি: ধীর বৃদ্ধির হার (7 দিনে প্রায় 2 সেমি), পরজীবী প্রতিক্রিয়ার প্রতি সংবেদনশীলতা যা বেড়ে ওঠা স্ফটিকের উচ্চতর ত্রুটির ঘনত্বের দিকে পরিচালিত করে।

(2) উচ্চ-তাপমাত্রার রাসায়নিক বাষ্প জমা (HT-CVD):

নীতি: 2000-2500°C এর মধ্যে তাপমাত্রায়, উচ্চ-বিশুদ্ধতার পূর্ববর্তী গ্যাস যেমন সিলেন, ইথেন বা প্রোপেন এবং হাইড্রোজেন একটি প্রতিক্রিয়া চেম্বারে প্রবর্তিত হয়। এই গ্যাসগুলি উচ্চ-তাপমাত্রা অঞ্চলে পচে যায়, গ্যাসীয় SiC পূর্বসূর তৈরি করে যা পরবর্তীকালে নিম্ন তাপমাত্রা অঞ্চলে একটি বীজ স্ফটিকের উপর জমা হয় এবং স্ফটিক হয়ে যায়।

সুবিধা: ক্রমাগত স্ফটিক বৃদ্ধি সক্ষম করে, উচ্চ-বিশুদ্ধতা বায়বীয় অগ্রদূত ব্যবহার করে যার ফলে কম ত্রুটি সহ উচ্চ বিশুদ্ধতা SiC স্ফটিক হয়।

অপূর্ণতা: ধীর বৃদ্ধির হার (প্রায় 0.4-0.5 মিমি/ঘন্টা), উচ্চ সরঞ্জাম এবং অপারেশনাল খরচ, গ্যাস ইনলেট এবং আউটলেটগুলি আটকে যাওয়ার সংবেদনশীলতা।

(3) লিকুইড ফেজ এপিটাক্সি (LPE):

(যদিও আপনার উদ্ধৃতিতে অন্তর্ভুক্ত করা হয়নি, আমি সম্পূর্ণতার জন্য LPE এর একটি সংক্ষিপ্ত বিবরণ যোগ করছি।)

নীতি: একটি "দ্রবীভূতকরণ-বর্ষণ" প্রক্রিয়া নিযুক্ত করে। 1400-1800 °C পর্যন্ত তাপমাত্রায়, কার্বন একটি উচ্চ-বিশুদ্ধ সিলিকন গলে দ্রবীভূত হয়। সুপারস্যাচুরেটেড দ্রবণটি ঠান্ডা হওয়ার সাথে সাথে SiC স্ফটিকগুলি বেরিয়ে আসে।

সুবিধা: নিম্ন বৃদ্ধির তাপমাত্রা শীতল হওয়ার সময় তাপীয় চাপ কমায়, যার ফলে ত্রুটির ঘনত্ব কম হয় এবং উচ্চতর স্ফটিক গুণমান হয়। PVT এর তুলনায় উল্লেখযোগ্যভাবে দ্রুত বৃদ্ধির হার অফার করে।

ত্রুটিগুলি: ক্রুসিবল থেকে ধাতু দূষণের প্রবণ, অর্জনযোগ্য স্ফটিক আকারে সীমিত, প্রাথমিকভাবে পরীক্ষাগার-স্কেল বৃদ্ধিতে সীমাবদ্ধ।

প্রতিটি পদ্ধতি অনন্য সুবিধা এবং সীমাবদ্ধতা উপস্থাপন করে। সর্বোত্তম বৃদ্ধি কৌশল নির্বাচন নির্দিষ্ট প্রয়োগ প্রয়োজনীয়তা, খরচ বিবেচনা, এবং পছন্দসই স্ফটিক বৈশিষ্ট্য উপর নির্ভর করে।

2. SiC ক্রিস্টাল প্রসেসিং চ্যালেঞ্জ এবং সমাধান:

ওয়েফার স্লাইসিং:SiC-এর কঠোরতা, ভঙ্গুরতা এবং ঘর্ষণ প্রতিরোধ ক্ষমতা স্লাইসিংকে চ্যালেঞ্জিং করে তোলে। ঐতিহ্যবাহী হীরার তারের করাত সময়সাপেক্ষ, অপচয়কারী এবং ব্যয়বহুল। স্লাইসিং দক্ষতা এবং ওয়েফার ফলন উন্নত করতে সমাধানগুলির মধ্যে লেজার ডাইসিং এবং কোল্ড স্প্লিটিং কৌশল অন্তর্ভুক্ত রয়েছে।

ওয়েফার পাতলা করা:SiC এর কম ফ্র্যাকচার শক্ততা এটিকে পাতলা করার সময় ক্র্যাক করার প্রবণ করে তোলে, অভিন্ন বেধ হ্রাসকে বাধা দেয়। বর্তমান কৌশলগুলি ঘূর্ণনগত নাকালের উপর নির্ভর করে, যা চাকা পরিধান এবং পৃষ্ঠের ক্ষতির শিকার হয়। অতিস্বনক কম্পন-সহায়ক গ্রাইন্ডিং এবং ইলেক্ট্রোকেমিক্যাল যান্ত্রিক পলিশিংয়ের মতো উন্নত পদ্ধতিগুলি উপাদান অপসারণের হার বাড়াতে এবং পৃষ্ঠের ত্রুটিগুলি কমানোর জন্য অনুসন্ধান করা হচ্ছে।

3. ভবিষ্যত আউটলুক:

SiC স্ফটিক বৃদ্ধি এবং ওয়েফার প্রক্রিয়াকরণ অপ্টিমাইজ করা ব্যাপক SiC গ্রহণের জন্য অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ। ভবিষ্যত গবেষণা এই প্রতিশ্রুতিশীল সেমিকন্ডাক্টর উপাদানের পূর্ণ সম্ভাবনা আনলক করার জন্য বৃদ্ধির হার বৃদ্ধি, স্ফটিক গুণমান উন্নত করা এবং ওয়েফার প্রক্রিয়াকরণ দক্ষতা বাড়ানোর উপর ফোকাস করবে।**