سلکان کاربائیڈ کرسٹل گروتھ فرنس میں تکنیکی چیلنجز

سلیکن کاربائیڈ (SiC) کرسٹل گروتھ فرنس اس کا سنگ بنیاد ہیں۔ایس سی ویفرپیداوار روایتی سلیکون کرسٹل گروتھ فرنسز کے ساتھ مماثلتیں بانٹتے ہوئے، SiC فرنسز کو مواد کی انتہائی نمو کے حالات اور پیچیدہ خرابی کی تشکیل کے طریقہ کار کی وجہ سے منفرد چیلنجوں کا سامنا کرنا پڑتا ہے۔ ان چیلنجوں کو بڑے پیمانے پر دو شعبوں میں تقسیم کیا جا سکتا ہے: کرسٹل گروتھ اور ایپیٹیکسیل گروتھ۔

کرسٹل گروتھ چیلنجز:

SiC کرسٹل کی نمو اعلی درجہ حرارت، بند ماحول پر قطعی کنٹرول کا مطالبہ کرتی ہے، جس سے نگرانی اور عمل کو کنٹرول کرنا غیر معمولی طور پر مشکل ہو جاتا ہے۔ کلیدی چیلنجوں میں شامل ہیں:

(1) تھرمل فیلڈ کنٹرول: مہر بند، اعلی درجہ حرارت والے چیمبر کے اندر ایک مستحکم اور یکساں درجہ حرارت کی پروفائل کو برقرار رکھنا انتہائی اہم لیکن انتہائی مشکل ہے۔ سلیکون کے لیے استعمال کیے جانے والے قابل قابو پگھلنے کے عمل کے برعکس، SiC کرسٹل کی نمو 2,000°C سے اوپر ہوتی ہے، جس سے حقیقی وقت کی نگرانی اور ایڈجسٹمنٹ تقریباً ناممکن ہو جاتی ہے۔ مطلوبہ کرسٹل خصوصیات کو حاصل کرنے کے لیے درجہ حرارت کا درست کنٹرول بہت اہم ہے۔

(2) پولی ٹائپ اور ڈیفیکٹ کنٹرول: نمو کا عمل مائیکرو پائپس (MPs)، پولی ٹائپ انکلوزیشن، اور ڈس لوکیشن جیسے نقائص کے لیے انتہائی حساس ہے، ہر ایک کرسٹل کے معیار کو متاثر کرتا ہے۔ ایم پیز، سائز میں کئی مائکرون کے نقائص، خاص طور پر ڈیوائس کی کارکردگی کے لیے نقصان دہ ہیں۔ SiC 200 سے زیادہ پولی ٹائپس میں موجود ہے، صرف 4H ڈھانچہ سیمی کنڈکٹر ایپلی کیشنز کے لیے موزوں ہے۔ پولی ٹائپ کی شمولیت کو کم سے کم کرنے کے لیے اسٹوچیومیٹری، درجہ حرارت کے میلان، شرح نمو، اور گیس کے بہاؤ کی حرکیات کو کنٹرول کرنا ضروری ہے۔ مزید برآں، گروتھ چیمبر کے اندر تھرمل گریڈیئنٹس مقامی تناؤ کو جنم دے سکتے ہیں، جس کے نتیجے میں مختلف ڈس لوکیشنز (بیسل پلین ڈس لوکیشنز (BPDs)، تھریڈنگ اسکرو ڈس لوکیشنز (TSDs)، تھریڈنگ ایج ڈس لوکیشنز (TEDs)) ہوتے ہیں جو بعد میں ایپیٹیکسی اور ڈیوائس کی کارکردگی کو متاثر کرتے ہیں۔

(3) ناپاکی پر قابو: عین ڈوپنگ پروفائلز کو حاصل کرنے کے لیے بیرونی نجاستوں پر محتاط کنٹرول کی ضرورت ہوتی ہے۔ کوئی بھی غیر ارادی آلودگی حتمی کرسٹل کی برقی خصوصیات کو نمایاں طور پر تبدیل کر سکتی ہے۔

(4) سست شرح نمو: SiC کرسٹل کی نمو فطری طور پر سلکان کے مقابلے میں سست ہے۔ جبکہ ایک سلیکون پنڈ 3 دنوں میں اگایا جا سکتا ہے، SiC کو 7 دن یا اس سے زیادہ کی ضرورت ہوتی ہے، جس سے پیداواری کارکردگی اور پیداوار پر نمایاں اثر پڑتا ہے۔

ایپیٹیکسیل گروتھ چیلنجز:

SiC epitaxial ترقی، آلہ کے ڈھانچے کی تشکیل کے لیے اہم ہے، عمل کے پیرامیٹرز پر مزید سخت کنٹرول کا مطالبہ کرتی ہے:

اعلی صحت سے متعلق کنٹرول:چیمبر کی ہرمیٹیسٹی، پریشر استحکام، گیس کی ترسیل کا درست وقت اور ساخت، اور درجہ حرارت پر سخت کنٹرول مطلوبہ ایپیٹیکسیل پرت کی خصوصیات کے حصول کے لیے اہم ہیں۔ یہ مطالبات ڈیوائس وولٹیج کی بڑھتی ہوئی ضروریات کے ساتھ اور بھی سخت ہو جاتے ہیں۔

یکسانیت اور خرابی کی کثافت:موٹی ایپیٹیکسیل تہوں میں یکساں مزاحمت اور کم خرابی کی کثافت کو برقرار رکھنا ایک اہم چیلنج پیش کرتا ہے۔

ایڈوانسڈ کنٹرول سسٹمز:درست اور مستحکم پیرامیٹر ریگولیشن کے لیے اعلیٰ درستگی کے سینسرز اور ایکچیوٹرز کے ساتھ جدید ترین الیکٹرو مکینیکل کنٹرول سسٹم بہت اہم ہیں۔ پروسیس فیڈ بیک پر مبنی ریئل ٹائم ایڈجسٹمنٹ کے قابل ایڈوانسڈ کنٹرول الگورتھم ایس آئی سی ایپیٹیکسیل نمو کی پیچیدگیوں کو نیویگیٹ کرنے کے لیے ضروری ہیں۔

ان تکنیکی رکاوٹوں پر قابو پانا SiC ٹیکنالوجی کی مکمل صلاحیت کو کھولنے کے لیے ضروری ہے۔ اعلی کارکردگی والے الیکٹرانکس میں اس امید افزا مواد کو وسیع پیمانے پر اپنانے کے لیے فرنس ڈیزائن، پروسیس کنٹرول، اور ان سیٹو مانیٹرنگ تکنیک میں مسلسل پیشرفت بہت ضروری ہے۔**