في معالجة أشباه الموصلات، غالبًا ما تكون التصوير الضوئي كل من الحفر هي الخطوات الأكثر شيوعًا. ولكن إلى جانبها مباشرة توجد فئة أخرى حاسمة: ترسيب النمو البلوري.
لماذا تعتبر عمليات الترسيب هذه ضرورية في تصنيع الرقائق؟
إليك تشبيه: تخيل خبزًا مسطحًا مربعًا عاديًا. بدون أي طبقة علوية، فهو باهت وغير ملحوظ. يفضل بعض الناس وضع زبدة الفول السوداني على السطح؛ ويفضلها آخرون حلوة ويوضع عليها شراب. هذه الطلاءات تغير بشكل كبير طعم وشخصية الخبز المسطح. في هذا التشبيه، يمثل الخبز المسطح ركيزة، و الطلاء يمثل طبقة وظيفية . تمامًا مثلما تخلق الطبقة العلوية المختلفة نكهات مختلفة، فإن الأغشية المترسبة المختلفة تضفي خصائص كهربائية أو بصرية مختلفة تمامًا على الرقاقة الأساسية.
في تصنيع أشباه الموصلات، يتم ترسيب مجموعة واسعة من الطبقات الوظيفية على الرقائق لبناء الأجهزة. يتطلب كل نوع من الطبقات طريقة ترسيب معينة. في هذه المقالة، نقدم بإيجاز العديد من تقنيات الترسيب المستخدمة على نطاق واسع، بما في ذلك:
MOCVD هي تقنية حاسمة لترسيب طبقات أشباه الموصلات البلورية عالية الجودة. تعمل هذه الأغشية أحادية البلورة كطبقات نشطة في مصابيح LED والليزر والأجهزة الأخرى عالية الأداء.
يتكون نظام MOCVD القياسي من خمسة أنظمة فرعية رئيسية، يلعب كل منها دورًا أساسيًا ومنسقًا لضمان السلامة والدقة وقابلية التكرار لعملية النمو:
يتحكم هذا النظام الفرعي بدقة في تدفق وتوقيت ونسبة الغازات المختلفة المستخدمة في العملية والتي يتم إدخالها في المفاعل. يتضمن:
المفاعل هو جوهر نظام MOCVD، حيث يحدث النمو البلوري الفعلي. يتضمن عادةً:
تتم إدارة عملية النمو بأكملها من خلال مجموعة من:
تضمن هذه الأنظمة التحكم الدقيق في درجة الحرارة ومعدلات التدفق والتوقيت عبر كل مرحلة من مراحل العملية.
للحفاظ على جودة الفيلم واتساقه، يتم دمج أدوات المراقبة في الوقت الفعلي، مثل:
تسمح هذه الأدوات بإجراء تعديلات فورية على العملية، مما يحسن التوحيد وجودة المواد.
يجب تحييد المنتجات الثانوية السامة والقابلة للاشتعال الناتجة أثناء العملية - مثل الزرنيخ أو الفوسفين. يتضمن نظام العادم عادةً:
تضمن هذه الأجهزة الامتثال لمعايير السلامة والبيئة.
تعتمد العديد من أنظمة MOCVD المتقدمة تصميم رأس الدش المقترن بإحكام (CCS)، خاصة لنمو GaN البلوري. في هذا التكوين، تحقن لوحة رأس الدش غازات المجموعة III والمجموعة V بشكل منفصل ولكن على مقربة من الركيزة الدوارة.
هذا يقلل من تفاعلات الطور الغازي الطفيلية ويعزز كفاءة استخدام السلائف . تضمن المسافة القصيرة بين رأس الدش والرقاقة توزيعًا موحدًا للغاز عبر سطح الرقاقة. وفي الوقت نفسه، فإن دوران الحامل يقلل من اختلاف الطبقة الحدودية، مما يزيد من تحسين توحيد سمك الطبقة البلورية.
الرش المغناطيسي هو تقنية ترسيب البخار الفيزيائي (PVD) مستخدمة على نطاق واسع لتصنيع الطبقات الوظيفية والطلاءات السطحية. وهي تستخدم مجالًا مغناطيسيًا لتعزيز طرد الذرات أو الجزيئات من مادة الهدف، والتي يتم بعد ذلك ترسيبها على ركيزة لتكوين طبقة رقيقة. يتم تطبيق هذه الطريقة على نطاق واسع في تصنيع أجهزة أشباه الموصلات، والطلاءات البصرية، والأغشية الخزفية، والمزيد.
اختيار مادة الهدف
الهدف هو مادة المصدر التي سيتم ترسيبها على الركيزة. يمكن أن يكون معدنًا، سبيكة، أكسيد، نيتريد، أو مركب آخر. يتم تركيب الهدف على جهاز يعرف باسم الكاثود المغناطيسي.
بيئة الفراغ
تتم عملية الرش في ظل ظروف فراغ عالٍ لتقليل التفاعلات غير المرغوب فيها بين غازات العملية والملوثات المحيطة. وهذا يضمن نقاء كل من التوحيد الفيلم المترسب.
توليد البلازما
يتم إدخال غاز خامل، عادةً الأرجون (Ar)، في الحجرة وتأيينه لتكوين بلازما . تتكون هذه البلازما من أيونات Ar⁺ المشحونة إيجابياً كل من إلكترونات حرة، وهي ضرورية لبدء عملية الرش.
تطبيق المجال المغناطيسي
يتم تطبيق مجال مغناطيسي بالقرب من سطح الهدف. يحبس هذا المجال المغناطيسي الإلكترونات بالقرب من الهدف، مما يزيد من طول مسارها ويعزز كفاءة التأين - مما يؤدي إلى منطقة بلازما كثيفة تُعرف باسم بلازما المغنطرون.
عملية الرش
تتسارع أيونات Ar⁺ نحو سطح الهدف ذي التحيز السلبي، مما يقصفه ويخلع الذرات من الهدف عن طريق نقل الزخم . ثم تنتقل هذه الذرات أو المجموعات المقذوفة عبر الحجرة وتتكثف على الركيزة، وتشكل طبقة فيلم وظيفية.
ترسيب البخار الكيميائي المعزز بالبلازما (PECVD) هي تقنية مستخدمة على نطاق واسع لترسيب مجموعة متنوعة من الأغشية الرقيقة الوظيفية، مثل السيليكون (Si)، نيتريد السيليكون (SiNx)، و ثاني أكسيد السيليكون (SiO₂) . يظهر أدناه رسم تخطيطي لنظام PECVD نموذجي.
يمكن تحقيق إثارة البلازما باستخدام مصادر طاقة مختلفة، بما في ذلك:
يمكّن PECVD من نمو الأغشية ذات التوحيد الممتاز في كل من السُمك والتركيب. بالإضافة إلى ذلك، توفر هذه التقنية التصاقًا قويًا للفيلم وتدعم معدلات ترسيب عالية في درجات حرارة منخفضة نسبيًا للركيزة، مما يجعلها مناسبة للتطبيقات الحساسة لدرجة الحرارة.
تتضمن عملية تكوين فيلم PECVD عادةً ثلاث خطوات رئيسية:
الخطوة 1: توليد البلازما
تحت تأثير مجال كهرومغناطيسي، يبدأ التفريغ المتوهج، مما يشكل بلازما. تصطدم الإلكترونات عالية الطاقة بجزيئات الغاز السلف، مما يؤدي إلى بدء التفاعلات الأولية التي تقسم الغازات إلى أيونات، جذور، و أنواع نشطة.
الخطوة 2: النقل والتفاعلات الثانوية
تهاجر منتجات التفاعل الأولية نحو الركيزة. أثناء هذا النقل، تحدث تفاعلات ثانوية بين الأنواع النشطة، مما يؤدي إلى توليد مواد وسيطة إضافية أو مركبات مكونة للفيلم.
الخطوة 3: تفاعل السطح ونمو الفيلم
عند الوصول إلى سطح الركيزة، يتم امتصاص كل من الأنواع الأولية و الثانوية وتتفاعل كيميائيًا مع السطح، مما يشكل فيلمًا صلبًا. في الوقت نفسه، يتم إطلاق المنتجات الثانوية المتطايرة للتفاعل في الطور الغازي ويتم ضخها خارج الحجرة.
تتيح هذه العملية متعددة الخطوات التحكم الدقيق في خصائص الفيلم مثل السُمك، الكثافة، التركيب الكيميائي، و التوحيد—مما يجعل PECVD تقنية حاسمة في تصنيع أشباه الموصلات، الخلايا الكهروضوئية، MEMS، و الطلاءات البصرية.
اتصل شخص: Mr. Wang
الهاتف :: +8615801942596
