عملية الجانب الأمامي في تصنيع الشرائح: ترسب الأفلام الرقيقة

عملية الواجهة الأمامية في تصنيع الرقائق: ترسيب الأغشية الرقيقة

تتكون الدوائر المتكاملة من العديد من خطوات التصنيع المعقدة والمحسنة، ومن بينها يعتبر ترسيب الأغشية الرقيقة من أهم التقنيات. الغرض من ترسيب الأغشية الرقيقة هو بناء طبقات متعددة في أجهزة أشباه الموصلات وضمان العزل بين طبقات المعدن. يتم تكديس طبقات معدنية موصلة متعددة وطبقات عازلة عازلة بالتناوب على سطح الرقاقة. ثم تتم إزالتها بشكل انتقائي عبر عمليات الحفر المتكررة لتشكيل هيكل ثلاثي الأبعاد.

يشير مصطلح رقيق عادةً إلى الأغشية التي يقل سمكها عن 1 ميكرون، والتي لا يمكن إنتاجها عن طريق التشغيل الآلي الميكانيكي التقليدي. تسمى عملية ربط هذه الأغشية الجزيئية أو الذرية على سطح الرقاقة بالترسيب.

 

اعتمادًا على المبدأ الأساسي، يتم تصنيف تقنيات ترسيب الأغشية الرقيقة بشكل عام إلى:

• الترسيب الكيميائي للبخار (CVD)

• الترسيب الفيزيائي للبخار (PVD)

• ترسيب الطبقة الذرية (ALD)

مع تطور تكنولوجيا الأغشية الرقيقة، ظهرت أنظمة ترسيب مختلفة لخدمة الخطوات المختلفة لتصنيع الرقائق.

---

▌الترسيب الفيزيائي للبخار (PVD)

يشير PVD إلى مجموعة من العمليات المعتمدة على الفراغ والتي تستخدم وسائل فيزيائية لتبخير المادة المستهدفة (صلبة أو سائلة) إلى ذرات أو جزيئات، أو تأيينها جزئيًا، ونقلها عبر غاز أو بلازما منخفض الضغط لترسيب أغشية وظيفية على الركيزة.

تشمل طرق PVD الشائعة:

• ترسيب التبخير

• ترسيب الرش

• ترسيب بلازما القوس

• الطلاء الأيوني

• النمو البلوري للحزمة الجزيئية (MBE)

يتميز PVD بما يلي:

• نقاء عالي للأغشية

• جودة فيلم مستقرة

• درجات حرارة معالجة أقل

• معدلات ترسيب عالية

• تكلفة تصنيع منخفضة نسبيًا

يستخدم PVD بشكل أساسي لترسيب الأغشية المعدنية، وغير مناسب للأغشية العازلة. والسبب هو أنه عندما تقصف الأيونات الموجبة هدفًا عازلًا، فإنها تنقل الطاقة الحركية إلى سطح الهدف، لكن الأيونات الموجبة نفسها تتراكم بشكل أساسي على السطح. يؤدي تراكم الشحنات هذا إلى توليد مجال كهربائي يتنافر مع الأيونات الواردة ويتوقف في النهاية عن عملية الرش.

● التبخير بالفراغ

في بيئة فراغ، يتم تسخين المادة المستهدفة وتبخيرها. تتبخر الذرات أو الجزيئات من السطح وتنتقل بأقل تصادم عبر الفراغ لتترسب على الركيزة. تشمل طرق التسخين الشائعة:

• التسخين المقاوم

• الحث عالي التردد

• قصف الحزمة الإلكترونية أو حزمة الليزر أو الحزمة الأيونية

● ترسيب الرش

في الفراغ، تقصف الجسيمات عالية الطاقة (عادةً أيونات Ar⁺) سطح الهدف، مما يتسبب في طرد الذرات وترسيبها على الركيزة.

● الطلاء الأيوني

يستخدم الطلاء الأيوني البلازما لتأيين مادة الطلاء إلى أيونات وذرات محايدة عالية الطاقة. يتم تطبيق تحيز سلبي على الركيزة، مما يجذب الأيونات للترسيب وتشكيل غشاء رقيق.

---

▌الترسيب الكيميائي للبخار (CVD)

يستخدم CVD تفاعلات كيميائية لترسيب الأغشية الرقيقة. يتم إدخال الغازات المتفاعلة في غرفة التفاعل وتنشيطها باستخدام الحرارة أو البلازما أو الضوء. تتفاعل هذه الغازات كيميائيًا لتكوين الغشاء الصلب المطلوب على الركيزة، بينما يتم استنفاد المنتجات الثانوية من الغرفة.

يتضمن CVD العديد من المتغيرات اعتمادًا على الظروف:

• CVD بالضغط الجوي (APCVD)

• CVD منخفض الضغط (LPCVD)

• CVD المعزز بالبلازما (PECVD)

• PECVD عالي الكثافة (HDPECVD)

• CVD المعدني العضوي (MOCVD)

• ترسيب الطبقة الذرية (ALD)

تتميز أغشية CVD بشكل عام بما يلي:

• نقاء عالي

• أداء فائق
  إنها الطريقة السائدة لتصنيع الأغشية المعدنية والعازلة وأشباه الموصلات في تصنيع الرقائق.

● APCVD

يتم إجراؤه عند الضغط الجوي و 400–800  درجة مئوية، ويستخدم لإنتاج أغشية مثل:

• السيليكون أحادي البلورة

• السيليكون متعدد الكريستالات

• ثاني أكسيد السيليكون (SiO₂)

• SiO₂ المنشط

● LPCVD

يتم تطبيقه في عمليات >90 نانومتر لإنتاج:

• SiO₂, PSG/BPSG

• نتريد السيليكون (Si₃N₄)

• البولي سيليكون

● PECVD

يستخدم على نطاق واسع في عقد 28–90 nm لترسيب المواد العازلة وأشباه الموصلات.
المزايا:

• درجات حرارة ترسيب أقل

• كثافة ونقاء أعلى للأغشية

• معدلات ترسيب أسرع
  أصبحت أنظمة PECVD الأدوات الأكثر استخدامًا للأغشية الرقيقة في المصانع مقارنة بـ APCVD و LPCVD.

---

▌ترسيب الطبقة الذرية (ALD)

ALD هو نوع خاص من CVD يتيح نمو الأغشية فائقة الرقة عن طريق ترسيب طبقة ذرية واحدة في كل مرة عبر تفاعلات سطحية ذاتية التحديد. 

على عكس CVD التقليدي، يتناوب ALD على نبضات السلائف. تتشكل كل طبقة عن طريق تفاعل سطحي متسلسل مع الطبقة المترسبة مسبقًا. هذا يتيح:

• التحكم في السماكة على المستوى الذري

• تغطية متوافقة

• أغشية خالية من الثقوب

يدعم ALD ترسيب:

• المعادن

• الأكاسيد

• الكربيدات والنيتريدات والكبريتيدات والسيليسيدات

• أشباه الموصلات والموصلات الفائقة

مع زيادة كثافة التكامل وانكماش أحجام الأجهزة، تحل المواد العازلة عالية k محل SiO₂ في بوابات الترانزستور. إن تغطية الخطوة الممتازة لـ ALD والتحكم الدقيق في السماكة تجعلها مثالية لتصنيع الأجهزة المتقدمة ويتم اعتمادها بشكل متزايد في إنتاج الرقائق المتطورة.

---

▌مقارنة تقنيات الترسيب

●أداء ترسيب الأغشية

(هنا يمكنك إدراج جدول مقارن للاتفاقية والتحكم في السماكة وتغطية الخطوة وما إلى ذلك.)

 

● التقنيات والتطبيقات

(أدخل جدولًا يوضح حالات استخدام PVD مقابل CVD مقابل ALD)

 

● المعدات والقدرات

(أدخل جدولًا يقارن معدلات الترسيب ودرجات الحرارة والتوحيد والتكاليف)

---

خاتمة

يعد تطوير تقنيات ترسيب الأغشية الرقيقة أمرًا ضروريًا للتطور المستمر لصناعة أشباه الموصلات. أصبحت هذه العمليات أكثر تنوعًا وتخصصًا، مما يتيح مزيدًا من الابتكار والتحسين في تصنيع الدوائر المتكاملة.