رقائق السيليكونلا تكون دائرية تمامًا أبدًا. بدلاً من ذلك، تحتوي على حافة مسطحة (مسطحة) أو انبعاج صغير (شق). في حين أن هذه الميزات قد تبدو وكأنها أدوات محاذاة ميكانيكية، إلا أن وظيفتها الحقيقية هي البلورية. في تصنيع أشباه الموصلات الحديثة، يعد اتجاه الرقاقة متغيرًا فيزيائيًا أساسيًا يؤثر بشكل مباشر على الأكسدة والحفر وزرع الأيونات وهندسة الإجهاد ونقل الناقل. تشرح هذه المقالة سبب أهمية علامات التوجه لرقائق السيليكون أحادية البلورة ولماذا تعتبر الأسطح المستوية والشقوق ضرورية للحفاظ على التحكم في العمليات على المستوى الذري في الأجهزة النانومترية.
رقاقة السيليكون ليست قرصًا متجانسًا من المادة؛ إنها بلورة واحدة ذات شبكة ماسية مكعبة عالية الترتيب. تمثل التوجهات شائعة الاستخدام — (100) و (110) و (111) — كثافات مستويات ذرية مختلفة وهندسة الترابط.
تحدد هذه الاتجاهات البلورية العديد من الخصائص الفيزيائية والكيميائية:
طاقة السطح
حركية الأكسدة
معدلات الحفر الرطبة والجافة متباينة الخواص
احتمالية توجيه الأيونات
تباين حركة الناقل
انتشار العيوب وأنظمة الانزلاق
لذلك، فإن رقاقة السيليكون ليست مجرد ركيزة؛ إنها نظام فيزيائي اتجاهي. يرث كل جهاز نانومتري مبني عليه هذا التباين.
يتمتع القرص المثالي بتماثل دوراني لا نهائي. بدون مرجع خارجي، لا يمكن لأي عملية فيزيائية أن تميز اتجاهًا واحدًا في المستوى عن اتجاه آخر.
ومع ذلك، تتطلب صناعة أشباه الموصلات أن يكون لكل رقاقة اتجاه محدد جيدًا في المستوى بالنسبة إلى شبكتها البلورية. بدون هذا:
ستواجه عملية زرع الأيونات توجيهًا غير منضبط
سوف يختلف الحفر عبر الأجهزة
سوف تفقد هندسة الإجهاد التماسك الاتجاهي
سوف تختلف حركة الترانزستور إحصائيًا عبر الرقاقة
وبالتالي، يجب أن تتضمن رقاقة السيليكون ميزة كسر التماثل التي تحدد محورًا بلوريًا ثابتًا.
تعمل الأسطح المستوية والشقوق كتشفيرات مجهرية لاتجاه البلورة المجهري.
أثناء تقطيع الرقاقة من كتلة بلورية واحدة، يقوم المصنع بمحاذاة القطع بحيث:
يكون السطح المستوي أو الشق موازيًا لاتجاه بلوري معين (على سبيل المثال، ⟨110⟩ أو ⟨100⟩)
يتم تحديد مستوى سطح الرقاقة (على سبيل المثال، (100)) والاتجاه في المستوى بشكل فريد
هذا يحول كائنًا متماثلًا دورانيًا إلى ركيزة مفهرسة اتجاهيًا.
تستخدم كل أداة تصنيع — الطباعة الحجرية، والزرع، والحفر، و CMP، وعلم القياس — هذا المرجع لمحاذاة عملياتها مع الشبكة البلورية.
تعمل أجهزة CMOS و FinFET و gate-all-around (GAA) الحديثة في أنظمة تسود فيها الفيزياء على المستوى الذري.
توضح عدة أمثلة سبب وجوب قفل اتجاه البلورة:
يمكن لأيونات المنشطات أن تنتقل بعمق على طول قنوات البلورات منخفضة الفهرس. إذا اختلف اتجاه الرقاقة، يصبح عمق التوجيه وملفات تعريف المنشطات غير متوقعة.
تختلف معدلات حفر السيليكون بشكل كبير بين مستويات (100) و (110) و (111). يؤدي عدم المحاذاة إلى تغيير أشكال الخنادق وزوايا الجدران الجانبية والأبعاد الحرجة.
تعتمد حركة الإلكترون والثقب في السيليكون على الاتجاه. يتم تحسين أداء الجهاز عن طريق محاذاة القنوات على طول اتجاهات بلورية معينة.
بدون مرجع رقاقة ثابت، لا يمكن التحكم في أي من هذه المعلمات بدقة على مستوى النانومتر.
استخدمت الرقائق المبكرة (4–6 بوصات) أسطحًا مستوية طويلة. مع زيادة أقطار الرقائق إلى 200 مم و 300 مم، اعتمدت الصناعة الشقوق لأسباب مادية واقتصادية:
يشغل الشق مساحة حافة أقل بكثير، مما يزيد من عدد القوالب القابلة للاستخدام
يحافظ على التماثل الميكانيكي، مما يحسن التعامل مع الرقاقة
من الأسهل لأنظمة المحاذاة الروبوتية والبصرية اكتشافها
لا يشوه حقول الإجهاد في محيط الرقاقة
وبالتالي، فإن الشق هو علامة بلورية عالية الدقة مُحسَّنة للمصانع الآلية.
في تصنيع أشباه الموصلات المتقدمة، يجب محاذاة الظواهر الفيزيائية على مستوى النانومتر مع الأنظمة الميكانيكية على مستوى الملليمتر.
ينفذ السطح المستوي أو الشق هذه الترجمة:
إنه يربط الشبكة الذرية بنظام إحداثيات المصنع.
بدونه، ستفقد الطباعة الحجرية الحديثة والحفر والزرع وهندسة الإجهاد إطارها المرجعي المادي.
السطح المستوي أو الشق الموجود على رقاقة السيليكون ليس قطعة أثرية ميكانيكية — إنه مرساة بلورية.
إنه يضمن أن كل ترانزستور، وكل قناة، وكل طبقة ذرية مبنية في علاقة ثابتة بشبكة السيليكون. في عصر تقترب فيه أبعاد الجهاز من حجم بضع عشرات من الذرات، تصبح هذه الميزة الهندسية الصغيرة واحدة من أكثر الهياكل أهمية في نظام أشباه الموصلات بأكمله.
رقائق السيليكونلا تكون دائرية تمامًا أبدًا. بدلاً من ذلك، تحتوي على حافة مسطحة (مسطحة) أو انبعاج صغير (شق). في حين أن هذه الميزات قد تبدو وكأنها أدوات محاذاة ميكانيكية، إلا أن وظيفتها الحقيقية هي البلورية. في تصنيع أشباه الموصلات الحديثة، يعد اتجاه الرقاقة متغيرًا فيزيائيًا أساسيًا يؤثر بشكل مباشر على الأكسدة والحفر وزرع الأيونات وهندسة الإجهاد ونقل الناقل. تشرح هذه المقالة سبب أهمية علامات التوجه لرقائق السيليكون أحادية البلورة ولماذا تعتبر الأسطح المستوية والشقوق ضرورية للحفاظ على التحكم في العمليات على المستوى الذري في الأجهزة النانومترية.
رقاقة السيليكون ليست قرصًا متجانسًا من المادة؛ إنها بلورة واحدة ذات شبكة ماسية مكعبة عالية الترتيب. تمثل التوجهات شائعة الاستخدام — (100) و (110) و (111) — كثافات مستويات ذرية مختلفة وهندسة الترابط.
تحدد هذه الاتجاهات البلورية العديد من الخصائص الفيزيائية والكيميائية:
طاقة السطح
حركية الأكسدة
معدلات الحفر الرطبة والجافة متباينة الخواص
احتمالية توجيه الأيونات
تباين حركة الناقل
انتشار العيوب وأنظمة الانزلاق
لذلك، فإن رقاقة السيليكون ليست مجرد ركيزة؛ إنها نظام فيزيائي اتجاهي. يرث كل جهاز نانومتري مبني عليه هذا التباين.
يتمتع القرص المثالي بتماثل دوراني لا نهائي. بدون مرجع خارجي، لا يمكن لأي عملية فيزيائية أن تميز اتجاهًا واحدًا في المستوى عن اتجاه آخر.
ومع ذلك، تتطلب صناعة أشباه الموصلات أن يكون لكل رقاقة اتجاه محدد جيدًا في المستوى بالنسبة إلى شبكتها البلورية. بدون هذا:
ستواجه عملية زرع الأيونات توجيهًا غير منضبط
سوف يختلف الحفر عبر الأجهزة
سوف تفقد هندسة الإجهاد التماسك الاتجاهي
سوف تختلف حركة الترانزستور إحصائيًا عبر الرقاقة
وبالتالي، يجب أن تتضمن رقاقة السيليكون ميزة كسر التماثل التي تحدد محورًا بلوريًا ثابتًا.
تعمل الأسطح المستوية والشقوق كتشفيرات مجهرية لاتجاه البلورة المجهري.
أثناء تقطيع الرقاقة من كتلة بلورية واحدة، يقوم المصنع بمحاذاة القطع بحيث:
يكون السطح المستوي أو الشق موازيًا لاتجاه بلوري معين (على سبيل المثال، ⟨110⟩ أو ⟨100⟩)
يتم تحديد مستوى سطح الرقاقة (على سبيل المثال، (100)) والاتجاه في المستوى بشكل فريد
هذا يحول كائنًا متماثلًا دورانيًا إلى ركيزة مفهرسة اتجاهيًا.
تستخدم كل أداة تصنيع — الطباعة الحجرية، والزرع، والحفر، و CMP، وعلم القياس — هذا المرجع لمحاذاة عملياتها مع الشبكة البلورية.
تعمل أجهزة CMOS و FinFET و gate-all-around (GAA) الحديثة في أنظمة تسود فيها الفيزياء على المستوى الذري.
توضح عدة أمثلة سبب وجوب قفل اتجاه البلورة:
يمكن لأيونات المنشطات أن تنتقل بعمق على طول قنوات البلورات منخفضة الفهرس. إذا اختلف اتجاه الرقاقة، يصبح عمق التوجيه وملفات تعريف المنشطات غير متوقعة.
تختلف معدلات حفر السيليكون بشكل كبير بين مستويات (100) و (110) و (111). يؤدي عدم المحاذاة إلى تغيير أشكال الخنادق وزوايا الجدران الجانبية والأبعاد الحرجة.
تعتمد حركة الإلكترون والثقب في السيليكون على الاتجاه. يتم تحسين أداء الجهاز عن طريق محاذاة القنوات على طول اتجاهات بلورية معينة.
بدون مرجع رقاقة ثابت، لا يمكن التحكم في أي من هذه المعلمات بدقة على مستوى النانومتر.
استخدمت الرقائق المبكرة (4–6 بوصات) أسطحًا مستوية طويلة. مع زيادة أقطار الرقائق إلى 200 مم و 300 مم، اعتمدت الصناعة الشقوق لأسباب مادية واقتصادية:
يشغل الشق مساحة حافة أقل بكثير، مما يزيد من عدد القوالب القابلة للاستخدام
يحافظ على التماثل الميكانيكي، مما يحسن التعامل مع الرقاقة
من الأسهل لأنظمة المحاذاة الروبوتية والبصرية اكتشافها
لا يشوه حقول الإجهاد في محيط الرقاقة
وبالتالي، فإن الشق هو علامة بلورية عالية الدقة مُحسَّنة للمصانع الآلية.
في تصنيع أشباه الموصلات المتقدمة، يجب محاذاة الظواهر الفيزيائية على مستوى النانومتر مع الأنظمة الميكانيكية على مستوى الملليمتر.
ينفذ السطح المستوي أو الشق هذه الترجمة:
إنه يربط الشبكة الذرية بنظام إحداثيات المصنع.
بدونه، ستفقد الطباعة الحجرية الحديثة والحفر والزرع وهندسة الإجهاد إطارها المرجعي المادي.
السطح المستوي أو الشق الموجود على رقاقة السيليكون ليس قطعة أثرية ميكانيكية — إنه مرساة بلورية.
إنه يضمن أن كل ترانزستور، وكل قناة، وكل طبقة ذرية مبنية في علاقة ثابتة بشبكة السيليكون. في عصر تقترب فيه أبعاد الجهاز من حجم بضع عشرات من الذرات، تصبح هذه الميزة الهندسية الصغيرة واحدة من أكثر الهياكل أهمية في نظام أشباه الموصلات بأكمله.
