تصنيع الرقائق: ترسيب الطبقة الذرية (ALD)

في صناعة تصنيع أشباه الموصلات، مع استمرار تقلص حجم الجهاز، شكلت تكنولوجيا ترسيب المواد الرقيقة تحديات غير مسبوقة. أصبح ترسيب الطبقة الذرية (ALD)، باعتبارها تقنية ترسيب الأغشية الرقيقة التي يمكنها تحقيق التحكم الدقيق على المستوى الذري، جزءًا لا غنى عنه في تصنيع أشباه الموصلات. تهدف هذه المقالة إلى تقديم تدفق العملية ومبادئ ALD للمساعدة في فهم دورها المهم فيتصنيع الرقائق المتقدمة.

1. شرح مفصل للألدتدفق العملية

تتبع عملية ALD تسلسلًا صارمًا لضمان إضافة طبقة ذرية واحدة فقط في كل مرة ترسيب، وبالتالي تحقيق تحكم دقيق في سمك الفيلم. الخطوات الأساسية هي كما يلي:

نبض السلائف:ألدتبدأ العملية بإدخال المادة الأولية الأولى إلى غرفة التفاعل. هذا المنتج عبارة عن غاز أو بخار يحتوي على العناصر الكيميائية لمادة الترسيب المستهدفة والتي يمكن أن تتفاعل مع مواقع نشطة محددة علىرقاقةسطح. يتم امتصاص جزيئات السلائف على سطح الرقاقة لتكوين طبقة جزيئية مشبعة.

تطهير الغاز الخامل: بعد ذلك، يتم إدخال غاز خامل (مثل النيتروجين أو الأرجون) للتطهير لإزالة السلائف والمنتجات الثانوية غير المتفاعلة، مما يضمن أن سطح الرقاقة نظيف وجاهز للتفاعل التالي.

نبضة السلائف الثانية: بعد اكتمال عملية التطهير، يتم إدخال المادة الأولية الثانية للتفاعل كيميائيًا مع المادة الأولية الممتزة في الخطوة الأولى لتوليد الرواسب المطلوبة. عادةً ما يكون هذا التفاعل محددًا ذاتيًا، أي أنه بمجرد احتلال جميع المواقع النشطة بواسطة المادة الأولية الأولى، لن تحدث تفاعلات جديدة بعد ذلك.

تطهير الغاز الخامل مرة أخرى: بعد اكتمال التفاعل، يتم تطهير الغاز الخامل مرة أخرى لإزالة المواد المتفاعلة والمنتجات الثانوية المتبقية، واستعادة السطح إلى حالة نظيفة والتحضير للدورة التالية.

تشكل هذه السلسلة من الخطوات دورة ALD كاملة، وفي كل مرة تكتمل الدورة، تتم إضافة طبقة ذرية إلى سطح الرقاقة. من خلال التحكم الدقيق في عدد الدورات، يمكن تحقيق سمك الفيلم المطلوب.

(ALD خطوة دورة واحدة)

2. تحليل مبدأ العملية

إن رد الفعل المحدود ذاتيًا لـ ALD هو مبدأه الأساسي. في كل دورة، لا يمكن للجزيئات الأولية أن تتفاعل إلا مع المواقع النشطة على السطح. بمجرد شغل هذه المواقع بالكامل، لا يمكن امتصاص الجزيئات الأولية اللاحقة، مما يضمن إضافة طبقة واحدة فقط من الذرات أو الجزيئات في كل جولة من الترسيب. هذه الميزة تجعل ALD يتمتع بدرجة عالية من التوحيد والدقة عند ترسيب الأغشية الرقيقة. كما هو موضح في الشكل أدناه، يمكنه الحفاظ على تغطية جيدة للخطوات حتى في الهياكل المعقدة ثلاثية الأبعاد.

3. تطبيق ALD في تصنيع أشباه الموصلات

يُستخدم ALD على نطاق واسع في صناعة أشباه الموصلات، بما في ذلك على سبيل المثال لا الحصر:

ترسيب المواد عالي الجودة: يستخدم لطبقة عزل البوابة لترانزستورات الجيل الجديد لتحسين أداء الجهاز.

ترسيب البوابة المعدنية: مثل نيتريد التيتانيوم (TiN) ونيتريد التنتالوم (TaN)، وتستخدم لتحسين سرعة وكفاءة التحويل للترانزستورات.

طبقة حاجز التوصيل البيني: تمنع انتشار المعادن وتحافظ على استقرار الدائرة وموثوقيتها.

تعبئة الهيكل ثلاثي الأبعاد: مثل ملء القنوات في هياكل FinFET لتحقيق تكامل أعلى.

أحدث ترسيب الطبقة الذرية (ALD) تغييرات ثورية في صناعة تصنيع أشباه الموصلات بفضل دقتها وتوحيدها غير العاديين. من خلال إتقان عملية ومبادئ ALD، يستطيع المهندسون بناء أجهزة إلكترونية ذات أداء ممتاز على مقياس النانو، مما يعزز التقدم المستمر لتكنولوجيا المعلومات. مع استمرار تطور التكنولوجيا، ستلعب ALD دورًا أكثر أهمية في مجال أشباه الموصلات في المستقبل.