تكنولوجيا تحضير السيليكون (Si).

نفوق السيليكون (Si).تكنولوجيا التحضير

ما هو النمو الفوقي؟

· لا تستطيع المواد البلورية المفردة وحدها تلبية احتياجات الإنتاج المتزايد لمختلف أجهزة أشباه الموصلات. وفي نهاية عام 1959، ظهرت طبقة رقيقة منبلورة واحدةتكنولوجيا النمو المادي - تم تطوير النمو الفوقي.

النمو الفوقي هو تنمية طبقة من المواد التي تلبي المتطلبات على ركيزة بلورية واحدة تمت معالجتها بعناية عن طريق القطع والطحن والتلميع في ظل ظروف معينة. نظرًا لأن طبقة المنتج المفردة المزروعة هي امتداد لشبكة الركيزة، فإن طبقة المادة المزروعة تسمى الطبقة الفوقية.

التصنيف حسب خصائص الطبقة الفوقي

·نفوق متجانس: الالطبقة الفوقيةهي نفس مادة الركيزة، والتي تحافظ على اتساق المادة وتساعد على تحقيق هيكل منتج عالي الجودة وخصائص كهربائية.

·نفوق غير متجانس: الالطبقة الفوقيةيختلف عن المادة الأساسية . ومن خلال اختيار الركيزة المناسبة، يمكن تحسين ظروف النمو وتوسيع نطاق تطبيق المادة، ولكن لا بد من التغلب على التحديات الناجمة عن عدم تطابق الشبكة واختلافات التمدد الحراري.

التصنيف حسب موضع الجهاز

الفوق الفوقي: يشير إلى تكوين طبقة الفوقي على مادة الركيزة أثناء نمو البلورة، ويتم تصنيع الجهاز على الطبقة الفوقية.

النفوق العكسي: على عكس النفوق الإيجابي، يتم تصنيع الجهاز مباشرة على الركيزة، بينما يتم تشكيل الطبقة الفوقية على هيكل الجهاز.

اختلافات التطبيق: يعتمد تطبيق الاثنين في تصنيع أشباه الموصلات على خصائص المواد المطلوبة ومتطلبات تصميم الجهاز، وكل منهما مناسب لتدفقات العمليات المختلفة والمتطلبات الفنية.

التصنيف حسب طريقة النمو الفوقي

· النفوق المباشر هو وسيلة لاستخدام التسخين أو القصف الإلكتروني أو المجال الكهربائي الخارجي لجعل ذرات المادة المتنامية تحصل على طاقة كافية، وتهاجر مباشرة وتترسب على سطح الركيزة لإكمال النمو الفوقي، مثل الترسيب الفراغي، والرش، والتسامي، وما إلى ذلك ومع ذلك، فإن هذه الطريقة لها متطلبات صارمة على المعدات. تتميز مقاومة الفيلم وسمكه بقابلية تكرار ضعيفة، لذلك لم يتم استخدامه في إنتاج السيليكون الفوقي.

· النفوق غير المباشر هو استخدام التفاعلات الكيميائية لترسيب ونمو الطبقات الفوقية على سطح الركيزة، وهو ما يسمى على نطاق واسع ترسيب البخار الكيميائي (CVD). ومع ذلك، فإن الغشاء الرقيق الذي يتم إنتاجه بواسطة الأمراض القلبية الوعائية ليس بالضرورة منتجًا واحدًا. لذلك، بالمعنى الدقيق للكلمة، فإن الأمراض القلبية الوعائية التي تنتج فيلمًا واحدًا فقط هي النمو الفوقي. تحتوي هذه الطريقة على معدات بسيطة، كما أن المعلمات المختلفة للطبقة الفوقية أسهل في التحكم ولها قابلية تكرار جيدة. في الوقت الحاضر، يستخدم النمو الفوقي السيليكون بشكل رئيسي هذه الطريقة.

فئات أخرى

· وفقا لطريقة نقل ذرات المواد الفوقي إلى الركيزة، يمكن تقسيمها إلى تنقيح فراغي، تنقيح الطور الغازي، تنقيح الطور السائل (LPE)، إلخ.

· حسب عملية تغير المرحلة يمكن تقسيم النفوق إلىالمرحلة الغازية, المرحلة السائلة، والمرحلة الصلبة الفوقية.

يتم حل المشاكل عن طريق العملية الفوقي

· عندما بدأت تكنولوجيا النمو الفوقي للسيليكون، كان ذلك هو الوقت الذي واجه فيه تصنيع ترانزستورات السيليكون عالية التردد والطاقة العالية صعوبات. من منظور مبدأ الترانزستور، للحصول على تردد عالي وطاقة عالية، يجب أن يكون جهد انهيار المجمع مرتفعًا ويجب أن تكون مقاومة السلسلة صغيرة، أي أن انخفاض جهد التشبع يجب أن يكون صغيرًا. الأول يتطلب أن تكون مقاومة مادة منطقة المجمع عالية، بينما يتطلب الأخير أن تكون مقاومة مادة منطقة المجمع منخفضة، وكلاهما متناقضان. إذا تم تقليل مقاومة السلسلة عن طريق تخفيف سمك مادة منطقة المجمع، فستكون رقاقة السيليكون رقيقة جدًا وهشة بحيث لا يمكن معالجتها. إذا تم تقليل مقاومة المادة، فسوف يتعارض ذلك مع الشرط الأول. لقد نجحت التكنولوجيا الفوقي في حل هذه الصعوبة.

حل:

· تنمية طبقة فوقية ذات مقاومة عالية على ركيزة ذات مقاومة منخفضة للغاية، وتصنيع الجهاز على الطبقة الفوقية. تضمن الطبقة الفوقية عالية المقاومة أن الأنبوب لديه جهد انهيار عالي، في حين أن الركيزة منخفضة المقاومة تقلل من مقاومة الركيزة وانخفاض جهد التشبع، وبالتالي حل التناقض بين الاثنين.

بالإضافة إلى ذلك، تم أيضًا تطوير التقنيات الفوقية مثل تنضيد طور البخار، وتنقيح الطور السائل، وتنقيح الشعاع الجزيئي، وتنضيد طور بخار المركب العضوي المعدني لعائلة 1-V، وعائلة 1-V، ومواد أشباه الموصلات المركبة الأخرى مثل GaAs بشكل كبير. وأصبحت تقنيات عملية لا غنى عنها لتصنيع معظم أجهزة الميكروويف والأجهزة الإلكترونية الضوئية.

على وجه الخصوص، التطبيق الناجح للشعاع الجزيئي وبخار عضوي معدنيلقد وضعت طبقة الطور في الطبقات الرقيقة جدًا، والشبكات الفائقة، والآبار الكمومية، والشبكات الفائقة المتوترة، وطبقة الطبقة الرقيقة على المستوى الذري الأساس لتطوير مجال جديد لأبحاث أشباه الموصلات، "هندسة النطاق".

خصائص النمو الفوقي

(1) يمكن زراعة الطبقات الفوقية ذات المقاومة العالية (المنخفضة) بشكل فوقي على ركائز ذات مقاومة منخفضة (عالية).

(2) يمكن زراعة الطبقات الفوقية N(P) على ركائز P(N) لتكوين وصلات PN مباشرة. لا توجد مشكلة تعويض عند عمل وصلات PN على ركائز مفردة عن طريق الانتشار.

(3) بالاشتراك مع تقنية القناع، يمكن تنفيذ النمو الفوقي الانتقائي في مناطق محددة، مما يخلق الظروف الملائمة لإنتاج دوائر وأجهزة متكاملة ذات هياكل خاصة.

(4) يمكن تغيير نوع وتركيز المنشطات حسب الحاجة أثناء النمو الفوقي. يمكن أن يكون تغيير التركيز مفاجئًا أو تدريجيًا.

(5) يمكن زراعة طبقات رقيقة جدًا من المركبات غير المتجانسة، ومتعددة الطبقات، ومتعددة المكونات ذات المكونات المتغيرة.

(6) يمكن إجراء النمو الفوقي عند درجة حرارة أقل من نقطة انصهار المادة. يمكن التحكم في معدل النمو، ويمكن تحقيق النمو الفوقي لسمك المقياس الذري.

متطلبات النمو الفوقي

(1) يجب أن يكون السطح مسطحًا ومشرقًا، بدون عيوب سطحية مثل البقع المضيئة والحفر وبقع الضباب وخطوط الانزلاق

(2) سلامة كريستال جيدة، خلع منخفض وكثافة خطأ التراص. لنتاج السيليكونيجب أن تكون كثافة الخلع أقل من 1000/سم2، ويجب أن تكون كثافة خطأ التراص أقل من 10/سم2، ويجب أن يظل السطح لامعًا بعد تآكله بمحلول الحفر بحمض الكروميك.

(3) يجب أن يكون تركيز الشوائب الخلفية للطبقة الفوقي منخفضًا ويجب أن تكون هناك حاجة إلى تعويض أقل. يجب أن تكون نقاء المواد الخام عالية، ويجب أن يكون النظام محكم الغلق، ويجب أن تكون البيئة نظيفة، ويجب أن تكون العملية صارمة لتجنب دمج الشوائب الأجنبية في الطبقة الفوقي.

(4) بالنسبة للطبقة الفوقية غير المتجانسة، يجب أن يتغير تكوين الطبقة الفوقي والركيزة فجأة (باستثناء متطلبات التغيير البطيء للتركيبة) ويجب تقليل الانتشار المتبادل للتركيبة بين الطبقة الفوقية والركيزة.

(5) يجب التحكم بشكل صارم في تركيز المنشطات وتوزيعه بالتساوي بحيث تتمتع الطبقة الفوقية بمقاومة موحدة تلبي المتطلبات. ويشترط أن تكون المقاومةرقائق الفوقيالمزروعة في أفران مختلفة في نفس الفرن يجب أن تكون متسقة.

(6) يجب أن يفي سمك الطبقة الفوقية بالمتطلبات، مع تجانس جيد وقابلية تكرار.

(7) بعد النمو الفوقي على الركيزة بطبقة مدفونة، يكون تشوه نمط الطبقة المدفونة صغيرًا جدًا.

(8) يجب أن يكون قطر الرقاقة الفوقي كبيرًا قدر الإمكان لتسهيل الإنتاج الضخم للأجهزة وخفض التكاليف.

(9) الاستقرار الحراري للالطبقات الفوقي المركبة لأشباه الموصلاتوالتنافر المتغاير جيد.