تطبيق الأوزون في عملية الترسيب الكيميائي للبخار لأشباه الموصلات

2025/07/29 10:10

الترسيب الكيميائي للبخار هو أحد أكثر التقنيات استخدامًا في صناعة أشباه الموصلات لترسيب مواد مختلفة

بما في ذلك مواد العزل، ومعظم المواد المعدنية، ومواد السبائك المعدنية.

باختصار، إنها عملية إدخال مادتين خام غازيتين أو أكثر إلى غرفة التفاعل، حيث يحدث تفاعل كيميائي لترسيب مادة جديدة على سطح البلورة.

لكن في الواقع، التفاعلات التي تحدث في حجرة التفاعل معقدة للغاية ومحدودة بظروف مختلفة، مثل معدل تدفق الغاز، ونسبته، والضغط، ودرجة الحرارة، والمسافة بين الكاثود والأنود، أو وجود مصادر طاقة إضافية مثل طاقة البلازما وجهد الانحياز.

يتم تصنيف تقنية CVD حسب نوع التفاعل أو الضغط، بما في ذلك CVD منخفض الضغط (LPCVD)، CVD للضغط الجوي (APCVD)، CVD تحت الضغط الجوي (SACVD)، CVD عالي الفراغ للغاية (UHCVD)، CVD المعزز بالبلازما (PECVD)، CVD البلازما عالية الكثافة (HDPCVD)، و CVD الحراري السريع (RTCVD)، CVD الفرصة المعدنية (MOCVD)، إلخ.

الأوزون، بسبب قدرته القوية على الأكسدة، يستخدم غالبًا لتوفير الأكسجين كأحد المواد المتفاعلة، والذي يتحد مع مواد كيميائية مختلفة لتكوين ترسب زجاجي

TEOS+O3→SiO2 USG، زجاج السيليكون غير المشوب

TEPO+TEOS+O3 → زجاج مُشبّع بالفوسفور PSG

TEB+TEPO+TEOS+O3 → زجاج بوروفوسفات BPSG

يمكن أيضًا استبدال TEB وTEPO بـ TMB TMP، وكلاهما عبارة عن دهون عضوية تعتمد على السيليكون وتحتوي على البورون أو الفوسفور

كما تستخدم بعض المصانع خصائصه المؤكسدة لتحقيق عمليات المعالجة الرطبة من خلال الخزانات الحمضية (Wet Bench)، ولكن تم استبداله هذا العام ببيروكسيد الهيدروجين بسبب ثباته وتعقيد نظام التحكم.

بأخذ نظام SACVD كمثال، يتم استخدام الضغط الجوي CVD (SACVD) في التفاعلات الكيميائية. يصل الضغط في غرفة التفاعل في كثير من الأحيان إلى 200 Torr أو حتى أعلى من 600 Torr، لذلك يطلق عليه اسم الضغط الجوي الفرعي CVD(ترسيب البخار الكيميائي تحت الغلاف الجوي).

يتم تشكيله عن طريق تفاعل رباعي إيثيل أورثوسيليكات (TEOS) والأوزون المطبق مباشرة عند درجة حرارة معينة (عادة 400 درجة مئوية أو 480 درجة مئوية) وضغط (عادة 450 تور أو 200 تور)

TEOS هو سائل في درجة حرارة الغرفة ويتطلب حاملًا مثل غاز الهيليوم ليتم دفعه إلى جهاز تحويل سائل إلى غاز محدد (مثل صمام الحقن أو خزان الفقاعات) عند ضغط منخفض وتسخينه إلى حوالي 110 درجة مئوية، ثم يمر عبر مقياس تدفق سائل دقيق/وحدة تحكم في تدفق الكتلة إلى غرفة التفاعل.

يتم قياس الأكسجين عالي النقاء الذي يوفره نظام إدارة المصنع بواسطة وحدة MFC، ثم يُمرر إلى مولد الأوزون. تؤثر نسبة إضافة كمية صغيرة من غاز النيتروجين بشكل مباشر على عملية التفاعل الكيميائي في غرفة التفاعل، لذا يُعد تركيز الأوزون أمرًا بالغ الأهمية. ونظرًا لعدم استقرار الأوزون (حيث يمكن لذرات الأكسجين أن تنفصل وتتحد مجددًا لتكوين جزيئات أكسجين في أي وقت)، يجب أن يحافظ مولد الأوزون على حالة عمل مستقرة للحصول على تركيز ثابت من خليط الأوزون. يجب التحكم بدقة في ضغط مدخل ومخرج الغاز، وكذلك درجة حرارة المولد. على سبيل المثال، لتطبيق تحكم دقيق في درجة الحرارة، يلزم وجود مبرد للتحكم في عملية التبادل الحراري في غرفة المولد.

عادةً ما يكون الأوزون المُولَّد بواسطة مُولِّد الأوزون حوالي ١٣٪ في مُخالِط O2/O3. ولضمان المراقبة المباشرة، تم استخدام أجهزة كشف الأوزون.

من خلال استخدام أنبوب تحويل عند مخرج مولد الأوزون وأخذ العينات من خلال مطياف مع نافذة كوارتز، يمكن الحصول على طيف محدد عن طريق نقل الأشعة فوق البنفسجية ذات الطول الموجي المحدد عبر الغاز، وبالتالي التحقق من محتوى كتلة الأوزون في الغاز.

في وضع الاستعداد، يدخل خليط الأوزون باستمرار إلى صمام التجاوز، ثم يندمج مع غاز التجاوز الذي يستخدمه كاشف الأوزون عبر الإنترنت. يمر التدفق عبر جهاز تحلل غاز الذيل، مدمر الأوزون (جهاز ترشيح على شكل قرص العسل يحتوي على ثاني أكسيد المنغنيز)، لتعزيز تحلل الأوزون إلى أكسجين، والذي يُصرف في خط أنابيب عادم العملية العامة.

عندما يكون الأوزون ضروريًا لتفاعل العملية، يُتحكم في صمام التجاوز (صمام الغواص) بواسطة صمام كهرومغناطيسي للتبديل إلى الجانب المؤدي إلى حجرة التفاعل، مما يُوجه الخلاط للمشاركة في التفاعل. يمر الغاز المتبقي من التفاعل عبر مضخة تفريغ العملية مع نواتج التفاعل الثانوية الأخرى، ثم يُعالج بواسطة برج الغسل المركزي لإزالة الغازات المتخلفة.

لضمان كفاءة معالجة جهاز فصل غاز العادم 03، يُمكن تركيب كاشف تركيز منخفض من الأوزون المتبقي عبر الإنترنت. تستخدم طريقة امتصاص الأشعة فوق البنفسجية الشائعة (قانون بيلومبو) ضوءًا فوق بنفسجيًا ذا طول موجي مميز لإشعاع الغاز المكتشف، وتُحوَّل الإشارة المُستحصلة وتُقارن لضمان سلامة غاز العادم المنبعث إلى العادم العام.