ความรู้เบื้องต้นเกี่ยวกับกระบวนการออกซิเดชั่นสามประเภท

กระบวนการออกซิเดชันหมายถึงกระบวนการให้สารออกซิไดซ์ (เช่น ออกซิเจน ไอน้ำ) และพลังงานความร้อนบนซิลิคอนเวเฟอร์ทำให้เกิดปฏิกิริยาทางเคมีระหว่างซิลิคอนกับสารออกซิแดนท์เพื่อสร้างฟิล์มป้องกันซิลิคอนไดออกไซด์ (SiO₂)

กระบวนการออกซิเดชั่นสามประเภท

1.ออกซิเดชันแห้ง:

ในกระบวนการออกซิเดชันแบบแห้ง เวเฟอร์จะต้องอยู่ภายใต้สภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสูง ซึ่งเสริมด้วย O₂ บริสุทธิ์สำหรับออกซิเดชัน ออกซิเดชันแบบแห้งดำเนินไปอย่างช้าๆ เนื่องจากโมเลกุลออกซิเจนหนักกว่าโมเลกุลของน้ำ อย่างไรก็ตาม มีข้อได้เปรียบสำหรับการผลิตชั้นออกไซด์บางและมีคุณภาพสูง เนื่องจากอัตราที่ช้ากว่านี้ทำให้สามารถควบคุมความหนาของฟิล์มได้แม่นยำยิ่งขึ้น กระบวนการนี้สามารถผลิตฟิล์ม SiO₂ ความหนาแน่นสูงที่เป็นเนื้อเดียวกัน โดยไม่ก่อให้เกิดผลพลอยได้ที่ไม่พึงประสงค์ เช่น ไฮโดรเจน เหมาะสำหรับการผลิตชั้นออกไซด์บางๆ ในอุปกรณ์ที่ต้องการการควบคุมความหนาและคุณภาพของออกไซด์อย่างแม่นยำ เช่น เกตออกไซด์ของ MOSFET

2.ออกซิเดชันเปียก:

ออกซิเดชันแบบเปียกทำงานโดยการเปิดเผยเวเฟอร์ซิลิคอนกับไอน้ำที่มีอุณหภูมิสูง ซึ่งกระตุ้นให้เกิดปฏิกิริยาทางเคมีระหว่างซิลิคอนกับไอเพื่อสร้างซิลิคอนไดออกไซด์ (SiO₂) กระบวนการนี้สร้างชั้นออกไซด์ที่มีความสม่ำเสมอและความหนาแน่นต่ำ และก่อให้เกิดผลพลอยได้ที่ไม่พึงประสงค์ เช่น H₂ ซึ่งโดยทั่วไปจะไม่ใช้ในกระบวนการหลัก เนื่องจากอัตราการเติบโตของฟิล์มออกไซด์เร็วกว่าเนื่องจากปฏิกิริยาของไอน้ำสูงกว่าออกซิเจนบริสุทธิ์ ดังนั้นการออกซิเดชันแบบเปียกจึงไม่ถูกนำมาใช้ในกระบวนการผลิตหลักของการผลิตเซมิคอนดักเตอร์

3.ออกซิเดชันจากราก:  

ในกระบวนการออกซิเดชันขั้นรุนแรง แผ่นเวเฟอร์ซิลิคอนจะถูกให้ความร้อนที่อุณหภูมิสูง ซึ่ง ณ จุดนี้อะตอมของออกซิเจนและโมเลกุลไฮโดรเจนจะรวมตัวกันเพื่อสร้างก๊าซอนุมูลอิสระที่มีฤทธิ์สูง ก๊าซเหล่านี้ทำปฏิกิริยากับเวเฟอร์ซิลิคอนเพื่อสร้างฟิล์ม SiO₂

ข้อได้เปรียบที่โดดเด่นคือมีปฏิกิริยาสูง โดยสามารถสร้างฟิล์มที่สม่ำเสมอในพื้นที่ที่เข้าถึงยาก (เช่น มุมโค้งมน) และบนวัสดุที่มีปฏิกิริยาต่ำ (เช่น ซิลิคอนไนไตรด์) ทำให้เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการผลิตโครงสร้างที่ซับซ้อน เช่น เซมิคอนดักเตอร์ 3 มิติที่ต้องการฟิล์มออกไซด์คุณภาพสูงที่มีความสม่ำเสมอสูง