กระบวนการออกซิเดชั่น

ขั้นตอนพื้นฐานที่สุดของกระบวนการทั้งหมดคือกระบวนการออกซิเดชัน กระบวนการออกซิเดชันคือการใส่เวเฟอร์ซิลิคอนในบรรยากาศของสารออกซิแดนท์ เช่น ออกซิเจนหรือไอน้ำ สำหรับการบำบัดความร้อนที่อุณหภูมิสูง (800~1200°C) และเกิดปฏิกิริยาทางเคมีเกิดขึ้นบนพื้นผิวของเวเฟอร์ซิลิคอนเพื่อสร้างฟิล์มออกไซด์ (ฟิล์ม SiO2)

ฟิล์ม SiO2 ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในกระบวนการผลิตเซมิคอนดักเตอร์เนื่องจากมีความแข็งสูง จุดหลอมเหลวสูง มีความเสถียรทางเคมีที่ดี มีฉนวนที่ดี ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนเล็กน้อย และความเป็นไปได้ของกระบวนการ

บทบาทของซิลิคอนออกไซด์:

1. การป้องกันและการแยกอุปกรณ์การสร้างทู่พื้นผิว SiO2 มีคุณลักษณะด้านความแข็งและความหนาแน่นที่ดี ซึ่งสามารถปกป้องแผ่นเวเฟอร์ซิลิคอนจากรอยขีดข่วนและความเสียหายในระหว่างกระบวนการผลิตได้

2. อิเล็กทริกเกตออกไซด์ SiO2 มีความเป็นฉนวนสูงและมีความต้านทานไฟฟ้าสูง มีความเสถียรดี และสามารถใช้เป็นวัสดุอิเล็กทริกสำหรับโครงสร้างเกทออกไซด์ของเทคโนโลยี MOS

3. อุปสรรคการเติมยาสลบ SiO2 สามารถใช้เป็นชั้นกั้นหน้ากากในกระบวนการแพร่กระจาย การฝังไอออน และการกัดกรด

4.ชั้นแผ่นออกไซด์ ลดความเครียดระหว่างซิลิคอนไนไตรด์กับซิลิคอน

5. ชั้นบัฟเฟอร์การฉีด ลดความเสียหายจากการฝังไอออนและผลกระทบจากการแชนเนล

6. อิเล็กทริกระหว่างชั้น ใช้สำหรับฉนวนระหว่างชั้นโลหะนำไฟฟ้า (สร้างโดยวิธี CVD)

การจำแนกประเภทและหลักการของการเกิดออกซิเดชันจากความร้อน:

ตามก๊าซที่ใช้ในปฏิกิริยาออกซิเดชัน การออกซิเดชันความร้อนสามารถแบ่งออกเป็นออกซิเดชันแห้งและออกซิเดชันเปียก

ออกซิเดชันของออกซิเจนแห้ง: Si+O2-->SiO2

ออกซิเดชันของออกซิเจนเปียก: Si+ H2O + O2-->SiO2 + H2

ออกซิเดชันของไอน้ำ (ออกซิเจนเปียก): Si + H2O -> SiO2 + H2

ออกซิเดชันแบบแห้งใช้เฉพาะออกซิเจนบริสุทธิ์ (O2) ดังนั้นอัตราการเติบโตของฟิล์มออกไซด์จึงช้า ส่วนใหญ่จะใช้เพื่อสร้างฟิล์มบางและสามารถสร้างออกไซด์ที่มีค่าการนำไฟฟ้าได้ดี ออกซิเดชันแบบเปียกใช้ทั้งออกซิเจน (O2) และไอน้ำที่ละลายน้ำได้สูง (H2O) ดังนั้นฟิล์มออกไซด์จะเติบโตอย่างรวดเร็วและเกิดเป็นฟิล์มที่หนาขึ้น อย่างไรก็ตาม เมื่อเปรียบเทียบกับออกซิเดชันแบบแห้ง ความหนาแน่นของชั้นออกไซด์ที่เกิดจากออกซิเดชันแบบเปียกนั้นต่ำ โดยทั่วไปที่อุณหภูมิและเวลาเดียวกัน ฟิล์มออกไซด์ที่ได้จากการออกซิเดชั่นแบบเปียกจะมีความหนามากกว่าฟิล์มออกไซด์ที่ได้จากการออกซิเดชั่นแบบแห้งประมาณ 5 ถึง 10 เท่า