ออกซิเดชันในการประมวลผลเซมิคอนดักเตอร์

ในการผลิตเซมิคอนดักเตอร์ สารเคมีที่เกิดปฏิกิริยาสูงหลายชนิดมีส่วนร่วมในกระบวนการต่างๆ ปฏิกิริยาระหว่างสารเหล่านี้อาจทำให้เกิดปัญหาต่างๆ เช่น ไฟฟ้าลัดวงจร โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อสารเหล่านี้สัมผัสกัน กระบวนการออกซิเดชันมีบทบาทสำคัญในการป้องกันปัญหาดังกล่าวโดยการสร้างชั้นป้องกันบนแผ่นเวเฟอร์หรือที่เรียกว่าชั้นออกไซด์ ซึ่งทำหน้าที่เป็นตัวกั้นระหว่างสารเคมีต่างๆ

เป้าหมายหลักประการหนึ่งของการเกิดออกซิเดชันคือการสร้างชั้นซิลิคอนไดออกไซด์ (SiO2) บนพื้นผิวของแผ่นเวเฟอร์ ชั้น SiO2 นี้หรือที่เรียกกันว่าฟิล์มแก้ว มีความเสถียรสูงและทนทานต่อการซึมผ่านของสารเคมีอื่นๆ นอกจากนี้ยังป้องกันการไหลของกระแสไฟฟ้าระหว่างวงจรทำให้มั่นใจได้ว่าอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ทำงานได้อย่างถูกต้อง ตัวอย่างเช่น ใน MOSFET (ทรานซิสเตอร์เอฟเฟกต์สนามของโลหะ-ออกไซด์-เซมิคอนดักเตอร์) เกตและช่องกระแสไฟฟ้าจะถูกแยกออกโดยชั้นออกไซด์บาง ๆ ที่เรียกว่าเกตออกไซด์ ชั้นออกไซด์นี้จำเป็นสำหรับการควบคุมการไหลของกระแสโดยไม่ต้องสัมผัสโดยตรงระหว่างเกตและช่อง

ลำดับกระบวนการเซมิคอนดักเตอร์

ประเภทของกระบวนการออกซิเดชั่น

ออกซิเดชันแบบเปียก

ออกซิเดชันแบบเปียกเกี่ยวข้องกับการทำให้แผ่นเวเฟอร์สัมผัสกับไอน้ำอุณหภูมิสูง (H2O) วิธีการนี้มีคุณลักษณะพิเศษคืออัตราการออกซิเดชันที่รวดเร็ว ทำให้เหมาะสำหรับการใช้งานที่ต้องการชั้นออกไซด์ที่หนาขึ้นในเวลาอันสั้น การมีอยู่ของโมเลกุลของน้ำช่วยให้ออกซิเดชันได้เร็วขึ้นเนื่องจาก H2O มีมวลโมเลกุลเล็กกว่าก๊าซอื่น ๆ ที่ใช้กันทั่วไปในกระบวนการออกซิเดชั่น

อย่างไรก็ตาม แม้ว่าการออกซิเดชันแบบเปียกจะเกิดขึ้นอย่างรวดเร็ว แต่ก็มีข้อจำกัด ชั้นออกไซด์ที่เกิดจากออกซิเดชันแบบเปียกมีแนวโน้มที่จะมีความสม่ำเสมอและความหนาแน่นต่ำกว่าเมื่อเทียบกับวิธีอื่นๆ นอกจากนี้ กระบวนการนี้ยังสร้างผลพลอยได้ เช่น ไฮโดรเจน (H2) ซึ่งบางครั้งอาจรบกวนขั้นตอนถัดไปในกระบวนการผลิตเซมิคอนดักเตอร์ แม้จะมีข้อบกพร่องเหล่านี้ แต่การออกซิเดชันแบบเปียกยังคงเป็นวิธีการที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในการผลิตชั้นออกไซด์ที่หนาขึ้น

ออกซิเดชันแบบแห้ง

ออกซิเดชันแบบแห้งใช้ออกซิเจนอุณหภูมิสูง (O2) ซึ่งมักรวมกับไนโตรเจน (N2) เพื่อสร้างชั้นออกไซด์ อัตราการเกิดออกซิเดชันในกระบวนการนี้จะช้ากว่าเมื่อเปรียบเทียบกับออกซิเดชันแบบเปียกเนื่องจากมีมวลโมเลกุลของ O2 สูงกว่าเมื่อเปรียบเทียบกับ H2O อย่างไรก็ตาม ชั้นออกไซด์ที่เกิดจากออกซิเดชันแบบแห้งมีความสม่ำเสมอและหนาแน่นกว่า ซึ่งทำให้เหมาะสำหรับการใช้งานที่ต้องการชั้นออกไซด์ที่บางกว่าแต่คุณภาพสูงกว่า

ข้อได้เปรียบที่สำคัญของการเกิดออกซิเดชันแบบแห้งคือการไม่มีผลพลอยได้ เช่น ไฮโดรเจน ทำให้มั่นใจได้ว่ากระบวนการจะสะอาดขึ้นซึ่งมีโอกาสน้อยที่จะรบกวนขั้นตอนอื่นๆ ของการผลิตเซมิคอนดักเตอร์ วิธีนี้เหมาะอย่างยิ่งสำหรับชั้นออกไซด์บางๆ ที่ใช้ในอุปกรณ์ที่ต้องการการควบคุมความหนาและคุณภาพของออกไซด์อย่างแม่นยำ เช่น ในเกทออกไซด์สำหรับ MOSFET

ออกซิเดชันจากอนุมูลอิสระ

วิธีการออกซิเดชันของอนุมูลอิสระใช้โมเลกุลของออกซิเจนอุณหภูมิสูง (O2) และไฮโดรเจน (H2) เพื่อสร้างสภาพแวดล้อมทางเคมีที่มีปฏิกิริยาสูง กระบวนการนี้ทำงานที่อัตราการออกซิเดชันที่ช้ากว่า แต่ชั้นออกไซด์ที่ได้จะมีความสม่ำเสมอและความหนาแน่นเป็นพิเศษ อุณหภูมิสูงที่เกี่ยวข้องในกระบวนการนี้นำไปสู่การก่อตัวของอนุมูลอิสระ ซึ่งเป็นสายพันธุ์เคมีที่มีปฏิกิริยาสูง ซึ่งเอื้อต่อการเกิดออกซิเดชัน

ประโยชน์หลักประการหนึ่งของการเกิดออกซิเดชันจากอนุมูลอิสระคือความสามารถในการออกซิไดซ์ไม่เพียงแต่ซิลิคอนเท่านั้น แต่ยังรวมไปถึงวัสดุอื่นๆ เช่น ซิลิคอนไนไตรด์ (Si3N4) ซึ่งมักใช้เป็นชั้นป้องกันเพิ่มเติมในอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ การออกซิเดชันของอนุมูลอิสระยังมีประสิทธิภาพสูงในการออกซิไดซ์ (100) เวเฟอร์ซิลิคอน ซึ่งมีการจัดเรียงอะตอมที่หนาแน่นกว่าเมื่อเปรียบเทียบกับเวเฟอร์ซิลิคอนประเภทอื่น

การรวมกันของปฏิกิริยาที่สูงและสภาวะออกซิเดชันที่ควบคุมในการเกิดออกซิเดชันของอนุมูลอิสระส่งผลให้ชั้นออกไซด์มีความเหนือกว่าทั้งในแง่ของความสม่ำเสมอและความหนาแน่น ทำให้เป็นตัวเลือกที่ยอดเยี่ยมสำหรับการใช้งานที่ต้องการชั้นออกไซด์ที่เชื่อถือได้และทนทานสูง โดยเฉพาะอย่างยิ่งในอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ขั้นสูง

---

Semicorex นำเสนอคุณภาพสูงชิ้นส่วนซีซีสำหรับกระบวนการแพร่กระจาย หากคุณมีข้อสงสัยหรือต้องการรายละเอียดเพิ่มเติม โปรดอย่าลังเลที่จะติดต่อเรา

โทรศัพท์ติดต่อ # +86-13567891907

อีเมล์: sales@semicorex.com