مقدمه ای بر سه نوع فرآیند اکسیداسیون

فرآیند اکسیداسیون به فرآیند تامین اکسیدان (مانند اکسیژن، بخار آب) و انرژی حرارتی بر روی سیلیکون اشاره دارد.ویفر، باعث ایجاد یک واکنش شیمیایی بین سیلیکون و اکسیدان ها می شود تا یک فیلم دی اکسید سیلیکون محافظ (SiO2) تشکیل شود.

سه نوع فرآیند اکسیداسیون

1. اکسیداسیون خشک:

در فرآیند اکسیداسیون خشک، ویفرها برای اکسیداسیون در معرض محیطی با دمای بالا غنی شده با O2 خالص قرار می گیرند. اکسیداسیون خشک به کندی پیش می رود زیرا مولکول های اکسیژن سنگین تر از مولکول های آب هستند. با این حال، برای تولید لایه‌های اکسیدی نازک و با کیفیت بالا سودمند است، زیرا این سرعت کندتر کنترل دقیق‌تری بر ضخامت فیلم را امکان‌پذیر می‌سازد. این فرآیند می تواند یک فیلم SiO2 همگن و با چگالی بالا بدون تولید محصولات جانبی نامطلوب مانند هیدروژن تولید کند. برای تولید لایه های نازک اکسیدی در دستگاه هایی که نیاز به کنترل دقیق ضخامت و کیفیت اکسید دارند مانند اکسیدهای گیت ماسفت مناسب است.

2. اکسیداسیون مرطوب:

اکسیداسیون مرطوب با قرار دادن ویفرهای سیلیکونی در معرض بخار آب با دمای بالا عمل می کند که باعث ایجاد یک واکنش شیمیایی بین سیلیکون و بخار برای تشکیل دی اکسید سیلیکون (SiO2) می شود. این فرآیند لایه‌های اکسیدی با یکنواختی و چگالی کم تولید می‌کند و محصولات جانبی نامطلوبی مانند H2 تولید می‌کند که معمولاً در فرآیند هسته استفاده نمی‌شوند. این به این دلیل است که سرعت رشد فیلم اکسید سریعتر است زیرا واکنش پذیری بخار آب بیشتر از اکسیژن خالص است. بنابراین، اکسیداسیون مرطوب معمولاً در فرآیندهای اصلی ساخت نیمه هادی ها استفاده نمی شود.

3. اکسیداسیون رادیکال:  

در فرآیند اکسیداسیون رادیکال، ویفر سیلیکونی تا دمای بالایی گرم می‌شود، در این مرحله اتم‌های اکسیژن و مولکول‌های هیدروژن ترکیب می‌شوند و گازهای رادیکال آزاد بسیار فعال را تشکیل می‌دهند. این گازها با ویفر سیلیکونی واکنش داده و یک فیلم SiO2 تشکیل می دهند.

مزیت برجسته آن واکنش پذیری بالا است: می تواند لایه های یکنواختی را در مناطقی که دسترسی به آنها سخت است (به عنوان مثال گوشه های گرد) و روی مواد کم واکنش (مانند نیترید سیلیکون) تشکیل دهد. این باعث می شود که آن را برای ساخت ساختارهای پیچیده مانند نیمه هادی های سه بعدی که به فیلم های اکسیدی بسیار یکنواخت و با کیفیت بالا نیاز دارند، مناسب باشد.