انواع اصلی اکسیداسیون حرارتی

در ساخت دستگاه های نیمه هادی سطح بالا، فیلم های SiO2 معمولاً از طریق فرآیندهای اکسیداسیون برای عملیات سطح زیرلایه تشکیل می شوند و کاربردهای رایج آن ها شامل لایه های سد ناخالصی، لایه های عایق سطحی، لایه های اکسید دروازه، اکسیدهای میدان و اکسیدهای قربانی است. همانطور که فرآیندهای هسته در ساخت ویفر، بر اساس جو اکسیداسیون، اکسیداسیون حرارتی به اکسیداسیون خشک، اکسیداسیون اکسیژن مرطوب و اکسیداسیون بخار طبقه بندی می شود.

اکسیداسیون خشک

اکسیداسیون خشک با وارد کردن اکسیژن خالص و خشک به محفظه واکنش انجام می شود. در دماهای بالا، مولکول‌های اکسیژن با اتم‌های سیلیکون روی سطح ویفر واکنش می‌دهند تا یک لایه اولیه SiO2 تشکیل دهند و تماس مستقیم بین مولکول‌های اکسیژن و سطح سیلیکون را مسدود کنند. در فرآیند اکسیداسیون بعدی، مولکول های اکسیژن باید از طریق لایه SiO2 موجود پخش شوند تا برای واکنش بیشتر به رابط Si/SiO2 برسند. به همین دلیل، رابط Si/SiO2 به طور مداوم در حال تغییر است، که منجر به SiO2 ناقص بین لایه اکسید نهایی و بستر می شود، که بیشتر منجر به تشکیل حالت های رابط می شود. لایه SiO2 تشکیل شده توسط اکسیداسیون خشک دارای ساختار متراکم، یکنواختی برتر و تکرارپذیری فرآیند عالی است. آنها به طور محکم با نور مقاوم غیرقطبی پیوند می خورند، از لایه برداری مقاوم به نور جلوگیری می کنند و وضوح لیتوگرافی عالی را تضمین می کنند، و آنها را بهترین انتخاب برای لایه های اکسیدی در تماس با نور مقاوم می کند.

اکسیداسیون دوپ شده با کلر یک نوع اکسیداسیون خشک است. در طول فرآیند، مقدار کمی از ترکیبات گازی حاوی کلر مانند گاز کلر، کلرید هیدروژن، تری کلرواتیلن یا تری کلرواتان به اکسیژن خشک اضافه می شود. کلر در لایه اکسیدی ترکیب می شود و در نزدیکی رابط SiO2/Si تجمع می یابد. یون های متحرک (مانند یون سدیم) را به دام می اندازد و آنها را غیرفعال می کند. در همین حال، کلر کمپلکس های Cl-Si-O را در سطح مشترک تشکیل می دهد که بارهای مشترک را خنثی می کند و جای خالی اکسیژن را پر می کند. این امر چگالی حالت رابط را کاهش می دهد و نقص در فیلم SiO2 را به حداقل می رساند. در دماهای بالا، کلر با ناخالصی‌های انباشته شده در کوره‌های اکسیداسیون طولانی مدت واکنش نشان می‌دهد تا ترکیبات فراری را تشکیل دهد که از محفظه خارج می‌شوند. بنابراین اکسیداسیون دوپ شده با کلر ناخالصی های موجود در سیلیکون را کاهش می دهد، مراکز نوترکیب را کاهش می دهد و طول عمر حامل های اقلیت را افزایش می دهد.

اکسیداسیون بخار

اکسیداسیون بخار از بخار آب در داخل محفظه واکنش استفاده می کند. بخار آب از آب یونیزه شده با خلوص بالا یا واکنش احتراق هیدروژن و گاز اکسیژن تولید می شود. در دماهای بالا، بخار آب با سیلیکون روی سطح ویفر واکنش داده و لایه اولیه SiO2 را تشکیل می دهد. مولکول های آب ابتدا با سطح SiO2 واکنش داده و گروه های سیلانول (Si-OH) را تشکیل می دهند. این گروه ها از طریق لایه اکسید به سطح مشترک SiO2/Si منتشر می شوند و به واکنش با اتم های سیلیکون ادامه می دهند. بیشتر هیدروژن تولید شده از سطح مشترک خارج می شود، در حالی که بخشی با اکسیژن ترکیب می شود و گروه های هیدروکسیل (-OH) را تشکیل می دهد.

فیلم SiO2 تولید شده توسط اکسیداسیون بخار دارای ساختار سیلانولی با اتم های اکسیژن غیر پل زدنی است که در آن هر اتم اکسیژن تنها به یک اتم سیلیکون متصل می شود. چنین لایه‌های اکسیدی چگالی کمتری دارند و تکرارپذیری فرآیند ضعیفی دارند. گروه های هیدروکسیل به راحتی رطوبت را جذب می کنند و فیلم را قطبی می کنند، که منجر به چسبندگی ضعیف با مقاومت نوری غیرقطبی و بلند کردن مکرر نور مقاوم می شود. به دلیل ساختار شل، اکسیداسیون بخار بسیار سریعتر از اکسیداسیون خشک انجام می شود.

اکسیداسیون اکسیژن مرطوب

برای اکسیداسیون اکسیژن مرطوب، گاز اکسیژن قبل از ورود به محفظه واکنش از آب یونیزه شده با خلوص بالا گرم شده عبور می کند، به طوری که اکسیژن غلظت مشخصی از بخار آب را حمل می کند. مقدار بخار آب توسط دما و سرعت جریان گاز تعیین می شود. این فرآیند ویژگی های اکسیداسیون خشک و اکسیداسیون بخار را ترکیب می کند. سرعت اکسیداسیون آن بیشتر از اکسیداسیون خشک اما کمتر از اکسیداسیون بخار است. از نظر کیفیت فیلم، اکسیداسیون اکسیژن مرطوب نسبت به اکسیداسیون خشک پایین تر است و در عین حال برتر از اکسیداسیون بخار است.

Semicorex کیفیت بالایی را ارائه می دهدقایق های کوارتزولوله های کوارتزبرای فرآیندهای اکسیداسیون حرارتی اگر سؤالی دارید یا نیاز به جزئیات بیشتری دارید، لطفاً در تماس با ما دریغ نکنید.

تلفن تماس 86-13567891907

ایمیل: sales@semicorex.com