فرآیند اکسیداسیون

اساسی ترین مرحله همه فرآیندها فرآیند اکسیداسیون است. فرآیند اکسیداسیون به این صورت است که ویفر سیلیکونی را در فضایی از اکسیدان ها مانند اکسیژن یا بخار آب برای عملیات حرارتی با دمای بالا (800 ~ 1200 درجه سانتیگراد) قرار می دهد و یک واکنش شیمیایی روی سطح ویفر سیلیکونی برای تشکیل یک فیلم اکسید رخ می دهد. (فیلم SiO2).

فیلم SiO2 به دلیل سختی بالا، نقطه ذوب بالا، پایداری شیمیایی خوب، عایق خوب، ضریب انبساط حرارتی کوچک و امکان سنجی فرآیند، به طور گسترده در فرآیندهای تولید نیمه هادی استفاده می شود.

نقش اکسید سیلیکون:

1. حفاظت و جداسازی دستگاه، غیرفعال سازی سطح. SiO2 دارای ویژگی های سختی و چگالی خوب است که می تواند ویفر سیلیکونی را در برابر خراش و آسیب در طول فرآیند تولید محافظت کند.

2. دی الکتریک اکسید گیت. SiO2 دارای استحکام دی الکتریک بالا و مقاومت بالا، پایداری خوب است و می تواند به عنوان یک ماده دی الکتریک برای ساختار اکسید دروازه فناوری MOS استفاده شود.

3. سد دوپینگ. SiO2 می تواند به عنوان یک لایه مانع ماسک در فرآیندهای انتشار، کاشت یون و اچینگ استفاده شود.

4. لایه اکسید پد. تنش بین نیترید سیلیکون و سیلیکون را کاهش دهید.

5. لایه بافر تزریق. کاهش آسیب کاشت یون و اثر کانال.

6. دی الکتریک بین لایه. مورد استفاده برای عایق کاری بین لایه های فلزی رسانا (تولید شده با روش CVD)

طبقه بندی و اصل اکسیداسیون حرارتی:

با توجه به گاز مورد استفاده در واکنش اکسیداسیون، اکسیداسیون حرارتی را می توان به اکسیداسیون خشک و اکسیداسیون مرطوب تقسیم کرد.

اکسیداسیون اکسیژن خشک: Si+O2-->SiO2

اکسیداسیون اکسیژن مرطوب: Si+ H2O + O2-->SiO2 + H2

اکسیداسیون بخار آب (اکسیژن مرطوب): Si + H2O -->SiO2 + H2

اکسیداسیون خشک فقط از اکسیژن خالص (O2) استفاده می کند، بنابراین سرعت رشد فیلم اکسید کند است. این عمدتا برای تشکیل لایه های نازک استفاده می شود و می تواند اکسیدهایی با رسانایی خوب تشکیل دهد. در اکسیداسیون مرطوب هم از اکسیژن (O2) و هم از بخار آب بسیار محلول (H2O) استفاده می شود. بنابراین، فیلم اکسید سریع رشد می کند و یک لایه ضخیم تر تشکیل می دهد. با این حال، در مقایسه با اکسیداسیون خشک، چگالی لایه اکسید تشکیل شده توسط اکسیداسیون مرطوب کم است. به طور کلی، در دما و زمان یکسان، لایه اکسیدی به‌دست‌آمده از اکسیداسیون مرطوب حدود 5 تا 10 برابر ضخیم‌تر از فیلم اکسیدی به‌دست‌آمده از اکسیداسیون خشک است.