أصبحت أشباه الموصلات جزءا أساسيا من حياتنا. نعود اليوم إلى سلسلة "العمليات الثمانية الأساسية لأشباه الموصلات" لمواصلة استكشاف عمليات تصنيع أشباه الموصلات. تعرفنا في المقال السابق على عملية تصنيع الويفر. في هذه المقالة سوف نقدم عملية الأكسدة.

طبقة أكسيد الويفر (ثاني أكسيد السيليكون، SiO2): توفر الحماية والعزل.

قبل استخدامه كمواد خام للدوائر المتكاملة، يخضع السيليكون المستخرج من الرمال لسلسلة من عمليات التنقية لتشكيل سبيكة السيليكون. يتم بعد ذلك تقطيع سبيكة السيليكون إلى شرائح بسماكة موحدة، وصقلها، وتشكيلها في النهاية إلى أساس رقائق أشباه الموصلات.

الرقائق المنتجة من هذه الخطوات ليست موصلة للكهرباء. ولذلك، هناك حاجة إلى مزيد من المعالجة لجعلها "أشباه الموصلات"، مع خصائص موصلة وغير موصلة. ولتحقيق ذلك، يجب نقل مواد مختلفة إلى الرقاقة، ويتم حفر أنماط الدوائر على السطح. قد يلزم تكرار هذه العمليات عدة مرات.

الأكسدة هي أساس جميع العمليات المذكورة أعلاه. تنتج عملية الأكسدة طبقة من SiO2، والتي تستخدم كطبقة عازلة لمنع تسرب التيار بين الدوائر. يمكن لطبقة الأكسيد أيضًا حماية رقاقة السيليكون أثناء عمليات زرع الأيونات والحفر اللاحقة.

بمعنى آخر، تعمل طبقة ثاني أكسيد السيليكون كطبقة حماية موثوقة طوال عملية تصنيع أشباه الموصلات. تتطلب الدوائر المتكاملة دقة عالية، وحتى الملوثات الصغيرة يمكن أن يكون لها آثار سلبية على الأداء الكهربائي للدائرة المتكاملة، مما يجعل دور طبقة الأكسيد حاسماً.

كيف يتم تشكيل طبقة الأكسيد الواقية هذه؟

عندما تتعرض الرقاقة للأكسجين الموجود في الهواء أو مواد كيميائية أخرى، فإنها تشكل طبقة أكسيد، تشبه كيفية صدأ الحديد (Fe) عند تعرضه للهواء.

هناك عدة طرق للأكسدة، مثل الأكسدة الحرارية، وترسيب البخار الكيميائي المعزز بالبلازما (PECVD)، والأكسيد الكهروكيميائي. ومن بينها، والأكثر استخدامًا هي عملية الأكسدة الحرارية التي تتم عند درجات حرارة عالية تصل إلى 800-1200 درجة مئوية لتكوين طبقة رقيقة وموحدة من ثاني أكسيد السيليكون.

يمكن تصنيف الأكسدة الحرارية إلى أكسدة جافة وأكسدة رطبة، وذلك بناءً على الغازات المستخدمة في تفاعل الأكسدة. تستخدم الأكسدة الجافة الأكسجين النقي (O₂)، مما يُبطئ نمو طبقة الأكسيد، مما يجعلها خيارًا مثاليًا لتكوين طبقات رقيقة. تتميز الأكاسيد الناتجة بالطريقة الجافة بخصائص كهربائية ممتازة. أما الأكسدة الرطبة فتستخدم كلاً من الأكسجين (O₂) وبخار الماء (H₂O₂). ونتيجةً لذلك، تنمو طبقة الأكسيد بشكل أسرع وتصبح أكثر سمكًا. ومع ذلك، فإن الأكاسيد الناتجة بالطريقة الرطبة ليست بنفس كثافة الأكاسيد الناتجة بالطريقة الجافة. في نفس الظروف الزمنية ودرجة الحرارة، يكون الأكسيد الناتج بالطريقة الرطبة أكثر سمكًا بحوالي خمسة إلى عشرة أضعاف من الأكسيد الناتج بالطريقة الجافة.

تقدم هذه المقالة في المقام الأول وظيفة طبقات الأكسيد وكيفية تشكيلها. يرجى متابعة الجزء التالي من هذه السلسلة، حيث سنشرح كيفية طباعة أنماط الدوائر على الرقائق المغطاة بطبقات الأكسيد.