نیمه هادی ها به بخشی ضروری از زندگی ما تبدیل شده اند. امروز، ما به سری "هشت فرآیند اساسی نیمه هادی" باز می گردیم تا به بررسی فرآیندهای تولید نیمه هادی ادامه دهیم. در مقاله قبلی با فرآیند ساخت ویفر آشنا شدیم. در این مقاله به معرفی فرآیند اکسیداسیون می پردازیم.

لایه اکسید ویفر (سیلیکون دی اکسید، SiO2): محافظت و عایق را فراهم می کند.

سیلیکون استخراج شده از شن و ماسه قبل از استفاده به عنوان مواد خام برای مدارهای مجتمع، تحت یک سری فرآیندهای خالص سازی قرار می گیرد تا یک شمش سیلیکون تشکیل شود. سپس شمش سیلیکون به ضخامت یکنواخت بریده می شود، صیقل داده می شود و در نهایت به پایه ویفرهای نیمه هادی تبدیل می شود.

ویفرهای تولید شده از این مراحل رسانا نیستند. بنابراین، پردازش بیشتر برای تبدیل آنها به "نیمه هادی" با خواص رسانا و غیر رسانا مورد نیاز است. برای رسیدن به این هدف، مواد مختلفی باید روی ویفر منتقل شوند و الگوهای مدار بر روی سطح حک شوند. ممکن است لازم باشد این فرآیندها چندین بار تکرار شوند.

اکسیداسیون اساس تمام فرآیندهای ذکر شده در بالا است. فرآیند اکسیداسیون یک لایه SiO2 تولید می کند که به عنوان یک لایه عایق برای جلوگیری از نشتی جریان بین مدارها استفاده می شود. لایه اکسید همچنین می تواند از ویفر سیلیکونی در طول فرآیندهای کاشت یون و اچ کردن بعدی محافظت کند.

به عبارت دیگر، لایه دی اکسید سیلیکون به عنوان یک لایه محافظ قابل اعتماد در سراسر فرآیند تولید نیمه هادی عمل می کند. مدارهای مجتمع به دقت بالایی نیاز دارند و حتی آلاینده های کوچک می توانند اثرات نامطلوبی بر عملکرد الکتریکی مدار مجتمع داشته باشند و نقش لایه اکسید را بسیار مهم می کنند.

این لایه اکسید محافظ چگونه تشکیل می شود؟

هنگامی که ویفر در معرض اکسیژن هوا یا سایر مواد شیمیایی قرار می گیرد، یک لایه اکسید تشکیل می دهد، شبیه به زنگ زدگی آهن (Fe) در هنگام قرار گرفتن در معرض هوا.

روش های مختلفی برای اکسیداسیون وجود دارد، مانند اکسیداسیون حرارتی، رسوب دهی بخار شیمیایی با پلاسما (PECVD) و آنودیزاسیون الکتروشیمیایی. در میان آنها، پرکاربردترین فرآیند اکسیداسیون حرارتی است که در دماهای بالای 800-1200 درجه سانتیگراد انجام می شود تا یک لایه نازک و یکنواخت از دی اکسید سیلیکون تشکیل شود.

اکسیداسیون حرارتی را می‌توان بسته به گازهای مورد استفاده برای واکنش اکسیداسیون، به اکسیداسیون خشک و اکسیداسیون مرطوب طبقه‌بندی کرد. اکسیداسیون خشک از اکسیژن خالص (O₂) استفاده می‌کند که منجر به رشد آهسته‌تر لایه اکسید می‌شود و آن را به گزینه‌ای ایده‌آل برای تشکیل لایه‌های نازک تبدیل می‌کند. اکسیدهای تولید شده از طریق روش خشک، ویژگی‌های الکتریکی عالی از خود نشان می‌دهند. اکسیداسیون مرطوب از اکسیژن (O₂) و بخار آب (H₂O) استفاده می‌کند. در نتیجه، لایه اکسید سریع‌تر رشد می‌کند و ضخیم‌تر می‌شود. با این حال، اکسیدهای تولید شده از طریق روش مرطوب به اندازه اکسیدهای تشکیل شده از طریق روش خشک متراکم نیستند. در شرایط زمانی و دمایی یکسان، اکسید تشکیل شده از طریق روش مرطوب تقریباً پنج تا ده برابر ضخیم‌تر از اکسید تشکیل شده از طریق روش خشک است.

این مقاله در درجه اول عملکرد لایه های اکسیدی و نحوه تشکیل آنها را معرفی می کند. لطفا با قسمت بعدی این مجموعه همراه باشید، جایی که نحوه چاپ الگوهای مدار بر روی ویفرهای پوشیده شده با لایه های اکسید را توضیح خواهیم داد.