מוליכים למחצה הפכו לחלק מהותי בחיינו. היום, אנו חוזרים לסדרת "שמונה תהליכי מוליכים למחצה בסיסיים" כדי להמשיך ולחקור תהליכי ייצור מוליכים למחצה. במאמר הקודם למדנו על תהליך ייצור הפרוסות. במאמר זה נציג את תהליך החמצון.

שכבת תחמוצת רקיק (סיליקון דו-חמצני, SiO2): מספקת הגנה ובידוד.

לפני השימוש כחומרי גלם למעגלים משולבים, סיליקון המופק מחול עובר סדרה של תהליכי טיהור ליצירת מטיל סיליקון. לאחר מכן פורסים את מטיל הסיליקון לעובי אחיד, מלוטשים ויוצרים בסופו של דבר לבסיס של פרוסות מוליכים למחצה.

הפרוסים המיוצרים מהשלבים הללו אינם מוליכים. לכן, נדרש עיבוד נוסף כדי להפוך אותם ל"מוליכים למחצה", עם תכונות מוליכות ולא מוליכות כאחד. כדי להשיג זאת, יש להעביר חומרים שונים על גבי הפרוסה, ודפוסי מעגל נחרטים על פני השטח. ייתכן שיהיה צורך לחזור על תהליכים אלו מספר פעמים.

חמצון הוא הבסיס לכל התהליכים שהוזכרו לעיל. תהליך החמצון מייצר שכבה של SiO2, המשמשת כשכבה מבודדת למניעת זרם דליפה בין מעגלים. שכבת התחמוצת יכולה גם להגן על רקיקת הסיליקון במהלך השתלת יונים ותהליכי תחריט הבאים.

במילים אחרות, שכבת הסיליקון דו חמצנית פועלת כשכבת מיגון אמינה לאורך תהליך ייצור המוליכים למחצה. מעגלים משולבים דורשים דיוק גבוה, ואפילו למזהמים זעירים עלולות להיות השפעות שליליות על הביצועים החשמליים של המעגל המשולב, מה שהופך את תפקידה של שכבת התחמוצת למכריע.

כיצד נוצרת שכבת תחמוצת מגן זו?

כאשר הוופל נחשף לחמצן באוויר או לחומרים כימיים אחרים, הוא יוצר שכבת תחמוצת, בדומה לאופן שבו ברזל (Fe) מחליד כאשר הוא נחשף לאוויר.

קיימות מספר שיטות של חמצון, כגון חמצון תרמי, שקיעת אדים כימית מוגברת בפלזמה (PECVD) ואנודיזציה אלקטרוכימית. ביניהם, הנפוץ ביותר הוא תהליך החמצון התרמי הנערך בטמפרטורות גבוהות של 800-1200 מעלות צלזיוס ליצירת שכבה דקה ואחידה של סיליקון דו חמצני.

חמצון תרמי ניתן לסווג לחמצון יבש וחמצון רטוב, בהתאם לגזים המשמשים לתגובת החמצון. חמצון יבש משתמש בחמצן טהור (O₂), וכתוצאה מכך צמיחה איטית יותר של שכבת התחמוצת, מה שהופך אותו לבחירה אידיאלית ליצירת שכבות דקות. תחמוצות המיוצרות בשיטה היבשה מציגות מאפיינים חשמליים מצוינים. חמצון רטוב משתמש גם בחמצן (O₂) וגם באדי מים (H₂O). כתוצאה מכך, שכבת התחמוצת גדלה מהר יותר והופכת לעבה יותר. עם זאת, תחמוצות המיוצרות בשיטה הרטובה אינן צפופות כמו אלו שנוצרות בשיטה היבשה. באותם תנאי זמן וטמפרטורה, התחמוצת שנוצרת בשיטה הרטובה עבה פי חמישה עד עשרה מזו שנוצרת בשיטה היבשה.

מאמר זה מציג בעיקר את הפונקציה של שכבות תחמוצת וכיצד הן נוצרות. אנא הישאר מעודכן לחלק הבא בסדרה זו, שבו נסביר כיצד מודפסים דפוסי מעגלים על פרוסות מכוסות בשכבות תחמוצת.