I semiconduttori sono diventati una parte essenziale della nostra vita. Oggi torniamo alla serie "Otto processi di base dei semiconduttori" per continuare a esplorare i processi di produzione dei semiconduttori. Nell'articolo precedente abbiamo appreso del processo di produzione dei wafer. In questo articolo introdurremo il processo di ossidazione.

Strato di ossido di wafer (biossido di silicio, SiO2): fornisce protezione e isolamento.

Prima di essere utilizzato come materia prima per i circuiti integrati, il silicio estratto dalla sabbia subisce una serie di processi di purificazione fino a formare un lingotto di silicio. Il lingotto di silicio viene quindi tagliato in uno spessore uniforme, lucidato e infine formato nella base dei wafer semiconduttori.

I wafer prodotti da questi passaggi non sono conduttivi. Pertanto, è necessaria un'ulteriore lavorazione per renderli "semiconduttori", con proprietà sia conduttive che non conduttive. Per raggiungere questo obiettivo è necessario trasferire diverse sostanze sul wafer e sulla superficie vengono incisi i modelli dei circuiti. Potrebbe essere necessario ripetere questi processi più volte.

L'ossidazione è alla base di tutti i processi sopra citati. Il processo di ossidazione produce uno strato di SiO2, che viene utilizzato come strato isolante per prevenire perdite di corrente tra i circuiti. Lo strato di ossido può anche proteggere il wafer di silicio durante i successivi processi di impiantazione ionica e di attacco.

In altre parole, lo strato di biossido di silicio agisce come uno strato schermante affidabile durante tutto il processo di produzione dei semiconduttori. I circuiti integrati richiedono elevata precisione e anche piccoli contaminanti possono avere effetti negativi sulle prestazioni elettriche del circuito integrato, rendendo cruciale il ruolo dello strato di ossido.

Come si forma questo strato protettivo di ossido?

Quando il wafer viene esposto all'ossigeno presente nell'aria o ad altre sostanze chimiche, forma uno strato di ossido, simile al ferro (Fe) che arrugginisce se esposto all'aria.

Esistono diversi metodi di ossidazione, come l'ossidazione termica, la deposizione chimica in fase vapore potenziata dal plasma (PECVD) e l'anodizzazione elettrochimica. Tra questi, il più utilizzato è il processo di ossidazione termica condotto ad alte temperature, pari a 800-1200°C, per formare uno strato sottile ed uniforme di biossido di silicio.

L'ossidazione termica può essere classificata in ossidazione a secco e ossidazione a umido, a seconda dei gas utilizzati per la reazione di ossidazione. L'ossidazione a secco utilizza ossigeno puro (O₂), con conseguente crescita più lenta dello strato di ossido, rendendola la scelta ideale per la formazione di strati sottili. Gli ossidi prodotti con il metodo a secco presentano eccellenti caratteristiche elettriche. L'ossidazione a umido utilizza sia ossigeno (O₂) che vapore acqueo (H₂O). Di conseguenza, lo strato di ossido cresce più rapidamente e diventa più spesso. Tuttavia, gli ossidi prodotti con il metodo a umido non sono densi quanto quelli formati con il metodo a secco. A parità di tempo e temperatura, l'ossido formato con il metodo a umido è circa da cinque a dieci volte più spesso di quello formato con il metodo a secco.

Questo articolo introduce principalmente la funzione degli strati di ossido e come si formano. Restate sintonizzati per la prossima parte di questa serie, dove spiegheremo come i modelli di circuito vengono stampati su wafer ricoperti con strati di ossido.