Os semicondutores se tornaram uma parte essencial de nossas vidas. Hoje, voltamos à série “Oito Processos Básicos de Semicondutores” para continuar explorando os processos de fabricação de semicondutores. No artigo anterior, aprendemos sobre o processo de fabricação do wafer. Neste artigo, apresentaremos o processo de oxidação.

Camada de Óxido de Wafer (Dióxido de Silício, SiO2): Fornece proteção e isolamento.

Antes de ser utilizado como matéria-prima para circuitos integrados, o silício extraído da areia passa por uma série de processos de purificação para formar um lingote de silício. O lingote de silício é então cortado em espessura uniforme, polido e, eventualmente, formado na base de wafers semicondutores.

As bolachas produzidas a partir destas etapas não são condutoras. Portanto, é necessário processamento adicional para torná-los “semicondutores”, com propriedades condutoras e não condutoras. Para conseguir isso, várias substâncias precisam ser transferidas para o wafer e padrões de circuito são gravados na superfície. Esses processos podem precisar ser repetidos várias vezes.

A oxidação é a base de todos os processos mencionados acima. O processo de oxidação produz uma camada de SiO2, que é usada como camada isolante para evitar fuga de corrente entre os circuitos. A camada de óxido também pode proteger a pastilha de silício durante a implantação iônica subsequente e processos de gravação.

Em outras palavras, a camada de dióxido de silício atua como uma camada de blindagem confiável durante todo o processo de fabricação de semicondutores. Os circuitos integrados exigem alta precisão e mesmo pequenos contaminantes podem ter efeitos adversos no desempenho elétrico do circuito integrado, tornando crucial o papel da camada de óxido.

Como é formada essa camada protetora de óxido?

Quando o wafer é exposto ao oxigênio do ar ou a outras substâncias químicas, ele forma uma camada de óxido, semelhante à forma como o ferro (Fe) enferruja quando exposto ao ar.

Existem vários métodos de oxidação, como oxidação térmica, deposição química de vapor aprimorada por plasma (PECVD) e anodização eletroquímica. Entre eles, o mais utilizado é o processo de oxidação térmica conduzido em altas temperaturas de 800-1200°C para formar uma camada fina e uniforme de dióxido de silício.

A oxidação térmica pode ser classificada em oxidação seca e oxidação úmida, dependendo dos gases utilizados na reação de oxidação. A oxidação seca utiliza oxigênio puro (O₂), resultando em um crescimento mais lento da camada de óxido, tornando-a ideal para a formação de camadas finas. Os óxidos produzidos pelo método seco apresentam excelentes características elétricas. A oxidação úmida utiliza oxigênio (O₂) e vapor d'água (H₂O₂). Como resultado, a camada de óxido cresce mais rapidamente e se torna mais espessa. No entanto, os óxidos produzidos pelo método úmido não são tão densos quanto os formados pelo método seco. Nas mesmas condições de tempo e temperatura, o óxido formado pelo método úmido é aproximadamente cinco a dez vezes mais espesso do que o formado pelo método seco.

Este artigo apresenta principalmente a função das camadas de óxido e como elas são formadas. Fique atento à próxima parte desta série, onde explicaremos como os padrões de circuito são impressos em wafers cobertos com camadas de óxido.