Полупроводники прочно вошли в нашу жизнь. Сегодня мы возвращаемся к серии «Восемь основных полупроводниковых процессов», чтобы продолжить изучение процессов производства полупроводников. В предыдущей статье мы узнали о процессе производства пластин. В этой статье мы познакомим вас с процессом окисления.

Слой оксида пластины (диоксид кремния, SiO2): обеспечивает защиту и изоляцию.

Прежде чем использоваться в качестве сырья для интегральных схем, кремний, извлеченный из песка, подвергается серии процессов очистки с образованием кремниевого слитка. Затем кремниевый слиток нарезается на кусочки одинаковой толщины, полируется и в конечном итоге превращается в основу полупроводниковых пластин.

Пластины, полученные на этих этапах, не являются проводящими. Следовательно, необходима дальнейшая обработка, чтобы сделать их «полупроводниками», обладающими как проводящими, так и непроводящими свойствами. Для этого на пластину необходимо перенести различные вещества, а на поверхность вытравить схемы. Эти процессы, возможно, придется повторить несколько раз.

Окисление лежит в основе всех упомянутых выше процессов. В процессе окисления образуется слой SiO2, который используется в качестве изолирующего слоя для предотвращения утечки тока между цепями. Оксидный слой также может защитить кремниевую пластину во время последующих процессов ионной имплантации и травления.

Другими словами, слой диоксида кремния действует как надежный экранирующий слой на протяжении всего процесса производства полупроводников. Интегральные схемы требуют высокой точности, и даже крошечные загрязнения могут отрицательно повлиять на электрические характеристики интегральной схемы, что делает роль оксидного слоя решающей.

Как образуется этот защитный оксидный слой?

Когда пластина подвергается воздействию кислорода воздуха или других химических веществ, на ней образуется оксидный слой, подобно тому, как железо (Fe) ржавеет под воздействием воздуха.

Существует несколько методов окисления, таких как термическое окисление, химическое осаждение из паровой фазы с плазменным усилением (PECVD) и электрохимическое анодирование. Среди них наиболее широкое распространение получил процесс термического окисления, проводимый при высоких температурах 800-1200°С с образованием тонкого и однородного слоя диоксида кремния.

Термическое окисление можно разделить на сухое окисление и мокрое окисление, в зависимости от газов, используемых для реакции окисления. Сухое окисление использует чистый кислород (O₂), что приводит к более медленному росту оксидного слоя, что делает его идеальным выбором для формирования тонких слоев. Оксиды, полученные сухим методом, обладают превосходными электрическими характеристиками. Мокрое окисление использует как кислород (O₂), так и водяной пар (H₂O). В результате оксидный слой растет быстрее и становится толще. Однако оксиды, полученные мокрым методом, не такие плотные, как оксиды, полученные сухим методом. При тех же временных и температурных условиях оксид, полученный мокрым методом, примерно в пять-десять раз толще, чем оксид, полученный сухим методом.

В этой статье в первую очередь рассказывается о функции оксидных слоев и о том, как они образуются. Пожалуйста, следите за обновлениями в следующей части этой серии, где мы объясним, как печатаются схемы на пластинах, покрытых оксидными слоями.