เซมิคอนดักเตอร์ได้กลายเป็นส่วนสำคัญในชีวิตของเรา วันนี้ เรากลับมาที่ซีรีส์ "กระบวนการเซมิคอนดักเตอร์พื้นฐาน 8 กระบวนการ" เพื่อสำรวจกระบวนการผลิตเซมิคอนดักเตอร์ต่อไป ในบทความก่อนหน้านี้ เราได้เรียนรู้เกี่ยวกับกระบวนการผลิตแผ่นเวเฟอร์ ในบทความนี้ เราจะมาแนะนำกระบวนการออกซิเดชัน

ชั้นเวเฟอร์ออกไซด์ (ซิลิคอนไดออกไซด์, SiO2): ให้การปกป้องและเป็นฉนวน

ก่อนที่จะใช้เป็นวัตถุดิบสำหรับวงจรรวม ซิลิคอนที่สกัดจากทรายจะผ่านกระบวนการทำให้บริสุทธิ์หลายชุดเพื่อสร้างแท่งซิลิคอน จากนั้นนำแท่งซิลิคอนมาหั่นเป็นชิ้นที่มีความหนาสม่ำเสมอ ขัดเงา และสุดท้ายก็ก่อตัวเป็นฐานของเซมิคอนดักเตอร์-เวเฟอร์

เวเฟอร์ที่ผลิตจากขั้นตอนเหล่านี้ไม่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้า ดังนั้นจึงจำเป็นต้องมีการประมวลผลเพิ่มเติมเพื่อให้เป็น "เซมิคอนดักเตอร์" ที่มีคุณสมบัติทั้งเป็นสื่อกระแสไฟฟ้าและไม่นำไฟฟ้า เพื่อให้บรรลุเป้าหมายนี้ จำเป็นต้องถ่ายโอนสสารต่างๆ ลงบนเวเฟอร์ และรูปแบบของวงจรจะถูกสลักไว้บนพื้นผิว กระบวนการเหล่านี้อาจจำเป็นต้องทำซ้ำหลายครั้ง

ออกซิเดชันเป็นพื้นฐานของกระบวนการทั้งหมดที่กล่าวมาข้างต้น กระบวนการออกซิเดชั่นจะสร้างชั้น SiO2 ซึ่งใช้เป็นชั้นฉนวนเพื่อป้องกันกระแสรั่วไหลระหว่างวงจร ชั้นออกไซด์ยังสามารถปกป้องเวเฟอร์ซิลิคอนในระหว่างกระบวนการฝังไอออนและกระบวนการกัดเซาะในภายหลัง

กล่าวอีกนัยหนึ่ง ชั้นซิลิคอนไดออกไซด์ทำหน้าที่เป็นชั้นป้องกันที่เชื่อถือได้ตลอดกระบวนการผลิตเซมิคอนดักเตอร์ วงจรรวมต้องการความแม่นยำสูง และแม้แต่สิ่งปนเปื้อนเพียงเล็กน้อยก็อาจส่งผลเสียต่อประสิทธิภาพทางไฟฟ้าของวงจรรวม ทำให้บทบาทของชั้นออกไซด์มีความสำคัญ

ชั้นป้องกันออกไซด์นี้เกิดขึ้นได้อย่างไร?

เมื่อแผ่นเวเฟอร์สัมผัสกับออกซิเจนในอากาศหรือสารเคมีอื่นๆ จะก่อให้เกิดชั้นออกไซด์ คล้ายกับการเกิดสนิมของเหล็ก (Fe) เมื่อสัมผัสกับอากาศ

มีวิธีการออกซิเดชันหลายวิธี เช่น การออกซิเดชันด้วยความร้อน การสะสมไอสารเคมีที่เสริมพลาสมา (PECVD) และกระบวนการอะโนไดซ์ด้วยไฟฟ้าเคมี กระบวนการที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุดคือกระบวนการออกซิเดชันด้วยความร้อนซึ่งดำเนินการที่อุณหภูมิสูงถึง 800-1200°C เพื่อสร้างชั้นซิลิคอนไดออกไซด์ที่บางและสม่ำเสมอ

ออกซิเดชันด้วยความร้อนสามารถจำแนกได้เป็นออกซิเดชันแบบแห้งและออกซิเดชันแบบเปียก ขึ้นอยู่กับชนิดของก๊าซที่ใช้ทำปฏิกิริยาออกซิเดชัน ออกซิเดชันแบบแห้งใช้ออกซิเจนบริสุทธิ์ (O2) ส่งผลให้ชั้นออกไซด์เติบโตช้าลง จึงเป็นตัวเลือกที่เหมาะสำหรับการสร้างชั้นบางๆ ออกไซด์ที่ผลิตได้จากวิธีแห้งมีคุณสมบัติทางไฟฟ้าที่ดีเยี่ยม ออกซิเดชันแบบเปียกใช้ทั้งออกซิเจน (O2) และไอน้ำ (H2O) ส่งผลให้ชั้นออกไซด์เติบโตเร็วขึ้นและหนาขึ้น อย่างไรก็ตาม ออกไซด์ที่ผลิตได้จากวิธีเปียกมีความหนาแน่นน้อยกว่าออกไซด์ที่ผลิตได้จากวิธีแห้ง ภายใต้สภาวะเวลาและอุณหภูมิเดียวกัน ออกไซด์ที่ผลิตได้จากวิธีเปียกจะมีความหนาประมาณ 5-10 เท่าของออกไซด์ที่ผลิตได้จากวิธีแห้ง

บทความนี้จะแนะนำหน้าที่ของชั้นออกไซด์เป็นหลักและวิธีการก่อตัว โปรดติดตามตอนต่อไปของซีรีส์นี้ ซึ่งเราจะอธิบายวิธีการพิมพ์รูปแบบวงจรบนแผ่นเวเฟอร์ที่ปกคลุมด้วยชั้นออกไซด์