Yarı iletkenler hayatımızın önemli bir parçası haline geldi. Bugün, yarı iletken üretim süreçlerini keşfetmeye devam etmek için "Sekiz Temel Yarı İletken Süreç" serisine dönüyoruz. Bir önceki yazımızda gofret üretim sürecini öğrenmiştik. Bu yazıda oksidasyon sürecini tanıtacağız.

Gofret Oksit Tabakası (Silikon Dioksit, SiO2): Koruma ve izolasyon sağlar.

Kumdan çıkarılan silikon, entegre devreler için hammadde olarak kullanılmadan önce bir dizi saflaştırma işleminden geçirilerek silikon külçesi oluşturulur. Silikon külçe daha sonra eşit kalınlıkta dilimlenir, cilalanır ve sonunda yarı iletken levhaların temeli haline getirilir.

Bu adımlardan üretilen levhalar iletken değildir. Bu nedenle, onları hem iletken hem de iletken olmayan özelliklere sahip "yarı iletken" haline getirmek için daha fazla işlem yapılması gerekir. Bunu başarmak için çeşitli maddelerin levhaya aktarılması gerekiyor ve devre desenleri yüzeye kazınıyor. Bu işlemlerin birden çok kez tekrarlanması gerekebilir.

Oksidasyon yukarıda bahsedilen tüm süreçlerin temelidir. Oksidasyon işlemi, devreler arasındaki kaçak akımı önlemek için yalıtım katmanı olarak kullanılan bir SiO2 katmanı üretir. Oksit tabakası ayrıca sonraki iyon implantasyonu ve dağlama işlemleri sırasında silikon levhayı da koruyabilir.

Başka bir deyişle silikon dioksit katmanı, yarı iletken üretim süreci boyunca güvenilir bir koruyucu katman görevi görür. Entegre devreler yüksek hassasiyet gerektirir ve çok küçük kirletici maddeler bile entegre devrenin elektriksel performansı üzerinde olumsuz etkiler yaratabilir, bu da oksit tabakasının rolünü hayati hale getirebilir.

Bu koruyucu oksit tabakası nasıl oluşuyor?

Gofret, havadaki oksijene veya diğer kimyasal maddelere maruz kaldığında, demirin (Fe) havaya maruz kaldığında paslanmasına benzer bir oksit tabakası oluşturur.

Termal oksidasyon, plazmayla güçlendirilmiş kimyasal buhar biriktirme (PECVD) ve elektrokimyasal anotlama gibi çeşitli oksidasyon yöntemleri vardır. Bunlar arasında en yaygın olarak kullanılanı, ince ve düzgün bir silikon dioksit tabakası oluşturmak için 800-1200°C'lik yüksek sıcaklıklarda gerçekleştirilen termal oksidasyon işlemidir.

Termal oksidasyon, oksidasyon reaksiyonunda kullanılan gazlara bağlı olarak kuru oksidasyon ve ıslak oksidasyon olarak sınıflandırılabilir. Kuru oksidasyon saf oksijen (O₂) kullanır, bu da oksit tabakasının daha yavaş büyümesine neden olur ve bu da onu ince tabakalar oluşturmak için ideal bir seçim haline getirir. Kuru yöntemle üretilen oksitler mükemmel elektriksel özellikler gösterir. Islak oksidasyonda hem oksijen (O₂) hem de su buharı (H₂O) kullanılır. Sonuç olarak oksit tabakası daha hızlı büyür ve kalınlaşır. Ancak ıslak yöntemle üretilen oksitler, kuru yöntemle oluşturulanlar kadar yoğun değildir. Aynı zaman ve sıcaklık koşulları altında, ıslak yöntemle oluşturulan oksit, kuru yöntemle oluşturulan oksitten yaklaşık beş ila on kat daha kalındır.

Bu makale öncelikle oksit katmanlarının işlevini ve nasıl oluşturulduğunu tanıtmaktadır. Devre desenlerinin oksit katmanlarla kaplı levhalara nasıl basıldığını açıklayacağımız bu serinin bir sonraki bölümü için lütfen bizi takip etmeye devam edin.