Chất bán dẫn đã trở thành một phần thiết yếu trong cuộc sống của chúng ta. Hôm nay, chúng ta quay lại loạt bài "Tám quy trình bán dẫn cơ bản" để tiếp tục khám phá các quy trình sản xuất chất bán dẫn. Ở bài viết trước chúng ta đã tìm hiểu về quy trình sản xuất wafer. Trong bài viết này, chúng tôi sẽ giới thiệu quá trình oxy hóa.

Lớp wafer Oxide (Silicon Dioxide, SiO2): Cung cấp khả năng bảo vệ và cách nhiệt.

Trước khi được sử dụng làm nguyên liệu cho các mạch tích hợp, silicon chiết xuất từ ​​cát trải qua một loạt quá trình tinh chế để tạo thành thỏi silicon. Sau đó, thỏi silicon được cắt thành các lớp có độ dày đồng đều, đánh bóng và cuối cùng được tạo thành nền tảng của các tấm bán dẫn.

Các tấm bán dẫn được tạo ra từ các bước này không dẫn điện. Do đó, cần phải xử lý thêm để biến chúng thành "chất bán dẫn", có cả đặc tính dẫn điện và không dẫn điện. Để đạt được điều này, nhiều chất khác nhau cần được chuyển lên tấm bán dẫn và các mẫu mạch được khắc lên bề mặt. Các quá trình này có thể cần phải được lặp đi lặp lại nhiều lần.

Quá trình oxy hóa là cơ sở của tất cả các quá trình nêu trên. Quá trình oxy hóa tạo ra một lớp SiO2 được sử dụng làm lớp cách điện để ngăn chặn dòng điện rò rỉ giữa các mạch. Lớp oxit cũng có thể bảo vệ tấm bán dẫn silicon trong quá trình cấy ion và ăn mòn tiếp theo.

Nói cách khác, lớp silicon dioxide hoạt động như một lớp che chắn đáng tin cậy trong suốt quá trình sản xuất chất bán dẫn. Mạch tích hợp đòi hỏi độ chính xác cao và ngay cả những chất gây ô nhiễm nhỏ cũng có thể có tác động xấu đến hiệu suất điện của mạch tích hợp, khiến vai trò của lớp oxit trở nên quan trọng.

Lớp oxit bảo vệ này được hình thành như thế nào?

Khi tấm wafer tiếp xúc với oxy trong không khí hoặc các chất hóa học khác, nó tạo thành một lớp oxit, tương tự như sắt (Fe) bị rỉ sét khi tiếp xúc với không khí.

Có một số phương pháp oxy hóa, chẳng hạn như oxy hóa nhiệt, lắng đọng hơi hóa học tăng cường plasma (PECVD) và anod hóa điện hóa. Trong số đó, được sử dụng rộng rãi nhất là quá trình oxy hóa nhiệt được tiến hành ở nhiệt độ cao 800-1200°C để tạo thành một lớp silicon dioxide mỏng và đồng nhất.

Quá trình oxy hóa nhiệt có thể được phân loại thành quá trình oxy hóa khô và quá trình oxy hóa ướt, tùy thuộc vào khí được sử dụng cho phản ứng oxy hóa. Quá trình oxy hóa khô sử dụng oxy tinh khiết (O2), dẫn đến sự phát triển chậm hơn của lớp oxit, khiến nó trở thành lựa chọn lý tưởng để tạo thành các lớp mỏng. Các oxit được tạo ra thông qua phương pháp khô thể hiện các đặc tính điện tuyệt vời. Quá trình oxy hóa ướt sử dụng cả oxy (O2) và hơi nước (H2O). Kết quả là, lớp oxit phát triển nhanh hơn và trở nên dày hơn. Tuy nhiên, các oxit được tạo ra thông qua phương pháp ướt không đặc bằng các oxit được tạo ra thông qua phương pháp khô. Trong cùng điều kiện thời gian và nhiệt độ, oxit được tạo ra thông qua phương pháp ướt dày hơn khoảng năm đến mười lần so với oxit được tạo ra thông qua phương pháp khô.

Bài viết này chủ yếu giới thiệu chức năng của các lớp oxit và cách chúng được hình thành. Vui lòng theo dõi phần tiếp theo của loạt bài này, nơi chúng tôi sẽ giải thích cách in các mẫu mạch trên tấm bán dẫn được phủ các lớp oxit.