Quá trình oxy hóa

Giai đoạn cơ bản nhất của tất cả các quá trình là quá trình oxy hóa. Quá trình oxy hóa là đặt tấm wafer silicon trong môi trường có các chất oxy hóa như oxy hoặc hơi nước để xử lý nhiệt ở nhiệt độ cao (800 ~ 1200oC) và phản ứng hóa học xảy ra trên bề mặt của tấm wafer silicon để tạo thành màng oxit (màng SiO2).

Màng SiO2 được sử dụng rộng rãi trong quy trình sản xuất chất bán dẫn vì độ cứng cao, điểm nóng chảy cao, độ ổn định hóa học tốt, cách nhiệt tốt, hệ số giãn nở nhiệt nhỏ và tính khả thi của quy trình.

Vai trò của oxit silic:

1. Bảo vệ và cách ly thiết bị, thụ động bề mặt. SiO2 có đặc tính cứng và mật độ tốt, có thể bảo vệ tấm wafer silicon khỏi trầy xước và hư hỏng trong quá trình sản xuất.

2. Cổng điện môi oxit. SiO2 có độ bền điện môi cao và điện trở suất cao, độ ổn định tốt và có thể được sử dụng làm vật liệu điện môi cho cấu trúc oxit cổng của công nghệ MOS.

3. Rào cản doping. SiO2 có thể được sử dụng làm lớp rào cản mặt nạ trong các quá trình khuếch tán, cấy ion và ăn mòn.

4. Lớp oxit đệm. Giảm căng thẳng giữa silicon nitride và silicon.

5. Lớp đệm tiêm. Giảm thiệt hại cấy ion và hiệu ứng kênh.

6. Chất điện môi giữa các lớp. Dùng để cách điện giữa các lớp kim loại dẫn điện (được tạo ra bằng phương pháp CVD)

Phân loại và nguyên lý oxy hóa nhiệt:

Theo khí được sử dụng trong phản ứng oxy hóa, quá trình oxy hóa nhiệt có thể được chia thành quá trình oxy hóa khô và quá trình oxy hóa ướt.

Quá trình oxy hóa oxy khô: Si+O2->SiO2

Quá trình oxy hóa oxy ướt: Si+ H2O + O2->SiO2 + H2

Quá trình oxy hóa hơi nước (oxy ướt): Si + H2O -->SiO2 + H2

Quá trình oxy hóa khô chỉ sử dụng oxy nguyên chất (O2) nên tốc độ phát triển của màng oxit chậm. Nó chủ yếu được sử dụng để tạo thành màng mỏng và có thể tạo thành các oxit có độ dẫn điện tốt. Quá trình oxy hóa ướt sử dụng cả oxy (O2) và hơi nước hòa tan cao (H2O). Do đó, màng oxit phát triển nhanh và tạo thành màng dày hơn. Tuy nhiên, so với quá trình oxy hóa khô, mật độ của lớp oxit hình thành do quá trình oxy hóa ướt thấp. Nói chung, ở cùng nhiệt độ và thời gian, màng oxit thu được từ quá trình oxy hóa ướt dày hơn khoảng 5 đến 10 lần so với màng oxit thu được bằng quá trình oxy hóa khô.