Processo di ossidazione

La fase più elementare di tutti i processi è il processo di ossidazione. Il processo di ossidazione consiste nel posizionare il wafer di silicio in un'atmosfera di ossidanti come ossigeno o vapore acqueo per un trattamento termico ad alta temperatura (800~1200 ℃) e sulla superficie del wafer di silicio avviene una reazione chimica per formare una pellicola di ossido (pellicola SiO2).

La pellicola di SiO2 è ampiamente utilizzata nei processi di produzione di semiconduttori grazie alla sua elevata durezza, alto punto di fusione, buona stabilità chimica, buon isolamento, basso coefficiente di dilatazione termica e fattibilità del processo.

Il ruolo dell'ossido di silicio:

1. Protezione e isolamento del dispositivo, passivazione superficiale. SiO2 ha le caratteristiche di durezza e buona densità, che possono proteggere il wafer di silicio da graffi e danni durante il processo di produzione.

2. Dielettrico di ossido di gate. SiO2 ha elevata rigidità dielettrica ed elevata resistività, buona stabilità e può essere utilizzato come materiale dielettrico per la struttura di ossido di gate della tecnologia MOS.

3. Barriera antidoping. SiO2 può essere utilizzato come strato barriera della maschera nei processi di diffusione, impiantazione ionica e attacco.

4. Strato di ossido di riempimento. Ridurre lo stress tra nitruro di silicio e silicio.

5. Strato tampone di iniezione. Ridurre il danno da impianto ionico e l'effetto di canalizzazione.

6. Dielettrico interstrato. Utilizzato per l'isolamento tra strati metallici conduttivi (generato mediante metodo CVD)

Classificazione e principio dell'ossidazione termica:

A seconda del gas utilizzato nella reazione di ossidazione, l'ossidazione termica può essere suddivisa in ossidazione secca e ossidazione umida.

Ossidazione con ossigeno secco: Si+O2-->SiO2

Ossidazione con ossigeno umido: Si+ H2O + O2-->SiO2 + H2

Ossidazione del vapore acqueo (ossigeno umido): Si + H2O -->SiO2 + H2

L'ossidazione a secco utilizza solo ossigeno puro (O2), quindi il tasso di crescita della pellicola di ossido è lento. Viene utilizzato principalmente per formare film sottili e può formare ossidi con buona conduttività. L'ossidazione umida utilizza sia ossigeno (O2) che vapore acqueo altamente solubile (H2O). Pertanto, la pellicola di ossido cresce rapidamente e forma una pellicola più spessa. Tuttavia, rispetto all’ossidazione a secco, la densità dello strato di ossido formato dall’ossidazione a umido è bassa. Generalmente, alla stessa temperatura e tempo, la pellicola di ossido ottenuta mediante ossidazione a umido è da circa 5 a 10 volte più spessa della pellicola di ossido ottenuta mediante ossidazione a secco.