Wprowadzenie do trzech typów procesów utleniania

Proces utleniania odnosi się do procesu dostarczania utleniaczy (takich jak tlen, para wodna) i energii cieplnej na krzemiewafle, powodując reakcję chemiczną pomiędzy krzemem i utleniaczami, w wyniku której powstaje ochronny film z dwutlenku krzemu (SiO₂).

Trzy rodzaje procesów utleniania

1. Suche utlenianie:

W procesie utleniania na sucho płytki poddaje się działaniu środowiska o wysokiej temperaturze wzbogaconego czystym O₂ w celu utleniania. Utlenianie na sucho przebiega powoli, ponieważ cząsteczki tlenu są cięższe od cząsteczek wody. Jest to jednak korzystne przy wytwarzaniu cienkich warstw tlenku o wysokiej jakości, ponieważ ta mniejsza prędkość umożliwia bardziej precyzyjną kontrolę grubości folii. W procesie tym można uzyskać jednorodną warstwę SiO₂ o dużej gęstości bez wytwarzania niepożądanych produktów ubocznych, takich jak wodór. Nadaje się do wytwarzania cienkich warstw tlenków w urządzeniach wymagających precyzyjnej kontroli grubości i jakości tlenków, takich jak tlenki bramek MOSFET.

2. Utlenianie na mokro:

Utlenianie na mokro polega na wystawieniu płytek krzemowych na działanie pary wodnej o wysokiej temperaturze, co wywołuje reakcję chemiczną pomiędzy krzemem a parą, w wyniku której powstaje dwutlenek krzemu (SiO₂). W procesie tym powstają warstwy tlenków o niskiej jednorodności i gęstości oraz powstają niepożądane produkty uboczne, takie jak H₂, które zazwyczaj nie są stosowane w procesie rdzeniowym. Dzieje się tak dlatego, że tempo wzrostu warstwy tlenkowej jest szybsze, ponieważ reaktywność pary wodnej jest wyższa niż reaktywność czystego tlenu. Dlatego utlenianie na mokro zwykle nie jest stosowane w podstawowych procesach produkcji półprzewodników.

3. Utlenianie rodnikowe:  

W procesie utleniania rodnikowego płytkę krzemową podgrzewa się do wysokiej temperatury, w którym to momencie atomy tlenu i cząsteczki wodoru łączą się, tworząc wysoce aktywne gazy wolnych rodników. Gazy te reagują z płytką krzemową, tworząc warstwę SiO₂.

Jego wyjątkową zaletą jest wysoka reaktywność: może tworzyć jednolite powłoki w trudno dostępnych miejscach (np. zaokrąglone rogi) i na materiałach o niskiej reaktywności (np. azotku krzemu). Dzięki temu doskonale nadaje się do wytwarzania złożonych struktur, takich jak półprzewodniki 3D, które wymagają bardzo jednolitych, wysokiej jakości warstw tlenkowych.