Główne rodzaje utleniania termicznego

W procesie wytwarzania wysokiej klasy urządzeń półprzewodnikowych folie SiO₂ powstają zwykle w procesach utleniania w celu obróbki powierzchni podłoża, a ich typowe zastosowania obejmują warstwy barierowe domieszki, warstwy izolacji powierzchniowej, warstwy tlenków bramek, tlenki polowe i tlenki protektorowe. Jako podstawowe procesy wytwarzania płytek, oparte na atmosferze utleniającej, utlenianie termiczne dzieli się na utlenianie na sucho, utlenianie na mokro tlenem i utlenianie parą.

Utlenianie na sucho

Utlenianie na sucho polega na wprowadzeniu do komory reakcyjnej czystego i suchego tlenu. W wysokich temperaturach cząsteczki tlenu reagują z atomami krzemu na powierzchni płytki, tworząc początkową warstwę SiO₂, blokując bezpośredni kontakt cząsteczek tlenu z powierzchnią krzemu. W późniejszym procesie utleniania cząsteczki tlenu muszą dyfundować przez istniejącą warstwę SiO₂, aby dotrzeć do granicy faz Si/SiO₂ w celu dalszej reakcji. Z tego powodu granica międzyfazowa Si/SiO₂ ulega ciągłym zmianom, co skutkuje niekompletnym SiOₓ pomiędzy końcową warstwą tlenku a podłożem, co dalej prowadzi do powstawania stanów międzyfazowych. Warstwa SiO₂ utworzona w procesie suchego utleniania charakteryzuje się gęstą strukturą, doskonałą jednorodnością i doskonałą powtarzalnością procesu. Mocno wiążą się z niepolarnym fotorezystem, zapobiegają złuszczaniu się fotorezystu i zapewniają doskonałą rozdzielczość litograficzną, co czyni je najlepszym wyborem dla warstw tlenkowych stykających się z fotorezystem.

Utlenianie domieszkowane chlorem jest odmianą utleniania na sucho. Podczas procesu do suchego tlenu dodaje się niewielką ilość związków gazowych zawierających chlor, takich jak chlor gazowy, chlorowodór, trichloroetylen lub trichloroetan. Chlor włącza się do warstwy tlenku i gromadzi się w pobliżu granicy faz SiO₂/Si. Wychwytuje jony ruchome (np. jony sodu) i dezaktywuje je. Tymczasem chlor tworzy na granicy faz kompleksy Cl-Si-O, które neutralizują ładunki na granicy faz i wypełniają wolne miejsca w tlenie. Zmniejsza to gęstość stanu międzyfazowego i minimalizuje defekty w warstwie SiO₂. W wysokich temperaturach chlor reaguje z zanieczyszczeniami nagromadzonymi w długo eksploatowanych piecach utleniających, tworząc lotne związki, które są usuwane z komory. Utlenianie domieszkowane chlorem zmniejsza w ten sposób zanieczyszczenia w krzemie, obniża centra rekombinacji i zwiększa żywotność nośników mniejszościowych.

Utlenianie parowe

Utlenianie parą wykorzystuje parę wodną znajdującą się w komorze reakcyjnej. Para wodna wytwarzana jest z wody dejonizowanej o wysokiej czystości lub z reakcji spalania wodoru i gazowego tlenu. W wysokich temperaturach para wodna reaguje z krzemem na powierzchni płytki, tworząc początkową warstwę SiO₂. Cząsteczki wody najpierw reagują z powierzchnią SiO₂, tworząc grupy silanolowe (Si-OH). Grupy te dyfundują przez warstwę tlenku do granicy faz SiO₂/Si i kontynuują reakcję z atomami krzemu. Większość wytworzonego wodoru ucieka z granicy faz, natomiast część łączy się z tlenem, tworząc grupy hydroksylowe (-OH).

Warstwa SiO₂ powstająca w wyniku utleniania parą wodną ma strukturę silanolową z niemostkującymi atomami tlenu, przy czym każdy atom tlenu wiąże się tylko z jednym atomem krzemu. Takie warstwy tlenkowe są mniej gęste i charakteryzują się słabą powtarzalnością procesu. Grupy hydroksylowe łatwo absorbują wilgoć i powodują, że folia jest polarna, co prowadzi do słabej przyczepności do niepolarnego fotorezystu i częstego podnoszenia fotomaski. Ze względu na luźną strukturę utlenianie parą przebiega znacznie szybciej niż utlenianie na sucho.

Mokre utlenianie tlenowe

W przypadku utleniania tlenem na mokro gazowy tlen przed wejściem do komory reakcyjnej przechodzi przez podgrzaną wodę dejonizowaną o wysokiej czystości, dzięki czemu tlen przenosi parę wodną o określonym stężeniu. Zawartość pary wodnej zależy od temperatury i natężenia przepływu gazu. Proces ten łączy w sobie cechy utleniania na sucho i utleniania parą. Jego szybkość utleniania jest wyższa niż utlenianie na sucho, ale niższa niż utlenianie parą. Pod względem jakości filmu utlenianie tlenem na mokro jest gorsze od utleniania na sucho, ale lepsze od utleniania parą.

Semicorex oferuje wysoką jakośćłódki kwarcoweIrurki kwarcowedo procesów utleniania termicznego. Jeśli masz jakiekolwiek pytania lub potrzebujesz dodatkowych szczegółów, nie wahaj się z nami skontaktować.

Numer telefonu kontaktowego +86-13567891907

E-mail: sales@semicorex.com