اکسیداسیون حرارتی در الکترونیک

در مطلب قبلی ما به ویژگی های اکسیداسیون و مکانیزم آن اشاره کردیم.

حال در این مطلب به اکسیداسیون حرارتی می پردازیم.

 

اغلب لایه های Sio₂ روی سطح سیلیکن به وسیله ی اکسیداسیون حرارتی رشد داده می شوند. اکسیداسیون حرارتی در محدوده ی دمایی بین 900 تا 1200 درجه سانتی گراد در حضور گاز اکسیژن یا بخار آب صورت می پذیرد.

اکسیداسیون حرارتی به نوبه خود به دو دسته اکسیداسیون در فشار اتمسفر و اکسیداسیون در فشار بالا تقسیم می شوند.

 

اکسیداسیون حرارتی به دو گونه ی متداول صورت می گیرد:

1- پوشش خشک:

هنگامی که ویفر در مقابل گاز اکسیژن قرار می گیرد واکنشی که رخ می دهد برابر است با:

Si + O₂ –> SiO₂

2- روش تر (مرطوب):

هنگامی که ویفر در معرض بخار آب قرار می گیرد، واکنش زیر رخ میدهد:

Si + 2H₂O –> Sio₂ + 2H₂

مزایای اکسیداسیون خشک:

1- تشکیل لایه های اکسید با چگالی بالاتر

2- کنترل بهتر پروسه به دلیل سرعت کمتر

3- استقامت دی الکتریک (حداکثر میدان الکتریکی که یک دی الکتریک می تواند تحمل کند بدون آنکه در هم بشکند، استقامت الکتریکی نامیده می شود.) بالاتر

4- جلوگیری از نفوذ آلاینده ها به علت دانسیتیه بالا

معایب:

رشد لایه های ضخیم با این روش نیاز به زمان طولانی دارد.

 

مزایای اکسیداسیون مرطوب:

1- اکسیداسیون سریع:

دلیل سریع بودن اکسیداسیون این است که بخار آب شامل یک اتم هیدروژن و یک یون هیدروکسیل (-OH) می باشد که این یون سریع تر از اکسیژن در لایه های اکسید پخش می شود و به سطح سیلیکن برای انجام واکنش می رسد.

معایب:

1- تشکیل لایه اکسید با چگالی کمتر: علت کم بودن چگالی در این روش این است که طبق معادله واکنش، دو مولکول هیدروژن طی واکنش آزاد می شوند که در لایه ی Sio₂ به دام می افتند. در نتیجه چگالی لایه کمتر می شود.

2- استقامت در الکتریک پایین تر و داشتن خلل و فرج بیشتر برای نفوذ آلاینده ها

 

برای تشکیل اکسیدهایی با ضخامت بیشتر از  1200A که مشخصه های الکتریکی و شیمیایی آنها مهم و بحرانی نیستند از این روش استفاده می شوند.