مقدمة لثلاثة أنواع من عمليات الأكسدة

تشير عملية الأكسدة إلى عملية توفير المواد المؤكسدة (مثل الأكسجين وبخار الماء) والطاقة الحرارية على السيليكونرقائق، مما يتسبب في حدوث تفاعل كيميائي بين السيليكون والمواد المؤكسدة لتكوين طبقة واقية من ثاني أكسيد السيليكون (SiO₂).

ثلاثة أنواع من عمليات الأكسدة

1. الأكسدة الجافة:

في عملية الأكسدة الجافة، تتعرض الرقاقات لبيئة ذات درجة حرارة عالية غنية بـ O₂ النقي للأكسدة. تتم الأكسدة الجافة ببطء لأن جزيئات الأكسجين أثقل من جزيئات الماء. ومع ذلك، فهو مفيد لإنتاج طبقات أكسيد رفيعة وعالية الجودة لأن هذا المعدل الأبطأ يتيح تحكمًا أكثر دقة في سمك الفيلم. يمكن لهذه العملية إنتاج طبقة SiO₂ متجانسة وعالية الكثافة دون إنتاج منتجات ثانوية غير مرغوب فيها مثل الهيدروجين. إنها مناسبة لإنتاج طبقات الأكسيد الرقيقة في الأجهزة التي تتطلب تحكمًا دقيقًا في سمك الأكسيد وجودته، مثل أكاسيد بوابة MOSFET.

1. الأكسدة الجافة:

تعمل الأكسدة الرطبة عن طريق تعريض رقائق السيليكون لبخار ماء عالي الحرارة، مما يؤدي إلى تفاعل كيميائي بين السيليكون والبخار لتكوين ثاني أكسيد السيليكون (SiO₂). تنتج هذه العملية طبقات أكسيد ذات انتظام وكثافة منخفضة وتنتج منتجات ثانوية غير مرغوب فيها مثل H₂، والتي لا يتم استخدامها عادةً في العملية الأساسية. وذلك لأن معدل نمو طبقة الأكسيد أسرع لأن تفاعل بخار الماء أعلى من تفاعل الأكسجين النقي. لذلك، عادة لا يتم استخدام الأكسدة الرطبة في العمليات الأساسية لتصنيع أشباه الموصلات.

3. الأكسدة الجذرية:  

في عملية الأكسدة الجذرية، يتم تسخين رقاقة السيليكون إلى درجة حرارة عالية، وعند هذه النقطة تتحد ذرات الأكسجين وجزيئات الهيدروجين لتكوين غازات جذرية حرة نشطة للغاية. تتفاعل هذه الغازات مع رقاقة السيليكون لتكوين فيلم SiO₂.

وتتمثل ميزتها البارزة في التفاعلية العالية: حيث يمكنها تشكيل أفلام موحدة في المناطق التي يصعب الوصول إليها (على سبيل المثال، الزوايا المستديرة) وعلى المواد منخفضة التفاعل (على سبيل المثال، نيتريد السيليكون). وهذا يجعلها مناسبة تمامًا لتصنيع الهياكل المعقدة مثل أشباه الموصلات ثلاثية الأبعاد التي تتطلب أفلام أكسيد موحدة وعالية الجودة.