Oxidationsprozess

Der grundlegendste Schritt aller Prozesse ist der Oxidationsprozess. Beim Oxidationsprozess wird der Siliziumwafer für eine Hochtemperatur-Wärmebehandlung (800–1200 °C) in eine Atmosphäre aus Oxidationsmitteln wie Sauerstoff oder Wasserdampf gebracht. Auf der Oberfläche des Siliziumwafers kommt es zu einer chemischen Reaktion, die einen Oxidfilm bildet (SiO2-Film).

SiO2-Filme werden aufgrund ihrer hohen Härte, ihres hohen Schmelzpunkts, ihrer guten chemischen Stabilität, ihrer guten Isolierung, ihres geringen Wärmeausdehnungskoeffizienten und ihrer Prozessdurchführbarkeit häufig in Halbleiterherstellungsprozessen eingesetzt.

Die Rolle von Siliziumoxid:

1. Geräteschutz und -isolierung, Oberflächenpassivierung. SiO2 zeichnet sich durch Härte und gute Dichte aus, wodurch der Siliziumwafer während des Herstellungsprozesses vor Kratzern und Beschädigungen geschützt werden kann.

2. Gate-Oxid-Dielektrikum. SiO2 weist eine hohe Durchschlagsfestigkeit und einen hohen spezifischen Widerstand sowie eine gute Stabilität auf und kann als dielektrisches Material für die Gate-Oxidstruktur der MOS-Technologie verwendet werden.

3. Dopingbarriere. SiO2 kann als Maskenbarriereschicht in Diffusions-, Ionenimplantations- und Ätzprozessen verwendet werden.

4. Oxidschicht aufpolstern. Reduzieren Sie die Spannung zwischen Siliziumnitrid und Silizium.

5. Injektionspufferschicht. Reduzieren Sie den Schaden durch Ionenimplantation und den Kanalisierungseffekt.

6. Zwischenschichtdielektrikum. Wird zur Isolierung zwischen leitenden Metallschichten verwendet (erzeugt durch CVD-Methode)

Klassifizierung und Prinzip der thermischen Oxidation:

Je nach dem bei der Oxidationsreaktion verwendeten Gas kann die thermische Oxidation in Trockenoxidation und Nassoxidation unterteilt werden.

Trockene Sauerstoffoxidation: Si+O2 -> SiO2

Nasse Sauerstoffoxidation: Si+ H2O + O2 -> SiO2 + H2

Wasserdampfoxidation (nasser Sauerstoff): Si + H2O ->SiO2 + H2

Bei der Trockenoxidation wird nur reiner Sauerstoff (O2) verwendet, sodass die Wachstumsrate des Oxidfilms langsam ist. Es wird hauptsächlich zur Bildung dünner Filme verwendet und kann Oxide mit guter Leitfähigkeit bilden. Bei der Nassoxidation werden sowohl Sauerstoff (O2) als auch hochlöslicher Wasserdampf (H2O) verwendet. Daher wächst der Oxidfilm schnell und bildet einen dickeren Film. Allerdings ist die Dichte der bei der Nassoxidation gebildeten Oxidschicht im Vergleich zur Trockenoxidation gering. Im Allgemeinen ist der durch Nassoxidation erhaltene Oxidfilm bei gleicher Temperatur und Zeit etwa 5 bis 10 Mal dicker als der durch Trockenoxidation erhaltene Oxidfilm.