Termisk oxidation

Oxidation av kisel (Si) är processen att skapa en oxidfilm ( kiseldioxid SiO 2 ) på ytan av ett kiselsubstrat.

Oxidationens uppgift är att odla ett högkvalitativt oxidskikt på ett kiselsubstrat. Kiseloxid produceras genom en kemisk reaktion mellan syre och kisel. Syre finns i det oxiderande mediet, som är i kontakt med ytan på substratet som värms upp i ugnen. Torrt eller vått (med ånga) syre används vanligtvis som oxidationsmedium.

Kemisk reaktion

Termisk oxidation av kisel utförs vanligtvis vid temperaturer mellan 800 och 1200°C. Resultatet är ett högtemperaturoxidskikt . Detta kan göras både i vattenånga och när molekylärt syre fungerar som ett oxidationsmedel, vilket respektive kallas våt (våt) eller torr (torr) oxidation. När detta inträffar inträffar en av följande reaktioner:

Den oxiderande miljön kan också innehålla flera procent saltsyra. Klor tar bort metalljoner som kan finnas i oxiden.

Applicering av SiO 2 -lager

Kiselskikt används i elektronik :

• som en mask för dopningsdiffusion
• för ytpassivering av halvledare
• för att isolera individuella VLSI- element från varandra
• som grinddielektrikum
• som en av flerskiktsdielektrikerna i produktionen av MNOS- minneselement
• som isolering i flerskiktskretsar
• som en del av en röntgenlitografimall

Fördelar med SiO 2

• SiO 2 är ett "inhemskt" material för kisel, så det är lätt att erhålla från det
• SiO 2 kan enkelt etsas bort från underlaget med fluorvätesyra (HF) utan att skada kislet
• SiO 2 är en barriär mot diffusion av bor , fosfor , arsenik
• SiO 2 är en bra isolator (har hög genomslagsspänning)
• SiO 2 är stabil upp till 10 −9 Torr (10 −7 Pa) och T > 900 °C
• SiO 2 löser sig inte i vatten

Termiska oxidationsregimer

• T = 700 - 1300 °C
• p = 0,2 - 1,0 atm
• SiO 2 skikttjocklek  : 0,03 - 2 µm
• processlängd: 3 – 6 timmar

Typer av termisk oxidation

• Torr oxidation
• Våtoxidation
• Ånga oxidation