De inleiding tot drie soorten oxidatieprocessen

Oxidatieproces verwijst naar het proces waarbij oxidatiemiddelen (zoals zuurstof, waterdamp) en thermische energie op silicium worden geleverdwafels, waardoor een chemische reactie ontstaat tussen silicium en de oxidatiemiddelen, waardoor een beschermende film van siliciumdioxide (SiO₂) ontstaat.

Drie soorten oxidatieprocessen

1. Droge oxidatie:

Bij het droge oxidatieproces worden wafers onderworpen aan een omgeving met hoge temperaturen, verrijkt met pure O₂ voor oxidatie. Droge oxidatie verloopt langzaam omdat zuurstofmoleculen zwaarder zijn dan watermoleculen. Het is echter voordelig voor de productie van dunne oxidelagen van hoge kwaliteit, omdat deze lagere snelheid een nauwkeurigere controle over de dikte van de film mogelijk maakt. Dit proces kan een homogene SiO₂-film met hoge dichtheid produceren zonder ongewenste bijproducten zoals waterstof te produceren. Het is geschikt voor de productie van dunne oxidelagen in apparaten die nauwkeurige controle over de oxidedikte en -kwaliteit vereisen, zoals MOSFET-poortoxides.

2. Natte oxidatie:

Natte oxidatie werkt door siliciumwafels bloot te stellen aan waterdamp van hoge temperatuur, die een chemische reactie tussen silicium en de damp teweegbrengt om siliciumdioxide (SiO₂) te vormen. Dit proces produceert oxidelagen met een lage uniformiteit en dichtheid en produceert ongewenste bijproducten zoals H2, die doorgaans niet worden gebruikt in het kernproces. Dit komt omdat de groeisnelheid van de oxidefilm sneller is omdat de reactiviteit van waterdamp hoger is dan die van pure zuurstof. Daarom wordt natte oxidatie meestal niet gebruikt in de kernprocessen van de halfgeleiderproductie.

3. Radicale oxidatie:  

Bij het radicaaloxidatieproces wordt de siliciumwafel tot een hoge temperatuur verwarmd, op welk punt zuurstofatomen en waterstofmoleculen samenkomen om zeer actieve vrije radicalengassen te vormen. Deze gassen reageren met de siliciumwafel en vormen een SiO₂-film.

Het opvallende voordeel is de hoge reactiviteit: het kan uniforme films vormen op moeilijk bereikbare plaatsen (bijvoorbeeld afgeronde hoeken) en op materialen met een lage reactiviteit (bijvoorbeeld siliciumnitride). Dit maakt het zeer geschikt voor het vervaardigen van complexe structuren zoals 3D-halfgeleiders die zeer uniforme, hoogwaardige oxidefilms vereisen.