เตาออกซิเดชันแบบเปียกเป็นอุปกรณ์ชิ้นสำคัญในการผลิตเซมิคอนดักเตอร์และวัสดุศาสตร์ ในฐานะซัพพลายเออร์ชั้นนำของเตาออกซิเดชันแบบเปียกเราเข้าใจถึงความสำคัญของผลกระทบที่มีต่อโครงสร้างผลึกของวัสดุที่ถูกออกซิไดซ์ ในบล็อกนี้ เราจะสำรวจว่าเตาออกซิเดชันแบบเปียกส่งผลต่อโครงสร้างผลึกอย่างไร และเหตุใดจึงมีความสำคัญในการใช้งานต่างๆ
พื้นฐานของการออกซิเดชันแบบเปียก
ออกซิเดชันแบบเปียกเป็นกระบวนการที่ใช้ในการขยายชั้นซิลิคอนไดออกไซด์ (SiO₂) บนเวเฟอร์ซิลิคอน ในการเกิดออกซิเดชันแบบเปียก ไอน้ำจะถูกนำเข้าไปในห้องออกซิเดชันพร้อมกับออกซิเจน ไอน้ำทำหน้าที่เป็นตัวเร่งปฏิกิริยา โดยเพิ่มอัตราการออกซิเดชันเมื่อเทียบกับออกซิเดชันแบบแห้ง ซึ่งใช้เฉพาะออกซิเจนเท่านั้น ปฏิกิริยาสามารถแสดงได้ด้วยสมการต่อไปนี้:
Si (ของแข็ง) + 2H₂O (แก๊ส) → SiO₂ (ของแข็ง) + 2H₂ (แก๊ส)
โดยทั่วไปกระบวนการออกซิเดชันแบบเปียกจะเกิดขึ้นที่อุณหภูมิระหว่าง 800°C ถึง 1200°C การเลือกอุณหภูมิขึ้นอยู่กับความหนาของออกไซด์ที่ต้องการและคุณสมบัติของวัสดุที่ถูกออกซิไดซ์
ผลกระทบต่อโครงสร้างคริสตัล
1. สายพันธุ์ขัดแตะ
วิธีหลักวิธีหนึ่งที่เตาออกซิเดชันแบบเปียกส่งผลต่อโครงสร้างผลึกคือการใช้ความเครียดของโครงตาข่าย เมื่อซิลิคอนไดออกไซด์เกิดขึ้นบนพื้นผิวของซิลิคอน ปริมาตรของชั้นออกไซด์จะมีมากกว่าปริมาตรของซิลิคอนที่ใช้ไป การขยายตัวของปริมาตรนี้สร้างความเค้นอัดในชั้นออกไซด์และความเค้นดึงในซับสเตรตซิลิกอนที่อยู่ด้านล่าง
ความเครียดขัดแตะอาจมีผลกระทบหลายประการ อาจทำให้เกิดการเคลื่อนตัวในตาข่ายคริสตัลซิลิคอน ซึ่งอาจส่งผลต่อคุณสมบัติทางไฟฟ้าของวัสดุ ตัวอย่างเช่น ความคลาดเคลื่อนสามารถทำหน้าที่เป็นศูนย์กลางการกระเจิงของอิเล็กตรอน ซึ่งจะทำให้การเคลื่อนที่ของพาหะลดลง ในบางกรณี ความเครียดของโครงตาข่ายยังสามารถนำไปสู่การก่อตัวของรอยแตกขนาดเล็กในชั้นออกไซด์ ซึ่งอาจส่งผลต่อความสมบูรณ์ของอุปกรณ์
2. การเจริญเติบโตและการวางแนวของเมล็ดข้าว
กระบวนการออกซิเดชันแบบเปียกยังสามารถส่งผลต่อการเจริญเติบโตของเกรนและการวางแนวของวัสดุที่ถูกออกซิไดซ์ ในระหว่างการออกซิเดชั่น อะตอมของซิลิคอนที่พื้นผิวจะทำปฏิกิริยากับไอน้ำและออกซิเจนเพื่อสร้างซิลิคอนไดออกไซด์ การเจริญเติบโตของชั้นออกไซด์อาจได้รับอิทธิพลจากการวางแนวของผลึกของซับสเตรตซิลิกอนที่อยู่ด้านล่าง
ตัวอย่างเช่น ในซิลิคอนเชิง <100> อัตราการเกิดออกซิเดชันจะเร็วกว่าในซิลิคอนเชิง <111> อัตราการเกิดออกซิเดชันที่แตกต่างกันนี้สามารถนำไปสู่การก่อตัวของชั้นออกไซด์ที่มีความหนาและสัณฐานวิทยาต่างกันบนการวางแนวของผลึกที่ต่างกัน นอกจากนี้ กระบวนการออกซิเดชันแบบเปียกสามารถส่งเสริมการเติบโตของระนาบคริสตัลบางอันเหนือระนาบอื่น ซึ่งนำไปสู่การเปลี่ยนแปลงโครงสร้างเกรนโดยรวมของวัสดุ
3. การรวมตัวกันของสิ่งเจือปน
การมีอยู่ของไอน้ำในกระบวนการออกซิเดชันแบบเปียกยังส่งผลต่อการรวมตัวของสิ่งเจือปนเข้าไปในวัสดุที่ถูกออกซิไดซ์อีกด้วย ไอน้ำสามารถทำปฏิกิริยากับสิ่งเจือปนในซับสเตรตซิลิกอนหรือบรรยากาศออกซิเดชัน ทำให้เกิดสารประกอบระเหยที่สามารถกำจัดออกจากระบบได้ง่าย ในทางกลับกัน ไอน้ำยังสามารถทำหน้าที่เป็นแหล่งของไฮโดรเจน ซึ่งสามารถแพร่กระจายไปยังสารตั้งต้นของซิลิคอนและทำให้เกิดข้อบกพร่องได้
การรวมตัวของสารเจือปนอาจส่งผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่อคุณสมบัติทางไฟฟ้าและทางแสงของวัสดุที่ถูกออกซิไดซ์ ตัวอย่างเช่น การมีอยู่ของไฮโดรเจนสามารถลดจำนวนพันธะห้อยที่ส่วนต่อประสานของซิลิคอน - ออกไซด์ ปรับปรุงคุณภาพส่วนต่อประสาน และลดกระแสรั่วไหลในอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์
การใช้งานและข้อควรพิจารณา
1. การผลิตเซมิคอนดักเตอร์
ในการผลิตเซมิคอนดักเตอร์ เตาออกซิเดชันแบบเปียกถูกใช้เพื่อสร้างชั้นออกไซด์บางๆ สำหรับการใช้งานที่หลากหลาย เช่น เกทออกไซด์ใน MOSFET (ทรานซิสเตอร์สนามโลหะ - ออกไซด์ - สารกึ่งตัวนำ - เอฟเฟกต์สนามเซมิคอนดักเตอร์) และออกไซด์แยกในวงจรรวม การควบคุมโครงสร้างผลึกถือเป็นสิ่งสำคัญในการรับรองประสิทธิภาพและความน่าเชื่อถือของอุปกรณ์เหล่านี้
ตัวอย่างเช่น ใน MOSFET คุณภาพของเกทออกไซด์มีความสำคัญอย่างยิ่งในการกำหนดแรงดันไฟฟ้าเกณฑ์ การเคลื่อนตัวของตัวพา และกระแสไฟฟ้ารั่ว การเปลี่ยนแปลงใดๆ ในโครงสร้างผลึกของเกทออกไซด์ เช่น ความเครียดของโครงตาข่ายหรือการรวมตัวของสิ่งเจือปน อาจส่งผลต่อคุณสมบัติทางไฟฟ้าเหล่านี้ ดังนั้น ผู้ผลิตเซมิคอนดักเตอร์จึงใช้เตาออกซิเดชันแบบเปียกขั้นสูงที่มีอุณหภูมิและการควบคุมการไหลของก๊าซที่แม่นยำ เพื่อลดผลกระทบต่อโครงสร้างผลึก
2. การวิจัยด้านวัสดุศาสตร์
ในการวิจัยด้านวัสดุศาสตร์ กระบวนการออกซิเดชันแบบเปียกใช้เพื่อศึกษาพฤติกรรมออกซิเดชันของวัสดุต่างๆ และพัฒนาวัสดุใหม่ที่มีคุณสมบัติดีขึ้น จากการทำความเข้าใจว่าเตาออกซิเดชันแบบเปียกส่งผลต่อโครงสร้างผลึกอย่างไร นักวิจัยสามารถออกแบบกระบวนการออกซิเดชันเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพคุณสมบัติของวัสดุได้
ตัวอย่างเช่น ในการวิจัยวัสดุซิลิคอนคาร์ไบด์ (SiC) สามารถใช้การออกซิเดชันแบบเปียกเพื่อปรับเปลี่ยนคุณสมบัติพื้นผิวของ SiC ได้ SiC เป็นเซมิคอนดักเตอร์แบบแถบความถี่กว้างที่มีคุณสมบัติทางไฟฟ้าและความร้อนที่ดีเยี่ยม แต่พฤติกรรมการเกิดออกซิเดชันจะแตกต่างจากพฤติกรรมของซิลิคอน ด้วยการควบคุมสภาวะออกซิเดชันในเตาออกซิเดชันแบบเปียก นักวิจัยสามารถศึกษาการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างผลึกใน SiC และพัฒนากระบวนการออกซิเดชันใหม่สำหรับอุปกรณ์ที่ใช้ SiC
3. อุปกรณ์เสริม
นอกจากเตาออกซิเดชั่นแบบเปียกแล้ว บริษัทของเรายังมีอุปกรณ์การประมวลผลความร้อนเสริมอีกมากมาย สำหรับการใช้งานที่อุณหภูมิต่ำของเราอุปกรณ์ RTP อุณหภูมิต่ำให้ความสามารถในการประมวลผลความร้อนที่รวดเร็ว ของเราเตาแปรรูปความร้อนแนวตั้งเหมาะสำหรับการผลิตปริมาณมากพร้อมการควบคุมอุณหภูมิที่แม่นยำ ที่เตา Epitaxy SiCได้รับการออกแบบมาโดยเฉพาะสำหรับการเจริญเติบโตของเยื่อบุผิวของวัสดุ SiC และสำหรับกระบวนการอัตโนมัติของเราอุปกรณ์ RTP อัตโนมัติให้ประสิทธิภาพและความน่าเชื่อถือ
ติดต่อเราเพื่อซื้อและให้คำปรึกษา
หากคุณสนใจที่จะเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับเตาออกซิเดชันแบบเปียกของเราหรืออุปกรณ์การประมวลผลความร้อนอื่นๆ ของเรา เราขอเชิญคุณติดต่อเรา ทีมผู้เชี่ยวชาญของเราพร้อมที่จะช่วยเหลือคุณในการเลือกอุปกรณ์ที่เหมาะสมกับความต้องการเฉพาะของคุณ และให้การสนับสนุนด้านเทคนิคตลอดกระบวนการจัดซื้อ ไม่ว่าคุณจะเป็นผู้ผลิตเซมิคอนดักเตอร์ นักวิจัยด้านวัสดุศาสตร์ หรือใครก็ตามที่ต้องการโซลูชันการประมวลผลความร้อนคุณภาพสูง เราพร้อมให้ความช่วยเหลือ
อ้างอิง
- S. Wolf, RN Tauber, "การประมวลผลซิลิคอนสำหรับยุค VLSI: เล่มที่ 1 - เทคโนโลยีกระบวนการ", Lattice Press, 1986
- BE Deal, AS Grove, "ความสัมพันธ์ทั่วไปสำหรับการเกิดออกซิเดชันทางความร้อนของซิลิคอน", วารสารฟิสิกส์ประยุกต์, ฉบับที่ 36 หน้า 3770 - 3778, 1965.
- CY Chang, SM Sze, "เทคโนโลยี ULSI", McGraw - Hill, 1996
