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Pourquoi choisir l’oxydation par voie humide plutôt que l’oxydation par voie sèche ? Quel est le principe scientifique qui sous-tend cette méthode ?
Dans le domaine du micro-usinage, l'oxydation thermique est une technique importante pour produire de fines couches d'oxyde, généralement du dioxyde de silicium. Cette technologie forme une couche d'oxyde sur le substrat de silicium en provoquant la diffusion d'un oxydant dans la plaquette et sa réaction sous haute température. Lorsqu'il s'agit de l'oxydation du phosphore, l'utilisation de vapeur d'eau ou d'oxygène moléculaire affecte la qualité et les caractéristiques de la couche d'oxyde finale, et ces deux méthodes sont également connues sous le nom d'oxydation humide et d'oxydation sèche. Cet article explorera les avantages de l’oxydation humide et la science qui la sous-tend.
La réaction chimique d'oxydation thermique est la réaction du silicium et de l'oxygène ou de la vapeur d'eau pour former du dioxyde de silicium. La nature de cette réaction affecte directement les caractéristiques de croissance et la qualité de la couche d'oxyde.
Principes de base de l'oxydation thermique
L'oxydation thermique est généralement réalisée entre 800°C et 1200°C, avec de la vapeur d'eau ou de l'oxygène moléculaire comme oxydant. Une telle réaction chimique peut être exprimée comme suit :
Si + 2H2O → SiO2 + 2H2(g)
Dans ce processus, l'oxydation humide génère une grande quantité de dioxyde de silicium et, par rapport à l'oxydation sèche, le taux de croissance de l'oxydation humide est plus rapide, ce qui fait de l'oxydation humide un choix idéal lorsqu'une couche d'oxyde épaisse est requise.
Avantages de l'oxydation humide
L'oxydation par voie humide présente plusieurs avantages. Tout d'abord, son taux de croissance est nettement plus élevé que celui de l'oxydation par voie sèche. Cela signifie que si une couche d’oxyde épaisse doit être obtenue dans un temps plus court, l’oxydation humide serait un meilleur choix. Deuxièmement, en raison de la participation de l’eau au processus d’oxydation humide, elle laissera moins de défauts et d’impuretés dans le dioxyde de silicium formé, ce qui rendra la qualité de la couche d’oxyde relativement élevée.
Il convient de noter que bien que l'oxydation rapide présente un avantage en termes de taux de croissance, elle peut laisser davantage de liaisons insaturées à l'interface entre le silicium et la couche d'oxyde, ce qui peut entraîner un problème de fuite de courant.
Application de la technologie d'oxydation
Dans la microfabrication moderne, la technologie d'oxydation est principalement réalisée à l'aide de fours d'oxydation spécialisés pouvant accueillir plusieurs plaquettes en même temps. Lors du processus d'oxydation, le placement de la plaquette a un impact important sur l'uniformité de l'oxydation. La conception du four vertical évite efficacement la sédimentation et l'oxydation inégale causées par la gravité, améliorant ainsi le rendement global du processus.
Comment réduire l'impact des impuretés sur les performances
Pendant le processus d'oxydation thermique, la présence d'impuretés métalliques affecte généralement les performances du MOSFET, en particulier le sodium, qui a l'impact le plus significatif. Cependant, la présence de chlorure peut immobiliser efficacement ces impuretés. Au cours du processus d’oxydation, l’ajout d’acide chlorhydrique augmente non seulement le taux d’oxydation mais réduit également la contamination de la plaquette.
Équilibre entre l'oxydation humide et l'oxydation sèche
Bien que l’oxydation humide offre plusieurs avantages, les propriétés de réduction des défauts de l’oxydation sèche sont tout aussi importantes dans certaines applications. Par conséquent, le processus adopte souvent une méthode de cycle « humide-sec-humide », qui peut prendre en compte à la fois la qualité de la couche d'oxyde et la stabilité des performances électroniques tout en augmentant l'épaisseur globale.
Orientation du développement futur
Avec le développement de la technologie microélectronique, la demande de couches d’oxyde de haute qualité continue d’augmenter. Les chercheurs travaillent à l’amélioration des techniques d’oxydation thermique existantes, notamment en explorant des méthodes d’oxydation par étapes pour réduire les défauts et améliorer les propriétés électroniques de l’interface. Ces avancées stimuleront sans aucun doute de nouvelles innovations dans le domaine de la microfabrication à l’avenir.
Alors que de nouvelles technologies continuent d’émerger, comment pouvons-nous choisir la méthode d’oxydation la plus appropriée pour répondre à des besoins de fabrication de plus en plus difficiles ?
