Metody utleniania krzemu:

Tlenek krzemu jest głównym materiałem używanym w technologii krzemowej. Otrzymuje się go w dwóch procesach:

- podczas termicznego utleniania krzemu -proces wysokotemperaturowy (900-1200°C)

-nanoszenia metodami próżniowymi lub chemicznym osadzaniem warstw tlenku krzemu

W procesie nanoszenia krzem jest dostarczany z zewnątrz a samo podłoże nie bierze udziału w reakcji. Odwrotnie dzieje się podczas utleniania termicznego, gdzie krzem pochodzi z podłoża.

Otrzymana warstwa SiO₂ pełni m.in. funkcje:

- maskowanie w procesach trawienia, dyfuzji

- pasywacja powierzchni półprzewodnika

- zabezpieczenie półprzewodnika przez czynnikami zewnętrznymi

- izolowanie elektryczne w obrębie układu

Utlenianie termiczne wykonywane jest w piecu dyfuzyjnym. Aby uniknąć niekontrolowanej dyfuzji obcych pierwiastków reaktor pieca wykonuje się z kwarcu.

W zależności od warunków w jakich przeprowadzamy proces wyróżniamy dwa typy utleniania:

• Utlenianie suche – proces przebiega w obecności czystego tlenu.

Si + O2 → SiO2

Cechy utleniania suchego: warstwa tlenku rośnie bardzo powoli, cechuje się jednorodnością, ma małe zdefektowanie oraz jest bardzo cienka.

• Utlenianie mokre – proces przebiega w atmosferze pary wodnej.

Si + 2H2O → SiO2 + 2H2

Cechy utleniania mokrego: warstwa ma duży ładunek powierzchniowy, rośnie szybko, ma duże zdefektowanie oraz jest gruba (~ 1μm).

W trakcie procesu utleniania 44% krzemu z podłoża zużywana jest na wytworzenie warstwy tlenku. Reakcje chemiczne zachodzą na powierzchni granicznej SiO2-Si, a jej właściwości kształtują się w ostatnich chwilach procesu utleniania termicznego, co ma wpływ na parametry tlenku.

Najważniejsze parametry procesu utleniania to:

- temperatura utleniania

- czas trwania procesu

- skład chemiczny gazu utleniającego

- ciśnienie tlenu w reaktorze

- orientacja krystalograficzna podłoża krzemowego

Wykresy zależności grubości otrzymanej warstwy tlenku krzemu od temperatury, czasu i atmosfery utleniania:

ETAP 1

Do utleniania naszej płytki krzemowej użyliśmy metody mokrej z mieszaniną pary wodnej i azotu. Piec dyfuzyjny został rozgrzany przez prowadzącego przed zajęciami do temperatury 1100°C i w tej temperaturze przeprowadzaliśmy utlenianie. Nasze płytki umieściliśmy w łódce kwarcowej i następnie zostały umieszczone w środkowej części pieca. Otwór przez który wsadzaliśmy płytki zastał zasłonięty szklaną osłoną z małym otworem, z którego w późniejszej części procesu widoczna była ulatniająca się para wodna (produkt uboczny utleniania). W czasie gdy nasze płytki znajdowały się w piecu, my obliczaliśmy grubość gotowych płytek za pomocą elipsometru. Po 60 minutach utleniania wysunęliśmy gotowe płytki z pieca, które miały kolor różowy/wyblakło fioletowy. Porównując kolor płytek i czas utleniania ze wzorcem w pracowni otrzymaliśmy grubość warstwy tlenku, która wynosiła ok. 1300um.