Analiză specială asupra grosimii stratului de oxid natural de pe plăcile de siliciu

1. Ce este stratul de oxid natural pe placă de siliciu

Filmul de oxid natural (cunoscut și ca strat de oxid natural) pe placă de siliciu se referă la un strat extrem de subțire de dioxid de siliciu (SiO₂) format prin reacția spontană dintre placheta de siliciu și oxigenul din aer la temperatura camerei. Acest film de oxidcrește automatdupă ce placheta de siliciu este expusă la aer, fără încălzire manuală sau procese speciale de oxidare.

2. Grosimea tipică a stratului de oxid natural

Conform datelor publice:

Expus la aer la temperatura camerei: Grosimea finală a stratului de oxid natural este de obicei stabilă între1~2 nm(nanometri).

Suprafață de silicon proaspăt despicată (doar expusă): crește până la aproximativ0,6~1 nmîn câteva ore.

Expunere pe termen lung-(de la luni la ani): grosimea finală, în general, nu depășește2~3 nm.

*Consens în industrie:În condiții normale de temperatură și presiune atmosferică, grosimea stratului de oxid natural de pe placă de siliciu este de obicei în intervalul 1 ~ 2 nm.**

3. Legea de creștere a stratului de oxid natural

Urmează creșterea stratului natural de oxidlegea logaritmicămai degrabă decât creșterea liniară:

• Creștere rapidă în stadiul inițial: Când placheta de siliciu este doar expusă la aer, stratul de oxid crește relativ rapid și poate ajunge la ~1 nm în câteva ore.
• încetinind treptat: Pe măsură ce grosimea stratului de oxid crește, oxigenul trebuie să difuzeze prin stratul de oxid deja format pentru a ajunge la suprafața de siliciu pentru reacție, astfel încât rata de creștere scade treptat.
• Saturație finală: Creșterea grosimii se oprește treptat, se stabilizează la 1~2 nm și nu se va îngroșa la infinit.
• Aproximarea formulei cinetice de creștere: x ∝ ln(t + 1), unde x este grosimea stratului de oxid, t este timpul de expunere.

4. Factori cheie care afectează grosimea stratului de oxid natural

5. Rolul stratului de oxid natural în procesarea semiconductoarelor

Roluri benefice:

• Suprafață de siliciu pasiv: Reparați legăturile atârnate pe suprafața de siliciu, reduceți densitatea stării de suprafață și îmbunătățiți performanța electrică a dispozitivelor.
• Efect protector: Preveniți contaminarea suprafeței cu silicon și joacă un rol de protecție temporar între procesele umede.
• Proces auxiliar: Acționează ca un strat tampon în unele procese de curățare și fotolitografie.

Probleme de reținut:

• Impact asupra procesului de joncțiune ultra-superficială: În procesele avansate de fabricație, prezența stratului de oxid natural va modifica adâncimea reală a joncțiunii, ceea ce necesită un control precis.
• Efect de rezistență la contact: Înainte de contactul metal-siliciului, stratul de oxid natural trebuie îndepărtat, altfel rezistența la contact va crește.
• Uniformitatea grosimii: Timpi diferiți de depozitare și medii diferite vor duce la grosimea neuniformă a stratului de oxid natural, afectând consistența procesului.

6. Puncte cheie în practica industrială

• Doar napolitană de silicon lustruită: După lustruire, este imediat expus la aer, iar stratul de oxid natural crește la ~1 nm în câteva ore.
• Stocare-de lungă durată: Depozitarea în mediu etanșat cu azot poate inhiba creșterea stratului natural de oxid și poate menține grosimea la un nivel mai scăzut.
• Tratament pre{0}}procesului: Înainte de procesele cheie (cum ar fi epitaxia, metalizarea), este de obicei necesară îndepărtarea stratului de oxid natural cu HF diluat.
• Măsurarea grosimii: grosimea stratului de oxid natural este de obicei măsurată prin elipsometru sau cu reflexia razelor X-(XRR).

Rezumat

Stratul de oxid natural este un fenomen inevitabil pe suprafața plachetei de siliciu. Deși grosimea sa este de doar câțiva nanometri, trebuie totuși controlată și gestionată cu strictețe în producția de semiconductori de precizie.

7. Oxidare naturală în ambalajul original sigilat din fabrică

Caracteristici de oxidare în ambalaje sigilate

Când napolitanele de siliciu părăsesc din fabrică, de obicei se folosescambalaj sigilat cu azot(unii producători folosesc ambalaje în vid sau ambalaje cu aer uscat). Când este nedeschis:

• Concentrație extrem de scăzută de oxigen: în ambalaj se umple azot de-puritate ridicată, iar conținutul de oxigen este de obicei mai mic decât10 ppm(0,001%), ceea ce este mult mai mic decât 21% în atmosferă.
• Viteza de oxidare extrem de lentă: Din cauza oxigenului insuficient, reacția naturală de oxidare este sever inhibată, iar creșterea grosimii stratului de oxid este foarte lentă.
• Umiditate extrem de scăzută: Ambalajul original din fabrică plasează de obicei un desicant pentru a controla punctul de rouă în ambalaj sub -40 de grade, iar conținutul de umiditate este extrem de scăzut, ceea ce încetinește și mai mult oxidarea.

Modificarea grosimii ambalajelor sigilate

• La iesirea din fabrica: După ce placheta de siliciu este lustruită și curățată, este de obicei expusă pentru scurt timp la aer pentru inspecție și ambalare. În acest moment, un strat de oxid natural de aproximativ0,5~1 nma crescut.
• Se păstrează 1 an: În ambalajele sigilate cu azot, grosimea stratului de oxid crește doar cu0,1~0,3 nm, iar grosimea totală nu depășește în general 1,5 nm.
• Se păstrează 2~3 ani: Grosimea totală rămâne, de obicei, în continuare2 nm.
• Perioada de valabilitate: Perioada de valabilitate a plachetelor originale de siliciu sigilate la temperatura camerei este în general6 ~ 12 luni, iar unele produse-de ultimă generație sunt marcate ca 3~6 luni. După expirarea termenului de valabilitate, deși stratul de oxid natural nu crește mult, pot apărea probleme precum contaminarea suprafeței și impuritățile adsorbite.

Recomandări de depozitare

Concluzia cheie

În ambalajul cu azot sigilat nedeschis din fabrica originală, oxidarea naturală este inhibată efectiv, iar creșterea grosimii este foarte lentă. De obicei, grosimea totală a stratului de oxid rămâne în continuare la 2 nm în perioada de valabilitate și nu va avea un impact semnificativ asupra utilizării.