La formación de dióxido de silicio en la superficie del silicio se llama oxidación, y la creación de dióxido de silicio estable y fuertemente adherente condujo al nacimiento de la tecnología plana de circuito integrado de silicio. Aunque hay muchas formas de hacer crecer dióxido de silicio directamente sobre la superficie del silicio, generalmente se hace mediante oxidación térmica, que consiste en exponer el silicio a un ambiente oxidante de alta temperatura (oxígeno, agua). Los métodos de oxidación térmica pueden controlar el espesor de la película y las características de la interfaz silicio/dióxido de silicio durante la preparación de películas de dióxido de silicio. Otras técnicas para cultivar dióxido de silicio son la anodización por plasma y la anodización húmeda, pero ninguna de estas técnicas se ha utilizado ampliamente en los procesos VLSI.
El silicio muestra una tendencia a formar dióxido de silicio estable. Si el silicio recién cortado se expone a un ambiente oxidante (como oxígeno o agua), formará una capa de óxido muy delgada (<20 Å) incluso a temperatura ambiente. Cuando el silicio se expone a un ambiente oxidante a alta temperatura, se generará una capa de óxido más gruesa a un ritmo más rápido. Se conoce bien el mecanismo básico de formación de dióxido de silicio a partir del silicio. Deal y Grove desarrollaron un modelo matemático que describe con precisión la dinámica de crecimiento de películas de óxido de espesor superior a 300 Å. Propusieron que la oxidación se lleva a cabo de la siguiente manera, es decir, el oxidante (moléculas de agua y moléculas de oxígeno) se difunde a través de la capa de óxido existente hasta la interfaz Si/SiO2, donde el oxidante reacciona con el silicio para formar dióxido de silicio. La principal reacción para formar dióxido de silicio se describe a continuación:
La reacción de oxidación ocurre en la interfaz Si/SiO2, por lo que cuando la capa de óxido crece, el silicio se consume continuamente y la interfaz invade gradualmente el silicio. Según la densidad y el peso molecular correspondientes del silicio y del dióxido de silicio, se puede encontrar que el silicio consumido para el espesor de la capa de óxido final es del 44%. De esta forma, si la capa de óxido crece 10.000 Å, se consumirán 4400 Å de silicio. Esta relación es importante para calcular la altura de los escalones formados en laoblea de silicio. Los pasos son el resultado de diferentes velocidades de oxidación en diferentes lugares de la superficie de la oblea de silicio.
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Hora de publicación: 13 de noviembre de 2024