La formation de dioxyde de silicium à la surface du silicium est appelée oxydation. La création d'un dioxyde de silicium stable et fortement adhérent a permis l'avènement de la technologie planaire des circuits intégrés en silicium. Bien qu'il existe de nombreuses méthodes pour faire croître directement le dioxyde de silicium sur la surface du silicium, l'oxydation thermique est la plus courante. Elle consiste à exposer le silicium à un environnement oxydant à haute température (oxygène, eau). Les méthodes d'oxydation thermique permettent de contrôler l'épaisseur du film et les caractéristiques de l'interface silicium/dioxyde de silicium lors de la préparation des films de dioxyde de silicium. L'anodisation plasma et l'anodisation humide sont d'autres techniques de croissance du dioxyde de silicium, mais aucune n'est largement utilisée dans les procédés VLSI.
Le silicium a tendance à former du dioxyde de silicium stable. Si du silicium fraîchement clivé est exposé à un milieu oxydant (oxygène, eau, etc.), il forme une couche d'oxyde très mince (< 20 Å) même à température ambiante. À haute température, l'exposition du silicium à un milieu oxydant conduit à la formation plus rapide d'une couche d'oxyde plus épaisse. Le mécanisme fondamental de formation du dioxyde de silicium à partir du silicium est bien compris. Deal et Grove ont développé un modèle mathématique qui décrit avec précision la dynamique de croissance des films d'oxyde d'une épaisseur supérieure à 300 Å. Ils ont proposé que l'oxydation se déroule comme suit : l'oxydant (molécules d'eau et molécules d'oxygène) diffuse à travers la couche d'oxyde existante jusqu'à l'interface Si/SiO₂, où il réagit avec le silicium pour former du dioxyde de silicium. La réaction principale de formation du dioxyde de silicium est décrite ci-après :
La réaction d'oxydation se produit à l'interface Si/SiO₂. Ainsi, lors de la croissance de la couche d'oxyde, le silicium est continuellement consommé et l'interface est progressivement envahie par le silicium. Compte tenu de la densité et de la masse moléculaire respectives du silicium et du dioxyde de silicium, on constate que 44 % du silicium est consommé pour l'épaisseur finale de la couche d'oxyde. Par conséquent, si la couche d'oxyde atteint une épaisseur de 10 000 Å, 4 400 Å de silicium seront consommés. Cette relation est importante pour calculer la hauteur des marches formées sur la surface.plaquette de siliciumCes étapes résultent de vitesses d'oxydation différentes à différents endroits de la surface de la plaquette de silicium.
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Date de publication : 13 novembre 2024