La formation de dioxyde de silicium à la surface du silicium est appelée oxydation, et la création de dioxyde de silicium stable et fortement adhérent a conduit à la naissance de la technologie planaire des circuits intégrés au silicium. Bien qu'il existe de nombreuses façons de faire croître du dioxyde de silicium directement à la surface du silicium, cela se fait généralement par oxydation thermique, qui consiste à exposer le silicium à un environnement oxydant à haute température (oxygène, eau). Les méthodes d'oxydation thermique peuvent 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. D'autres techniques de croissance du dioxyde de silicium sont l'anodisation au plasma et l'anodisation humide, mais aucune de ces techniques n'a été largement utilisée dans les processus VLSI.
Le silicium a tendance à former du dioxyde de silicium stable. Si le silicium fraîchement clivé est exposé à un environnement oxydant (tel que l'oxygène, l'eau), il formera une très fine couche d'oxyde (<20 Å) même à température ambiante. Lorsque le silicium est exposé à un environnement oxydant à haute température, une couche d’oxyde plus épaisse sera générée plus rapidement. Le mécanisme de base de la 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 s'effectue de la manière suivante, c'est-à-dire que l'oxydant (molécules d'eau et molécules d'oxygène) diffuse à travers la couche d'oxyde existante jusqu'à l'interface Si/SiO2, où l'oxydant réagit avec le silicium pour former du dioxyde de silicium. La principale réaction pour former du dioxyde de silicium est décrite comme suit :
La réaction d'oxydation se produit à l'interface Si/SiO2, ainsi lorsque la couche d'oxyde grandit, le silicium est continuellement consommé et l'interface envahit progressivement le silicium. Selon la densité et le poids moléculaire correspondants du silicium et du dioxyde de silicium, on peut constater que la quantité de silicium consommée pour l'épaisseur de la couche d'oxyde finale est de 44 %. De cette façon, si la couche d’oxyde augmente de 10 000 Å, 4 400 Å de silicium seront consommés. Cette relation est importante pour calculer la hauteur des marches formées sur leplaquette de silicium. Les étapes sont le résultat de différents taux d’oxydation à différents endroits de la surface de la plaquette de silicium.
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Heure de publication : 13 novembre 2024