एकल क्रिस्टल सिलिकॉन का थर्मल ऑक्सीकरण

सिलिकॉन की सतह पर सिलिकॉन डाइऑक्साइड के गठन को ऑक्सीकरण कहा जाता है, और स्थिर और दृढ़ता से चिपकने वाले सिलिकॉन डाइऑक्साइड के निर्माण से सिलिकॉन एकीकृत सर्किट प्लानर तकनीक का जन्म हुआ। यद्यपि सिलिकॉन डाइऑक्साइड को सीधे सिलिकॉन की सतह पर उगाने के कई तरीके हैं, यह आमतौर पर थर्मल ऑक्सीकरण द्वारा किया जाता है, जिसमें सिलिकॉन को उच्च तापमान ऑक्सीकरण वातावरण (ऑक्सीजन, पानी) में उजागर करना होता है। सिलिकॉन डाइऑक्साइड फिल्मों की तैयारी के दौरान थर्मल ऑक्सीकरण विधियां फिल्म की मोटाई और सिलिकॉन/सिलिकॉन डाइऑक्साइड इंटरफ़ेस विशेषताओं को नियंत्रित कर सकती हैं। सिलिकॉन डाइऑक्साइड उगाने की अन्य तकनीकें प्लाज्मा एनोडाइजेशन और वेट एनोडाइजेशन हैं, लेकिन वीएलएसआई प्रक्रियाओं में इनमें से किसी भी तकनीक का व्यापक रूप से उपयोग नहीं किया गया है।

सिलिकॉन स्थिर सिलिकॉन डाइऑक्साइड बनाने की प्रवृत्ति दर्शाता है। यदि ताज़ा टूटे हुए सिलिकॉन को ऑक्सीकरण वाले वातावरण (जैसे ऑक्सीजन, पानी) के संपर्क में लाया जाता है, तो यह कमरे के तापमान पर भी बहुत पतली ऑक्साइड परत (<20Å) बनाएगा। जब सिलिकॉन उच्च तापमान पर ऑक्सीकरण वातावरण के संपर्क में आता है, तो तेज़ दर से एक मोटी ऑक्साइड परत उत्पन्न होगी। सिलिकॉन से सिलिकॉन डाइऑक्साइड बनने का मूल तंत्र अच्छी तरह से समझा गया है। डील और ग्रोव ने एक गणितीय मॉडल विकसित किया जो 300Å से अधिक मोटी ऑक्साइड फिल्मों की वृद्धि की गतिशीलता का सटीक वर्णन करता है। उन्होंने प्रस्तावित किया कि ऑक्सीकरण निम्नलिखित तरीके से किया जाता है, यानी, ऑक्सीडेंट (पानी के अणु और ऑक्सीजन अणु) मौजूदा ऑक्साइड परत के माध्यम से Si/SiO2 इंटरफेस में फैल जाते हैं, जहां ऑक्सीडेंट सिलिकॉन के साथ प्रतिक्रिया करके सिलिकॉन डाइऑक्साइड बनाता है। सिलिकॉन डाइऑक्साइड बनाने की मुख्य प्रतिक्रिया इस प्रकार वर्णित है:

ऑक्सीकरण प्रतिक्रिया Si/SiO2 इंटरफ़ेस पर होती है, इसलिए जब ऑक्साइड परत बढ़ती है, तो सिलिकॉन की लगातार खपत होती है और इंटरफ़ेस धीरे-धीरे सिलिकॉन पर आक्रमण करता है। सिलिकॉन और सिलिकॉन डाइऑक्साइड के संबंधित घनत्व और आणविक भार के अनुसार, यह पाया जा सकता है कि अंतिम ऑक्साइड परत की मोटाई के लिए खपत सिलिकॉन 44% है। इस प्रकार, यदि ऑक्साइड परत 10,000Å बढ़ती है, तो 4400Å सिलिकॉन की खपत होगी। यह संबंध पर बनी सीढ़ियों की ऊंचाई की गणना के लिए महत्वपूर्ण हैसिलिकॉन वेफर. चरण सिलिकॉन वेफर सतह पर विभिन्न स्थानों पर विभिन्न ऑक्सीकरण दरों का परिणाम हैं।

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