Die Bildung von Siliziumdioxid auf der Siliziumoberfläche wird als Oxidation bezeichnet. Die Entstehung von stabilem und stark haftendem Siliziumdioxid führte zur Entstehung der Planartechnologie für integrierte Siliziumschaltkreise. Obwohl es viele Möglichkeiten gibt, Siliziumdioxid direkt auf der Siliziumoberfläche wachsen zu lassen, geschieht dies üblicherweise durch thermische Oxidation, bei der das Silizium einer oxidierenden Umgebung mit hohen Temperaturen (Sauerstoff, Wasser) ausgesetzt wird. Thermische Oxidationsverfahren können die Filmdicke und die Eigenschaften der Silizium-Siliziumdioxid-Grenzfläche während der Herstellung von Siliziumdioxidfilmen steuern. Weitere Techniken zur Siliziumdioxid-Wachstumsbildung sind die Plasmaanodisierung und die Nassanodisierung, die jedoch in VLSI-Prozessen bisher nicht weit verbreitet sind.
Silizium neigt zur Bildung von stabilem Siliziumdioxid. Wird frisch gespaltenes Silizium einer oxidierenden Umgebung (wie Sauerstoff, Wasser) ausgesetzt, bildet es selbst bei Raumtemperatur eine sehr dünne Oxidschicht (<20 Å). Wird Silizium einer oxidierenden Umgebung bei hohen Temperaturen ausgesetzt, bildet sich schneller eine dickere Oxidschicht. Der grundlegende Mechanismus der Siliziumdioxidbildung aus Silizium ist gut verstanden. Deal und Grove entwickelten ein mathematisches Modell, das die Wachstumsdynamik von Oxidschichten mit einer Dicke von über 300 Å genau beschreibt. Sie schlugen vor, dass die Oxidation folgendermaßen abläuft: Das Oxidationsmittel (Wassermoleküle und Sauerstoffmoleküle) diffundiert durch die vorhandene Oxidschicht zur Si/SiO₂-Grenzfläche, wo es mit dem Silizium zu Siliziumdioxid reagiert. Die Hauptreaktion zur Bildung von Siliziumdioxid wird wie folgt beschrieben:
Die Oxidationsreaktion findet an der Si/SiO₂-Grenzfläche statt. Wenn die Oxidschicht wächst, wird Silizium kontinuierlich verbraucht, und die Grenzfläche dringt allmählich in Silizium ein. Ausgehend von der Dichte und dem Molekulargewicht von Silizium und Siliziumdioxid lässt sich feststellen, dass der Siliziumverbrauch für die Dicke der endgültigen Oxidschicht 44 % beträgt. Wenn die Oxidschicht 10.000 Å wächst, werden somit 4400 Å Silizium verbraucht. Diese Beziehung ist wichtig für die Berechnung der Höhe der auf derSiliziumwaferDie Stufen sind das Ergebnis unterschiedlicher Oxidationsraten an verschiedenen Stellen der Silizium-Wafer-Oberfläche.
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Veröffentlichungszeit: 13. November 2024