La formación de dióxido de silicio en la superficie del silicio se denomina oxidación, y la creación de dióxido de silicio estable y con alta adherencia propició el desarrollo de la tecnología de circuitos integrados planares de silicio. Si bien existen diversas maneras de depositar dióxido de silicio directamente sobre la superficie del silicio, generalmente se realiza mediante oxidación térmica, que consiste en exponer el silicio a un entorno oxidante de alta temperatura (oxígeno, agua). Los métodos de oxidación térmica permiten controlar el espesor de la película y las características de la interfaz silicio/dióxido de silicio durante la preparación de las películas de dióxido de silicio. Otras técnicas para el crecimiento de dióxido de silicio son la anodización por plasma y la anodización húmeda, pero ninguna de ellas se ha utilizado ampliamente en procesos VLSI.
El silicio muestra una tendencia a formar dióxido de silicio estable. Si el silicio recién exfoliado 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 mayor velocidad. El mecanismo básico de formación de dióxido de silicio a partir de silicio se comprende bien. Deal y Grove desarrollaron un modelo matemático que describe con precisión la dinámica de crecimiento de películas de óxido de más de 300 Å de espesor. Propusieron que la oxidación se lleva a cabo de la siguiente manera: el oxidante (moléculas de agua y oxígeno) se difunde a través de la capa de óxido existente hasta la interfaz Si/SiO₂, donde reacciona con el silicio para formar dióxido de silicio. La reacción principal 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. De acuerdo con la densidad y el peso molecular correspondientes del silicio y el dióxido de silicio, se puede encontrar que el silicio consumido para el espesor de la capa de óxido final es del 44%. De esta manera, 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 silicioLos pasos son el resultado de diferentes velocidades de oxidación en diferentes puntos de la superficie de la oblea de silicio.
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Fecha de publicación: 13 de noviembre de 2024