La formación de dióxido de silicio en la superficie del silicio se denomina oxidación, y la creación de dióxido de silicio estable y fuertemente adherente dio origen a la tecnología planar de circuitos integrados de silicio. Si bien existen muchas maneras de cultivar 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 películas de dióxido de silicio. Otras técnicas para el cultivo de dióxido de silicio son la anodización por plasma y la anodización húmeda, pero ninguna de estas técnicas se ha utilizado ampliamente en los procesos VLSI.
El silicio muestra una tendencia a formar dióxido de silicio estable. Si el silicio recién escindido se expone a un entorno 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 entorno oxidante a alta temperatura, se generará una capa de óxido más gruesa a un ritmo más rápido. El mecanismo básico de formación de dióxido de silicio a partir del silicio es bien conocido. Deal y Grove desarrollaron un modelo matemático que describe con precisión la dinámica de crecimiento de películas de óxido con espesores superiores a 300 Å. Propusieron que la oxidación se lleva a cabo de la siguiente manera: el oxidante (moléculas de agua y moléculas de 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, al crecer la capa de óxido, el silicio se consume continuamente y la interfaz lo invade gradualmente. Según la densidad y el peso molecular correspondientes del silicio y el dióxido de silicio, se puede determinar 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 tasas de oxidación en diferentes lugares de la superficie de la oblea de silicio.
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Hora de publicación: 13 de noviembre de 2024