एकल क्रिस्टल सिलिकॉन का तापीय ऑक्सीकरण

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

सिलिकॉन में स्थिर सिलिकॉन डाइऑक्साइड बनाने की प्रवृत्ति होती है। यदि नए कटे हुए सिलिकॉन को ऑक्सीकरण वातावरण (जैसे ऑक्सीजन, पानी) के संपर्क में लाया जाए, तो यह कमरे के तापमान पर भी एक बहुत पतली ऑक्साइड परत (<20Å) बनाएगा। जब सिलिकॉन को उच्च तापमान पर ऑक्सीकरण वातावरण के संपर्क में लाया जाता है, तो एक मोटी ऑक्साइड परत तेजी से उत्पन्न होगी। सिलिकॉन से सिलिकॉन डाइऑक्साइड बनने की मूल प्रक्रिया अच्छी तरह से समझी गई है। डील और ग्रोव ने एक गणितीय मॉडल विकसित किया है जो 300Å से अधिक मोटी ऑक्साइड फिल्मों की वृद्धि गतिशीलता का सटीक वर्णन करता है। उन्होंने प्रस्तावित किया कि ऑक्सीकरण निम्नलिखित तरीके से होता है, अर्थात्, ऑक्सीकारक (पानी के अणु और ऑक्सीजन के अणु) मौजूदा ऑक्साइड परत से होकर Si/SiO2 इंटरफ़ेस तक फैलते हैं, जहाँ ऑक्सीकारक सिलिकॉन के साथ प्रतिक्रिया करके सिलिकॉन डाइऑक्साइड बनाता है। सिलिकॉन डाइऑक्साइड बनाने की मुख्य प्रतिक्रिया का वर्णन इस प्रकार है:

ऑक्सीकरण अभिक्रिया Si/SiO2 इंटरफ़ेस पर होती है, इसलिए जब ऑक्साइड परत बढ़ती है, तो सिलिकॉन लगातार खपत होता रहता है और इंटरफ़ेस धीरे-धीरे सिलिकॉन पर हावी होता जाता है। सिलिकॉन और सिलिकॉन डाइऑक्साइड के घनत्व और आणविक भार के आधार पर, 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 सतह पर बनने वाले चरणों की ऊँचाई की गणना के लिए महत्वपूर्ण है।सिलिकॉन वेफरये चरण सिलिकॉन वेफर की सतह पर अलग-अलग स्थानों पर ऑक्सीकरण की अलग-अलग दरों का परिणाम हैं।

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