シリコン表面に二酸化ケイ素を形成することを酸化と呼び、安定かつ強固に付着する二酸化ケイ素の生成は、シリコン集積回路プレーナ技術の誕生につながりました。シリコン表面に直接二酸化ケイ素を成長させる方法は数多くありますが、通常は熱酸化法、つまりシリコンを高温の酸化環境（酸素、水）にさらすことで行われます。熱酸化法は、二酸化ケイ素膜の作製時に膜厚とシリコン/二酸化ケイ素界面特性を制御することができます。二酸化ケイ素を成長させる他の技術としては、プラズマ陽極酸化法と湿式陽極酸化法がありますが、どちらもVLSIプロセスでは広く使用されていません。
シリコンは安定した二酸化ケイ素を形成する傾向があります。切断したばかりのシリコンを酸化環境（酸素、水など）にさらすと、室温でも非常に薄い酸化膜（< 20Å）を形成します。シリコンを高温の酸化環境にさらすと、より厚い酸化膜がより速い速度で生成されます。シリコンから二酸化ケイ素が形成される基本的なメカニズムは十分に理解されています。DealとGroveは、300Åを超える厚さの酸化膜の成長ダイナミクスを正確に説明する数学モデルを開発しました。彼らは、酸化が次のように行われると提唱しました。つまり、酸化剤（水分子と酸素分子）が既存の酸化層を通過してSi/SiO2界面まで拡散し、そこで酸化剤がシリコンと反応して二酸化ケイ素を形成します。二酸化ケイ素を形成する主な反応は、以下のとおりです。
酸化反応はSi/SiO2界面で起こるため、酸化層が成長するとシリコンは継続的に消費され、界面は徐々にシリコンに侵入します。シリコンと二酸化ケイ素の密度と分子量から、最終的な酸化層の厚さに対して消費されるシリコンは44%であることがわかります。つまり、酸化層が10,000Å成長すると、4400Åのシリコンが消費されることになります。この関係は、表面に形成される段差の高さを計算する上で重要です。シリコンウエハーこれらの段差は、シリコン ウェーハ表面上の場所によって酸化速度が異なるために生じます。
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投稿日時: 2024年11月13日