シリコン表面に二酸化ケイ素が形成される過程を酸化といい、安定かつ密着性の高い二酸化ケイ素の形成がシリコン集積回路のプレーナー技術の誕生につながった。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るが、一般的には熱酸化法が用いられる。これは、シリコンを高温の酸化環境（酸素、水）にさらす方法である。熱酸化法では、二酸化ケイ素膜の作製時に膜厚やシリコン／二酸化ケイ素界面の特性を制御できる。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や湿式陽極酸化法があるが、これらの技術はいずれもVLSIプロセスでは広く用いられていない。
シリコンは安定な二酸化ケイ素を形成する傾向がある。新しく劈開した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）が形成される。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る。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よく理解されている。DealとGroveは、300Åより厚い酸化膜の成長ダイナミクスを正確に記述する数理モデルを開発した。彼らは、酸化は次のように行われると提案した。すなわち、酸化剤（水分子と酸素分子）が既存の酸化膜層を拡散してSi/SiO2界面に到達し、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する。二酸化ケイ素を形成する主な反応は次のとおりである。
酸化反応はSi/SiO2界面で起こるため、酸化膜が成長するにつれてシリコンが継続的に消費され、界面が徐々にシリコンに侵食されます。シリコンと二酸化ケイ素の対応する密度と分子量から、最終的な酸化膜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。このように、酸化膜が10,000Å成長すると、4400Åのシリコンが消費されます。この関係は、形成されたステップの高さを計算する上で重要です。シリコンウェハーこれらの段差は、シリコンウェーハ表面の異なる場所における酸化速度の違いによって生じるものです。
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投稿日時：2024年11月13日