ドライ酸化とウェット酸化の違い：成長速度・膜質・温度・用途を比較
どちらもシリコンを高温で酸化してSiO2をつくる熱酸化ですが、使う酸化剤が違います。ドライ酸化は乾燥した酸素(O2)を使い、成長は遅いものの、緻密で界面準位の少ない良質な膜ができるので、薄いゲート酸化膜に使われてきました。ウェット酸化は水蒸気(H2O)を使い、H2OがSiO2の中に溶ける量がO2よりずっと多いため、数倍〜10倍程度速く成長します。そのため、LOCOSのフィールド酸化膜やマスクのような厚い膜に使われます。
| 項目 | ドライ酸化 | ウェット酸化 |
|---|---|---|
| 酸化剤 | 乾燥した酸素(O2) | 水蒸気(H2O)。水素と酸素を炉の入口で燃やしてつくる方式(パイロジェニック酸化)が一般的 |
| 反応式 | Si + O2 → SiO2 | Si + 2H2O → SiO2 + 2H2 |
| 成長速度 | 遅い。例: 1000 ℃・1時間で約70 nm | 速い(ドライの数倍〜10倍程度)。例: 1000 ℃・1時間で約400 nm |
| 速い・遅いの理由 | O2がSiO2の中に溶ける量が少ない | H2OがSiO2の中に溶ける量がO2の数百倍あり、界面まで多くの酸化剤が届く |
| 膜質・密度 | 緻密で、界面準位が少なく、絶縁破壊に強い | ドライよりやや密度が低く、膜中に水素やOH基が残りやすい |
| 温度(代表的な範囲) | およそ800〜1200 ℃ | およそ800〜1200 ℃。速いので、同じ厚さを低めの温度や短い時間でつくれる |
| 膜厚の制御性 | 遅いので、数nm〜数十nmの薄い膜を精密に制御しやすい | 速いので、薄い膜の精密な制御には向かない |
| Deal-Groveモデルでの扱い | x² + Ax = B(t + τ) で表す。数十nmより薄い初期の酸化はモデルより速いため、初期膜厚(約25 nm)を時間τに換算して補正する | 同じ式で、モデルとよく合う。τ ≈ 0 とおくことが多い。速度定数BとB/Aはドライよりずっと大きい |
| 代表的な膜厚 | 数nm〜数十nm | 数百nm〜1 µm程度 |
| 主な用途 | ゲート酸化膜、トンネル酸化膜、薄いパッド酸化膜 | LOCOSのフィールド酸化膜、イオン注入や拡散のマスク、厚い絶縁膜 |
数値は代表的な目安で、世代や製品によって異なります。