Oxydation sèche vs humide : vitesse, qualité du film et usages
Toutes deux sont des oxydations thermiques qui forment du SiO2 en oxydant le silicium à haute température, mais elles n'utilisent pas le même oxydant. L'oxydation sèche utilise de l'oxygène sec (O2) : la croissance est lente, mais elle donne un film dense et de bonne qualité avec peu d'états d'interface, d'où son utilisation pour les oxydes de grille minces. L'oxydation humide utilise de la vapeur d'eau (H2O) : comme H2O est beaucoup plus soluble que O2 dans SiO2, la croissance est de quelques fois à environ 10 fois plus rapide. Elle sert donc aux films épais comme l'oxyde de champ LOCOS et les masques.
| Critère | Oxydation sèche | Oxydation humide |
|---|---|---|
| Oxydant | Oxygène sec (O2) | Vapeur d'eau (H2O). On la produit généralement en brûlant de l'hydrogène et de l'oxygène à l'entrée du four (oxydation pyrogénique) |
| Équation de réaction | Si + O2 → SiO2 | Si + 2H2O → SiO2 + 2H2 |
| Vitesse de croissance | Lente. Ex. : environ 70 nm en 1 heure à 1000 °C | Rapide (de quelques fois à environ 10 fois celle de l'oxydation sèche). Ex. : environ 400 nm en 1 heure à 1000 °C |
| Raison de la différence de vitesse | O2 est peu soluble dans SiO2 | H2O est plusieurs centaines de fois plus soluble que O2 dans SiO2, si bien que beaucoup d'oxydant atteint l'interface |
| Qualité et densité du film | Dense, peu d'états d'interface, bonne tenue au claquage diélectrique | Un peu moins dense que l'oxyde sec ; de l'hydrogène et des groupes OH restent facilement dans le film |
| Température (plage typique) | Environ 800–1200 °C | Environ 800–1200 °C. La croissance étant rapide, la même épaisseur peut être obtenue à plus basse température ou en moins de temps |
| Contrôle de l'épaisseur | La croissance lente permet de contrôler précisément des films minces de quelques nm à quelques dizaines de nm | La croissance rapide se prête mal au contrôle précis des films minces |
| Traitement dans le modèle de Deal-Grove | Décrite par x² + Ax = B(t + τ). L'oxydation initiale en dessous de quelques dizaines de nm est plus rapide que ne le prévoit le modèle ; on corrige en convertissant une épaisseur initiale (environ 25 nm) en un temps τ | Même équation, bon accord avec le modèle. On pose souvent τ ≈ 0. Les constantes de vitesse B et B/A sont bien plus grandes qu'en oxydation sèche |
| Épaisseur typique | De quelques nm à quelques dizaines de nm | De quelques centaines de nm à environ 1 µm |
| Usages principaux | Oxyde de grille, oxyde tunnel, oxyde tampon (pad oxide) mince | Oxyde de champ LOCOS, masques d'implantation ionique et de diffusion, isolants épais |
Les valeurs indiquées sont des ordres de grandeur typiques et varient selon la génération de procédé et le produit.