L'oxydation Lermique est le résultat de l'exposition d'une plaquette de silicium à une combinaison d'agents oxydants et de chaleur pour former une couche de dioxyde de silicium (SiO2). Cette couche est le plus souvent produite avec de l'hydrogène et/ou de l'oxygène, bien que n'importe quel gaz halogène puisse être utilisé. La croissance du dioxyde de silicium s'effectue sur des plaquettes à l'air ambiant jusqu'à une épaisseur d'environ 20Å (angströms) ; toutefois, pour la plupart des spécifications, la croissance Lermique de l'oxyde utilise une source de chaleur afin de catalyser cette réaction et de créer des couches d'oxyde d'une épaisseur allant jusqu'à 25 000Å.

Les plaquettes d'oxyde Lermique ont de nombreuses applications, mais elles sont principalement utilisées comme matériau diélectrique et dans les dispositifs MEMS (systèmes micro-électromécaniques).

Il existe deux méthodes principales pour réaliser l'oxydation Lermique des plaquettes de silicium, et toutes deux nécessitent la croissance de l'oxygène à la surface de la plaquette, comme le montre la figure 1. Cette méthode diffère des applications CVD, où la couche d'oxyde est déposée sur la surface de la plaquette.

La première méthode est le traitement Lermique rapide (RTP), qui est généralement utilisé pour les applications d'oxyde Lermique sec mince ou de recuit d'implant. Dans le traitement Lermique rapide, les plaquettes sont chauffées rapidement à plus de 1 000 °C pendant une très courte période. Après quelques secondes d'exposition, les plaquettes refroidissent lentement jusqu'à la température ambiante pour éviter les fissures. Le résultat est une fine couche de dioxyde de silicium, utilisable dans une variété d'applications.

La deuxième méthode, la plus courante, est la diffusion. La diffusion Lermique de l'oxyde a lieu entre ~800° et 1100°C, et il y a deux façons de produire ce film : "humide" ou "sec".

Oxyde Lermique humide

Les films d'oxyde Lermique par voie humide sont généralement destinés aux applications nécessitant une couche de dioxyde de silicium plus épaisse. Pour éviter les impuretés, ces films se développent généralement dans des tubes de quartz en utilisant une combinaison de chaleur et de vapeur pure. La plupart des grands fabricants utilisent des réchauffeurs externes logés dans un tube de quartz séparé du four, comme le montre la figure 2. Bien que cela soit peu courant, certains systèmes utilisent une flamme interne pour chauffer les plaquettes. Au cours du processus d'oxydation, la température du dispositif de chauffage externe est portée à plus de 800 °C. Les gaz s'enflamment alors spontanément. Les gaz s'enflamment alors spontanément et produisent une flamme bleue sans source d'allumage. La flamme crée de la vapeur pure, d'où le nom d'oxyde Lermique humide. La vapeur pure se déplace à travers le tube qui contient la flamme jusqu'au four où se trouvent les plaquettes. Une fois que la vapeur pénètre dans la chambre de quartz, elle se dilate et se répartit uniformément dans le four.

Les plaquettes, qui sont placées horizontalement (comme le montre la figure 2) ou empilées verticalement, sont placées dans le four pendant plusieurs heures, la durée pouvant varier en fonction de l'épaisseur de la pellicule visée. La croissance du SiO2 n'est pas linéaire. Ainsi, lorsqu'une plaquette est placée dans un four à 1 000 °C pendant 5 heures, une couche d'oxyde d'environ 10 000Å se forme ; si cette même plaquette reste dans le four pendant 24 heures, une couche d'environ 25 000Å se forme. La seconde plaquette est restée près de cinq fois plus longtemps dans le four, mais la couche d'oxyde n'est que deux fois plus épaisse. Cela s'explique par le fait qu'au fur et à mesure que la couche d'oxyde se développe, il devient plus difficile pour l'oxygène de pénétrer dans la couche du dispositif et d'interagir avec le substrat de silicium pour créer du SiO2.

Oxyde Lermique sec

L'oxydation Lermique à sec produit une couche de dioxyde de silicium beaucoup plus fine que l'oxydation humide et le processus prend beaucoup plus de temps. En raison de ces limitations, les couches de dioxyde de silicium à sec ne sont pas plus épaisses que 1 000Å.

La croissance d'oxyde Lermique à sec est un processus très similaire à l'oxyde Lermique humide. La seule différence est que ce procédé utilise de l'oxygène moléculaire au lieu de la vapeur pure pour créer la couche du dispositif. Cela permet d'obtenir une plaquette de dioxyde de silicium de haute uniformité, de haute résistance diélectrique et de haute densité.

Oxyde Lermique épais

L'oxyde épais est une couche de dioxyde de silicium de plus de 2μm (20 000Å).

Lorsque des couches d'oxyde plus épaisses sont nécessaires, elles sont généralement produites à l'aide d'oxyde Lermique humide. Cette technique présente un taux de croissance beaucoup plus rapide que l'oxyde Lermique sec et permet d'obtenir des films de dioxyde de silicium beaucoup plus épais.

Applications de l'oxyde épais :

L'oxyde Lermique humide est généralement utilisé comme barrière sur les plaquettes de silicium sur isolant à couche épaisse entre la poignée et la plaquette porteuse. Il s'agit d'un consommable dans la planarisation chimique et mécanique (CMP) pour briser les outils et les tampons.

Oxyde sensible aux particules

L'oxyde sensible aux particules est le processus de croissance de l'oxyde Lermique sur un substrat tout en ajoutant le plus petit nombre de particules possible au cours du processus de croissance. Afin de protéger les plaquettes des particules, tous les traitements sont effectués dans une salle blanche. Les plaquettes de départ doivent également présenter un faible nombre de particules et être dans leur emballage d'origine afin de minimiser la contamination par les particules.

Pour faire croître ce revêtement, les plaquettes subissent une oxydation Lermique humide ou sèche à l'intérieur d'un four à quartz. Il est important d'utiliser un four à quartz propre pour protéger les plaquettes des particules présentes dans l'environnement.