熱酸化
熱酸化は、ウェーハの特定の領域にだけ行い、他の領域はブロックすることができる。 フィリップス社で開発されたこのプロセスは、一般にLOCOS (Local Oxidation of Silicon) プロセスと呼ばれている。
酸化させない部分は窒化シリコンの膜で覆われ、酸化速度が遅いため、酸素や水蒸気の拡散が遮断される。 この工程では、酸化剤分子が窒化物マスクの下で横方向(表面に平行)に拡散し、酸化物がマスク部分に浸入するため、シャープな形状を得ることができない。
シリコンと酸化物では不純物の溶解度が異なるため、成長中の酸化物はドーパントを選択的に取り込んだり、拒絶したりする。 この再分配は、酸化物がドーパントをどれだけ強く吸収または拒絶するかを決定する偏析係数と、拡散率によって支配される。
シリコンの結晶の向きは酸化に影響する。 ミラー指数<100>のウェーハは、ミラー指数<111>のウェーハより酸化が遅いが、電気的にきれいな酸化界面を形成する。
熱酸化は、低温酸化膜を形成する化学気相成長法(TEOSの600°C程度の反応)よりも、高品質できれいな界面を持つ酸化膜を形成することができるため、様々な用途で利用されている。 しかし、高温酸化物(HTO)の製造には高い温度が必要であるため、その用途は限定される。 例えば、MOSFETの場合、ソース・ドレイン端子へのドーピング後に熱酸化を行うことは、ドーパントの配置を乱すことになるため、絶対に行われない。
熱酸化のほとんどは工業炉で行われ、温度は800~1200°Cである。 1つの炉で、特別に設計された石英ラック(「ボート」と呼ばれる)に入った多数のウェーハを同時に受け入れる。
歴史的には、ボートは各ウェーハを互いに間隔を空けて垂直に立て保持し、ボートを酸化室に横から入れ(この設計は「水平式」と呼ばれる)た。 しかし、最近の炉では、ウェーハを水平に、間隔を空けて積み重ねたボートを炉の底部から酸化室に装填するものが多い。
縦型炉は横型炉より背が高いため、一部の微細加工設備には収まらない場合があるが、ほこりの混入を防ぐのには有利である。落下する粉塵がウェーハを汚染する可能性がある横型炉とは異なり、縦型炉は空気ろ過システムを備えた密閉型キャビネットを使用して、粉塵がウェーハに到達するのを防ぐことができる。
また、縦型炉は、横型炉の問題点であった、成長した酸化物のウェーハ上での不均一性を解消することができる。水平炉は通常、酸化室内に対流があり、管の下部が管の上部よりわずかに低温になっている。ウェーハが酸化室内で垂直になると、対流とそれに伴う温度勾配により、ウェーハの上部は下部よりも酸化膜が厚くなる。縦型炉では、ウェーハを水平に置き、炉内のガス流を上から下へ流すことで、熱対流を大幅に抑制し、この問題を解決している。
また、縦型炉では、真空予備室により、酸化前にウェーハを窒素でパージし、Si表面での自然酸化物の成長を抑制することができる。