半导体工艺全流程之氧化工艺
2025-07-31

所谓氧化工艺是指在硅(Si)基片上提供氧化剂(水(H2O)、氧(O2))和热能,形成二氧化硅(SiO2)膜的工艺。Si+O2→SiO2。

在半导体晶圆加工过程中,会使用各种反应性很强的化学物质,如果化学物质接触到不应接触的部分,就会影响到半导体制造的顺利进行,而且,半导体内还有一些物质,一旦相互接触就会产生短路。氧化工艺就是在硅晶圆上生成一层保护膜,其目的就是通过生成隔离膜防止短路的发生。

此时形成的氧化膜不仅可以防止电路和电路之间的泄漏电流流动,还可以起到防止离子注入工序扩散的作用,以及防止蚀刻工序中错误地被蚀刻的防蚀刻膜的作用,就像这样可以得到各种各样的保护晶片。

氧化工艺的方法

氧化工艺方法包括通过热的热氧化(Thermal Oxidation)、化学气相沉积氧化(Chemical Vapor Deposition)和电化学氧化(Electrochemical Oxidation)。其中最常用的方法是热氧化方法,在高温下形成均匀而且薄薄的硅氧化膜。这些热氧化方法根据用于氧化反应的气体可分为湿法氧化和干法氧化。

● 干法氧化(Dry Oxidation)由于干式氧化只利用纯氧,氧化膜生长速度慢,主要用于形成薄膜;生长速度较慢时之所以有利于形成薄膜,是因为生长速度越慢,越容易控制膜的厚度。干法氧化可以形成这样薄膜,可以制造电特性良好的氧化物。

● 湿法氧化(Wet Oxidation)湿法氧化采用水蒸气与氧气,因此氧化膜生长速度快,可形成厚膜,但与干法氧化相比,氧化层密度较低。因此,其缺点是氧化膜的质量较干法氧化较差;在相同温度和时间下,湿法氧化得到的氧化膜有较干法氧化厚5~10倍;

氧化工艺设备

通过气体注入口进入氧化设备的反应气体,在被加热后,与晶圆发生氧化反应。为了减少正面接触气体的部分与稍后接触气体的部分间的氧化程度差异,晶圆中掺杂着假片(Dummy Wafer),以利用它们作为牺牲晶片来调整气体的均匀度。从上图中也可以看出,氧化工艺是把数十张晶圆同时放入进行氧化,可见氧化速度是非常之快的。

其实,氧化的方法各种各样,例如,上述中的用氮气作为载气和氧气一同通入的“干氧化法”和将氧气和加热水一起通入的“湿氧化法”;还有将氢气氧气在外部燃烧后生成的水蒸气通入的“热解法”以及将氮气氧气和盐酸一同通入的“盐酸法”等。

无论哪种方法,都要时刻注意反应中使用HCI而引起的中毒事故,以及H2泄漏而引起的爆炸事故等。气体检测系统一直是半导体芯片厂各系统中最重要环节之一,在相关工艺和使用场所安装高灵敏度的有毒有害气体泄漏检测仪,实时监测气体泄漏情况,一旦发生泄漏,立即发出警报,并与通风系统、紧急切断装置等联动,采取相应的措施。