為將沙子提煉的硅用作半導(dǎo)體集成電路的原材料，必須經(jīng)歷多道提純工序，鑄成單晶硅錠，再切片、研磨，得到薄而圓的晶圓。
當(dāng)晶圓暴露在大氣中或化學(xué)物質(zhì)中的氧氣時就 會形成氧化膜。這與鐵(Fe)暴露在大氣時會氧化生銹是一樣的道理。 可以在晶圓上形成薄膜的氧化工藝方式有通過 熱進(jìn)行的熱氧化(Thermal Oxidation)，等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積法(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition, PECVD)和電化學(xué)陽極氧化等等。
氧化層的主要功能
表面保護(hù)與鈍化
防止晶圓在后續(xù)工藝中被污染或劃傷。
隔絕雜質(zhì)離子（如鈉離子）擴(kuò)散到硅襯底。
充當(dāng)絕緣層
在晶體管中作為柵極介電層（如早期MOSFET的柵氧層）。用于器件間的電隔離，防止短路。如 STI (Shallow Trench Isolation) 等。
掩蔽層作用
在離子注入或擴(kuò)散工藝中，作為選擇性摻雜的阻擋層。
表面平整化
填充硅表面的微觀缺陷，為后續(xù)薄膜沉積提供平坦基底。
MOSFET 柵介質(zhì)
隔離柵極與溝道，控制晶體管性能。在28nm以下制程中，二氧化硅逐漸被鉿基高κ介電材料取代，以減少漏電流。
氧化工藝類型
熱氧化
干氧氧化：硅在純氧氣中加熱（約900–1200°C），生成高質(zhì)量、致密的氧化層。
反應(yīng)式：Si + O? → SiO?
濕氧氧化
硅在含水蒸氣的氧氣中加熱，生長速度更快，但密度較低。
反應(yīng)式：Si + 2H?O → SiO? + 2H?
化學(xué)氣相沉積氧化
通過反應(yīng)氣體（如SiH? + O?）在低溫下沉積氧化層，適用于對熱預(yù)算敏感的后道工藝。
工藝關(guān)鍵參數(shù)
溫度
直接影響氧化速率和薄膜質(zhì)量。
時間
控制氧化層厚度。
氣氛成分
干氧/濕氧比例影響薄膜密度和生長速率。
硅晶向
（100）與（111）晶面的氧化速率不同。
氧化層厚度控制
薄層（<10 nm）
用于先進(jìn)制程的柵極介電層（現(xiàn)已被高κ材料替代）。
中等厚度（10–100 nm）
用于掩蔽層或隔離層。
厚層（>100 nm）
用于場氧隔離或封裝保護(hù)。
技術(shù)挑戰(zhàn)與趨勢
超薄氧化層的均勻性
納米級厚度下需控制原子級缺陷。
熱預(yù)算限制
高溫工藝可能影響已有器件結(jié)構(gòu)，推動低溫氧化技術(shù)發(fā)展
。
MOSFET 柵介質(zhì)
在28nm以下制程中，二氧化硅逐漸被鉿基高κ介電材料取代，以減少漏電流。
Reference:
1.https://semiconductor.samsung.cn/support/tools-resources/fabrication-process/eight-essential-semiconductor-fabrication-processes-part-2-oxidation-to-protect-the-wafer/
2.Lam research
京公網(wǎng)安備11010802046783號
