半導(dǎo)體晶圓氧化工藝介紹
半導(dǎo)體晶圓氧化工藝：
一、氧化工藝的目的
為了將從沙子中提取的硅作為半導(dǎo)體集成電路的原材料，需要對其進行一系列的提純，才可制造出稱為錠(Ingot)的硅柱，然后將該硅柱切成均勻的厚度，經(jīng)過研磨后，制成半導(dǎo)體的基礎(chǔ)——晶圓。這樣所制成的薄而圓的晶圓是不導(dǎo)電的絕緣體，因此有必要制作同時具有導(dǎo)體和絕緣體性質(zhì)的“半導(dǎo)體”。為此，需要在晶圓上形成各種物質(zhì)后，按照設(shè)計好的電路形狀進行切割，重復(fù)之前步驟，再形成物質(zhì)，然后進行切割。
在半導(dǎo)體晶圓加工過程中，會使用各種反應(yīng)性很強的化學(xué)物質(zhì)，如果化學(xué)物質(zhì)接觸到不應(yīng)接觸的部分，就會影響到半導(dǎo)體制造的順利進行。而且，半導(dǎo)體內(nèi)還有一些物質(zhì)，一旦相互接觸就會產(chǎn)生短路。氧化工藝就是在硅晶圓上生成一層保護膜，其目的就是通過生成隔離膜防止短路的發(fā)生。
二、氧化膜的作用
硅（Si）和氧氣反應(yīng)就會形成玻璃（SiO?）。在半導(dǎo)體制作過程中，通過氧化工藝形成的氧化膜具有穩(wěn)定性，可以防止其他物質(zhì)的穿透，因此在離子注入工藝中非常實用。氧化膜還可以用于阻止電路間電流的流動。
三、氧化工藝的種類
可以在晶圓上形成薄膜的氧化工藝方式有通過熱進行的熱氧化（Thermal Oxidation），等離子體增強化學(xué)氣相沉積法（Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition，PECVD）和電化學(xué)陽極氧化等等。其中，最常用的方法是熱氧化法，即在800~1200°C的高溫下形成一層薄而均勻的硅氧化膜。
根據(jù)氧化反應(yīng)所使用的氣體，熱氧化法可分為干法氧化（Dry Oxidation）、濕法氧化（Wet Oxidation）和自由基氧化（Radical Oxidation）。
1.干法氧化
干法氧化采用高溫純氧與晶圓直接反應(yīng)的方式。干氧化只使用純氧氣（O2），所以氧化膜的生長速度較慢，主要用于形成薄膜，且可形成具有良好導(dǎo)電性的氧化物。干法氧化的優(yōu)點在于不會產(chǎn)生副產(chǎn)物（H?），且氧化膜的均勻度和密度均較高。
2.濕法氧化
濕法氧化采用晶圓與高溫水蒸氣（水）反應(yīng)的方式生成氧化膜。濕法氧化，同時使用氧氣（O2）和高溶解性的水蒸氣（H2O），氧化膜生長速度快，會形成較厚的膜， 但其氧化層整體的均勻度和密度較低，而且，反應(yīng)過程中還會產(chǎn)生氫氣等副產(chǎn)物。由于濕法氧化過程的特性難以控制，在對半導(dǎo)體性能而言至關(guān)重要的核心領(lǐng)域中無法使用該方法。
3.自由基氧化
自由基氧化與前兩種不同，濕法與干法氧化都是通過提高自然氣體的溫度來提升其能量，從而促使氣體與晶圓表面發(fā)生反應(yīng)，自由基氧化則多一道工藝，即在高溫條件下把氧原子和氫分子混合在一起，形成化學(xué)反應(yīng)活性極強的自由基氣體，再使自由基氣體與晶圓進行反應(yīng)。由于自由基的化學(xué)活性極強，自由基氧化不完全反應(yīng)的可能性極小。因此，相比干法氧化，該方法可以形成更好的氧化膜。
四、氧化工藝設(shè)備
通過氣體注入口進入氧化設(shè)備的反應(yīng)氣體，在被加熱后，與晶圓發(fā)生氧化反應(yīng)。為了減少正面接觸氣體的部分與稍后接觸氣體的部分間的氧化程度差異，晶圓中摻雜著假片（Dummy Wafer），以利用它們作為犧牲晶片來調(diào)整氣體的均勻度。氧化工藝是把數(shù)十張晶圓同時放入進行氧化，氧化速度是非常之快的。
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