理研计器|半导体工艺全流程之氧化工艺

每个半导体产品的制造都需要数百个工艺，我们将整个制造过程分为八个步骤：晶圆加工-氧化-光刻-刻蚀-薄膜沉积-外延生长-扩散-离子注入。

为帮助大家了解和认识半导体及相关工艺，我们将每期推送微信文章，为大家逐一介绍上述每个步骤。

上一期给大家介绍了半导体工序中的第一道工序“晶圆工艺”。今天小理就给大家介绍一下保护晶圆表面的工艺——“氧化工艺”。

氧化工艺

1.什么是氧化工艺

首先要知道氧化工艺是什么意思吧？

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。


2.氧化工艺方法

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。

湿法氧化：反应快，膜厚，氧化膜质量较差；

干法氧化：反应慢，膜薄，氧化膜质量较好；

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。

简单地想一想，当我只想在脸盆里灌一点水的时候，比起一次打开很多水龙头哗哗地倒进去，只打开一点水龙头，让水龙头一点点滴下来，就很容易理解了。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；


3.氧化工艺设备

下图为氧化设备的简化结构图，实际的氧化设备要比本图复杂得多
图片
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，要时刻注意反应中使用HCI而引起的中毒，H2泄漏而引起的爆炸事故等等。

半导体行业危险气体检测方案
半导体行业在生产、制造、工艺等方面会涉及产生易燃易爆、有毒有害性的气体。作为半导体制造工厂气体的使用者，每一位工作人员都应该在使用前对各种危险气体的安全数据加以了解，并且应该知道如何应对这些气体外泄时的紧急处理程序。

在半导体行业生产、制造及储存等过程中，为了避免这些危险气体的泄露导致的生命财产损失，需要安装气体检测仪器，来对目标气体进行检测。

气体检测仪在现今半导体工业已成为必备的环境监控仪器，也是最为直接的监测工具。

理研计器一直关注半导体制造行业的安全发展，以为人们营造安全的工作环境为使命，潜心开发适用于半导体行业的气体传感器，针对用户遇到的各种问题，提供合理的解决方案，不断升级产品功能，优化系统。

6月29日-7月01日，上海新国际博览中心举办的“SEMICON China 2023上海国际半导体展览会”，理研计器将在E7423展位为大家带来新产品新方案，届时将更好地为半导体工厂气体安全作出贡献。

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结语

半导体制造业被美国Factory Mutual System(FMS)列为”极高风险”的行业。主要是因为它在制程中要使用到极高毒性，腐蚀性及易燃性气体，气体检测系统一直是半导体芯片厂厂务各系统中最重要环节之一，设计上的优劣会直接影响到整个厂的安全，同时作为使用仪器的工厂安全人员也应该具备气体检测的安全意识。

安全生产是关系人民群众生命财产安全的大事，是经济社会协调发展的标志。在生产过程中，通过安装气体检测报警装置，时刻检测有毒有害气体泄漏浓度，将风险隐患控制在源头。
理研计器拥有600多种气体传感器和100多种气体探测器。未来，我们仍将不断开发新产品、研发各项新功能，使得气体检测仪在应用上更先进、更适合日新月异的市场环境，致力于为用户提供一个可靠、准确、安全的气体检测方案。

理研计器必将在未来气体产业的生命安全画卷中，添上浓墨重彩的一笔，守护人们的幸福生活，为生产和生活不断创造新价值！为用户选配适合原理的检测仪，用成熟的工艺完善气体检测系统。