半导体工艺(二) — 保护和绝缘氧化工艺

来源：三星电子    整理：元朔资本

晶圆氧化层(二氧化硅，SiO2)：保护和绝缘

在被用作集成电路的原料之前，从沙子中提取的硅经过一系列的净化过程，形成硅锭。然后将该硅锭切割成均匀的厚度，抛光并最终形成半导体的基础——晶圆。

经过这些步骤的晶圆并不导电。因此，晶圆需要进一步加工才能“半导电”，同时具有导电和非导电特性。为了实现这一点，需要将各种物质转移到晶圆上，然后将电路图案蚀刻到表面上。这些过程可能需要重复很多次。

氧化是上述所有过程的基础。氧化过程产生SiO₂层，该层用作绝缘层，阻止电路之间的漏电流。氧化层还可以在随后的离子注入和蚀刻过程中保护硅片。换句话说，二氧化硅层在半导体制造过程中充当可靠的屏蔽层。集成电路需要极高的精度，即使是微小的污染物也会对集成电路的电气性能产生不利影响，因此氧化层的作用至关重要。这种保护性氧化层是如何形成的呢？

晶圆在暴露于空气中的氧气或其他化学物质时会形成氧化层，这就好像铁(Fe)在空气中被氧化时会生锈。有多种氧化方法，例如热氧化法、等离子体增强化学气相沉积法(plasma-enhanced chemical vapor deposition, PECVD)和电化学阳极氧化法。其中，最广泛使用的是在800-1200°C的高温下进行的热氧化过程，以形成薄而均匀的二氧化硅层。热氧化法分为干式(Dry Oxidation)和湿式(Wet Oxidation)，具体取决于用于氧化反应的气体。干氧化使用纯氧 (O₂)，因此，氧化层生长较慢，使其成为形成薄层的理想选择。通过干法产生的氧化物具有优异的电气特性。湿氧化同时使用氧气(O₂)和水蒸汽(H₂O)。结果，氧化层生长得更快并形成更厚的层。然而，湿法产生的氧化物不像干法产生的氧化物那样致密。在相同的时间和温度条件下，湿法形成的氧化物比干法形成的氧化物厚约五到十倍。