理研計器|半導(dǎo)體工藝全流程之氧化工藝

每個半導(dǎo)體產(chǎn)品的制造都需要數(shù)百個工藝，我們將整個制造過程分為八個步驟：晶圓加工-氧化-光刻-刻蝕-薄膜沉積-外延生長-擴(kuò)散-離子注入。

為幫助大家了解和認(rèn)識半導(dǎo)體及相關(guān)工藝，我們將每期推送微信文章，為大家逐一介紹上述每個步驟。

上一期給大家介紹了半導(dǎo)體工序中的第一道工序“晶圓工藝”。今天小理就給大家介紹一下保護(hù)晶圓表面的工藝——“氧化工藝”。

氧化工藝

1.什么是氧化工藝

首先要知道氧化工藝是什么意思吧？

所謂氧化工藝是指在硅（Si）基片上提供氧化劑（水（H2O）、氧（O2））和熱能，形成二氧化硅（SiO2）膜的工藝。

Si+O2→SiO2

在半導(dǎo)體晶圓加工過程中，會使用各種反應(yīng)性很強(qiáng)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(jìn)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(hù)膜，其目的就是通過生成隔離膜防止短路的發(fā)生。

此時形成的氧化膜不僅可以防止電路和電路之間的泄漏電流流動，還可以起到防止離子注入工序擴(kuò)散的作用，以及防止蝕刻工序中錯誤地被蝕刻的防蝕刻膜的作用，就像這樣可以得到各種各樣的保護(hù)晶片。


2.氧化工藝方法

氧化工藝方法包括通過熱的熱氧化(Thermal Oxidation)、化學(xué)氣相沉積氧化(Chemical Vapor Deposition)和電化學(xué)氧化(Electrochemical Oxidation)。

其中最常用的方法是熱氧化方法，在高溫下形成均勻而且薄薄的硅氧化膜。這些熱氧化方法根據(jù)用于氧化反應(yīng)的氣體可分為濕法氧化和干法氧化。

濕法氧化：反應(yīng)快，膜厚，氧化膜質(zhì)量較差；

干法氧化：反應(yīng)慢，膜薄，氧化膜質(zhì)量較好；

干法氧化（Dry Oxidation）

由于干式氧化只利用純氧，氧化膜生長速度慢，主要用于形成薄膜；生長速度較慢時之所以有利于形成薄膜，是因為生長速度越慢，越容易控制膜的厚度。

簡單地想一想，當(dāng)我只想在臉盆里灌一點(diǎn)水的時候，比起一次打開很多水龍頭嘩嘩地倒進(jìn)去，只打開一點(diǎn)水龍頭，讓水龍頭一點(diǎn)點(diǎn)滴下來，就很容易理解了。干法氧化可以形成這樣薄膜，可以制造電特性良好的氧化物。

濕法氧化（Wet Oxidation）

濕法氧化采用水蒸氣與氧氣，因此氧化膜生長速度快，可形成厚膜，但與干法氧化相比，氧化層密度較低。

因此，其缺點(diǎn)是氧化膜的質(zhì)量較干法氧化較差；在相同溫度和時間下，濕法氧化得到的氧化膜有較干法氧化厚5~10倍；


3.氧化工藝設(shè)備

下圖為氧化設(shè)備的簡化結(jié)構(gòu)圖，實際的氧化設(shè)備要比本圖復(fù)雜得多
圖片
通過氣體注入口進(jìn)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。

從上圖中也可以看出，氧化工藝是把數(shù)十張晶圓同時放入進(jìn)行氧化，可見氧化速度是非常之快的。

其實，氧化的方法各種各樣，例如，上述中的用氮?dú)庾鳛檩d氣和氧氣一同通入的“干氧化法”和將氧氣和加熱水一起通入的“濕氧化法”；還有將氫氣氧氣在外部燃燒后生成的水蒸氣通入的“熱解法”以及將氮?dú)庋鯕夂望}酸一同通入的“鹽酸法”等，要時刻注意反應(yīng)中使用HCI而引起的中毒，H2泄漏而引起的爆炸事故等等。

半導(dǎo)體行業(yè)危險氣體檢測方案
半導(dǎo)體行業(yè)在生產(chǎn)、制造、工藝等方面會涉及產(chǎn)生易燃易爆、有毒有害性的氣體。作為半導(dǎo)體制造工廠氣體的使用者，每一位工作人員都應(yīng)該在使用前對各種危險氣體的安全數(shù)據(jù)加以了解，并且應(yīng)該知道如何應(yīng)對這些氣體外泄時的緊急處理程序。

在半導(dǎo)體行業(yè)生產(chǎn)、制造及儲存等過程中，為了避免這些危險氣體的泄露導(dǎo)致的生命財產(chǎn)損失，需要安裝氣體檢測儀器，來對目標(biāo)氣體進(jìn)行檢測。

氣體檢測儀在現(xiàn)今半導(dǎo)體工業(yè)已成為必備的環(huán)境監(jiān)控儀器，也是最為直接的監(jiān)測工具。

理研計器一直關(guān)注半導(dǎo)體制造行業(yè)的安全發(fā)展，以為人們營造安全的工作環(huán)境為使命，潛心開發(fā)適用于半導(dǎo)體行業(yè)的氣體傳感器，針對用戶遇到的各種問題，提供合理的解決方案，不斷升級產(chǎn)品功能，優(yōu)化系統(tǒng)。

6月29日-7月01日，上海新國際博覽中心舉辦的“SEMICON China 2023上海國際半導(dǎo)體展覽會”，理研計器將在E7423展位為大家?guī)硇庐a(chǎn)品新方案，屆時將更好地為半導(dǎo)體工廠氣體安全作出貢獻(xiàn)。

上海新國際博覽中心E7423展位號，

非常歡迎大家來到展位現(xiàn)場參觀和洽談，

我們會有專業(yè)團(tuán)隊與您面對面溝通解答！

敬請期待！

結(jié)語

半導(dǎo)體制造業(yè)被美國Factory Mutual System(FMS)列為”極高風(fēng)險”的行業(yè)。主要是因為它在制程中要使用到極高毒性，腐蝕性及易燃性氣體，氣體檢測系統(tǒng)一直是半導(dǎo)體芯片廠廠務(wù)各系統(tǒng)中最重要環(huán)節(jié)之一，設(shè)計上的優(yōu)劣會直接影響到整個廠的安全，同時作為使用儀器的工廠安全人員也應(yīng)該具備氣體檢測的安全意識。

安全生產(chǎn)是關(guān)系人民群眾生命財產(chǎn)安全的大事，是經(jīng)濟(jì)社會協(xié)調(diào)發(fā)展的標(biāo)志。在生產(chǎn)過程中，通過安裝氣體檢測報警裝置，時刻檢測有毒有害氣體泄漏濃度，將風(fēng)險隱患控制在源頭。
理研計器擁有600多種氣體傳感器和100多種氣體探測器。未來，我們?nèi)詫⒉粩嚅_發(fā)新產(chǎn)品、研發(fā)各項新功能，使得氣體檢測儀在應(yīng)用上更先進(jìn)、更適合日新月異的市場環(huán)境，致力于為用戶提供一個可靠、準(zhǔn)確、安全的氣體檢測方案。

理研計器必將在未來氣體產(chǎn)業(yè)的生命安全畫卷中，添上濃墨重彩的一筆，守護(hù)人們的幸福生活，為生產(chǎn)和生活不斷創(chuàng)造新價值！為用戶選配適合原理的檢測儀，用成熟的工藝完善氣體檢測系統(tǒng)。