理研計器|半導體工藝全流程之氧化工藝
發布時間：2023-06-14
每個半導體產品的制造都需要數百個工藝，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-擴散-離子注入。
為幫助大家了解和認識半導體及相關工藝，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
在半導體晶圓加工過程中，會使用各種反應性很強的化學物質，如果化學物質接觸到不應接觸的部分，就會影響到半導體制造的順利進行，而且，半導體內還有一些物質，一旦相互接觸就會產生短路。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)、化學氣相沉積氧化(Chemical Vapor Deposition)和電化學氧化(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用于氧化反應的氣體可分為濕法氧化和干法氧化。
濕法氧化：反應快，膜厚，氧化膜質量較差；
干法氧化：反應慢，膜薄，氧化膜質量較好；
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，當我只想在臉盆里灌一點水的時候，比起一次打開很多水龍頭嘩嘩地倒進去，只打開一點水龍頭，讓水龍頭一點點滴下來，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，其缺點是氧化膜的質量較干法氧化較差；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.氧化工藝設備
下圖為氧化設備的簡化結構圖，實際的氧化設備要比本圖復雜得多
圖片
通過氣體注入口進入氧化設備的反應氣體，在被加熱后，與晶圓發生氧化反應。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整氣體的均勻度。
從上圖中也可以看出，氧化工藝是把數十張晶圓同時放入進行氧化，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，上述中的用氮氣作為載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”以及將氮氣氧氣和鹽酸一同通入的“鹽酸法”等，要時刻注意反應中使用HCI而引起的中毒，H2泄漏而引起的爆炸事故等等。
半導體行業危險氣體檢測方案
半導體行業在生產、制造、工藝等方面會涉及產生易燃易爆、有毒有害性的氣體。作為半導體制造工廠氣體的使用者，每一位工作人員都應該在使用前對各種危險氣體的安全數據加以了解，并且應該知道如何應對這些氣體外泄時的緊急處理程序。
在半導體行業生產、制造及儲存等過程中，為了避免這些危險氣體的泄露導致的生命財產損失，需要安裝氣體檢測儀器，來對目標氣體進行檢測。
氣體檢測儀在現今半導體工業已成為必備的環境監控儀器，也是最為直接的監測工具。
理研計器一直關注半導體制造行業的安全發展，以為人們營造安全的工作環境為使命，潛心開發適用于半導體行業的氣體傳感器，針對用戶遇到的各種問題，提供合理的解決方案，不斷升級產品功能，優化系統。
6月29日-7月01日，上海新國際博覽中心舉辦的“SEMICON China 2023上海國際半導體展覽會”，理研計器將在E7423展位為大家帶來新產品新方案，屆時將更好地為半導體工廠氣體安全作出貢獻。
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結語
半導體制造業被美國Factory Mutual System(FMS)列為”極高風險”的行業。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，氣體檢測系統一直是半導體芯片廠廠務各系統中最重要環節之一，設計上的優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該具備氣體檢測的安全意識。
安全生產是關系人民群眾生命財產安全的大事，是經濟社會協調發展的標志。在生產過程中，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，我們仍將不斷開發新產品、研發各項新功能，使得氣體檢測儀在應用上更先進、更適合日新月異的市場環境，致力于為用戶提供一個可靠、準確、安全的氣體檢測方案。
理研計器必將在未來氣體產業的生命安全畫卷中，添上濃墨重彩的一筆，守護人們的幸福生活，為生產和生活不斷創造新價值！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。