前篇我們介紹了八大半導體工藝之晶圓制造工藝，本文主要介紹半導體晶圓氧化工藝。
為了將從沙子中提取的硅作為半導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，經過研磨后，制成半導體的基礎——晶圓。這樣所制成的薄而圓的晶圓是不導電的絕緣體，因此有必要制作同時具有導體和絕緣體性質的“半導體”。為此，需要在晶圓上形成各種物質后，按照設計好的電路形狀進行切割，重復之前步驟，再形成物質，然后進行切割。
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。
硅（Si）和氧氣反應就會形成玻璃（SiO?）。在半導體制作過程中，通過氧化工藝形成的氧化膜具有穩定性，可以防止其他物質的穿透，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。
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），等離子體增強化學氣相沉積法（Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition，PECVD）和電化學陽極氧化等等。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。
根據氧化反應所使用的氣體，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）三大類。
干法氧化采用高溫純氧與晶圓直接反應的方式。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電性的氧化物。干法氧化的優點在于不會產生副產物（H?），且氧化膜的均勻度和密度均較高。
濕法氧化采用晶圓與高溫水蒸氣（水）反應的方式生成氧化膜。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，反應過程中還會產生氫氣等副產物。由于濕法氧化過程的特性難以控制，在對半導體性能而言至關重要的核心領域中無法使用該方法。
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生反應，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，形成化學反應活性極強的自由基氣體，再使自由基氣體與晶圓進行反應。由于自由基的化學活性極強，自由基氧化不完全反應的可能性極小。因此，相比干法氧化，該方法可以形成更好的氧化膜。
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。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。氧化工藝是把數十張晶圓同時放入進行氧化，氧化速度是非常之快的。
原文始發于微信公眾號（艾邦半導體網）：半導體晶圓氧化工藝介紹
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