晶圆的保护膜和绝缘膜是“氧化膜”(二氧化硅,SiO2)

为了将从沙子中提取的硅作为半导体集成电路的原材 料,需要对其进行一系列的提纯,才可制造出称为锭(Ingot)的硅柱,然后将该硅柱切成均匀的厚度,经 过研磨后,制成半导体的基础——晶圆。

这样所制成的薄而圆的晶圆是不导电的绝缘体,因此 有必要制作同时具有导体和绝缘体性质的“半导体”。 为此,需要在晶圆上形成各种物质后,按照设计好的 电路形状进行切割,重复之前步骤,再形成物质,然 后进行切割。

氧化膜的作用

当晶圆暴露在大气中或化学物质中的氧气时就 会形成氧化膜。这与铁(Fe)暴露在大气时会氧化生锈是一样的道理。

可以在晶圆上形成薄膜的氧化工艺方式有通过 热进行的热氧化(Thermal Oxidation),等离子 体增强化学气相沉积法(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition, PECVD)和电化 学阳极氧化等等。其中,最常用的方法是热氧化 法,即在800~1200°C的高温下形成一层薄而均 匀的硅氧化膜。

根据氧化反应所使用的气体,热氧化法可分为干 氧化(Dry Oxidation)和湿氧化(Wet Oxidation)。干氧化只使用纯氧气(O2),所以氧 化膜的生长速度较慢,主要用于形成薄膜,且可形成具有良好导电性的氧化物。湿氧化同时使用氧气(O2)和高溶解性的水蒸气(H2O)。所以,氧化膜生长速度快,会形成较厚的膜。但与干氧化相比,湿氧化形成的氧化层密度低。通常,在相同 温度和时间下,通过湿氧化获得的氧化膜比使用干氧化获得的氧化膜要厚大约5至10倍。