熱氧化硅（thermal oxide）在硅基半導(dǎo)體工藝中有非常重要的應(yīng)用，例如作為MOSFET中的柵氧化物，或者作為IC制程中的電介質(zhì)層。熱氧化硅有許多優(yōu)秀的特性，例如高電介質(zhì)常數(shù)，低漏電流，以及優(yōu)秀的可控制性等，使得其在硅基半導(dǎo)體工藝中有著廣泛的應(yīng)用。

什么是熱氧化硅？
熱氧化硅，即在高溫中生長(zhǎng)的氧化硅。硅片在約 1000 °C 的熔爐中進(jìn)行氧化，硅上生成的氧化層稱為熱氧化硅（thermal oxide）。熔爐由石英管組成，其中晶圓放置在由石英玻璃制成的載體上。為了加熱，有多個(gè)加熱區(qū)，為了化學(xué)供給，有多個(gè)管道。石英玻璃具有很高的熔點(diǎn)（1500℃以上），因此適用于高溫工藝。為了避免裂紋或變形，石英管緩慢加熱（例如每分鐘+10°C）。通過(guò)單獨(dú)的加熱區(qū)域可以非常精確地對(duì)管子進(jìn)行加熱。

熱氧化膜的幾種生長(zhǎng)方式
干式氧化
氧化在純氧氣氛下進(jìn)行。硅和氧化物反應(yīng)形成二氧化硅：Si + O?2?→?SiO?2該過(guò)程實(shí)際上是在 1000 至 1200 °C 的溫度下完成的。氧氣被引入到爐管中，并且與硅片接觸，在高溫下，氧氣會(huì)分解，并與硅片表面的硅原子反應(yīng)生成氧化硅。在干氧化過(guò)程中，由于硅二氧化層是由純氧氣氧化形成的，因此，其電介質(zhì)性質(zhì)相對(duì)于濕氧化過(guò)程中生成的氧化層會(huì)更優(yōu)，這對(duì)于制造高性能的MOSFET器件非常關(guān)鍵。

濕式氧化
濕式氧化包括濕氧氧化和H2-O2燃燒的兩種方式。在濕熱氧化中，氧氣被引導(dǎo)通過(guò)充滿熱水（約 95 °C）的起泡器容器，因此除了氧氣之外，水還以蒸汽形式存在于石英管中。反應(yīng)式如下：Si + 2H?2?O?→?SiO?2?+ 2H?2此過(guò)程在 900 至 1000 °C 下完成。

H?2?-O?2燃燒

在H 2 -O 2燃燒中，純氫被添加到氧中。氣體被引入石英管并在 500 °C 以上燃燒，生成大量的水蒸氣，這些水蒸氣與硅片反應(yīng)，形成SiO2膜。該工藝可以制造快速生長(zhǎng)且雜質(zhì)含量低的薄膜，從而可以在中等溫（900°C）下生產(chǎn)厚氧化層和薄膜。????在所有熱氧化工藝中，（111）襯底上的生長(zhǎng)速率高于（100）襯底上的生長(zhǎng)速率。干氧氧化與濕氧氧化的優(yōu)缺點(diǎn)
干氧化：

• 優(yōu)點(diǎn)：

1. 干氧化形成的硅二氧化膜質(zhì)量較高，

2. 干氧化的氧化環(huán)境相對(duì)更易控制，

• 缺點(diǎn)：

1. 干氧化的氧化速率較慢，

2. 干氧化過(guò)程需要較高的氧化溫度，對(duì)設(shè)備要求高，

濕氧化：

• 優(yōu)點(diǎn)：

1. 濕氧化的氧化速率遠(yuǎn)高于干氧化，可以在較短的時(shí)間內(nèi)形成較厚的氧化層，提高生產(chǎn)效率。

2. 濕氧化過(guò)程中使用的水蒸氣反應(yīng)活性高，氧化溫度可相對(duì)較低，可以減輕對(duì)硅片的熱應(yīng)力。

• 缺點(diǎn)：

1. 濕氧化生成的氧化膜中可能會(huì)引入雜質(zhì)或缺陷，影響膜的質(zhì)量和性能，特別是在需要超薄門氧化層的先進(jìn)工藝中。

2. 濕氧化過(guò)程的控制相對(duì)復(fù)雜，需要嚴(yán)格控制水蒸氣的引入量和氧化過(guò)程的溫度，否則可能導(dǎo)致氧化膜厚度和質(zhì)量的不均勻。

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