为什么要给硅片“氧化”？

纯硅本身并不绝缘。要让电流在该走的时候走、不该走的时候停，必须在特定区域形成绝缘层。二氧化硅恰好是完美的天然选择：它与硅的晶格匹配良好、击穿强度高、化学性质稳定。氧化层在芯片中扮演三种角色：

• 栅介质：MOS晶体管中控制沟道开闭的核心绝缘层，厚度可薄至1-2纳米（仅几层原子）。

• 隔离层：像“围墙”一样隔开不同器件，防止电流串扰，典型例子是场氧化层和浅槽隔离。

• 掩膜层：在刻蚀或离子注入时，保护下方硅不被改变。

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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（WetOxidation)。

干氧氧化： Si+O2-->SiO2

湿氧氧化：Si+ H2O + O2-->SiO2 + H2

水汽氧化（湿氧）：Si + H2O -->SiO2 + H2

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。

实际应用中的常见问题

• 为何不直接用干氧生长厚氧化层？
  因为干氧生长后期受扩散控制，生长极慢，且过长的热过程会导致杂质再分布、影响器件性能。湿氧速度快、成本低，适合厚膜。

• 薄栅氧化层也能用湿氧吗？
  不能。湿氧生长的氧化层含氢缺陷多、击穿电压低，无法满足栅介质对可靠性的严苛要求。

• 快速热氧化（RTO）与常规炉管氧化有何区别？
  RTO单片刻蚀升降温，热预算极低，能生长1-5 nm的超薄氧化层，且界面过渡区更陡峭；常规炉管批量处理，适合50 nm以上的厚氧化层。