知識力

❒ 高溫氧化的製作流程
高溫氧化在成長薄膜的過程中有化學反應發生，屬於化學氣相沉積(CVD)，可以快速在基板上成長厚度均勻且緻密的氧化物薄膜，成本較低適合工廠大量生產，通常用來製作矽晶圓的氧化層(氧化矽薄膜)。
以成長氧化矽非晶薄膜為例，如＜圖一＞所示，其製作步驟如下：
1.將矽晶圓放入高溫爐內，做為基板(Substrate)，如＜圖一(a)＞所示。
2.將高溫爐的溫度升高到1050°C，再將氧氣(O₂)或水蒸氣(H₂O)通入反應器內。
3.氧氣或水蒸氣受高溫在矽晶圓(基板)表面分解產生氧原子。
4.氧原子在矽晶圓表面與矽原子反應形成氧化矽非晶薄膜，如＜圖一(b)＞所示。

圖一　高溫氧化(Thermal oxidation)成長非晶氧化矽薄膜。

❒ 氧化的定義

氧化俗稱「生鏽」，鐵生鏽其實就是空氣中的氧原子在鐵的表面與鐵原子反應形成氧化鐵，因此我們可以將矽氧化的現象看成是「矽生鏽」。要如何讓鐵「快速生鏽」呢？將鐵放置在高溫而且潮濕的地方就可以使鐵快速生鏽，因為高溫可以加速反應進行，潮濕可以提供水蒸氣(含有氧原子)，因此矽晶圓使用高溫氧化的原理，就是在高溫而且潮濕的地方可以使矽晶圓快速生鏽形成氧化矽非晶薄膜。要使矽生鏽必須提供氧原子，目前有兩種常用的方法：知識力www.ansforce.com。
➤乾氧(Dry oxidation)：將氧氣(O2)通入反應器內進行氧化，成長出來的氧化矽薄膜厚度較薄品質較佳，通常用來成長MOS的「閘極氧化層(Gate oxide)」。
➤濕氧(Wet oxidation)：將水蒸氣(H2O)通入反應器內進行氧化，成長出來的氧化矽薄膜厚度較厚品質較差，通常用來成長MOS之間用來絕緣的「場氧化層(Field oxide)」。

值得注意的是，一般的反應器腔體都是使用金屬製作，但是高溫爐不能使用金屬材料，不然在高溫又含有大量氧原子的環境下，不只是矽晶圓表面生鏽了，連反應器也生鏽了，目前晶圓廠都是使用石英(Quartz)製作高溫爐，石英是二氧化矽的單晶，可以耐高溫1200°C，而且已經是二氧化矽所以不會再氧化了。

【延伸閱讀】其他詳細內容請參考「積體電路與微機電產業，全華圖書公司」。＜我要買書＞