芯耀
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在 CMOS 集成電路的復(fù)雜制造流程里，氧化工藝占據(jù)著舉足輕重的地位，其核心任務(wù)是在硅片表面培育二氧化硅層。這一過程如同為硅片精心披上一層防護(hù)鎧甲，而這層由二氧化硅構(gòu)成的 “鎧甲”，憑借絕緣、防護(hù)與隔離等特性，成為保障電路穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵要素。
制造伊始，首要步驟便是準(zhǔn)備高純度硅片。硅片作為 CMOS 電路的根基，恰似一塊等待雕琢的璞玉，又像藝術(shù)家筆下未著墨的畫布，其品質(zhì)的優(yōu)劣直接決定了后續(xù)工藝的成敗與最終產(chǎn)品的性能表現(xiàn)。
氧化爐作為生長(zhǎng)二氧化硅的核心裝置，在氧化過程中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。其工作溫度一般維持在 900℃ - 1200℃，這個(gè)穩(wěn)定且高溫的環(huán)境，是促使硅與氧發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的必要條件。若將氧化爐比作一個(gè)持續(xù)高溫運(yùn)作的 “熔爐”，再貼切不過，正是在這樣的高溫環(huán)境中，化學(xué)反應(yīng)才能順利進(jìn)行。
氧化過程可分為干氧化與濕氧化兩種方式，二者的差異主要源于氧源介質(zhì)的不同。干氧化采用氧氣作為介質(zhì)，這一過程仿佛讓硅片在純氧的 “烤箱” 中經(jīng)受高溫烘烤；而濕氧化則借助含有水蒸氣的環(huán)境，猶如將硅片置于高溫蒸汽之中 “蒸制”。由于水分子能更高效地將氧原子輸送至硅片表面，濕氧化的反應(yīng)速率相較于干氧化更快。
當(dāng)硅片置于氧化爐內(nèi)，與氧氣或水蒸氣接觸后，化學(xué)反應(yīng)隨即啟動(dòng)。干氧化時(shí)，硅原子與氧分子遵循 Si + O? → SiO?的反應(yīng)式，結(jié)合生成二氧化硅；濕氧化過程中，硅與水蒸氣依據(jù) Si + 2H?O → SiO? + 2H?的規(guī)律，同樣形成二氧化硅層。隨著反應(yīng)推進(jìn)，硅片表面逐漸覆蓋上一層均勻且致密的氧化層。
在二氧化硅層的生長(zhǎng)過程中，氧化溫度與時(shí)間是影響其厚度的關(guān)鍵因素。這就好比燒制陶器，溫度越高、燒制時(shí)間越長(zhǎng)，陶器的質(zhì)地與厚度就會(huì)發(fā)生相應(yīng)變化。在氧化工藝?yán)?，溫度與時(shí)間的提升，會(huì)使生成的二氧化硅層更厚。實(shí)際生產(chǎn)中，工程師需依據(jù)電路設(shè)計(jì)要求，精確調(diào)控這些參數(shù)，以確保二氧化硅層達(dá)到理想厚度。
生長(zhǎng)完成的二氧化硅層在 CMOS 工藝中承擔(dān)著多種重要角色。作為柵極氧化層，它在晶體管內(nèi)構(gòu)建起隔離結(jié)構(gòu)，同時(shí)賦予電容效應(yīng)，保障晶體管正常工作；作為場(chǎng)氧化層，它將各個(gè)器件分隔開來，有效降低漏電流，提升電路性能；在離子注入等工藝環(huán)節(jié)，它又化身為保護(hù)屏障，作為掩膜層防止硅片表面受損。
簡(jiǎn)而言之，氧化工藝通過將硅片置于高溫氧化爐，利用干氧化或濕氧化方式，在硅片表面生成符合要求的二氧化硅層。通過精準(zhǔn)控制溫度、時(shí)間與氧化氣氛等參數(shù)，這層二氧化硅層為 CMOS 電路提供了必要的保護(hù)與絕緣功能，對(duì)集成電路的性能與可靠性有著深遠(yuǎn)影響。
