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热氧化是将硅晶片暴露于氧化剂和热量的组合中以形成二氧化硅 (SiO2) 层的结果。尽管可以使用任何卤素气体，但该层最常由氢气和/或氧气制成。二氧化硅在环境空气中的晶圆上生长，厚度约为 20Å（埃）；然而，对于大多数规格，热氧化物生长使用热源来催化该反应并形成厚度高达 25,000Å 的氧化物层。

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热氧化物晶圆有许多应用，但它们的主要用途是作为介电材料和MEMS（微机电系统）设备。

在硅晶圆上进行热氧化有两种主要方法，两者都需要在晶圆表面生长氧气，如图 1 所示。这与 CVD 应用不同，CVD 应用中氧化层沉积在晶圆顶部。

第一种方法是快速热处理 (RTP)，通常用于薄干热氧化物或注入退火应用。在 RTP 中，晶圆会在很短的时间内快速加热到 1,000°C 以上。暴露几秒钟后，晶圆慢慢冷却至室温以防止破裂。其结果是形成薄薄的二氧化硅层，能够用于多种应用。

第二种也是更常见的方法是扩散。热氧化物扩散发生在约 800° 至 1,100°C 之间，有两种方法生长该薄膜：“湿法”或“干法”。

湿热氧化

湿热氧化膜通常用于需要较厚二氧化硅层的应用。为了防止杂质，这些薄膜通常使用热量和纯蒸汽的组合在石英管中生长。大多数主要制造商都使用安装在与熔炉分开的石英管中的外部加热器，如图 2 所示。虽然不常见，但有些系统使用内部火焰来加热晶圆。在氧化过程中，外部加热器的温度升至800°C以上。这会导致气体在没有点火源的情况下自燃并产生蓝色火焰。火焰产生纯蒸汽，因此称为湿热氧化物。纯蒸汽通过容纳火焰的管道进入晶圆所在的炉子。一旦蒸汽进入石英室，它就会膨胀并均匀地分布在整个炉子中。

晶圆要么水平放置（如图 2 所示），要么垂直堆叠，在炉中放置几个小时，因为时间会根据目标薄膜厚度而变化。 SiO2 的生长不是线性的，因此当晶圆在 1,000°C 的熔炉中放置 5 小时时，会形成约 10,000Å 的氧化层；如果同一晶圆在炉中保留 24 小时，则会形成约 25,000Å 的层。第二块晶圆在熔炉中的停留时间几乎是其五倍，但氧化层的厚度仅为其两倍左右。这是因为随着氧化层的生长，氧变得更难穿透器件层并与硅衬底相互作用生成 SiO2。

干热氧化

干热氧化物产生的二氧化硅层比湿氧化物薄得多，并且该过程需要更长的时间。由于这些限制，干二氧化硅层的厚度不超过 1,000Å。

干热氧化物生长是与湿热氧化物非常相似的过程。唯一的区别是，该过程使用分子氧而不是纯蒸汽来创建器件层。这产生了高均匀性、高介电强度和高密度的二氧化硅晶片。厚热氧化层

厚氧化物是大于 2μm (20,000Å) 的二氧化硅层。

当需要更厚的氧化物层时，通常使用湿热氧化物来生长。该技术的生长速率比干热氧化物快得多，并且可以产生更厚的二氧化硅薄膜。

厚氧化层应用：

湿热氧化物通常用作手柄晶圆和载体晶圆之间的绝缘体晶圆上的厚膜硅的阻挡层。它是化学机械平坦化 (CMP) 中的消耗品，用于磨削工具和垫。颗粒敏感氧化物

颗粒敏感氧化物是在基板上生长热氧化物的过程，同时在生长过程中添加最少数量的颗粒。为了保护晶圆免受颗粒影响，所有加工均在洁净室中进行。起始晶圆还必须具有低颗粒数，并采用原始工厂包装，以最大限度地减少颗粒污染。

为了生长这种涂层，晶圆在石英炉内进行湿式或干式热氧化。使用干净的石英炉以保护晶圆免受周围环境中的颗粒影响非常重要。