Подложки
MEMS процессы
Переработка
Аксессуары
Ресурсы
Компания
Магазин
10nm – 4μm Диапазон толщины SiO₂
Равномерность ±1% В пределах пластины (СКО)
>10 MV/cm Пробивная прочность
100–300mm Диаметры пластин
Закажите онлайн — просмотрите эту категорию в разделе Магазин
Смотреть в магазине

Что такое термический оксид на кремнии?

Термический диоксид кремния (SiO₂) — краеугольный диэлектрик кремниевой полупроводниковой технологии: высококачественная стехиометрическая оксидная плёнка, выращиваемая непосредственно на монокристаллическом кремнии путём воздействия окислительной среды при повышенных температурах (800–1200 °C). В отличие от осаждённых оксидов, термически выращенный SiO₂ расходует нижележащий кремний, формируя идеальную границу Si/SiO₂ с исключительно низкой плотностью поверхностных состояний (Dit < 10¹⁰ см⁻²эВ⁻¹). Это незаменимое качество границы удерживает термический SiO₂ в основе затворных стеков MOSFET более 50 лет, даже когда диэлектрики с высокой κ дополнили его в передовых техпроцессах.

GINECHIP поставляет пластины с термическим оксидом, изготовленные всеми тремя отработанными химическими механизмами окисления — сухим (O₂), влажным (пары H₂O) и пирогенным (сжигание H₂/O₂), — каждый из которых даёт свои компромиссы по скорости роста, плотности плёнки и электрическому качеству. Толщины от 10 нм (сухой оксид затворного качества) до 4 мкм (полевой оксид и жертвенные слои MEMS) производятся серийно с равномерностью ±1% по пластине, что подтверждается спектроскопическим эллипсометрическим картированием по 49 или 81 точке на пластину.

Каждая партия пластин с термическим оксидом поставляется с полным сертификатом анализа (CoA), включающим карту толщины по 49 или 81 точке, равномерность показателя преломления, C-V (ёмкостно-вольтовые) измерения заряда оксида и плотности поверхностных состояний, а также сканы шероховатости поверхности AFM. Сертифицированные по ISO 9001:2015 партнёрские площадки обеспечивают прослеживаемость контроля процесса до стандартов NIST.

Сравнение процессов термического окисления

Выбор химии окисления определяет плотность плёнки, скорость роста, электрическое качество и содержание водорода — факторы, напрямую влияющие на характеристики приборов и пропускную способность процесса. В таблице ниже обобщены ключевые различия между тремя основными методами термического окисления.

ПараметрСухое окисление (O₂)Влажное окисление (пары H₂O)Пирогенное (H₂/O₂-горелка)
Тип окислителяO₂ (молекулярный кислород)H₂O (водяной пар)H₂O из реакции H₂ + O₂
Типичная температура850–1100°C900–1100°C800–1050°C
Скорость роста (1000°C)~8–15 nm/hr (100nm film)~60–100 nm/hr (100nm film)~50–90 nm/hr (100nm film)
Плотность плёнки2,27 г/см³ (наивысшая)2,20 г/см³ (несколько ниже)2.24 g/cm³ (high)
Показатель преломления1.462 ± 0.0021.458 ± 0.0031.460 ± 0.002
Электрическая прочность>12 MV/cm>10 MV/cm>11 MV/cm
Качество границы (Dit)5×10⁹ – 2×10¹⁰ cm⁻²eV⁻¹1×10¹⁰ – 5×10¹⁰ cm⁻²eV⁻¹8×10⁹ – 3×10¹⁰ cm⁻²eV⁻¹
Фиксированный заряд оксида (Qf)5×10¹⁰ – 2×10¹¹ cm⁻²1×10¹¹ – 5×10¹¹ cm⁻²8×10¹⁰ – 3×10¹¹ cm⁻²
Содержание водородаОчень низкое (H₂O не используется)Умеренное (внедряется в виде Si–OH)Низкое–умеренное
Скорость травления (5:1 BHF)~90 нм/мин~110 nm/min~100 nm/min
Напряжение плёнки (сжимающее)–250 to –400 MPa–200 to –350 MPa–220 to –380 MPa
Наилучшее применениеЗатворный оксид, туннельный оксидПолевой оксид, жертвенные слоиВысокопроизводительный затворный/полевой оксид

Материальный стек термический SiO₂/Si

Плёнка термического SiO₂ Стехиометрический SiO₂ | 10 нм – 4 мкм

Высококачественный термически выращенный диоксид кремния. Плотный (2,27 г/см³ для сухого), низкая плотность проколов, превосходная электрическая прочность (>10 МВ/см) и высокая химическая стойкость.

Граница Si/SiO₂ Субнанометровый переход | 0,3–1 нм

Атомарно резкая граница с переходной подобластью (SiOx, x<2). Interface trap density Dit для сухого оксида после отжига в формовочном газе снижается до 5×10⁹ см⁻²эВ⁻¹.

Кремниевая подложка Si по методу Чохральского (CZ) или зонной плавки (FZ) | 100–300 мм

Монокристаллическая кремниевая подложка. Доступна во всех стандартных диаметрах, ориентациях, типах легирования (n-тип/p-тип) и диапазонах удельного сопротивления. В процессе роста примерно 44% конечной толщины оксида расходуется из поверхности кремния.

Кинетика окисления по Дилу–Гроуву

Термическое окисление кремния подчиняется модели Дила–Гроува, которая описывает рост оксида как конкуренцию между диффузией окислителя через уже существующий оксид и химической реакцией на границе Si/SiO₂. Для тонких оксидов (< 50 нм) процесс лимитируется скоростью реакции, и рост линеен во времени; для толстых оксидов (> 200 нм) он лимитируется диффузией, и рост подчиняется параболическому закону.

Линейно-параболическая модель выражается как: x²o + Axo = B(t + τ), где xo — толщина оксида, B/A — линейная константа скорости, B — параболическая константа скорости, а τ учитывает начальный собственный оксид. Обе константы скорости подчиняются температурной зависимости Аррениуса с энергиями активации ~2,0 эВ (линейная) и ~1,2 эВ (параболическая). Эта модель направляет проектирование процессов окисления более пяти десятилетий и остаётся основой проектирования процессов термического SiO₂ в GINECHIP.

Применения и рыночные сегменты

⚡

Gate Oxide (MOSFET)

Ultra-thin thermal SiO₂ (2–20nm) as the critical gate dielectric in planar CMOS, power MOSFETs, and IGBTs. Carrier mobility at the Si/SiO₂ interface directly determines transistor drive current and switching performance.

🛡️

Diffusion Mask

Patterned thermal oxide blocks dopant diffusion during source/drain and well formation. Selectivity of >1000:1 for B, P, As in SiO₂ vs. Si at 900–1100°C. Fundamental to all planar silicon processing.

🔬

Etch-Stop & Release Layer

Thermal SiO₂ serves as a precise etch-stop for Si DRIE and as a sacrificial release layer in MEMS surface micromachining. HF selectivity against silicon enables clean structural release.

⚙️

MEMS Sacrificial Oxide

Thick thermal oxides (0.5–4μm) as sacrificial layers in polysilicon surface micromachining for accelerometers, gyroscopes, pressure sensors, and micro-mirror arrays.

🔨

Hard Mask for Etching

SiO₂ hard masks for deep silicon etching (DRIE Bosch process). Etch selectivity of >100:1 Si:SiO₂ in SF₆/C₄F₈ plasmas enables high-aspect-ratio structures exceeding 50:1.

📦

SOI Buried Oxide (BOX)

Thermal oxide as the insulating BOX layer in Bonded SOI (BESOI) and Smart Cut SOI technologies. Provides electrical isolation, radiation hardness, and latch-up immunity for RF-SOI and FD-SOI.

🌡️

Field Oxide (LOCOS/STI)

Thick thermal oxide (300–800nm) for inter-device isolation. LOCOS (Local Oxidation of Silicon) and STI (Shallow Trench Isolation) liner oxides define active areas and prevent parasitic channel formation.

💡

Optical Waveguide Cladding

Thermal SiO₂ lower cladding for silicon photonic waveguides. Low optical loss (<0.1 dB/cm at 1550nm) and high-index contrast with the Si core enable compact photonic integrated circuits.

Технические характеристики

ПараметрДоступный диапазон / значения
SiO₂ Thickness Range 10nm – 4μm (standard); up to 6μm on request
Thickness Uniformity ±1% within-wafer (Std Dev), ±2% wafer-to-wafer
Refractive Index (n) 1.46 ± 0.01 at 632.8nm (stoichiometric thermal SiO₂)
Dielectric Breakdown Strength >10 MV/cm (gate-quality dry oxide, 25°C)
Wafer Diameters 100mm (4″), 150mm (6″), 200mm (8″), 300mm (12″)
Wafer Orientations 〈100〉, 〈111〉, 〈110〉 (〈100〉 recommended for gate oxide)
Oxidation Methods Dry (O₂), Wet (H₂O vapor), Pyrogenic (H₂/O₂ torch)
Film Stress –200 to –400 MPa compressive (as-grown), adjustable via anneal
Etch Rate (5:1 BHF) ~100nm/min thermally grown; ~150nm/min deposited
Surface Roughness (RMS) < 0.2nm on Si/SiO₂ interface, < 0.5nm on SiO₂ surface
Ellipsometry Mapping 49-point and 81-point wafer maps with contour and 3D plots

Метрология и обеспечение качества

Качество пластин с термическим оксидом проверяется в каждой партии по методике измерений с использованием нескольких методов. Каждая поставка включает полный сертификат анализа с количественными данными по всем измеренным параметрам.

Спектроскопическое эллипсометрическое картирование Картирование толщины и показателя преломления по всей пластине в 49 или 81 точке. Субангстремная точность с 2D-контурными и 3D-поверхностными графиками. Стандартная поставка для каждой партии пластин.
C-V (ёмкостно-вольтовый) анализ C-V-кривые МОП-конденсаторов с ртутным зондом или напылённым Al при 100 кГц и 1 МГц. Извлекаются ёмкость оксида, напряжение плоских зон (VFB), фиксированную плотность заряда (Qf) и плотность поверхностных состояний (Dit). Оксиды затворного качества измеряются в каждой партии.
Шероховатость поверхности AFM AFM в режиме прерывистого контакта (tapping mode) на областях сканирования 1×1 мкм, 5×5 мкм и 10×10 мкм. Среднеквадратичная шероховатость (RMS) приводится как для поверхности оксида, так и для границы Si/SiO₂ (после снятия в HF). Гарантируется качество, готовое к эпитаксии, с RMS < 0,5 нм.
Измерение напряжения плёнки Метод лазерного сканирования кривизны пластины (уравнение Стони) до и после окисления. Сжимающее напряжение обычно составляет –200…–400 МПа. Доступен пост-окислительный отжиг для снижения напряжения в толстых плёнках.
XPS (рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия) Анализ химического состояния, подтверждающий стехиометрический состав SiO₂ (энергия связи Si 2p 103,3–103,9 эВ). Подтверждает отсутствие подобластей и областей, обогащённых кремнием. Атомное соотношение O:Si подтверждено на уровне 2,0 ± 0,05.
Испытание на электрический пробой Стресс-тестирование с линейно нарастающим напряжением и постоянным током на тестовых структурах МОП-конденсаторов. Пробивное поле (Ebd), charge-to-breakdown (Qbd) и анализ распределения Вейбулла для квалификации надёжности затворного оксида.

Готовы задать спецификацию своих пластин с термическим оксидом?

Сообщите нам целевую толщину SiO₂, метод окисления (сухой/влажный/пирогенный), диаметр пластины, тип легирования и количество — наши инженеры по процессам окисления предоставят подробное коммерческое предложение со спецификациями измерений и сроком поставки в течение 24 часов.

ISO 9001:2015 Соответствие SEMI M53 Сухой / влажный / пирогенный 100mm – 300mm