半导体工艺为什么需要臭氧源？ 臭氧在氧化工艺中的作用

半导体工艺为什么需要臭氧源？

臭氧在氧化工艺中的作用

在半导体薄膜沉积、表面处理和氧化工艺中，氧气、水蒸气、臭氧等都可以作为氧化性气体参与反应。但随着器件尺寸不断缩小、薄膜厚度降低以及低温工艺需求增加，传统氧气氧化方式在部分工艺中的适用性逐渐受到限制。

臭氧（O₃）具有比氧气更强的氧化能力，可以作为一种高活性的氧化剂引入半导体工艺。因此，在一些 ALD、CVD、表面氧化、臭氧退火等工艺中，需要配置独立的半导体臭氧源，为反应腔体提供稳定、可控制的臭氧气体。

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臭氧为什么可以用于半导体氧化？

氧气本身具有氧化性，但在很多材料表面发生有效氧化需要较高的温度或特定的反应条件。

臭氧则不同。臭氧分子 O₃ 的结构并不稳定，在一定温度、紫外光或其他能量作用下可以发生分解，并形成具有较高反应活性的氧物种。

简单理解：

这些活性氧物种可以参与材料表面的氧化反应，使氧化过程在某些条件下更容易进行。

已有研究对硅和碳化硅在含臭氧气氛中的氧化行为进行了研究。在氧气中加入一定比例的臭氧后，硅和 SiC 的氧化速率明显高于纯氧条件，并且氧化速率与臭氧分压存在关联。这也是臭氧氧化剂能够进入半导体工艺的重要基础。

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臭氧与氧气相比有什么特点？

半导体工艺使用臭氧，并不是简单地把氧气"换成另一种气体"，而是利用臭氧更高的反应活性改变氧化过程。

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半导体工艺为什么需要独立的臭氧源？

如果只是简单使用臭氧气体，可以通过气瓶或其他方式提供。但科研设备和半导体工艺设备更加关注的是：

臭氧浓度是否稳定

输出是否可调

气体是否洁净

臭氧能否与设备工艺联动

因此，实际系统通常需要配置专门的半导体臭氧源。一个典型系统可以理解为：

① 氧气源

通常使用高纯氧作为臭氧发生的原料气。原料气的纯度、流量以及压力都会影响臭氧发生器的输出。

② 臭氧发生器

臭氧发生器负责将氧气转化为臭氧。根据应用不同，可以设计不同的臭氧浓度、产量和输出方式。对于半导体工艺而言，重点通常不是单纯追求臭氧产量，而是关注：

臭氧浓度稳定性

输出浓度重复性

流量范围

气体洁净度

压力适应能力

连续运行稳定性

北京同林科技有限公司Apex 02高浓度臭氧发生器，臭氧浓度可达400mg/L、802N高浓度臭氧发生器，臭氧浓度可达200mg/L.

③ 臭氧浓度检测

臭氧进入工艺设备之前，可以配置在线臭氧检测装置，对实际输出进行监测。这样可以避免仅根据发生器设定值判断臭氧浓度，而是直接观察实际气路中的臭氧浓度。

北京同林科技有限公司3S-J5000臭氧在线检测仪，量程0-200或0-400mg/L.

④ 工艺设备

臭氧可以进入不同类型的工艺设备，例如：

ALD 原子层沉积设备

CVD 化学气相沉积设备

PLD 脉冲激光沉积设备

MBE 分子束外延相关实验系统

管式炉

臭氧退火系统

表面氧化实验装置

不同设备对臭氧浓度、流量、压力和温度的要求并不相同，因此臭氧源需要与具体设备匹配。

⑤ 尾气处理

臭氧具有较强的氧化性，工艺结束后的尾气不能直接排放。因此通常需要配置臭氧尾气破坏器，对剩余臭氧进行分解处理。

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臭氧源需要控制哪些参数？

对于半导体臭氧应用而言，臭氧源的核心并不是"有没有臭氧"，而是能否稳定、准确地提供符合工艺要求的臭氧气体。通常需要关注以下参数：

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常见问题 FAQ