一、背景与应用定位
在半导体芯片制造中，氧化工艺是在硅片表面生长二氧化硅（SiO₂）绝缘层的步骤，常见的有：
干氧氧化（生成致密 SiO₂，速率慢、质量高）
湿氧氧化（水汽参与，速率快、厚度大）
高温氧化（温度常在 800 ℃~1200 ℃）
在研发与中试阶段，需要在实验室或小批量条件下：
验证温度曲线（升温速率、恒温时间、降温曲线对氧化层质量的影响）
测试氧化层厚度（通过椭偏仪、SEM、FTIR 等方法测量）
优化工艺参数（温度、时间、气氛比例）
箱式电阻炉（马弗炉）由于具备宽温区、程序控温、可气氛控制的特点，成为此类实验的常用设备。
二、箱式电阻炉用于氧化实验的原理
加热方式：电阻发热体（硅碳棒、电阻丝或 MoSi₂ 等）辐射加热炉膛，使样品均匀升温。
温度控制：PID 控制器配合高精度热电偶（K型、S型等）实现 ±1 ℃以内的控温精度。
气氛控制：可在炉膛预留进气/出气口，通入干燥氧气、湿氧（携带水汽）或氮气保护，模拟实际氧化环境。
氧化机理：硅片在高温下与 O₂ 或 H₂O 反应生成 SiO₂，厚度与温度、时间、气体浓度遵循 Deal-Grove 模型。
三、设备特点

特点	对氧化实验的意义
温度范围宽（RT~1200 ℃/1300 ℃）	覆盖干氧/湿氧氧化常用温区
温场均匀性好（±1~2 ℃）	保证硅片表面氧化速率一致，减少厚度偏差
可编程控温（多段升温/恒温/降温）	精准验证不同温度曲线对氧化层的影响
气氛接口（可选配 O₂、N₂、H₂O 输入）	实现干氧、湿氧、保护气氛等不同工艺模拟
炉膛材质（多晶莫来石纤维/陶瓷纤维）	保温好、升温快、节能，适合频繁实验
安全保护（过温、断偶保护）	保障硅片与设备安全

四、实验流程示例
样品准备​
硅片清洗（RCA 清洗或 HF 末道处理）
烘干后置于耐高温石英舟或陶瓷托盘中，避免金属污染。
设备设定​
选择温度曲线（如 900 ℃恒温 30 min，湿氧气氛）
通入一定流量的 O₂ 或 O₂+H₂O（通过 bubbler 或蒸汽发生器）
设置升温速率（如 5 ℃/min）与降温速率（如自然冷却或程序降温）
氧化过程​
炉门密封，记录实际温度曲线（通过软件或数据导出）
保持气氛稳定，避免温度波动造成氧化层不均匀。
氧化层厚度测量​
取出硅片，用椭偏仪、SEM 或 FTIR 测定 SiO₂ 厚度
与 Deal-Grove 理论计算值对比，验证工艺参数合理性。
数据分析​
绘制厚度 vs 时间/温度曲线，优化氧化条件
评估均匀性（多点测量）与表面质量（缺陷、裂纹）。
五、注意事项
气氛纯度：避免杂质气体影响氧化速率与层质量。
温度均匀性验证：首次使用前用测温板或标准样品验证炉膛不同位置的温差。
防止污染：使用石英/陶瓷器皿，避免金属离子引入。
湿氧控制：水蒸气流量与温度需稳定，否则厚度波动大。
降温控制：快速降温可能导致热应力裂纹，需根据实验目的选择冷却方式。
六、应用价值
研发阶段：快速筛选温度、时间、气氛组合，降低量产风险。
小批量验证：在投入晶圆厂设备前，用箱式炉验证新工艺可行性。
教学与培训：直观演示氧化原理与参数影响，帮助学生理解半导体工艺。
成本控制：相比购买大型半导体氧化炉，箱式炉更适合前期探索与参数优化。
七、 结论表述
箱式电阻炉在氧化工艺研发中，通过程序控温与可配气氛环境，实现对硅片高温氧化的温度曲线验证与氧化层厚度测试，具备温场均匀、操作灵活、成本适中的优势，是半导体氧化工艺从实验室走向量产前的重要验证工具。 
(责任编辑：miaojt)