氧化層是指物質表面氧化所形成的膜，或由氧化物構成的膜。在半導體領域主要指二氧化矽膜（SiO₂），現場常簡稱為「氧化層」或「oxide」。SiO₂是能隙約9eV的優異絕緣體，與矽的界面缺陷少，而且只要加熱矽就能形成優質的膜。這項性質是矽成為半導體主角的重要原因之一。
氧化層依製作方式大致分為熱氧化層與CVD氧化層。熱氧化層是在氧化爐中，將矽置於800～1200℃的氧氣（乾式氧化）或水蒸氣（濕式氧化）中加熱而成。由於緻密且界面特性優異，用於閘極氧化層或墊氧化層（pad oxide）。由於是矽本身被氧化而成膜，膜厚的約44%會形成在原本矽表面的下方。CVD氧化層是以TEOS或矽烷為原料，在400℃左右沉積的膜，不受底層限制且能厚沉積，因此用於層間介電層（NSG・BPSG）、STI的填充與硬遮罩。此外，還有矽只要置於空氣中就會自然形成、厚度約1～2nm的原生氧化層（native oxide）。
氧化層的用途廣泛，包括閘極絕緣層、元件隔離（LOCOS・STI）、離子佈植的遮罩或表面保護、導線間的層間介電層、蝕刻的硬遮罩等。膜厚以橢圓偏光儀或光干涉式膜厚計量測，去除時使用氫氟酸（DHF・BHF）的濕式蝕刻，或氟系氣體電漿的乾式蝕刻。隨著微縮化使閘極氧化層薄至1nm左右，穿隧電流造成的漏電增加，因此自45nm世代起改用氧化鉿（HfO₂）等高介電常數（high-k）材料，性能則改以等效氧化層厚度（EOT）比較。