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薄膜淀积 介绍 在分立器件与集成电路制造过程中，需要很多类型的薄膜，这些薄膜主要分为四类：热氧化薄膜、介质、多晶硅以及金属膜等： 半导体可采用多种氧化方法，包括热氧化法、电化学阳极氧化法以及等离子体反应法。对于硅来说，热氧化法是最重要的。在热氧化薄膜中，有两种膜最重要：一种是在漏/源极的导通沟道覆盖的栅极氧化膜（gate oxide）;一种是用来隔离其他器件的场氧化膜（field oxide）。这些膜只有通过热氧化才能获得最低界面陷阱密度的高质量氧化膜。 二氧化硅SiO2和氮化硅Si3N4的介电薄膜作用：隔离导电层；作为扩散及离子注入的掩蔽膜；防止薄膜下掺杂物的损失；保护器件使器件免受杂质、水气或刮伤的损害。 由于多晶硅电极的可靠性由于铝电极，常用来制作MOS器件的栅极；多晶硅可以作为杂质扩散的浅结接触材料；作为多层金属的导通材料或高电阻值的电阻。 金属薄膜有铝或金属硅化物，用来形成具有低电阻值的金属连线、欧姆接触及整流金属-半导体接触势垒器件。 原理与工艺 热氧化工艺硅衬底上生成高质量的二氧化硅薄膜Si+2H2O→SiO2+2H2? 湿氧氧化 ??? Si+O2→SiO2? 干氧氧化热氧化是高温工艺，氧原子与硅原子结合，二氧化硅的生长是一个线性过程。大约长了500?之后，线性阶段达到极限。为了保持氧化层的生长，氧原子与硅原子必须相互接触。在二氧化硅的热生长过程中，氧气扩散通过氧化层进入到硅表面，因此，二氧化硅从硅表面消耗硅原子，氧化层长入硅表面。随着氧化层厚度的增加，氧原子只有扩散通过更长的一段距离才可以到达硅表面因此从时间上来看，氧化层的生长变慢，氧化层厚度、生长率及时间之间的关系成抛物线形。 高质量的二氧化硅都在00℃~1200℃的高温下生成，而且其生成速率极其缓慢。其中湿氧氧化速率要高于干氧氧化。 介质淀积 一般有三种淀积方式：常压化学气相淀积APCVD、低压化学气相淀积LPCVD和等离子提增强式化学气相淀积PECVD。在选用以上哪一种方式进行淀积，应该考虑衬底温度、淀积速率、薄膜均匀度、外观形态、电特性、机械特性、电介质的化学组成等因素。 由于热氧化法得到的二氧化硅膜具有最佳的电学特性，所有化学气相淀积CVD无法取代热氧化法，只能作为一种补充手段。没有掺杂的二氧化硅膜可用于隔离多层金属膜、注入及扩散的掩蔽层、生长场氧化膜等；掺杂的二氧化硅，不仅可以作为金属隔间的隔离材料，亦可以淀积与器件表面作为保护层，有时用掺杂磷、砷或硼的氧化膜作为固态扩散源。 二氧化硅的低温淀积（300~500℃），由硅烷、杂质与氧化反应得到，以参杂磷的二氧化硅为例，其化学反应式为（同在450℃下） SiH4+O2→SiO2+2H2 4PH3+5O2→2P2O5+6H2 淀积可在APCVD反应炉中进行。由于硅烷与氧气在低温反应使得此法特别适合于在铝膜上淀积二氧化硅 中温淀积（500℃~800℃），将四乙氧基硅烷在LPCVD反应炉中进行分解而得到。TEOS从液态源蒸发并分解的反应式（700℃）如下： Si（OC2H5）4→SiO2+副产物 由于反应要求在高温下进行，所以在铝上淀积的二氧化硅膜不能用此法。但由于其台阶覆盖性好，所以适合制造要求均匀及台阶覆盖性好的多晶硅栅极上的绝缘层。其良好的台阶覆盖性是由于高温时在表面的迁移所致。淀积过程中加入少量的氢化物（磷化氢、砷化氢、乙硼烷）进行掺杂。 高温淀积（900℃），将二氯硅烷与氧化亚氮在低压下反应生成二氧化硅，反应式如下： SiCl2H2+2N2O→SiO2+2N2+2HCl 此法可以获得均匀性极佳的薄膜，常用于制造覆盖多晶硅的绝缘膜。 多晶硅淀积 由于多晶硅栅极的可靠性优于铝电极，所以现在常用做MOS器件的栅极电极。 用低压反应炉淀积多晶硅的温度范围在600~650℃。分解硅烷的反应式如下（600℃下）： SiH4→Si+2H2 一般最常用的低压淀积方法有两种： 一种是压强约为25-130Pa，使用完全纯度的硅烷作为反应气体。另一种是利用氮气作为稀释硅烷的气体，浓度控制在20-30%。两种方法每次可淀积数百片的晶片，且厚度均匀（误差5%内）。 影响多晶硅结构的工艺参数包括：淀积温度、杂质掺杂以及淀积后的热处理工艺。淀积温度在600-650℃，所得多晶硅为圆柱形，晶粒大小在0.03-0.3μm，择优取向为(110)。在950 ℃掺杂磷，结晶性变好，晶粒大小在0.5-1.0μm.若温度在1050℃，晶粒达1-3μm。若淀积温度低于600℃，则淀积的薄膜为非晶，经掺杂与热处理后，可获得如图多晶硅一样的柱状晶粒。 多晶硅可由多种方式掺杂：扩散法、离子注入法或是在淀积过程中加入额外的杂质（临场掺杂）。离子注入最常用，在于工艺温度低。 金属化 金属化是指用于互连、欧姆接触