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一、厚薄膜集成电路与半导体集成电路的区别

厚薄膜集成电路是将整个电路的晶体管或半导体集成电路芯片、二极管、电阻、电容电阻器和电感等元件以及它们之间的互连引线，组装成一块完整的电路块。集成在一个封装内。而半导体集成电路是纯粹的半导体集成电路芯片独立封装在一个外壳中。它也可以有电阻和小容量的电容。但是电感和大电容一般不容易集成在小小的硅片上。

二、cdd器件的原理?

CDD器件的原理是电容器和半导体的结合。其基本工作原理基于电场的积累效应以及电荷的移动规律，利用介质薄膜层和半导体表面的相互作来实现电信号放大、储存等功能。下面详细解释其原理和工作机制。

第一段：电容器特性

CDD器件的关键组件之一是电容器特性。其结构由介质薄膜分隔两个电极形成。当施加电压时，会在电极之间形成电场，导致电荷的积累。电容器可以储存电荷，并控制电流流动的强弱。这是CDD器件的基础特性之一。介质薄膜的绝缘性决定了电容器的工作性能和稳定性。这种结构允许在微小的尺寸上实现大容量存储和高速度操作。

第二段：半导体表面特性

CDD器件的另一个重要组成部分是半导体表面特性。半导体材料具有特殊的电子结构，其表面上的电荷运动受控制并显示出非线性行为。在特定条件下，通过半导体表面控制和调制电荷的运动是实现信号放大的关键机制。由于半导体的特殊性，使得CDD器件具备了较快的响应速度和较小的尺寸特性。因此它在传感器等领域中具有重要的应用价值。尤其在图像传感器中，CDD器件利用半导体表面的特性来捕捉光信号并将其转换为电信号输出。

第三段：工作原理总结

半导体|薄膜工艺（下）

2024-10-28 12:25·爱蛙iFrog

随着电路尺寸的不断缩小，也开始通过增加淀积层数的方法，在垂直方向上进行拓展。在20世纪60年代，双极器件已经采用了化学气相淀积技术完成的双层结构，即外延层和顶部的二氧化硅钝化层。而早期的MOS器件仅有一层钝化层。到20世纪90年代，先进的MOS器件具有4层金属内部连接，需要许多淀积层。这“堆叠"已经伴随更多金属层、器件方案和绝缘层。

如下这些增加的层在器件或电路的结构中起着各种不同的作用:

淀积掺杂的硅层，称为外延层(epitaxiallayer)金属间的绝缘介质层(IMD)垂直(沟槽)电容器金属间互连导电塞金属导体层最终的钝化层

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??半导体|薄膜工艺（上）??

七、原子层淀积

与其他每种微芯片工艺类似，CVD已经随着尺寸改变而改变下一代CVD系统加人了原子层淀积(AtomicLayerDepositionALD)。除了独特的脉冲调制技术，它基于基本的CVD工艺方法。一个典型的CVD系统将先驱化学物引人腔室，在那里在品圆表面上淀积期望的材料(Si、SiO2、Si3N4)层。在ALD中，先驱物被依次引人腔室，但是被一种吹扫气体分开。在表面的效应如图所示。ALD还是一种自限制工艺，因为反应发生在晶圆的表面上，而不是腔室内。由于每种薄膜台阶是以单层速率生长的，所以控制非常精确。另外，这种慢速率有助于品圆表面高的共面性水平和致密薄膜成分。ALD的薄层厚度已经从通常的CVD的300?水平降到12?的范围。?

ALD沉积机制

工艺在真空中进行。一种常用示意系统如下图所示。

ALD系统设计

另外，ALD膜有非常好的共面性，用途包括非常薄的二氧化硅栅，用类似氧化铝的材料填充深槽，以及为铜金属化工艺产生阻挡金属层。每种系统都有优点和缺点，取决于材料和工艺步骤。CVD概况如图所示。

CVD应用表

八、气相外延

气相外延(VPE)与CVD系统的不同之处在于VE可淀积化合物材料，如砷化镓(GaAs)。VPE系统由标准的液体源、管式反应炉和双区扩散炉组成。下图给出了一个详细的例子，用于淀积外延砷化镓。

砷化镓VPE淀积系统示意图

在主反应室内，砷化镓(GaAs)在晶圆表面上形成要经历两个阶段:AsCl3(三氯化砷)用鼓泡式进入反应炉的起始部分，在此与放置在舟内的固态镓反应。AsCI3在起始部分与H2反应，形成As:

4AsCI3+6H2→12HCI+As4?

砷淀积在镓上形成硬壳。流经硬壳的H2在起始部位反应，形成流经晶圆区的3种气体:

晶圆区的温度稍低，并且反应是可逆的GaAs淀积在品圆上。该技术具有薄膜清洁的优点，原因在于Ga和AsCL3纯度非常高。而且比MBE技术有更高的生产率。不足之处在于，该技术产生的薄膜结构没有MBE薄膜的质量好。

九、分子束外延

对于薄膜淀积系统，始终追求的是对淀积率的控制、低淀积温度和可控的薄膜化学计量。随着这些问题变得越来越重要，分子束外延(MBE)技术已经从实验室中脱颖而出，进入生产研制阶段。MBE是一种蒸发工艺，优于CVD工艺。该系统由压力维持在10-10托的淀积反应室组成。反应室内是一个或多个单元(称为射流单元，eusioncel)，其中含有晶圆上所需材料的高纯度样品。单元上的快门把晶圆暴露在源材料前，电子束”直接撞击在材料的中心，将其加热成液体。液态下，原子从材料中蒸发出来，从单元的开口中溢出，淀积在晶圆的表面上。如果材料源是气态的，此技术称为气态源(gassource)MBE或GSMBE。

MBE淀积系统示意图

在许多应用当中，将晶圆在反应室内加热，以对到达的原子提供附加的能量。附加的能量加速了外延的生长，并形成质量良好的薄膜。对于暴露的晶圆表面，淀积原子将以晶圆的定向生长外延层。MBE提供了极佳的选择，通过反应室的掺杂源内所含有的物质，形成原位掺杂。常规的硅掺杂源在MBE系统中并不适用。固态的镓用于P型掺杂，锑用于N型掺杂。实际上，使用MBE系统淀积磷的可能性也不大。

对硅工艺来讲，MBE系统的主要优点在于低温(400℃~800℃)，这样可将自动掺杂和外溢扩散减小到最低。或许，MBE最大的优势是具有一个工艺步骤(一次抽真空)就可以在晶圆表面上形成多个层的能力。这样的选择需要在反应室内安装几个射流单元和序列化的快门装置，按照正确的顺序和准确的时间将蒸发束引导到品圆表面。

此外，用MBE薄膜的生长速率比较慢，为60~600?/min，这是MBE的优点，也是缺点中。正面地讲，薄膜在形成过程中容易控制，薄膜能够沿一单层增量的方向生长(或混合)。但是，大多数半导体层并不需要控制到这样高的水平和质量，也不需要低的生产效率和过高的开销。

MBE系统的另一个优越之处在于在反应室内融合了薄膜生长和质量分析仪。采用这些仪器，工艺在品圆和品圆之间的控制变得更容易，形成均匀的薄膜。MBE系统在特殊的微波器件方面和化合物半导体如砷化镓方面，已投入生产使用。

十、金属有机物CVD

金属有机物CVD(MOCVD)是化合物CVD中较新的选择之一。VPE是化合物淀积系统，而MOCVD是指用于VPE和其他系统中的源。在MOCVD工艺中，淀积期望的原子和复杂的有机气体分子结合，并通过一个被加热的半导体晶圆。被加热的分子破裂，将期望的原子一层一层地淀积在表面上。它能生长高质量的半导体层(薄至1mm的百万分之一)，这些层的晶体结构与衬底可以完美对齐。

MOCVD系统(自:S.K，Ghandhi，VS!FabricationPrinciple，Wileylnierscienee，1994)

使用两种化学物质:卤化物和金属有机物。上面描述的在VPE中砷化镓的淀积就是一种卤化物工艺。热区形成山族卤化物(镓)，冷区淀积Ш~V族化合物。在砷化镓的金属有机物工艺中，(CH3)3Ga与砷进人反应室反应，形成砷化镓，反应式为

(CH3)3Ga+AsH3→GaAs+3CH4

虽然MBE工艺较为缓慢，但MOCVD工艺能够满足批量生产的需要，且适合较大的衬底。MOCVD还具有制造化学成分不同的多层膜的能力。此外.与MBE不同.MOCVD可以在如InGaAsP这样的器件中淀积磷。采用MOCVD工艺制造的常规器件有光电阴极、高频发光二极管、长波激光、可见激光和橘红色发光二极管。

广义地讲，MOCVD指半导体膜的金属有机物化学气相淀积。当在气相外延系统生长外延层时，使用金属有机源，则称其为MOVPE。应用包括Ш-V族半导体层的金属有机物化学气相淀积，对于基础研究和器件应用，包括GaAS、AIAS、AIGaAs、InGaAs和InP，另外还有Ⅲ-V族半导体层的A形掺杂、量子点的生长、量子线、量子阱、掺杂调制异质结和选择区域外延生长。

十一、淀积膜

采用CVD技术淀积的薄膜，按电性能可分为半导体膜、绝缘体膜和导体膜。下面内容介绍了每一种膜在半导体器件中的主要应用，以及特殊薄膜的使用。这里对特殊薄膜只做概括性的介绍，后面将给出较为细致的解释。导体金属膜的淀积方法将在后面文章中讨论。

十二、淀积的半导体膜

至此，我们已经讨论了作为半导体器件和电路基础部分品圆的形成。但制造高质量的器件和电路，体硅(bulk)晶圆的使用还存在着一些不足。晶圆的质量、掺杂范围和掺杂的控制等因素限制了体硅晶圆的使用，同时也限制了高性能双极型晶体管的制造。解决的方法是硅淀积，称为外延层(epilaxiallaver)。这是业界的主要进展之一。早在1950年，外延层已成为半导体工艺中的一部分!”。从那时起，硅淀积工艺便应用于先进的双极型器件的设计CMOS电路中对质量要求较高的衬底，以及在蓝宝石和其他衬底上的硅外延层的淀积。砷化镓和其他Ш~V族和Ⅱ~V族薄膜也采用了外延膜的淀积工艺。外延膜具有与衬底材料同样的材料时(如硅上硅)，产生的薄膜称为同质外延(homoepilaxial)。淀积材料不同于衬底材料时(如硅上砷化镓)，产生的薄膜称为异质外延(heteroepilaxial)。

十三、外延硅

外延(epilaxial)一词来源于希腊文，意为“安排在上面”。在半导体技术中，指薄膜的单晶结构。在CVD反应室内，硅原子被淀积在裸露的晶圆上，形成单晶结构。当对化学反应剂进行有效控制，并且正确设置了系统的参数时，具有足够能量的淀积原子到达晶圆表面，并在其表面游动，将自身调整到与晶圆原子的品体方向相一致。这样，淀积在<111>晶向的晶圆上便生长成<111>晶向的外延层。

外延膜和多晶膜的生长

另外，如果晶圆的表面有一层薄的二氧化硅、非晶态层表面或污染物，则会影响淀积原子的正确定位，结果导致薄膜结构为多品硅。这种情形可在某些方面，如MOS栅中得以应用。但对于单晶的薄膜结构，则并不希望多品的出现。

四氯化硅化学源:外延层的淀积可选用一些不同的化学源。在选择硅的化学源上，淀积温度、薄膜质量、生长速率及与特殊系统的兼容性均是考虑的因素。其中，个重要的工艺参数是淀积温度。温度越高，生长速率越快。但过快的生长速率会形成较多的品体缺陷，产生薄膜裂隙和应力。较高的温度也会造成较高的自动掺杂和扩散外溢(这些效应在下面的章节中描述)。

四氯化硅(SiCL4)是硅淀积中首选的化学源。它能够允许高的成形温度(生长速率)并具有可逆的化学反应。在下图中，双箭头表示在一个方向进行反应形成的硅原子，而在另一方向上的反应将硅去除(刻蚀)。在反应室内，这两种反应彼此竟相进行。

外延硅化学源

最初，硅表面被刻蚀，为淀积反应做准备。第二阶段，硅的淀积比刻蚀速率快，产生淀积的薄膜。下图显示了这两种反应的效果。随着在气体流中增加四氯化硅分子的百分比含量淀积率首先增加。在比率为0.1时，刻蚀反应开始并起主导作用，减慢了生长速率。起始时在反应室内主要是薄膜的生长。氯化氢(HCI)气体通过流量计进入反应室，刻蚀掉很薄的一层硅表面，为其后的硅淀积做准备。

四氯化硅外延淀积的生长-刻蚀特性

硅化学源:硅烷(SiH4)是第二种常用的硅源。硅烷具有不需要第二种反应气体的优点。它是通过受热分解产生硅原子的。反应温度比SiCl4的反应温度低几百摄氏度，在自动掺杂和品圆弯曲等方面极具吸引力。硅烷也不会产生图形偏移(见下文“外延膜的质量”)。遗憾的是，硅烷在反应时，反应气体遍及整个反应室内，形成粉末状的薄膜而污染晶圆。作为反应源，硅烷在多品硅和二氧化硅的淀积中有着更多的应用。

二氯二氢硅化学源:二氯二氢硅(SiH2CL2)也是一种用于薄外延膜的低温硅源。较低的温度可减少自动掺杂和在前步工艺扩散埋层中的固态扩散，并提供更加一致的品体结构。

外延薄膜掺杂:外延薄膜的优点之一就是通过工艺达到精细的掺杂和对掺杂范围的控制。品圆制造时，其浓度可达到约1013~1019原子/cm3。外延膜的生长可以从1012原子/cm3到1020原子/cm3，其上限接近磷在硅中的固态溶解度。

薄膜的掺杂是通过将掺杂气流添加到淀积反应物中的方式获取的。掺杂气体源完全与淀积掺杂反应炉内使用的化学物和输送系统相同。实际效果是CVD淀积反应室转换成掺杂反应炉。在反应室内，掺杂剂与生长膜相融合，并确定所需的电阻。N型和P型膜能够在N型或P型晶圆上生长。双极技术中的传统工艺生长的外延膜是在P型晶圆上进行N型外延膜生长的。

外延膜的质量:工艺中首要关注的就是外延膜的质量。除了通常考虑的污染之外，还有-些是外延生长的瑕疵。被污染的系统可能引起称为雾霾(haze)的问题2。雾霾是一种表面的疑难问题，可从微米级破损变化到可见的灰暗不光滑表面。雾霾来源于残存在反应气体中的氧气或系统泄漏。

在开始淀积时，对淀积表面的污染将引起加速生长，称为“尖刺”(spike)。尖刺的高度可能与薄膜的厚度相同。它们会在光刻胶层或其他的淀积膜中产生洞和断裂.

外延生长尖刺

生长期间可能发生一些结晶问题，其中之一是堆垛层错(stackingfaults)。堆垛层错是由于原子面周围产生“位错”(dislocaton)的相关原子组成的多余原子面。堆垛层错在表面形成并“生长”到薄膜的表面。堆垛层错的形状依赖于薄膜和品圆的定向。在<111>晶向，薄膜的堆垛层错具有锥形的形状;而<100>面的品圆形成方形的堆垛层错。堆垛层错可以采用X射线或刻蚀技术进行检测，

在<111>面上硅的堆垛层错

与<111>向相关的品圆生长问题是图形偏移(pattemshi)。当淀积速率太高并且薄膜在生长时相对于品圆表面存在角度时，就会发生图形偏移。当依赖于薄膜表面台阶的位置与衬底的图形对准时，图形偏移就成了问题。另一个生长中的主要问题是滑移(slip)。滑移来源于对淀积参数的控制不当，并将导致晶格沿分界面方向滑移(slippage).

有两个问题与淀积温度相关，自动掺杂(autodoping)和外溢扩散。当品圆背面的掺杂原子从晶圆中扩散出去时，与反应气体混合后融合到生长的薄膜内，导致生长膜的自动掺杂，从而引起薄膜的电阻率和电导率的变化。在N型品圆上生长的P型薄膜中的自动掺杂将比预想的P型中的要低一些。P型浓度较低，是因为自动掺杂的原子中和了一些薄膜内的P型原子。

(a)外延的自动掺杂:(b)外溢扩散

外溢扩散(out-difusion)有着同样的影响，但其发生在外延膜和晶圆的交接面。外溢扩散的原子来源于外延淀积前扩散到晶圆内的掺杂源。在双极型器件内，该区域称为埋层(buriedlayer)或次集电极(subeollector)。通常，埋层是在P型晶圆内的N型区，上面是生长的N型外延层。在淀积过程中，N型原子扩散出来与外延膜的底部结合，使浓度发生变化。极端情况下，埋层可能扩散出来，进入双极型器件的结构内，引起电性能失效。

CMOS外延:到20世纪70年代后期，外延膜的主要应用是作为双极型品体管的集电极，该技术为器件工作和灵活的隔离相邻器件提供了高质量的衬底(见第16章)。较新的或更主要的应用是用于CMOS电路的品圆。CMOS电路中存在称为“闩锁”(latch-up)效应的问题，该问题提出了对外延层的需要。解决方案是在p+衬底上做一层P型外延。

外延工艺:典型的外延工艺开始前，对晶圆表面进行彻底、严格地清洗，然后将晶圆装入淀积反应室内。在淀积反应室内，通过一系列步骤来保证正确的淀积薄膜。下图给出了一个典型的SiCl4的外延工艺。起始的步骤是:对晶圆表面进行气相清洗。清洗之后进行淀积，并伴随着循环的清洗冷却。在所有的步骤中，温度和气体的流量是工艺控制的关键。

典型的SiCl4外延淀积工艺

选择性外延硅:外延淀积系统的先进性引发了外延膜的选择性生长。尽管用于双极型品体管和CMOS衬底的外延膜淀积在整个晶圆上，但在选择性生长中，它们是通过二氧化硅或氮化硅膜进行生长的。晶圆被放置在反应室内，外延膜直接生长在暴露孔底部的硅上。薄膜生长时，它会与品圆表面下品体形成定向。这种结构的优点是在外延区域形成的器件由氧化物或氮化物相互隔离。

如果在隔离的表面继续淀积，薄膜的结构则转化为多晶结构。延伸淀积的另一个结果是覆盖的淀积层变成全部的外延性质。所有这些结果，增加了对高级器件设计在结构上的选择。

选择性外延生长的步骤

十四、多晶硅和非晶硅淀积

直到20世纪70年代中期，硅栅MOS器件的出现，多晶硅才在器件结构中得以应用。硅-栅器件技术加速了淀积多品硅薄膜的可靠工艺的需求。到20世纪80年代多品硅似乎成了先进器件材料的主力军。除了MOS栅之外，多品硅还用在SRAM器件中的负载电阻、沟槽填充;EEPROM中的多层聚合物、接触阻隔层;双极型器件的发射极和硅化物金属配置中的一部分)。

MOS品体管的硅栅截面图

早期的工艺仅涉及将覆盖有氧化物的晶圆放在水平式APCVD系统中，并在氧化物上淀积多晶硅。多品硅的淀积和外延淀积的主要区别是硅烷(Silane)的使用。硅烷没有受到外延膜淀积的青睐，而在多晶硅淀积中得到了广泛的应用。

典型的多晶硅淀积工艺的温度在600℃~650℃范围。淀积可能来自100%的硅烧或含有N2或H2的气体。多晶硅的结构在前面描述过，如硅原子在整体上的无序排列。在淀积多晶硅时，结构有些不同。在淀积的起始阶段，温度在575℃下，结构是非晶态的。淀积工艺形成的多晶结构由单晶硅的小核(晶体或晶核)组成。单品硅被晶核的边界分隔。这种结构称为柱形多晶(columnarpoly)。

薄膜的电流特性显示出晶核的尺寸和边界一致性的重要性。当电流流经核边界时，形成电流阻力。核边界越大，电阻越大。要获取器件之间及器件内部持续的电流，需要对多品硅结构给予良好的挖制。为此，在气体流中加人H2，其好处之一是降低了晶圆表面的不纯度和潮湿。随之，导致成核尺寸的减小。在系统中，潮气和不纯净的氧气会引起结构内部二氧化硅的生长，而二氧化硅增加了薄膜的电阻和在后续的掩膜工艺中的刻蚀能力。

所有的系统常规工作参数(温度、硅烷浓度、抽真空速率、氮气流量或其他气体流量都会影响淀积率和成核尺寸。通常，晶圆在600℃左右淀积后进行退火，进一步形成对薄膜的晶体化。无论什么时候，当品圆通过高温工艺，都会产生再品体化过程。因此，在完整的器件或电路上的多品硅薄膜的成核尺寸和电参数与淀积时的薄膜是完全不同的。

同样，气体中的掺杂物也是影响成核大小的因素。在许多器件或电路中，起着导体作用的带状多品硅，需要采取掺杂的方式减小电阻率。掺杂可采取扩散的方式，在淀积的前后或注入工艺时进行。

通过将掺杂气体加入反应气体中，并同时流人反应室，在淀积的同时可形成原位(insitu)掺杂。当加人Z硼烷(硼源)时，淀积率则有较大提高。当磷(磷源)或砷烷(砷源)作为掺杂气体时，其效果则相反。原位(isitu)掺杂所不希望的效果是薄膜的均匀性、掺杂的均匀性和掺杂率的控制上的损失等。由于掺杂剂嵌入到成核的边界引起电阻率的降低，掺杂的多品硅薄膜的电阻率小于那些同等掺杂量的外延硅或体硅。

大多数多品硅层是采用LPCVD系统进行淀积的该系统提供了良好的生产效率和较低的淀积温度。由于多品硅通常在稍后的工艺流程中淀积，并且表面随着形貌而变化，所以LPCVD提供了良好的台阶覆盖性。单反应室多品硅LPCVD系统提供了比较高的淀积率而无须较高的温度。

台阶覆盖。(a)正常的台阶覆盖:(b)异常的台阶覆盖

十五、SOS和SOl

SOS和SOI这两个缩写分别代表了SiiconOnSapphire和SiliconOnInsulator。两者都是指在非半导体表面淀积硅。对此结构的需求产生于有源器件下的半导体衬底存在对一些MOS器件的限制。这些问题可通过在绝缘的衬底上形成硅层来解决。应用于此的第一个衬底是蓝宝石(SOS)。随着对不同衬底的研究，该术语便被延伸到更为通用的绝缘体硅上(SOI)。一种方法是在衬底上直接淀积，此后通过再品体化过程(激光加热、条形加热器、氧气注人)形成有用的薄膜1。另一种方法是在表面氧化物上的孔内进行选择性淀积，过生长后形成连续的薄膜。

另外的SOI方法是SIMOX。在这种工艺中，晶圆的顶层被转化成富氧注入的氧化物。外延层生长在氧化物上。有一些键合品圆(bondedwafer)的研究，这种方法是使两个品圆键合在一起，然后对其中之一减薄(研磨和抛光)到器件层所需的厚度。

十六、在硅上生长砷化镓

砷化镓是一种大量用的Ш-V族半导体材料。然而，它易碎，并且其晶圆直径限制在4英寸(102mm)。在硅晶圆上生长砷化镓的尝试已经突破彼此晶格失配。在生长工艺中，失配引起使器件性能退化的位错。一种新方法是首先在硅晶圆上生长一个薄的钛酸锶膜。它与硅反应形成无定形的二氧化硅层。当淀积砷化镓膜时，二氧化硅层起到吸收失配的衬垫作用如此可以形成一个单晶层。

十七、绝缘体和绝缘介质

淀积薄膜中最常用的方法是CVD，其在器件或电路中的作用为绝缘体或绝缘介质。应用广泛的两种薄膜是二氧化硅和氮化硅。通常，在器件和电路的设计中，它们的用途具有多样性。虽然存在工艺和质量上的差异，但它们可以满足与其他淀积膜类似的综合性要求。

1）二氧化硅

淀积的二氧化硅膜是作为覆盖整个晶圆的最终一层钝化膜，这一点在长期的应用中已成为共识。作为钝化膜，它们起到对电路器件和组件的物理及化学性能上的保护。人们熟知的用来作为顶层保护层的淀积二氧化硅膜有Vapox，Pyrox或Silox等术语Vapox(气相淀积的氧化膜)是由仙童(Fairchild)公司工程师创造的术语。Pyrox代表Pyrolitic氧化物。Silox是应用材料(AppliedMaterials)公司注册的商标，有时该层简称为玻璃。随着保护作用的扩展，在多层金属结构中，淀积的二氧化硅作为多层金属设计中的中间绝缘层多品硅和金属之间的绝缘层、掺杂阻挡层，以及扩散源隔离区域。二氧化硅已经成为硅-棚结构中的主要组成部分。

有由热氧化物或二氧化硅或氮氧化物/二氧化硅(采用TEOS淀积)组成的栅堆叠和在多层金属设计中的连接孔的各种二氧化硅填充。

采用CVD方法淀积的二氧化硅膜在结构和化学计量上不同于热生长的氧化膜。视淀积温度的不同，淀积的氧化物具有比较低的密度和不同的机械性能，如折射系数、对裂纹的抵抗、绝缘强度和刻蚀速率。薄膜掺杂对这些参数有较大的影响。在许多工艺中，对淀积的薄膜采取高温热处理，称为致密(densifcation)作用。在致密过程之后，淀积的二氧化硅膜在结构和性能上接近热氧化膜。

由于铝和硅的合金过程不允许在450℃以上进行，所以需要在低温下淀积SiO2。早期使用的淀积工艺是采用水平热传递APCVD系统，通过硅和气的反应得到:

SiH4+O2→Si02+2H2

这种工艺形成的薄膜，由于是在450℃淀积，薄膜的质量较差，并不适用于高级的器件设计和较大的晶圆。

LPCVD系统的开发为获取高质量的薄膜提供了可能，特别是对台阶覆盖和低应力等因素。从质量和生产效率的角度考虑，LPCVD工艺是首选的淀积技术。二氧化硅在高温(900℃)LPCVD中采用二氯硅烷与氧化氨反应形成的:

SiCL2H2+2NO2→SiO2+2N2+2HCI

正硅酸乙脂(TEOS):到目前为止，二氧化硅的淀积主要来源于Si(OC2H5)，称为TEOS。TEOS的历史可追溯到20世纪60年代。早期的系统依赖于TEOS在750℃左右高温时的分解。目前的淀积是基于20世纪70年代确立的热壁LPCVD系统，温度在400℃以上与等离子体配合(PECVD或PETEOS)使用的TEOS允许淀积温度在亚400℃范围。对0.5um的器件，这种工艺在高深宽比图形的覆盖一致性上受到限制。通过在反应气流中加人臭氧（O3)可以改进台阶覆盖的性能。

另外一种选择是在氩气等离子体中，硅烷与一氧化氮反应:

SiH4+4N2O→SiO2+4N2+2H2O

2）掺杂的二氧化硅

二氧化硅的掺杂可以改善相应的保护特性和流动性，或者用来作为掺杂源。最早用于淀积氧化物的掺杂剂是磷。磷源来自于加入淀积气体流中的磷烷。合成的玻璃称为磷硅玻璃或PSC。在玻璃内部，磷以五氧化二磷(P2O5)的形式存在，使得该玻璃成为双重化合物，或更精确地说，是二元玻璃。

磷的作用有三重。加入的掺杂剂增加了玻璃对湿气的阻挡特性;可动离子污染物质被磷吸附，防止进入晶圆的表面，该反应称为“吸杂”(gettering);第三个方面是流动特性的提高，有助于在加热到1000℃左右时，玻璃表面的平坦化。磷的含量限制在大约8%(质量比)。高于这一水平，玻璃变得吸水和吸湿。湿气能够与磷反应，形成磷酸，侵袭下面的金属线。

通过玻璃流动使表面的平坦化

硼也经常通过使用硼烷(B2H6)而添加到玻璃中。硼的作用也是增强膜的流动性。合成的玻璃称为硼玻璃(BSG)，硼和磷也经常同时用于玻璃中，合成结果为硼磷玻璃(BPSG)。

3）氮化硅

氮化硅可替代氧化硅使用，特别是对顶部保护层。氮化硅比较硬，可以比较好地保护表面避免划伤，氮化硅也是一种较好的湿气和钠的阻挡层(无掺杂)，具有较高的绝缘强度和抗氧化能力。后者的特性可使氮化硅在硅的局部氧化(LOCOS)中使用，以达到隔离的目的。下图中显示了它的工艺，带有图形的氮化硅岛保护岛下面的氧化物。在热氧化和去除氮化硅后，晶圆表面的区域用于器件的形成，并被氧化物的隔离区域分开。氮化硅的不足之处在于它的流动性不如氧化物，而且比较难以刻蚀采用等离子体刻蚀工艺可以克服刻蚀上的限制。

LOCOS工艺

早期，用氮化硅作为保护膜所受到的限制是由于缺乏低温淀积工艺。在APCVD系统中使用硅烷或SiCl2H2淀积氮化硅的温度在700℃~900℃之间(见下图)。薄膜的成分是Si3N4。反应也可以在LPCVD反应室内进行，但是在铝金属层上淀积时，其温度要足够低。PECVD的出现开始了不同化学源的使用，其中之一是硅烷与氨气(NH3)或氮气在氩气等离子体状态下的反应。

氨化硅淀积反应

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