微电子工程学3

1、微电子工程学第3章 微电子工程中的薄膜制备及刻蚀2第3章 微电子工程中的薄膜制备及刻蚀 薄膜制备及刻蚀技术是微电子工程的工艺基础-精细和超精细加工技术的主要内容之一。在微电子工业中，通常将电路图形的最小线条宽度的微米级的加工技术称为“精细加工技术”，而将亚微米级的加工技术称为“超精细加工技术”。精细和超精细加工技术是一套完整的加工技术，除了薄膜制备及刻蚀技术外，还包括图形加工技术和精密控制掺杂技术。3第3章 微电子工程中的薄膜制备及刻蚀 微电子工程中的薄膜，是指在器件加工制作过程中，在硅片表面生长或淀积的外延膜、各种绝缘薄膜和金属薄膜。 外延膜是构成电路内部机构的必要组成部分。 绝缘膜不仅对电

2、路可起到钝化和保护作用，更主要的是它在电路芯片制作过程中起重要作用。一方面，它起到掩蔽刻蚀的作用（因为电路的光刻图形实际上大多是在绝缘膜上形成的），使得下一道工序可以有选择地对晶片上不同的区域进行处理。另一方面，它起到良好的绝缘作用，比如使电路的多层布线和金属层之间不致相互短路。 金属薄膜是为了电路中各单元或各元器件之间互连的需要而引入的。4第3章 微电子工程中的薄膜制备及刻蚀 薄膜的质量和厚度能否予以精密控制，将直接影响到电路的质量，对大规模集成电路来说，还影响到能否获得微细图形。 薄膜制备技术既包括传统应用的各种绝缘膜的热生长技术，也包括在基片上应用化学汽相淀积薄膜的新技术（简称CVD技术

3、）。此外，为了适应超大规模集成电路的集成度不断提高的需要，人们正在开发新的、能够精密控制的离子束和分子束外延技术，以及离子注入成膜技术。本章主要介绍微电子工艺中常用的薄膜，包括氧化膜、保护膜和互连用膜基本的制备及刻蚀方法。5第3章 微电子工程中的薄膜制备及刻蚀3.1 薄膜制备3.1.1 硅的氧化膜3.1.2 保护膜及掩膜3.1.3 互连及欧姆接触用膜3.2薄膜的刻蚀3.2.1 湿法化学腐蚀3.2.2 等离子腐蚀3.2.3 等离子辅助腐蚀3.2.4 清洗6第3章微电子工程中的薄膜制备及刻蚀3.1 薄膜制备3.1.1 硅的氧化膜 硅表面总是覆盖着一层二氧化硅，即使刚刚解理的硅也是如此，在空气中一暴

4、露，就覆盖上几个原子层的氧化膜（1520埃），然后逐渐增厚，可达4纳米左右。硅集成电路制作中所需的氧化膜比这厚得多。这时硅片在氧化气氛中高温生长一层氧化膜。本节叙述这种氧化物的性质以及杂质对这些性质的影响，然后讨论生长动力学及生长方法，并概述这种氧化层的掩蔽特性和其它重要的性质。7第3章微电子工程中的薄膜制备及刻蚀3.1 薄膜制备3.1.1 硅的氧化膜 热生长二氧化硅的一个重要性质是它能够连接表面悬挂键而降低硅的表面态密度。此外，氧化硅生长时可以很好地控制界面陷阱和固定电荷。由于有这些性质，这种氧化膜能控制面结型器件的漏电流，能用作场效应器件稳定的栅氧化膜，是现代硅集成电路的基础。8第3章微电

5、子工程中的薄膜制备及刻蚀3.1 薄膜制备3.1.1 硅的氧化膜1. 本征氧化硅玻璃2. 掺杂氧化硅玻璃3. 氧化物的生成4. 氧化物生长动力学5. 氧化系统6. 卤化物氧化系统7. 氧化诱生的层错8. 硅热氧化膜的性质9. 氧化膜检验9第3章微电子工程中的薄膜制备及刻蚀3.1 薄膜制备3.1.1 硅的氧化膜 1. 本征氧化硅玻璃 本征氧化硅玻璃由熔融二氧化硅组成，熔点1732。它在1710以下是热力学不稳定的，趋向于回到晶态，但在1000以下，这种反玻璃化过程的速率一般很低。 玻璃态纯二氧化硅的结构模型由二氧化硅的随机三维网络组成，而这些网络又是氧离子的多面体（四面体或三角形）所构成，Si4占

6、据多面体的中心。硅离子与氧离子之间的四面体距离为1.62埃，而氧离子之间的距离为2.27埃。10第3章微电子工程中的薄膜制备及刻蚀3.1 薄膜制备3.1.1 硅的氧化膜 1. 本征氧化硅玻璃 氧化硅多面体通过桥键氧原子互相连接，每一个桥键氧原子同时属于这两个多面体。在石英晶体中，所有这类氧离子都起这种作用，而多面体所有顶点都通过这些氧离子和其最近邻多面体相连接。但在熔融石英和氧化硅玻璃中，多面体的某些顶点上挂着非桥键氧离子，它只属于一个多面体。因此多面体之间以及整个网络的结合程度与桥键氧离子和非桥键氧离子数目之比有关。11第3章微电子工程中的薄膜制备及刻蚀3.1 薄膜制备3.1.1 硅的氧化膜

7、 1. 本征氧化硅玻璃 在纯二氧化硅玻璃中，硅原子的运动要打断4个Si-O键，而桥键氧原子的运动只需打断2个Si-O键。因此，在二氧化硅玻璃中氧原子容易运动。氧原子离开其多面体位置运动后生成氧离子空位。桥键和非桥键氧离子空位都可以生成。但根据结合能，后者较易生成。这类空位在结构中代表正电荷缺陷。 硅表面氧化而生成的氧化膜本质上是非晶态，也是由这种多面体的随机网络所组成。其密度一般为2.15-2.25，而单晶石英的密度为2.65。由于氧化硅玻璃比较疏松，许多杂质可以在其中作填隙式扩散。12第3章微电子工程中的薄膜制备及刻蚀3.1 薄膜制备3.1.1 硅的氧化膜 1. 本征氧化硅玻璃 对于硅热氧化

8、过程中产生的物质的本质了解还很不充分。有些研究工作认为是荷电的氧，O2或O22。但不管怎样，氧化过程包括氧化物质输运到Si-SiO2界面，和在该处发生氧化。因此硅的热氧化留下一个洁净的界面，而离子沾污物则输送到氧化物的表面上。正是由于这一特性，平面结上生长了这种氧化膜后，稳定性大大改善。13第3章微电子工程中的薄膜制备及刻蚀3.1 薄膜制备3.1.1 硅的氧化膜 2. 掺杂氧化硅玻璃 杂质能大大改变氧化硅玻璃的性质。这些杂质主要有替代式和填隙式两类。此外，水汽是一种重要的杂质，它经常存在于氧化硅玻璃中。 在氧化硅多面体中取代硅位置的杂质为替代式杂质。常见的替代式杂质是B3和P5。这些杂质称为网

9、络形成者，因为用它们代替SiO2可以作成玻璃态结构即完全不含二氧化硅的玻璃。但在微电子工艺中，人们感兴趣的是氧化硅玻璃中少量杂质的影响。14第3章微电子工程中的薄膜制备及刻蚀3.1 薄膜制备3.1.1 硅的氧化膜 2. 掺杂氧化硅玻璃 替代式离子一般是三价或五价。在石英点阵中，这种阳离子产生电荷缺陷。族杂质形成多余的非桥键离子，而族杂质通常能降低非桥键离子的浓度。 填隙式杂质通常是正电荷低的大金属离子的氧化物，它们进入网络，位于多面体之间的间隙中，这样一来，它们给出自己的氧，因而产生两个非桥键氧离子以代替原来的一个桥键离子。这使结构弱化，变得比较疏松，扩散物质容易扩散。这类杂质氧化物称为网络变

10、形者，因为它们本身不能形成玻璃。Na+、K+、Pb2+和Ba2+属于这一类。铝有时即是网络变形者又是网络形成者。15第3章微电子工程中的薄膜制备及刻蚀3.1 薄膜制备3.1.1 硅的氧化膜 2. 掺杂氧化硅玻璃 钠特别重要，因为它普遍存在于环境中特别是人体的周围，也是用作加热炉衬的耐火材料中的主要杂质，甚至存在于扩散和氧化设备的石英管内。因为它是带电的可动物质，因此在制作一切稳定器件特别是MOS集成电路时，避免和除去钠沾污或使之不能运动是很重要的。氧化物中多余的钠能加速结晶，甚至使氧化物开裂。16第3章微电子工程中的薄膜制备及刻蚀3.1 薄膜制备3.1.1 硅的氧化膜 2. 掺杂氧化硅玻璃 水

11、汽也普遍存在于环境中。在氧化的硅片中，水能以分子态留在填隙位置，如果硅片存放一星期未封装，水汽能进入到几十纳米的深度。以分子态存在的水汽使得尔后制作掩模时光刻胶的粘附性不良，并使得用这种氧化膜覆盖的二极管的反向击穿电压值不稳定。经常在封装前于低温（200250）长期烘烤（4872小时）以除去水汽。有时也用短时间的表面腐蚀以去除水汽。17第3章微电子工程中的薄膜制备及刻蚀3.1 薄膜制备3.1.1 硅的氧化膜 2. 掺杂氧化硅玻璃 在湿氧氧化时也有水汽耦合入膜中，而在干氧氧化时，水汽则是沾污物。水汽一旦进入硅片表面，就和桥键氧离子结合形成一对稳定的非桥键羟基。羟基的存在也使得网络弱化，并且比较疏

12、松，易于扩散，故其行为和填隙式杂质类似。18第3章微电子工程中的薄膜制备及刻蚀3.1 薄膜制备3.1.1 硅的氧化膜 2. 掺杂氧化硅玻璃19第3章微电子工程中的薄膜制备及刻蚀3.1 薄膜制备3.1.1 硅的氧化膜 3. 氧化物的生成 将硅片置于干氧或水汽中并保持高温很容易进行氧化。在水汽氧化或湿氧氧化情况下，惰性气体(或氧气)通过水鼓泡，水温一般保持95，相当于水的蒸汽压为0.842MPa。硅表面直接氧化产生氧化层，其厚度大约是所消耗的硅层厚度的2.27倍。这样生成的二氧化硅层每平方厘米约含2.21022个SiO2分子。 氧化物的生成机理基于以下事实，即氧化物质必须通过正在生长的氧化层运动以

13、到达硅表面。因此随着夹在中间的氧化层厚度的增加，生长速率逐渐降低。干氧氧化厚度超过4纳米，湿氧氧化厚度超过100纳米时就观察到扩散控制的生长过程。20第3章微电子工程中的薄膜制备及刻蚀3.1 薄膜制备3.1.1 硅的氧化膜 3. 氧化物的生成 干氧氧化的化学原理比较简单。设通过正在生长的氧化层扩散的物质是氧离子，在硅表面上的化学反应为 这时，一个氧分子生成一个二氧化硅分子。 硅的水汽氧化过程也可以总的看作是氧化物质通过氧化层扩散并和硅表面反应的过程，故有 这时要用两个水分子来形成一个SiO2分子。该反应放出的氢很快地通过正在生长的氧化膜并在气体氧化膜界面处离开系统。22SiOOSiSiH OS

14、iOH2222221第3章微电子工程中的薄膜制备及刻蚀3.1 薄膜制备3.1.1 硅的氧化膜 3. 氧化物的生成 该反应的具体过程稍稍复杂些，并认为是按照以下方式进行： （1）水汽和石英结构中的桥键氧离子反应生成非桥键羟基，使石英结构大大弱化。 （2）在氧化膜硅界面上，羟基和硅晶格反应生成石英多面体和氢。 （3）氢很快地扩散离开氧化层，同时有一些氢和石英结构中的桥键氧离子反应生成羟基，使石英结构进一步弱化。22第3章微电子工程中的薄膜制备及刻蚀3.1 薄膜制备3.1.1 硅的氧化膜 4. 氧化物生长动力学 在硅上生长氧化膜的动力学可参照图31的模型来讨论。设硅片和氧化剂相接触，氧化剂的表面浓度

15、达到N0。在一般的氧化系统中，传质系数特别大，故N0的大小基本上等于该氧化剂在氧化温度下的固溶度。在1000和一个大气压力下，干氧的固溶度为5.21016分子/cm3，水汽为31019分子/cm3。23第3章微电子工程中的薄膜制备及刻蚀3.1 薄膜制备3.1.1 硅的氧化膜 4. 氧化物生长动力学图31 氧化通量模型N0氧化膜硅N124第3章微电子工程中的薄膜制备及刻蚀3.1 薄膜制备3.1.1 硅的氧化膜 4. 氧化物生长动力学 氧化物质通过二氧化硅层扩散，在硅表面上的浓度为N1。氧化物质的输运是通过漂移和扩散进行的。令D是扩散系数并忽略漂移的影响，氧化物质到达气体氧化层界面的通量密度为j,

16、式中x是给定时刻的氧化层厚度。xNNDxNDj10 25第3章微电子工程中的薄膜制备及刻蚀3.1 薄膜制备3.1.1 硅的氧化膜 4. 氧化物生长动力学 氧化物质到达硅表面即与之发生化学反应，若设该反应的速率和氧化物质的浓度成正比，则有 式中k是界面反应速率常数。在稳态扩散条件下，以上二式中的通量应该相等，则1kNj jDNxD k026第3章微电子工程中的薄膜制备及刻蚀3.1 薄膜制备3.1.1 硅的氧化膜 4. 氧化物生长动力学 氧化物质和硅反应生成二氧化硅。设n是在氧化物单位体积内耦合的氧化杂质的分子数，则氧化层厚度的变化率为 取t=0时x=0为边界值，解出上列方程得dxdtjnD Nn

17、xD k0 xDkxDNnt202227第3章微电子工程中的薄膜制备及刻蚀3.1 薄膜制备3.1.1 硅的氧化膜 4. 氧化物生长动力学故有当t值较小时，上式可简化为当t值较大时，简化为 1212120DntkNkDxtnkNx0212102tnDNx28第3章微电子工程中的薄膜制备及刻蚀3.1 薄膜制备3.1.1 硅的氧化膜 4. 氧化物生长动力学 因此，在氧化膜生长初期，化学反应是速率控制过程，氧化膜厚度和时间成正比。在生长后期，生长过程是扩散控制的，氧化膜厚度和时间的平方根成正比。 氧化方程经常写成比较紧凑的形式 对线性区 对抛物线区 因此，B称为抛物线速率常数，而B/A则为线性速率常数

18、。xAxBt2xBAtxB t121229第3章微电子工程中的薄膜制备及刻蚀3.1 薄膜制备3.1.1 硅的氧化膜 4. 氧化物生长动力学 线性速率常数近似地和表面上氧化物质的浓度成正比，因而与其分压成正比，这在干氧氧化和湿氧氧化条件下都已由实验证实。 最后，发现湿氧氧化的抛物线速率常数比干氧氧化大得多。这主要是因为水在石英玻璃中的固溶度比氧大得多（约大三个数量级），远远补偿了水较低的扩散系数的影响。30第3章微电子工程中的薄膜制备及刻蚀3.1 薄膜制备3.1.1 硅的氧化膜 4. 氧化物生长动力学氧化物生长动力学理论很好地应用于湿氧和蒸汽中的生长过程。但有可靠证据证明，干氧时有一极快的早期生

19、长阶段。对该过程可作如下解释，即认为氧分子在进入氧化物时解离而形成带负电的O2或O22，分别带有一个或两个空穴。空穴的可动性比氧离子大得多，跑在氧离子的前头，结果形成一空间电荷区。产生的电场提供了附加的漂移分量而使氧在氧化层中的扩散加快。可以看出，空间电荷密度高的区域是在气体氧化层界面附近，而氧化层其余部位几乎是电中性的。空间电荷区的厚度和特征德拜长度相当并和氧化物质浓度的平方根成正比。该德拜长度在干氧氧化时约为 1520纳米，而湿氧氧化时仅为0.5纳米。实践上，干氧氧化时在233nm左右的深度上观察到氧化速率很高，而湿氧氧化和水汽氧化时则观察不到。31第3章微电子工程中的薄膜制备及刻蚀3.1

20、 薄膜制备3.1.1 硅的氧化膜 4. 氧化物生长动力学 重掺杂硅氧化得比轻掺杂硅快。但对掺硼和掺磷材料的深入研究表明，其氧化物生长过程差别甚大。由于硼的分凝系数较大，氧化时硼优先耦合入二氧化硅，使氧化硅膜的键合结构削弱，氧化物质通过氧化膜扩散本领增强。因此，随着掺硼浓度的增加，抛物线速率常数增大而线性速率常数变化甚小。 另一方面，磷的分凝系数小，因而磷堆积在Si-SiO2界面上，只有少量耦合入生长的氧化膜中，这使反应速率增大，线性速率常数相应地增大。但由于耦合入氧化膜中的磷很少，使得抛物线速率常数对掺杂较不敏感。32第3章微电子工程中的薄膜制备及刻蚀3.1 薄膜制备3.1.1 硅的氧化膜 4

21、. 氧化物生长动力学 超大规模集成电路要求越来越高的封装密度，日益需要在低温即在线性区生长薄氧化膜。这对于象n+-p-n晶体管这样一些器件就是一个特殊问题，因为这时重掺磷的发射区的氧化膜生长速率会比邻近的轻掺杂区氧化速率快25倍，使得在氧化膜上出现高的台阶，氧化膜上的金属布线有可能随之断裂。 在氧化过程受扩散控制的工艺条件下，氧化膜生长参数一般不成问题，部分原因是在半导体各部分生成的氧化膜都比较厚。同时，只有对掺硼的硅，氧化速率才随掺杂浓度有较大的变化。但是，因为硼的晶格失配因子大，掺硼量不能象掺磷量那样高。因此，和本征硅材料相比，掺硼后，氧化速率的增大一般不超过20。33第3章微电子工程中的

22、薄膜制备及刻蚀3.1 薄膜制备3.1.1 硅的氧化膜 4. 氧化物生长动力学 抛物线氧化速率和晶体取向无关，这是合理的，因为抛物线速率常数是度量氧化物质通过非晶态氧化硅层扩散的能力。但线性反应速率则与硅原子耦合入氧化硅网络的速率有关，这反过来又与硅表面上的原子浓度有关，因而是和晶体取向有关的。(111)面上的硅原子密度比(100)面上大，因此，(111)硅上的线性速率常数应比(100)硅上大。结果正是如此。 但上述讨论过于简化，因为没有考虑硅原子结构的三维本质，下一层晶面中的原子部分地被上一层晶面的相邻原子所遮盖；也没有考虑硅原子和氧原子的相对尺寸。用这些效应可以解释线性生长速率的变化(111

23、:100=1.68:1)要比单纯从原子密度得出的(1.16:1)大一些。34第3章微电子工程中的薄膜制备及刻蚀3.1 薄膜制备3.1.1 硅的氧化膜 5. 氧化系统 氧化膜在石英管内生长，硅片置于石英管内，保持在9001200的高温。常用高密度陶瓷衬管来阻挡炉子加热元件中的钠扩散。目前可以获得稳定的熔融石英管，它有一个白硅石外套，可以使钠的流动减少到1/10。更为先进的系统采用纯硅制的扩散管，最清洁且无钠沾污。35第3章微电子工程中的薄膜制备及刻蚀3.1 薄膜制备3.1.1 硅的氧化膜 5. 氧化系统 湿氧氧化速率很高，但得到的氧化膜比较疏松。这种氧化膜用于最普通的场合如表面覆盖和扩散掩蔽。经

24、验表明，湿氧氧化时直接通以水蒸气会使氧化膜质量下降，因为过量的水有腐蚀和斑蚀的作用。因此，湿氧氧化时一般是将载气流经盛水的鼓泡器，水温低于沸点，防止水的消耗量过大。常用95，相当于0.842MPa左右的蒸汽压。载气可以是氧，也可以是惰性气体（氮气或氩气），因为氧化几乎完全是水汽引起的。36第3章微电子工程中的薄膜制备及刻蚀3.1 薄膜制备3.1.1 硅的氧化膜 5. 氧化系统 湿氧氧化也可以采用水热解系统，很适合于生成环境。在这种系统中，将纯氢和纯氧直接送入扩散管并在管内反应生成水汽，可以在很宽范围内变化水汽的分压，同时不必采用鼓泡器，避免了鼓泡器不断加水和清洗而引起的种种麻烦。37第3章微电

25、子工程中的薄膜制备及刻蚀3.1 薄膜制备3.1.1 硅的氧化膜 5. 氧化系统 在干氧中生长的氧化膜特别致密，陷阱和界面态的浓度较低。因此，MOS电路的栅氧化毫无例外地都采用这种工艺，并采取严格的措施以保证有一个洁净的无钠系统。此外，氧气必须是完全干燥的，这一点特别重要，因为哪怕是25ppm的水将大大改变氧化速率及氧化膜的性质。因此，通常用一个专用的系统来生长栅氧化膜。38第3章微电子工程中的薄膜制备及刻蚀3.1 薄膜制备3.1.1 硅的氧化膜 5. 氧化系统微电子工艺中常常需要特别厚的氧化层（大于1微米），在常压下生长这种氧化膜要求在高温生长很长的时间，这会产生低质量的氧化膜，会在后续工艺中

26、开裂。采用高压氧化技术可以解决这些问题，因为高压氧化时温度较低，结晶效应不明显。在一些大规模集成电路的设计中也要求低温氧化，这种集成电路要求在部分掩蔽的硅片上的暴露区进行选择氧化。低温氧化时，扩散杂质的运动大大减少，因此对于小尺寸器件是必须的。最后，如果氧化膜在低温生长，由氧化而引起的种种问题可以大大减少。此外，可用高压氧化来提高氧化膜的质量。39第3章微电子工程中的薄膜制备及刻蚀3.1 薄膜制备3.1.1 硅的氧化膜 5. 氧化系统 有人曾在干氧压力高达140MPa时进行硅的热氧化，发现在800时的生长速率相当于1200湿氧氧化生长速率。 干氧氧化膜的密度一般为2.25g/cm3，而湿氧氧化

27、膜为2.15g/cm3左右。湿氧氧化膜的介电强度要低得多。设计氧化工艺时，常常将干氧氧化和湿氧氧化相结合，在氧化开始和终止时用干氧氧化，而在中间用湿氧工艺。 干氧氧化常用于MOS栅氧化膜。50nm厚的氧化膜如果没有针孔，其击穿电压一般为50V。MOS栅氧化膜小于50nm时，针孔问题就越来越严重了。40第3章微电子工程中的薄膜制备及刻蚀3.1 薄膜制备3.1.1 硅的氧化膜 6. 卤化物氧化系统 干氧氧化时加入卤化物可大大改善氧化膜和膜下面硅的电学性质，为此，一般加入氯化物。含有氯的氧化膜的介电强度提高，并改善了MOS器件的阈值稳定性。含氯的氧化膜还可以改善硅的寿命并减少硅表面的层错数目。 为此

28、而采用的含氯物质很多，最普通的是氯气和无水氯化氢。三氯乙烯及其多种衍生物也受到重视，因为腐蚀性低且易于在鼓泡器中输送。所有上述材料都能达到微电子工艺要求的纯度41第3章微电子工程中的薄膜制备及刻蚀3.1 薄膜制备3.1.1 硅的氧化膜 6. 卤化物氧化系统 热氧化过程中含有上述一种物质时，氯作为中性物质聚集在Si-SiO2界面上或界面附近，这就引起一些后果。首先，氯和硅中的快速运动深能级杂质相作用变成这些杂质的氯化物而将这些杂质除去。这使卤素氧化膜下面硅的寿命得到改善。其次，氯能俘获Na+离子以形成中性物质，因此它能有效地去掉Na+离子，大大改善MOS器件的阈值稳定性。实验表明，界面上只要有很

29、小百分比的总氯量就能比较完全地俘获Na+离子。氧化时加入含氯物质还能在硅表面上形成空位，从而减少氧化时形成的层错。42第3章微电子工程中的薄膜制备及刻蚀3.1 薄膜制备3.1.1 硅的氧化膜 6. 卤化物氧化系统 用上述任何一种方法，在氧化膜中耦合的氯原子都可达到1015cm-3的浓度。但超过此浓度后，发现有液体（可能是氯硅烷）聚集在界面上，使表面粗糙不平并在氧化膜中鼓泡。这种氧化膜不能用于以后的光刻工艺。 在干氧氧化时加入氯可使氧化速率增大。在卤化物氧化系统上进行的实验表明，线性速率常数和抛物线速率常数都随耦合的氯量而增大。但氯对生长速率影响的机制目前还不清楚。43第3章微电子工程中的薄膜制

30、备及刻蚀3.1 薄膜制备3.1.1 硅的氧化膜 6. 卤化物氧化系统 采用O2HCL混合物时，生长速率的提高是由于氧化时这些物质发生反应生成水和氯气，因此，生长速率是在干氧中加以水和氯的综合结果，而HCl并不直接参与该过程。 在O2C2HCl3混合物中的氧化过程可用以下反应表示并同时发生以下反应C HClOHClClCO2322222422222HClOClH O44第3章微电子工程中的薄膜制备及刻蚀3.1 薄膜制备3.1.1 硅的氧化膜 6. 卤化物氧化系统 因此该过程也是由水和氯的综合效应控制的。但该系统的特性接近于O2Cl2系统，因为与O2-HCl系统相比，它产生的氯较多，而水较少。 在

31、H2OHCl混合物中的氧化速率和纯H2O中相同，并且氧化物中不含氯，这是因为H2O和HCl之间无反应。这时，HCl也不参与氧化过程，因此生长速率不变。45第3章微电子工程中的薄膜制备及刻蚀3.1 薄膜制备3.1.1 硅的氧化膜 7. 氧化诱生的层错 硅在高温时能产生层错，据说这是由于在Si-SiO2界面上的不完全氧化造成的，不完全氧化会在界面区生成填隙式原子。这些填隙式原子在体内或表面上的应变中心处成核，因而生成层错。这些应变中心主要与硅中的氧沉淀和机械损伤有关。46第3章微电子工程中的薄膜制备及刻蚀3.1 薄膜制备3.1.1 硅的氧化膜 7. 氧化诱生的层错 湿氧氧化和干氧氧化都能产生氧化层

32、错（OSF），在层错贯穿到硅表面的地方其长度可达4050微米。它们能收缩，甚至在非氧化气氛如氩中高温热处理后能完全消失。OSF的收缩速率的对数与温度的倒数之间是直线关系，斜率为5.2eV，这和硅的自扩散激活能(5.13eV)几乎相等，因此，收缩可能是由于多余的原子面向着硅中的空位扩散出去的结果。对杂质扩散的研究支持上述论点。如硼是通过填隙机制扩散的，因此，在能够促进间隙形成的条件下，硼的扩散速率提高。此外，水汽氧化比干氧氧化时对扩散的增强和层错的形成的影响更大。二者都与晶体取向有关。47第3章微电子工程中的薄膜制备及刻蚀3.1 薄膜制备3.1.1 硅的氧化膜 7. 氧化诱生的层错 磷的扩散部分

33、地是通过填隙机制进行的，因此，对磷也能观察到上述效应，但没有硼那样明显。另一方面，砷在硅中的扩散完全通过替代机制，因此观察不到扩散增强。 重杂质向半导体中的扩散也可以引起OSF的收缩，这是因为重杂质掺杂使半导体中的空位浓度提高，这部分是由于材料中应力增大，部分是由于）杂质为施主时（扩散过程中施主杂质和带电空位的交互作用。 氧化时氯的作用也可以用上述机制来解释。氯有助于在硅表面上生成空位，因而是一个吸收源，能除去间隙原子。因此，在含氯物质中氧化，可以大大减少OSF的形成。如果表面氧化物中耦合有氯的话，观察到硼和磷在硅中的扩散减慢，这也支持上述机制。48第3章微电子工程中的薄膜制备及刻蚀3.1 薄

34、膜制备3.1.1 硅的氧化膜 8. 硅热氧化膜的性质 二氧化硅膜的一个重要性质是它能阻挡集成电路生成中常用的杂质。这种掩蔽性质可以用杂质在石英结构中作为网络形成者的能力来解释。如B2O3和P2O5都和与之相接触的氧化硅层形成混合的硼硅玻璃和磷硅玻璃。混合玻璃相和二氧化硅相之间的边界非常清晰。在该边界没有达到硅二氧化硅界面时，氧化层的掩蔽性质是极好的。49第3章微电子工程中的薄膜制备及刻蚀3.1 薄膜制备3.1.1 硅的氧化膜 8. 硅热氧化膜的性质 网络形成者的扩散过程和浓度有关，因为它们产生电荷缺陷并改变了氧化层的性质。因此，氧化硅膜中杂质的扩散系数既和膜中的杂质浓度有关，也和膜的缺陷结构有

35、关。 氧化物以及氧化物硅界面的电子学性质对于氧化膜下面的半导体中器件的性能有显著的影响。在某些情况下，器件设计时必须考虑这些影响，而在另外一些情况下，如MOS晶体管，这种影响本身就是器件工作的基础。但在所有情况下，可动离子电荷态都引起老化现象，若要器件长期稳定可靠，必须使可动离子电荷减至最少。50第3章微电子工程中的薄膜制备及刻蚀3.1 薄膜制备3.1.1 硅的氧化膜 8. 硅热氧化膜的性质 二氧化硅中的电荷态和氧化膜生长过程的本质及氧化膜和硅表面之间的交互作用密切相关。硅表面是周期性晶格主要的不连续位置，表面的电子学性质主要由晶格周期性的这种不连续的缺陷本质所决定。即使可以获得原子尺度上的洁

36、净的表面，表面的性能也是由硅氧化膜界面上大量的悬挂键所决定的。单纯从量子力学角度考虑可知，在洁净的半导体表面上周期势的不连续会在禁带中产生许多允态，称为达姆态或肖特基态，是和表面中断处未饱和的共价键有关的，具有类受主的性质。在刚刚解理的硅中，这种态的密度大致等于硅表面上悬挂键的密度（约1015cm-2）。51第3章微电子工程中的薄膜制备及刻蚀3.1 薄膜制备3.1.1 硅的氧化膜 8. 硅热氧化膜的性质 在微电子工艺中，氧化层是从硅表面长出来的，表面许多硅原子和氧结合成氧化硅多面体。总的结果是使硅晶格部分地共格，并使界面俘获电荷的密度降至10111012cm-2左右。这些态对应的时间常数在1m

37、s以下，故可看作快态。它们位于硅表面25埃的范围内，对半导体表面区域电子学性质的变化起着重要的作用。 快界面态位于深能级，在表面引起载流子产生和复合效应。因此，快界面态的存在使结穿透至表面的区域的漏电流增大，少子寿命缩短，晶体管电流增益在较低的电流时就出现衰减。 表面经过湿氢热处理后可以降低界面俘获电荷的密度。一般是在450处理15分钟，通过在界面上形成一些饱和的Si-H键而使快态密度降低。52第3章微电子工程中的薄膜制备及刻蚀3.1 薄膜制备3.1.1 硅的氧化膜 8. 硅热氧化膜的性质半导体表面上也存在慢态。对于经过化学腐蚀的硅，慢态存在于吸附层的表面上，可以是正电荷，也可以是负电荷。在经

38、过热氧化的表面中，表面层开头的100埃代表硅和氧化硅之间的过渡。因此，该层内存在着由多余的硅离子引起的净固定正电荷。在(111)硅的热氧化膜中，该固定电荷密度为1011cm-2的数量级，在经过化学处理的硅表面约为1012cm-2。对(100)硅一般为1/3-1/4倍。慢表面态主要作为陷阱，其俘获时间为几秒至几个月。因此它们不是直接地而是通过将费米能级钉扎在表面陷阱能级，建立表面势而间接地参与半导体的电子过程。这导致一个垂直于半导体表面的电场，降低这一高电场区中的表面迁移率并改变表面电导。这在高压晶体管和MOS集成电路中是特别重要的。53第3章微电子工程中的薄膜制备及刻蚀3.1 薄膜制备3.1.

39、1 硅的氧化膜 8. 硅热氧化膜的性质 采用与减少氧化层中多余硅原子相似的方法处理样品，可以降低硅中的慢表面态。这时，用高温干氧氧化很有效，但氧化温度应为11001200。在较低的温度（700或稍高）进行干氮处理也同样有效，并可能将硅原子转变成硅的氧化物。这两种处理方法都能使慢表面态密度减小至1/5-1/10。对(111)硅和(100)硅，处理的效果相同。 氧化层电荷的其余部分是氧离子空位和碱离子。这两种物质的可动性都很高，大量存在时会影响器件工作的可靠性。54第3章微电子工程中的薄膜制备及刻蚀3.1 薄膜制备3.1.1 硅的氧化膜 8. 硅热氧化膜的性质 对此有一些防范的方法，在生产中常使用

40、其中一种或同时采用几种方法：栅氧化膜必须在干氧中，在有陶瓷套管的超净系统中进行，以防止钠从炉壁向管内扩散。这时用硅作扩散管特别好，但成本过高。用掺P2O5的玻璃作氧化膜的外表面。只要在氧化过程中采用扩磷时常用的方法通入P2O5即可。这种方法的有效性取决于磷硅玻璃对钠的吸杂作用。此外，加入象P2O5这样的五价网络形成者会在氧化硅结构中给出多余的氧，从而大大减少附近的氧离子空位数。这使磷硅玻璃更为致密，更能抵制离子杂质通过它而输运。在栅氧化时采用含氯的物质，使氯在SiSiO2界面上堆积。这种氯俘获Na+离子并形成中性物质。此外，还常用氮化硅覆盖层。氮化硅很致密，对于离子例如钠离子的通过是有效的阻挡

41、层。55第3章微电子工程中的薄膜制备及刻蚀3.1 薄膜制备3.1.1 硅的氧化膜 8. 硅热氧化膜的性质 在经过热氧化的硅中，硅和二氧化硅之间的势垒高度在价带边和导带边都是3.2eV左右。这是相当低的，因此，由于器件作用而在硅中产生的电子（或空穴）往往会有足够的能量穿过并被俘获在氧化层内。在与二氧化硅相接触的任何一个强电场区域都会遇到这种“热载流子”俘获现象。在p-n结雪崩击穿的情况下，这就成为一个严重的问题，因为雪崩载流子的平均能量约为3eV。56第3章微电子工程中的薄膜制备及刻蚀3.1 薄膜制备3.1.1 硅的氧化膜 8. 硅热氧化膜的性质 集成电路工艺作成的结的边缘是弯曲的，雪崩击穿时。

42、强电场区非常接近表面。同时还有一强的散射电场一直伸展到氧化膜中，有助于将载流子俘获在氧化膜中。载流子一旦被俘获，就产生空间电荷，影响结的性能，击穿电压的变化一般和雪崩的程度及随后的载流子俘获过程有关。 此外，器件会在若干天内回复，回复速率和表面氧化物的质量尤其和含水量有非常密切的关系。 长时间低温烘烤（250，4872小时）能降低氧化膜中的含水量，是一种有效的方法。57第3章微电子工程中的薄膜制备及刻蚀3.1 薄膜制备3.1.1 硅的氧化膜 8. 硅热氧化膜的性质 热电子效应也能使硅表面上的某些饱和的硅键（Si-O、Si-H或Si-OH）断开因而增大界面陷阱密度。这使得发射极基极结承受到雪崩击

43、穿的双极型晶体管的低电流增益恶化。 在不发生雪崩击穿的强场区也能发生热电子效应，但影响较小。这包括MOS晶体管的沟道区和漏区的耗尽层。VLSI器件要求用超薄的栅氧化膜而且沟道长度小时，上述效应更为重要。这些器件中的热电子效应引起阈值电压缓慢的长期的变化。这一长期稳定性问题迄今尚未解决，虽然在生长栅氧化膜时特别小心可以使其影响程度减小。但是，对热电子效应进行估计和预测的技术有了很大的进展，因而可在电路设计时予以考虑。58第3章微电子工程中的薄膜制备及刻蚀3.1 薄膜制备3.1.1 硅的氧化膜 8. 硅热氧化膜的性质 设计可编程序的只读存储器（PROM）时，可以利用热电子效应。其中一种结构是MOS

44、晶体管，其浮置栅极埋在氧化层内以防止漏电，通过在源或漏与衬底之间产生瞬时的雪崩击穿而将信息输入，因而把热电子注入氧化膜，使浮置栅极带电，器件通路。这种栅极的漏电速率很低，一般要许多年，因此用这种方法基本上能把数据永远储存下来。59第3章微电子工程中的薄膜制备及刻蚀3.1 薄膜制备3.1.1 硅的氧化膜 9. 氧化膜检验 最常用的检验方法本质上都是目检。因此，检验是保证氧化膜光滑，没有针孔、结晶颗粒及其它表面污损。经常把氧化过的晶片在10硫酸铜溶液中浸泡几分钟，这种溶液能透过针孔，使铜能在针孔附近位移电镀，有助于肉眼观察。 氧化膜厚度可用磨角干涉法测量。目前大部分都用椭偏法代替，既快又是无损测量

45、。这时，平面偏振单色光束从氧化层及氧化膜半导体界面处反射出来，这两束光反射时相位一般不同，并具有不同的反射系数。60第3章微电子工程中的薄膜制备及刻蚀3.1 薄膜制备3.1.1 硅的氧化膜 9. 氧化膜检验常用激光器代替光源滤光器起偏器系统，使光源部分大大简化。对椭偏仪的操作及实验结果的分析在其它书籍中已有详细介绍。这里仅仅指出，将数据加以处理可得薄膜的厚度及折射率。此外，椭偏法还可推广用来测量半导体衬底上的多层材料（如氧化硅上生长氮化硅）的厚度及折射率。氧化膜厚度还可以相当精确地用目测方法求得。若将背面能反射的薄膜用单色光从几乎垂直的方向看去，则在波长k时出现光强相长，k为 式中k1，2 ；

46、d薄膜厚度（埃）；n薄膜折射率（SiO2为1.46）。k2ndk61第3章微电子工程中的薄膜制备及刻蚀3.1 薄膜制备3.1.1 硅的氧化膜 9. 氧化膜检验 如果薄膜在白光中看去，则在上式中给出的一个波长上出现光亮的色彩。知道了薄膜的颜色，就可以根据二氧化硅厚度颜色对照表求出薄膜的厚度。根据已知的生长条件可以对薄膜厚度作出估计，从而可以定出k值。 比色表也可用于折射率不同的材料，如果待测薄膜不是氧化硅，则其厚度tf为 式中t0是从氧化硅膜（折射率为n0）比色表上读出的厚度，nf是待测膜的折射率，砷化镓阳极氧化膜的nf1.8。这样，二氧化硅膜比色表也可用于砷化镓的氧化膜。只需将表中列出的厚度乘

47、以1.46/nf。tt nnff0062第3章微电子工程中的薄膜制备及刻蚀3.1 薄膜制备3.1.1 硅的氧化膜 9. 氧化膜检验 度量氧化膜的另一个指标是其介电击穿强度。当膜内无针孔时，介电强度一般和氧化膜密度成正比。 最后，在氧化膜薄膜上蒸发金属圆点（铝或金）作成MOS电容，然后进行电学测量，可以检测氧化膜中的电荷态。对这一重要问题，这里不予讨论，因为在许多论文和教材中都有详细的论述。 63第3章微电子工程中的薄膜制备及刻蚀3.1 薄膜制备3.1.2 保护膜及掩膜 通常将绝缘膜淀积在半导体上面作为表面保护层或者掩膜以进行选择性扩散和注入。它们也可作为集成电路中半导体器件之间互连的基板。它们

48、还常被用作两层布线之间的绝缘中间层。在所有这些情况下，都要求它们在生长时以及在后续工艺的热处理中不产生针孔和裂纹。因此膜中的生长应力以及加工过程中产生的应力都必须非常小，以保持薄膜的完整性。在VLSI工艺中，这些要求越来越重要，因为这时片子尺寸增大，器件更为密集。64第3章微电子工程中的薄膜制备及刻蚀3.1 薄膜制备3.1.2 保护膜及掩膜 掩蔽用膜必须能够阻挡掺杂剂通过掩膜扩散并在扩散温度下保持其完整性。此外，必须能够用光刻技术腐蚀成精细的线条图形。掩膜在完成掩蔽使命后一般仍留在原位，因此，若它们用作包覆层时应是绝缘性良好的材料，若它们用于随后的金属布线时应是导电性良好的材料。 淀积膜可在集

49、成电路制作过程中起保护作用，也可用来改善集成电路使用时的可靠性。此外还可用来割断轻的碱离子如钠离子的运动或者使它们固定不动。这种膜通常在金属布线后淀积以防止器件输送时损伤。目前，这种膜的质量已相当高，因此在许多消费应用中带有保护膜的集成电路可以不必封装。65第3章微电子工程中的薄膜制备及刻蚀3.1 薄膜制备3.1.2 保护膜及掩膜1. 二氧化硅膜2. 磷硅玻璃3. 氮化硅4. 多晶硅5. 难熔金属膜66第3章微电子工程中的薄膜制备及刻蚀3.1 薄膜制备3.1.2 保护膜及掩膜1. 二氧化硅膜 氧化硅膜可以通过各种烷氧基硅烷在700800范围内的热解氧化而进行生长。最常用的化合物是原硅酸四乙脂（

50、TEOS），它在室温下是液体（沸点为167），必须用鼓泡器输送反应室。氧化反应一般是在冷壁CVD系统中在800按下式进行： 该反应一般是在常压下在电阻加热的冷壁CVD系统中进行的，因为温度低。膜内有拉伸内应力，当生长温度为450时，内应力为3109dyn/cm2。SiHOSiOH4222267第3章微电子工程中的薄膜制备及刻蚀3.1 薄膜制备3.1.2 保护膜及掩膜1. 二氧化硅膜 纯硅烷是极易热解的气体，遇到空气就会燃烧。因此，硅烷一般用氩或氮稀释成低浓度（一般为510体积）供应，稀释后操作比较安全，也比较稳定。用硅烷生长氧化硅膜时，氧很快吸附在硅表面上，然后和硅烷反应生成二氧化硅。当氧的浓

51、度很高时，生长速率会下降。为避免此效应，O2:SiH4摩尔比一般不得超过810。68第3章微电子工程中的薄膜制备及刻蚀3.1 薄膜制备3.1.2 保护膜及掩膜1. 二氧化硅膜 硅烷工艺的氧化膜生长速率很高，一般为5001000埃/分钟，因此这种膜用于要求低温快速生长的许多场合，其中包括：（1）MOS集成电路及高压器件的厚场氧化膜。通常淀积在热生长氧化层上以避免在硅表面的高陷阱密度。（2）在原先生长的膜已经去掉的地方再生长氧化膜，例如，用于埋层和隔离层的深扩散，在扩散过程中常利用新鲜的掩蔽及再掺杂通路。（3）金属布线上 的隔离层，用作上面一层金属的基板。（4）保护集成电路在封装时免受损伤的包覆层

52、。（5）砷化镓的扩散掩膜。（6）作为砷化镓在工艺过程中不能暴露在外的区域的包覆层，如在晶片的背面。69第3章微电子工程中的薄膜制备及刻蚀3.1 薄膜制备3.1.2 保护膜及掩膜1. 二氧化硅膜 也用热闭管低压CVD系统生长氧化膜，各晶片的均匀性较好，产量也高。同时，膜的质量比常压系统得到的膜好，针孔密度下降。但生长速率要低得多（100150埃/分钟），因此低压CVD适用于生长较薄的氧化膜。 二氧化硅也可以在低压（0.1-0.5Torr）等离子增强型系统中生长。这时可供利用的基本反应有SiH4O2、SiH4-CO2和SiH4-N2O等混合物。SiH4-N2O系统可在低温（250）生长，生长速率和

53、常压SiH4-CO2系统的生长速率相近（600埃/分钟）。根据上述反应，在膜中耦合有少量（3）的氮，但对氧化膜的性质并没有坏的影响。70第3章微电子工程中的薄膜制备及刻蚀3.1 薄膜制备3.1.2 保护膜及掩膜1. 二氧化硅膜 PECVD方法会在氧化硅膜中产生压缩内应力，这大大减小了薄膜在后续加热工序中开裂的倾向。因此，用这种方法生长的氧化膜可以比常压下生长的膜厚得多。此外，这种方法生长的膜几乎没有针孔，故适用于VLSI器件中的包覆层。 PECVD氧化膜的质量虽然高，但沾污程度及相应的陷阱密度要比热氧化膜高得多，故不适用于MOS集成电路中的栅氧化膜。PECVD氧化膜一般生长在薄的（100200

54、埃）本征氧化膜上，以避免与硅表面直接接触。当氧化膜是覆盖在轻掺杂硅片上，或者覆盖在Si-SiO2界面上暴露的结区时，情况更是如此。71第3章微电子工程中的薄膜制备及刻蚀3.1 薄膜制备3.1.2 保护膜及掩膜2. 磷硅玻璃 硅烷与磷烷在氧中同时热分解可以生长磷硅玻璃（PSG）膜。生长稳定范围和氧化硅膜相同（300500），因此，PSG生长方法是硅烷工艺的自然延伸，可在同一系统中进行。这时，磷烷气体一般用氩或氮稀释到510的浓度。 磷烷和氧的反应通常在350450的范围内进行，生成P2O5，作为网络构成者耦合在磷硅玻璃内。磷烷的氧化反应式为：24332252PHOPOH O72第3章微电子工程中

55、的薄膜制备及刻蚀3.1 薄膜制备3.1.2 保护膜及掩膜2. 磷硅玻璃 在此过程中产生少量的水作为副产物。膜的生长也是通过氧在表面上的强烈吸附，故当O2：（SiH4PH3）摩尔比超过810时，生长速率减慢的效应也很明显。 用这种方法可以在膜中耦合几乎是任意数量的P2O5，但随着P2O5含量的增加，膜变得越来越容易潮解，为了使膜能够永久地保留在成品中，P2O5不能超过28重量。对于只在器件工艺过程中使用的磷硅玻璃膜，P2O5的含量可以高达20。在上述成份范围内。磷硅玻璃中P2O5的含量近似地等于气相中PH3：SiH4摩尔比值的1.5倍。73第3章微电子工程中的薄膜制备及刻蚀3.1 薄膜制备3.1

56、.2 保护膜及掩膜2. 磷硅玻璃 氧化硅膜中耦合了P2O5，可以降低拉伸内应力。无P2O5时，内应力为3109dyn/cm2，含13（重量）P2O5时为2109dyn/cm2，含20（重量）P2O5时内应力降为零。内应力下降改善了薄膜在加热过程中的坚固性。另外一个优点是由于耦合了P2O5，氧化硅膜的热膨胀系数急剧增大，因此PSG膜和膜下面的半导体的热匹配要好得多。例如，在硅片上淀积的氧化硅膜，如果膜厚超过1.5微米，则在1200加热时会开裂。淀积在砷化镓上的氧化硅膜，如果膜厚超过2000埃，在800加热时也会开裂。在这两种情况下，为了避免开裂。都可以使用PSG膜。74第3章微电子工程中的薄膜制

57、备及刻蚀3.1 薄膜制备3.1.2 保护膜及掩膜2. 磷硅玻璃 在实用的成分范围内，PSG的热膨胀系数和P2O5含量有关，当P2O5浓度为2024重量时，它和砷化镓的膨胀系数（5.910-61/）相匹配。用含15P2O5的PSG膜，当厚度为6000埃时，在高达1100的温度加热也不会产生裂纹。 和氧化硅相比，PSG比较致密，无孔洞，因此可以作为锌、锡等掺杂剂的掩膜，这些掺杂剂用于砷化镓的扩散工艺中，而氧化硅膜对于这些掺杂剂就比较透明。基于同样的原因，砷化镓的包覆层用PSG比用氧化硅膜好。75第3章微电子工程中的薄膜制备及刻蚀3.1 薄膜制备3.1.2 保护膜及掩膜2. 磷硅玻璃 PSG膜的腐蚀

58、速率随着P2O5含量的增加而增大。利用这一现象，可作成双层膜，腐蚀后形成倾斜的氧化膜台阶。当氧化膜中的台阶很高，因而金属布线容易断开的场合（例如MOS电路的场氧化膜），可以采用这种方法。第二种用途是在高压器件中，这时倾斜的氧化膜可以控制耗尽层曲率。 MOS工艺中，用PSG膜来固定钠离子。也用PSG膜来提高双极型器件和集成电路的稳定性。PSG膜经常自动形成，如在n-p-n晶体管中，最后一道工序是掩蔽磷扩散。但当最后一道工序不是磷（如p-n-p晶体管）时，习惯上在封装前先除去表面上由B2O3SiO2组成的氧化膜并生长一层PSG膜。76第3章微电子工程中的薄膜制备及刻蚀3.1 薄膜制备3.1.2 保

59、护膜及掩膜2. 磷硅玻璃 PSG膜还常常用作集成电路成品的涂层以保护铝布线最后焊接时不受划伤，并且作为防止碱离子迁移的永久性保护膜，这种钝化层中包含的P2O5不得超过6(重量)，以防止有水汽存在时与铝布线发生腐蚀反应。常用SiO2-PSG-SiO2夹心层代替单一的PSG层，以避免铝和PSG直接接触。此外，上面一层SiO2与光刻胶粘合得很好，而在这一夹心层中开接触孔时是要涂光刻胶的。77第3章微电子工程中的薄膜制备及刻蚀3.1 薄膜制备3.1.2 保护膜及掩膜 3. 氮化硅 氮化硅膜在硅和砷化镓器件工艺中用得很普遍，其淀积温度比氧化硅或掺杂氧化硅膜都高，故只用于能使性能有所改善的场合。氮化硅常和

60、氧化硅膜结合起来用，以获得只用一种膜不能得到的综合特性。 氮化硅的化学计量成分是Si3N4。但在通过各种方法淀积时，成分常大大偏离化学计量成分，Si/N原子比一般在0.7-1.1中间变化。氮化硅是致密的宽带隙绝缘体，介电常数为5.8-6.1，折射率为1.98-2.05，密度为 2.3-2.8g/cm3。与氧化硅不同，它对碱离子的迁移是极好的阻挡层，为此，在MOS工艺中广泛地用作包覆层。氮化硅不会潮解，因此比PSG优越。许多消费品器件中，用了氮化硅膜后，电路实际上可以不必封装。78第3章微电子工程中的薄膜制备及刻蚀3.1 薄膜制备3.1.2 保护膜及掩膜3. 氮化硅 SiN还是镓极好的扩散掩膜，