【正文】 均勻性極佳的薄膜，因此有時(shí)也用它來作為覆蓋多晶硅的絕緣膜。由于臭氧與 TEOS形成的氧化膜具有多孔性，因此在 ULSI的工藝中， O3TEOS常配以等離子體增強(qiáng)的方式來達(dá)到平坦化的效果。此外，氧化膜在退火時(shí)薄膜體積的收縮與臭氧在薄膜中的濃度有關(guān)。如圖 。在 TEOS分壓較低時(shí)，淀積速率受限于 9表面反應(yīng)；在TEOS分壓較高時(shí)，表面因吸附接近飽和的 TEOS，所以淀積速率變的幾乎與 TEOS分壓無關(guān)。相反地， TEOS氧化膜激活能特別高：無摻雜氧化膜激活能約為 ,有磷摻雜的氧化膜其激活能則為 TEOS分壓呈（ 1ep/p0)的比例關(guān)系。從液態(tài)源蒸發(fā)并分解的反應(yīng)式如下： Si(OC2H5)4→ SiO2+副產(chǎn)物 （ 14） 淀積速率與溫度之間有 exp(Ea/kT）的關(guān)系，其中 Ea為激活能。由于硅烷與氧氣的低溫反應(yīng)使得此法特別適用于在鋁膜上淀積二氧化硅。低溫淀積時(shí)（ 300℃ 500℃ ），二氧化硅膜由硅烷、雜質(zhì)與氧氣反應(yīng)而得。有時(shí)用摻雜磷、砷或硼的氧化膜作為固態(tài)擴(kuò)散源。沒有摻雜的二氧化硅膜可用于隔離多層金屬膜、注入及擴(kuò)散的掩蔽層、生長場氧化膜等。此反應(yīng)系統(tǒng)最大的優(yōu)點(diǎn)為低淀積溫度，可惜其容量有限，尤其對大尺寸晶片更為嚴(yán)重；再則，疏松的淀積物掉到晶片上會(huì)造成污染。晶片置于下電極以電阻絲加熱至 100℃ 400℃ 間。圓柱形筒內(nèi)部有上下兩塊平行鋁板當(dāng)作電極，上電極接射頻電壓，下電極接地。 圖 （ b)為平行板輻射流等離子體增強(qiáng)式 CVD反應(yīng)爐。由于石英管與爐管緊鄰，故管壁是熱的。圖 （ a)的熱壁低壓反應(yīng)爐是以三段式熔爐來加熱中間的石英管。至于該使用上述何種方式，則以襯底溫度、淀積速率、薄膜均勻度、外觀形態(tài)、電特性、機(jī)械特性、電介質(zhì)的化學(xué)組成等作為考慮因素。一般常用的有三種淀積方式：常壓化學(xué)氣相淀積（ APCVD）、低壓化學(xué)氣相淀積（ LPCVD）及等離子體增強(qiáng)式化學(xué)氣相淀積（ PECVD）。所以，對氧化膜， D/k值非常小，我們可忽略式（ 9）中的 Ax項(xiàng)，得到 X2d02=Bt (11) 其中 d0為（ 2DC0τ /C1） 1/2，表示時(shí)間為零時(shí)起始氧化膜厚度； B為拋物線型氧化速率常數(shù)，因此我們預(yù)計(jì)在干氧生長初期也是拋物線形狀。 干法氧化生長的初始階段，氧化膜中存在很大的壓縮應(yīng)力，使得氧化膜中氧氣的擴(kuò)散系數(shù)變小。 薄氧化膜生長 為精確控制薄氧化膜厚度并具有可重復(fù)性，一般采用較慢的氧化速率常數(shù)。在同一氧化條件下，（ 111）面的氧化膜厚度比（ 100）面為厚，主要是由于前者的線性氧化速率常數(shù)較大所致。然而，在 MOS集成電路與雙極型器件中，較厚的氧化膜則采用濕氧（水蒸氣）方式以獲得適當(dāng)?shù)母綦x與保護(hù)效果。 在干氧環(huán)境下生長出的氧化膜有最佳的電特性，但其氧化時(shí)間比在同溫度下生長同厚度氧化層的時(shí)間要長。拋物線型氧化速率常數(shù)與晶體方向無關(guān)。對干法氧化而言，激活能為 ，此值與氧在硅土內(nèi)的擴(kuò)散激活能（ ） eV相當(dāng)吻合。 圖 圖 B與溫度的關(guān)系。在干、濕法氧化下，線性氧化速率常數(shù)將隨exp（ Ea/kT)變動(dòng)，其中 Ea為激活能，約為 硅鍵所需能 量 。進(jìn)行濕法氧化時(shí)，初始的氧化膜厚度 d0很小，也就是 τ ≈0。 通常式（ 7）可表示成更簡單的形式 x2+Ax=B(t+τ ) (8) 式中 A=2D/k， B=2DC0/C1，故 B/A=kC0/， 線性區(qū)為 x=B/A (t+τ ) (9) 拋物線區(qū)為 x2=B (t+τ ) （ 10） B/A 稱為線性氧化速率常數(shù)，而 B稱為拋物線型氧化速率常數(shù)。 第十一章 薄膜淀積 ? 熱氧化 ? 介質(zhì)淀積 ? 多晶硅淀積 ? 金屬化 ? 總結(jié) 熱氧化 熱氧化 生長的機(jī)制 下列為 Si在氧氣或水氣的環(huán)境下，進(jìn)行熱氧化的化學(xué)反應(yīng)式： Si（固體） +O2（氣體） → SiO2（固體） （ 1） Si厚度 /SiO2= 了解晶體和非晶體形態(tài)的基本差異 因此在氧化初期，表面反應(yīng)是限制生長速率的主要因素，此時(shí)氧化膜厚度與時(shí)間成正比。 當(dāng)氧化膜變厚，氧化劑必須擴(kuò)散至與二氧化硅的界面才可反應(yīng)，故其厚度受限于擴(kuò)散速率，因此氧化生長厚度變成與氧化時(shí)間的平方根成正比，其生長速率的曲線為拋物線。在多種氧化條件下，實(shí)驗(yàn)測量結(jié)果與模型預(yù)測想吻合。然而對干法氧化，在 t=0處的外推值約為20nm. 圖 （ 111）、（ 100）面的硅晶片用干、濕法氧化的線性氧化速率常數(shù) B/A與溫度間的關(guān)系。對于（ 111）面，硅原子鍵密度高于（ 100）面，因此前者的線性氧化速率常數(shù)較大。常數(shù)也隨 exp(Ea/kT）改變。在濕氧環(huán)境下的激活能為 ，與水在硅土內(nèi)擴(kuò)散的激活能（ ）相當(dāng)符合。此結(jié)果在預(yù)料之中，因?yàn)槠渲祪H與氧化劑擴(kuò)散穿過一層雜亂排列的非結(jié)晶型硅土的速率有關(guān)。對于薄氧化膜，如 MOSEFT柵極氧化膜，長采用干法氧化。圖 兩種晶向的硅襯底實(shí)驗(yàn)所得的氧化膜厚度與氧化時(shí)間及溫度的關(guān)系。值得注意的是，在相同氧化溫度與時(shí)間條件下，以濕氧生長的氧化膜厚度是干氧生長的 510倍。方法有很多種，一是在常壓下以干氧法在較低的溫度（ 800℃ 900℃ ）下 進(jìn)行氧化 ； 二是在較低的氣壓下氧化；三是采用惰性氣體混合著氧化劑，以減少氧氣的分壓；四是以熱氧化生長及化學(xué)氣相沉