字号2010-05-03 21:31:25 分类：微电子资料 标签：sio2psg氧化原子薄膜（氧化硅的结构怎样？为什么SiO2能够用作为B、P、Sb、As等杂质分散的掩蔽膜？）

  氧化硅（SiO2）有晶体与非晶体之分，例如水晶（石英）便是一种晶态氧化硅，而硅片上热成长的氧化膜则为非晶态氧化硅。晶态氧化硅中的原子散布具有长程有序性；非晶态氧化硅中的原子散布也具有必定的有序性，但仅仅短程有序性。

  在Si表面上制备氧化硅薄膜的办法有许多种，例如：热成长法；CVD（化学气相淀积）法，如烷氧基硅烷（如正硅酸乙酯[Si(OC2H5)4]，TEOS）的热分化（或热解氧化）淀积法；PVD（物理气相淀积）法等。

  氧化硅中的根本化学键是Si-O键（含有50 %的共价键和50 %的离子键）。

  氧化硅中原子摆放的根本结构是一种Si-O键构成的正四面体，即每一个Si离子的周围有4个按正四面体散布的O离子（Si离子中心与O离子中心之间的间隔为1.6?，O离子与O离子中心之间的间隔为2.27?）。然后，这种Si-O正四面体经过顶角的O离子而规矩地衔接起来构成网络式的结构，即构成晶态氧化硅。不然，若这些Si-O正四面体的衔接不是很规矩，即构成具有一些紊乱的网络式结构，则为非晶态氧化硅。

  明显，在氧化硅中存在许多由多个Si-O正四面体围住而成的空泛（网络中心的空泛），这些空泛的体积都比较大。实际上，Si-O分子自身所占有整个的体积较小，只要43%，而大部分都是空泛。因而，氧化硅的比重较小，晶态氧化硅的为2.65g/cm3，非晶态氧化硅的为2.21g/cm3。也因而，氧化硅十分简单地能够让半径较小的H、Na、K、Ca、Ba等杂质原子进入到其网络结构中（处在空泛里），而且这些杂原子在网络结构中的分散也较简单，这种杂质往往称为网络改动剂。

  在SiO2中掺入B、P、Sb、As、Al等杂质原子时，即可构成磷硅玻璃（PSG）、硼硅玻璃（BSG）等。掺入的这些杂质原子，在SiO2结构中往往替代Si-O正四面体中心的Si，构成带电的缺点，这些杂质原子常称为网络构成剂。因为这种杂质原子在网络中的方位安稳，故在SiO2中的分散速度较慢，所以氧化硅薄膜可用作为热分散工艺中的掩蔽膜，以阻挠B、P、Sb、As等这些杂质原子的分散。

  由Si和SiO2的比重能够求出每一克分子的Si和SiO2的体积分别为12.06cm3/mole和27.18cm3/mole，则每一克分子的Si薄膜和SiO2薄膜的厚度之比为0.44，这便是说，若要成长100nm的SiO2薄膜，那么只需要耗费44nm的Si即可。

  一般，Si/SiO2界面处的界面态密度≤1010cm2。这些界面态往往是因为氧化不完全等之故，使得在界面的30?范围内存在许多Si原子的悬挂键（即未与氧原子结合的价键——带正电荷的中心）所构成的。为削减这种悬挂键，能够终究靠氢气退火，让一些氢原子进入到界面、并与悬挂键构成Si-H键（中性）来完成；不过，这些Si-H键的离解能较小，约为0.3 eV。

  Si/SiO2界面处的势垒高度和半导体类型有关：对n型半导体的电子，势垒高度约为3.2eV；对p型半导体的空穴，势垒高度约为4.9 eV。

  ②PSG中的氧负电中心对Na离子有提取、固定和阻挠效果，故可用作芯片的最终钝化膜。但为了尽最大或许防止SiO2膜中偶极子的极化效应以及潮解所引起的器材不安稳和Al条被腐蚀等弊端，应该操控SiO2膜中P2O5的含量

  ③PSG的热膨胀系数跟着P2O5成分的增大而增大，使用这种特性就能够完成PSG和半导体的良好热匹配。例如：

  P2O5含量≈15%的PSG可与硅有很好的热匹配性；P2O5含量≈20%~24%的PSG可与GaAs能很好热匹配。因而，可在半导体表面上直接淀积成分恰当的较厚的PSG薄膜来进行钝化。

  ④PSG能够阻挠Zn和Sn等杂质的分散（而SiO2薄膜则否），则PSG可用作为GaAs的分散掩蔽膜、注入掩蔽膜或包覆层。⑤PSG在1000oC~1100oC的中性或氧化性气氛中加热时，会变柔和回熔，并发生一层滑润的几许外形，这有利

  于随后的金属布线。作为这种用处的PSG，其间的P2O5含量可偏高到6% ~8%（P2O5含量低时不易软化和活动）；包括有B的PSG（B3%，P5%），在900 oC左右就会软化.