常见的薄膜

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1、常用的薄膜材料 微电子教研室 薄膜的定义和特性 n定义： 厚度远小于面积固态物质层，称为薄膜 。 n特性 1、好的台阶覆盖能力； 2、粘附性好； 3、高的深宽比填充； 4、厚度均匀； 5、应力小 6、结构完整，高纯度，高密度 薄膜的种类和生长 n种类 1、绝缘介质：SiO2, Si3N4 BSG，PSG，BPSG， FSG 2、金属薄膜：铝、金、铜、钨 3、半导体薄膜：单晶硅外延层、多晶硅 n生长 薄膜分子成核 聚集成膜 连续的膜 半导体生产中常用薄膜 n二氧化硅（掺杂） n氮化硅 n铝（铜） n铜（金） n多晶硅 n单晶硅外延层 二氧化硅 n掺杂的二氧化硅 nB，P等 n可以吸收钠离子，减少

2、沾污 n高温下流动性好，有利于回流工艺 ， 更好的填充空隙，实现表面平坦化 氮化硅 n性质（与二氧化硅比较） 1、氮化硅膜致密，气体和水汽都难以渗入， 针孔密度低，导热性能比二氧化硅好，适 合作多层布线的介质 2、掩蔽能力强（除能掩蔽二氧化硅可以的硼 ，磷，砷外，还能掩蔽二氧化硅不能的 镓，锌，氧等杂质） 3、介电强度比二氧化硅强，可得到更高的 击穿电压 氮化硅 4、一般是在较低温度下由气相淀积形成， 降低了温度对器件的影响 5、化学性质稳定，比二氧化硅更耐酸，除 氢氟酸和热磷酸能缓慢地腐蚀它外，其它 的酸都不与它反应。不过对强碱和氧化剂 不稳定 氮化硅 注： 一般要求氮化硅与硅间有一层二氧化

3、硅 ，以改进界面性能。即形成M-N-O-S结构 1）氮化硅可屏蔽外界离子和减小钠离子漂 移 2）二氧化硅可降低界面态密度，提高表面 载流子迁移率 氮化硅 n用途 1、氮化硅陶瓷材料可用于高温工程的部件 。 2、可用作结合材料 3、在SiO2表面作为场氧化层制作的屏蔽罩 4、作为元器件的保护膜、钝化膜和绝缘介 质 铝 n铝的特性 铝对光的反射性能良好；铝是热的良导体； 铝有良好的延展性； 铝与盐酸和稀硫酸（稀）反应，而铝与浓硝 酸常温下不反应；铝与盐溶液反应；铝与强 碱反应；铝与氧气反应 ；铝与非金属反应 ； 铝与热水反应 ；铝与较不活动金属氧化物反 应 电阻率低， = 2.82 cm；和硅和氧

4、化硅 的优他良的附着；成本低，图形刻蚀容易。 铝 n铝的应用 金属互连的导线（引线）成本低， 和铝压点键合的兼容性好；但机械强 度较差。 铝 n铝尖刺 形成原因：由于硅在铝中有一定的溶解度，当 纯铝和硅界面被加热时，硅就会向铝中扩散 ，在原来的位置留下一些空洞，铝就会随后 渗下来。由于渗透得不均匀导致铝在某些接 触点上渗入的很深，象尖钉一样刺进硅中。 危害：浅结击穿或短路 解决方法：在铝中添加硅；引入阻挡层金属Ti / TiN 铝 n电迁移 形成原因：在大电流密度下，大量电子和铝 原子碰撞，引起铝原子的也随电子向阳极逐 渐移动。原子的移动导致在阴极处的铝层因 原子的缺损而产生空洞，而在阳极处的

5、铝层 有原子的堆积形成小丘。 危害：造成断路（空洞处，引起铝层的不断 减薄甚至断裂）；引发短路（在过多或大量 小丘处，毗邻的连线或两层间连线可能相连 ）。 解决方法：在铝中添加一定量铜。 铜 n铜的特性 铜具有良好的导电性、导热性、耐腐蚀性 和延展性等物理化学特性。导电性和导热性 仅次于银。纯铜是玫瑰红色的, 氧化铜呈紫 红色。故称紫铜。在空气和水中不太稳定， 受潮湿、二氧化碳及硫气体的影响，易生氧 化膜、硫化物和碱式碳酸铜。 电阻率更小 ， = 1.72 cm；更小的功 耗和更快的芯片速度（更小的RC信号的延 时），更高的集成密度；良好的抗电迁移能 力。 n铜的应用 金属互连（代替铝或者形成

6、铝合金） ：抗电迁移，性价比高；但易氧化， 硬度高，可塑性较差。 金属薄膜（铜） 钨 n钨的特性 硬度高，熔点高（3150） ，电阻率高。 钨的化学性质很稳定，常温下与大多数非 金属不作用，（如硫）与非氧化性的酸不反 应，一般与碱溶液不反应；但是钨与氟作用 ，在高温下与氧、卤素、碳及氢反应，它还 溶于浓硝酸、热浓硫酸、王水或HF和硝酸 的混合酸，也与熔融的碱性氧化剂反应。 钨 n钨的作用 利用CVD钨具有均匀的填充高深宽比 通孔的能力，作为金属填充物 。 工艺流程在CVD钨淀积之后，用干法 刻蚀或CMP法去除表面多余的钨仅保 留通孔内的钨以形成插塞的制作技术， 可以提供稳定可靠的多层金属内连线

7、。 金 n金的特性 金的密度较大，韧性很好，延展率高抗机 械强度高； 金的化学性质很稳定，通常，无论是稀的 或浓的盐酸、硝酸、硫酸单独使用均不能溶 解它，但是金可溶于王水（盐酸和硝酸的 3:1的混合剂 ） ，金与王水发生化学作用生 成HAuCL4四氯金酸，四氯金酸的腐蚀性能 极强，它能腐蚀一切金属。 金 n紫斑 金铝系统在高温贮存和使用时（200）， 金铝相互作用形成化合物，称为紫斑。它使 导电性能降低，也会造成碎裂面而脱键。 n金的应用 快扩散，提高开关速度；焊接引线材料， 烧结材料（大功率晶体管） 钛 n钛的特性 密度小，机械强度大，容易加工。有良 好的抗腐蚀性能，不受大气和海水的影响 。

8、在常温下，不会被稀盐酸、稀硫酸、硝 酸或稀碱溶液所腐蚀；只有氢氟酸、热的 浓盐酸、浓硫酸等才可对它作用。 金属薄膜（钛） n钛的应用 高温下，难熔金属和硅熔合形成硅 化物。硅化物具有很好的热稳定性， 导电性。在硅与难熔金属的分界面处 形成一低阻的关键附着层。 银 n银的特性 有良好的柔韧性和延展性，延展性仅次于金 ，能压成薄片，拉成细丝。 银是导电性和导 热性最好的金属。 化学性质比铜差，常温下，甚至加热时也不 与水和空气中的氧作用。银易溶于硝酸和热的 浓硫酸，微溶于热的稀硫酸而不溶于冷的稀硫 酸。 盐酸和王水只能使银表面发生氯化，而 生成氯化银薄膜。银具有很好的耐碱性能，不 与碱金属氢氧化物和碱金属碳酸盐发生作用。 金属薄膜（银） n银的应用 烧结的材料（小功率晶体管） 多晶硅 n多晶硅的特性 晶核长成晶面取向不同的晶粒，这些晶粒 结合起来，就结晶成多晶硅，具有半导体性 质。 硬度介于锗和石英之间，室温下质脆，切 割时易碎裂。加热至800以上即有延性， 1300时显出明显变形。溶于氢氟酸和硝酸 的混酸中，不溶于水、硝酸和盐酸。 半导体薄膜（多晶硅） 常温下不活泼，高温下与氧、氮、硫等反 应。高温熔融状态下，具有较大的化学活泼 性，能与几乎任何材料作用。 n多晶硅的应用 作为太阳能电池的材料，MOS器件的栅材料。