《续表面钝化》PPT课件

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1、第九章续表面钝化西南科技大学理学院2013.4.15§9.1概述一、钝化膜及介质膜的重要性和作用1、改善半导体器件和集成电路参数2、增强器件的稳定性和可靠性二次钝化可强化器件的密封性，屏蔽外界杂质、离子电荷、水汽等对器件的有害影响。3、提高器件的封装成品率钝化层为划片、装架、键合等后道工艺处理提供表面的机械保护。4、其它作用钝化膜及介质膜还可兼作表面及多层布线的绝缘层。二、对钝化膜及介质膜性质的一般要求1、电气性能要求（1）绝缘性能好。介电强度应大于5MV/cm；（2）介电常数小。除了作MOS电容等电容介质外，介电常数愈小，容性负载则愈小。（3）能渗透氢。器件制作过程中，硅表面易

2、产生界面态，经H2退火处理可消除。（4）离子可控。在做栅介质时，希望能对正电荷或负电荷进行有效控制，以便制作耗尽型或增强型器件。（5）良好的抗辐射。防止或尽量减小辐射后氧化物电荷或表面能态的产生，提高器件的稳定性和抗干扰能力。2、对材料物理性质的要求（1）低的内应力。高的张应力会使薄膜产生裂纹，高的压应力使硅衬底翘曲变形。（2）高度的结构完整性。针孔缺陷或小丘生长会有造成漏电、短路、断路、给光刻造成困难等技术问题。（3）良好的粘附性。对Si、金属等均有良好的粘附性。3、对材料工艺化学性质的要求（1）有良好的淀积性质，有均匀的膜厚和台阶覆盖性能，适于批量生产。（2）便于图形制作。能

3、与光刻，特别是细线条光刻相容；应有良好的腐蚀特性，包括能进行各向异性腐蚀，与衬底有良好的选择性。（3）可靠性好。包括可控的化学组分，高的纯度，良好的抗湿性，不对金属产生腐蚀等。三、钝化膜及介质膜的种类钝化膜及介质膜可分为无机玻璃及有机高分子两大类。无机玻璃氧化物SiO2,Al2O3,TiO2,ZrO2,Fe2O3,SixOy(SIPOS)硅酸盐PSG,BSG,BPSG氮化物Si3N4,SixNyH,BN,AlN,GaN氢化物a-Si:H有机高分子合成树脂聚酰亚胺类，聚硅氧烷类合成橡胶硅酮橡胶§9.2Si-SiO2系统一、SiO2膜在半导体器件中的主要用途1、SiO2膜用作选择扩散

4、掩膜利用SiO2对磷、硼、砷等杂质较强的掩蔽能力，通过在硅上的二氧化硅层窗口区向硅中扩散杂质，可形成PN结。2、SiO2膜用作器件表面保护层和钝化层（1）热生长SiO2电阻率在1015.cm以上，介电强度不低于5106V/cm,具有良好的绝缘性能，作表面一次钝化；（2）芯片金属布线完成后，用CVD-SiO2作器件的二次钝化，其工艺温度不能超过布线金属与硅的合金温度。3、作器件中的绝缘介质（隔离、绝缘栅、多层布线绝缘、电容介质等）4、离子注入中用作掩蔽层及缓冲介质层二、Si-SiO2系统中的电荷1、可动离子电荷Qm常规生长的热氧化SiO2中一般存在着1012~1014cm-2的

5、可动正离子，由碱金属离子及氢离子所引起，其中以Na+的影响最大。Na+来源丰富且SiO2几乎不防Na+，Na+在SiO2的扩散系数和迁移率都很大。在氧化膜生长过程中，Na+倾向于在SiO2表面附近积累，在一定温度和偏压下，可在SiO2层中移动，对器件的稳定性影响较大。（1）来源：任何工艺中（氧化的石英炉管、蒸发电极等）或材料、试剂和气氛均可引入可动离子的沾污。（2）影响：可动正离子使硅表面趋于N型，导致MOS器件的阈值电压不稳定；导致NPN晶体管漏电流增大，电流放大系数减小。（3）控制可动电荷的方法（a）采用高洁净的工艺，采用高纯去离子水，MOS级的试剂，超纯气体，高纯石英系统和

6、器皿，钽丝蒸发和自动化操作等。（b）磷处理，形成PSG-SiO2以吸除、钝化SiO2中的Na+。（c）采用掺氯氧化，以减小Na+沾污，并可起钝化Na+的作用。2、Si-SiO2界面陷阱电荷Qit（界面态）指存在于Si-SiO2界面，能带处于硅禁带中，可以与价带或导带交换电荷的那些陷阱能级或能量状态。靠近禁带中心的界面态可作为复合中心或产生中心，靠近价带或导带的可作为陷阱。界面陷阱电荷可以带正电或负电，也可以呈中性。（1）来源：由氧化过程中的Si/SiO2界面处的结构缺陷（如图中的悬挂键、三价键）、界面附近氧化层中荷电离子的库仑势、Si/SiO2界面附近半导体中的杂质（如Cu、Fe

7、等）。（2）影响：界面陷阱电荷影响MOS器件的阈值电压、减小MOS器件沟道的载流子迁移率，影响MOS器件的跨导；增大双极晶体管的结噪声和漏电，影响击穿特性。（3）控制界面陷阱电荷的方法（a）界面陷阱密度与晶向有关：(111)>(110)>(100)，因此MOS集成电路多采用(100)晶向（有较高的载流子表面迁移率）；而双极型集成电路多选用(111)晶向。（b）低温、惰性气体退火：纯H2或N2-H2气体在400~500℃退火处理，可使界面陷阱电荷降低2~3数量级。原因是氢在退火中与