半導體工藝基礎 第九章續(xù) 表面鈍化

1、 9.1 概述概述 一、鈍化膜及介質(zhì)膜的重要性和作用一、鈍化膜及介質(zhì)膜的重要性和作用 1、改善半導體器件和集成電路參數(shù)、改善半導體器件和集成電路參數(shù) 2、增強器件的穩(wěn)定性和可靠性、增強器件的穩(wěn)定性和可靠性 二次鈍化可強化器件的密封性，屏蔽外界雜質(zhì)、離子電荷、二次鈍化可強化器件的密封性，屏蔽外界雜質(zhì)、離子電荷、 水汽等對器件的有害影響。水汽等對器件的有害影響。 3、提高器件的封裝成品率、提高器件的封裝成品率 鈍化層為劃片、裝架、鍵合等后道工藝處理提供表面的機械鈍化層為劃片、裝架、鍵合等后道工藝處理提供表面的機械 保護。保護。 4、其它作用、其它作用 鈍化膜及介質(zhì)膜還可兼作表面及多層布線的絕緣層。

2、鈍化膜及介質(zhì)膜還可兼作表面及多層布線的絕緣層。 二、對鈍化膜及介質(zhì)膜性質(zhì)的一般要求二、對鈍化膜及介質(zhì)膜性質(zhì)的一般要求 1、電氣性能要求、電氣性能要求 （1）絕緣性能好。介電強度應大于）絕緣性能好。介電強度應大于5MV/cm； （2）介電常數(shù)小。除了作介電常數(shù)小。除了作MOS電容等電容介質(zhì)外，介電常電容等電容介質(zhì)外，介電常 數(shù)愈小，容性負載則愈小。數(shù)愈小，容性負載則愈小。 （3）能滲透氫。器件制作過程中，硅表面易產(chǎn)生界面態(tài)，）能滲透氫。器件制作過程中，硅表面易產(chǎn)生界面態(tài)， 經(jīng)經(jīng)H2 退火處理可消除。退火處理可消除。 （4）離子可控。在做柵介質(zhì)時，希望能對正電荷或負電荷）離子可控。在做柵介質(zhì)時，希

3、望能對正電荷或負電荷 進行有效控制，以便制作耗盡型或增強型器件。進行有效控制，以便制作耗盡型或增強型器件。 （5）良好的抗輻射。防止或盡量減小輻射后氧化物電荷或）良好的抗輻射。防止或盡量減小輻射后氧化物電荷或 表面能態(tài)的產(chǎn)生，提高器件的穩(wěn)定性和抗干擾能力。表面能態(tài)的產(chǎn)生，提高器件的穩(wěn)定性和抗干擾能力。 2、對材料物理性質(zhì)的要求、對材料物理性質(zhì)的要求 （1）低的內(nèi)應力。高的張應力會使薄膜產(chǎn)生裂紋，高的壓）低的內(nèi)應力。高的張應力會使薄膜產(chǎn)生裂紋，高的壓 應力使硅襯底翹曲變形。應力使硅襯底翹曲變形。 （2）高度的結構完整性。針孔缺陷或小丘生長會有造成漏）高度的結構完整性。針孔缺陷或小丘生長會有造成漏

4、 電、短路、斷路、給光刻造成困難等技術問題。電、短路、斷路、給光刻造成困難等技術問題。 （3）良好的粘附性。對）良好的粘附性。對Si、金屬等均有良好的粘附性。金屬等均有良好的粘附性。 3、對材料工藝化學性質(zhì)的要求、對材料工藝化學性質(zhì)的要求 （1）有良好的淀積性質(zhì)，有均勻的膜厚和臺階覆蓋性能，）有良好的淀積性質(zhì)，有均勻的膜厚和臺階覆蓋性能， 適于批量生產(chǎn)。適于批量生產(chǎn)。 （2）便于圖形制作。能與光刻，特別是細線條光刻相容；）便于圖形制作。能與光刻，特別是細線條光刻相容； 應有良好的腐蝕特性，包括能進行各向異性腐蝕，與襯底有良應有良好的腐蝕特性，包括能進行各向異性腐蝕，與襯底有良 好的選擇性。好的

5、選擇性。 （3）可靠性好。包括可控的化學組分，高的純度，良好的）可靠性好。包括可控的化學組分，高的純度，良好的 抗?jié)裥裕粚饘佼a(chǎn)生腐蝕等。抗?jié)裥?，不對金屬產(chǎn)生腐蝕等。 三、鈍化膜及介質(zhì)膜的種類三、鈍化膜及介質(zhì)膜的種類 鈍化膜及介質(zhì)膜可分為無機玻璃及有機高分子兩大類。鈍化膜及介質(zhì)膜可分為無機玻璃及有機高分子兩大類。 無無 機機 玻玻 璃璃 氧化物氧化物SiO2 , Al2O3 , TiO2 , ZrO2 , Fe2O3 , SixOy (SIPOS) 硅酸鹽硅酸鹽PSG , BSG , BPSG 氮化物氮化物Si3N4 , SixNyH , BN , AlN , GaN 氫化物氫化物a-Si:

6、H 有機有機 高分高分 子子 合成樹脂合成樹脂聚酰亞胺類，聚硅氧烷類聚酰亞胺類，聚硅氧烷類 合成橡膠合成橡膠硅酮橡膠硅酮橡膠 9.2 Si-SiO2系統(tǒng)系統(tǒng) 一、一、SiO2膜在半導體器件中的主要用途膜在半導體器件中的主要用途 1、SiO2膜用作選擇擴散掩膜膜用作選擇擴散掩膜 利用利用SiO2對磷、硼、砷等雜質(zhì)較強的掩蔽能力，通過在硅對磷、硼、砷等雜質(zhì)較強的掩蔽能力，通過在硅 上的二氧化硅層窗口區(qū)向硅中擴散雜質(zhì)，可形成上的二氧化硅層窗口區(qū)向硅中擴散雜質(zhì)，可形成PN結。結。 2、SiO2膜用作器件表面保護層和鈍化層膜用作器件表面保護層和鈍化層 （1）熱生長）熱生長SiO2電阻率在電阻率在1015

7、 .cm以上，介電強度不低于以上，介電強度不低于 5 106 V/cm,具有良好的絕緣性能，作表面一次鈍化；具有良好的絕緣性能，作表面一次鈍化； （2）芯片金屬布線完成后，用）芯片金屬布線完成后，用CVD-SiO2作器件的二次鈍作器件的二次鈍 化，其工藝溫度不能超過布線金屬與硅的合金溫度?；?，其工藝溫度不能超過布線金屬與硅的合金溫度。 3、作器件中的絕緣介質(zhì)（隔離、絕緣柵、多層布線絕緣、作器件中的絕緣介質(zhì)（隔離、絕緣柵、多層布線絕緣、 電容介質(zhì)等）電容介質(zhì)等） 4、離子注入中用作掩蔽層及緩沖介質(zhì)層、離子注入中用作掩蔽層及緩沖介質(zhì)層 二、二、Si-SiO2 系統(tǒng)中的電荷系統(tǒng)中的電荷 1、可動離子

8、電荷、可動離子電荷Qm 常規(guī)生長的熱氧化常規(guī)生長的熱氧化SiO2中一般存在著中一般存在著10121014cm-2的可動正的可動正 離子，由堿金屬離子及氫離子所引起，其中以離子，由堿金屬離子及氫離子所引起，其中以Na+的影響最大。的影響最大。 Na+來源豐富且來源豐富且SiO2幾乎不防幾乎不防Na+，Na+在在SiO2的擴散系數(shù)和遷移的擴散系數(shù)和遷移 率都很大。在氧化膜生長過程中，率都很大。在氧化膜生長過程中，Na+傾向于在傾向于在SiO2表面附近積表面附近積 累，在一定溫度和偏壓下，可在累，在一定溫度和偏壓下，可在SiO2層中移動，對器件的穩(wěn)定層中移動，對器件的穩(wěn)定 性影響較大。性影響較大。

9、（1）來源：任何工藝中（氧化的石英爐管、蒸發(fā)電極等）來源：任何工藝中（氧化的石英爐管、蒸發(fā)電極等） 或材料、試劑和氣氛均可引入可動離子的沾污?；虿牧?、試劑和氣氛均可引入可動離子的沾污。 （2）影響：可動正離子使硅表面趨于）影響：可動正離子使硅表面趨于N型，導致型，導致MOS器件器件 的閾值電壓不穩(wěn)定；導致的閾值電壓不穩(wěn)定；導致NPN晶體管漏電流增大，電流放大系晶體管漏電流增大，電流放大系 數(shù)減小。數(shù)減小。 （3）控制可動電荷的方法）控制可動電荷的方法 （a）采用高潔凈的工藝，采用高純?nèi)ルx子水，采用高潔凈的工藝，采用高純?nèi)ルx子水，MOS級的級的 試劑，超純氣體，高純石英系統(tǒng)和器皿，鉭絲蒸發(fā)和自動

10、化操試劑，超純氣體，高純石英系統(tǒng)和器皿，鉭絲蒸發(fā)和自動化操 作等。作等。 （b）磷處理，形成磷處理，形成PSG-SiO2以吸除、鈍化以吸除、鈍化SiO2中的中的Na+。 （c）采用摻氯氧化，以減小采用摻氯氧化，以減小Na+ 沾污，并可起鈍化沾污，并可起鈍化Na+ 的的 作用。作用。 2、Si-SiO2 界面陷阱電荷界面陷阱電荷Qit（界面態(tài)）界面態(tài)） 指存在于指存在于Si-SiO2界面，能帶處于硅禁帶中，可以與價帶或界面，能帶處于硅禁帶中，可以與價帶或 導帶交換電荷的那些陷阱能級或能量狀態(tài)?？拷麕е行牡慕鐚Ы粨Q電荷的那些陷阱能級或能量狀態(tài)?？拷麕е行牡慕?面態(tài)可作為復合中心或產(chǎn)生中心，靠

11、近價帶或?qū)У目勺鳛橄菝鎽B(tài)可作為復合中心或產(chǎn)生中心，靠近價帶或?qū)У目勺鳛橄?阱。界面陷阱電荷可以帶正電或負電，也可以呈中性。阱。界面陷阱電荷可以帶正電或負電，也可以呈中性。 （1）來源：由氧化過程中的）來源：由氧化過程中的Si/SiO2界面處的結構缺陷（如界面處的結構缺陷（如 圖中的懸掛鍵、三價鍵）、界面附近氧化層中荷電離子的庫侖圖中的懸掛鍵、三價鍵）、界面附近氧化層中荷電離子的庫侖 勢、勢、Si/SiO2界面附近半導體中的雜質(zhì)（如界面附近半導體中的雜質(zhì)（如Cu、Fe等）。等）。 （2）影響：界面陷阱電荷影響）影響：界面陷阱電荷影響MOS器件的閾值電壓、減小器件的閾值電壓、減小 MOS器件溝

12、道的載流子遷移率，影響器件溝道的載流子遷移率，影響MOS器件的跨導；增大雙器件的跨導；增大雙 極晶體管的結噪聲和漏電，影響擊穿特性。極晶體管的結噪聲和漏電，影響擊穿特性。 （3）控制界面陷阱電荷的方法）控制界面陷阱電荷的方法 （a）界面陷阱密度與晶向有關：界面陷阱密度與晶向有關：(111)(110)(100)，因此，因此 MOS集成電路多采用集成電路多采用(100)晶向（有較高的載流子表面遷移率）；晶向（有較高的載流子表面遷移率）； 而雙極型集成電路多選用而雙極型集成電路多選用(111)晶向。晶向。 （b）低溫、惰性氣體退火：純低溫、惰性氣體退火：純H 2 或或N 2 -H 2 氣體在氣體在

13、400500退火處理，可使界面陷阱電荷降低退火處理，可使界面陷阱電荷降低23數(shù)量級。原因數(shù)量級。原因 是氫在退火中與懸掛鍵結合，從而減少界面態(tài)。是氫在退火中與懸掛鍵結合，從而減少界面態(tài)。 （c）采用含氯氧化，可將界面陷阱電荷密度有效控制在采用含氯氧化，可將界面陷阱電荷密度有效控制在 1010/cm2數(shù)量級。數(shù)量級。 3、氧化物固定正電荷、氧化物固定正電荷Qf 固定正電荷存在于固定正電荷存在于SiO2中離中離Si-SiO2界面約界面約20范圍內(nèi)。范圍內(nèi)。 （1）來源：由氧化過程中過剩硅（或氧空位）引起，其密度）來源：由氧化過程中過剩硅（或氧空位）引起，其密度 與氧化溫度、氧化氣氛、冷卻條件和退火

14、處理有關。與氧化溫度、氧化氣氛、冷卻條件和退火處理有關。 （2）影響：因）影響：因Qf 是是正電荷，將使正電荷，將使P溝溝MOS器件的閾值增加，器件的閾值增加， N道道MOS器件的閾值降低；減小溝道載流子遷移率，影響器件的閾值降低；減小溝道載流子遷移率，影響MOS 器件的跨導；增大雙極晶體管的噪聲和漏電，影響擊穿特性。器件的跨導；增大雙極晶體管的噪聲和漏電，影響擊穿特性。 （3）控制氧化物固定正電荷的方法）控制氧化物固定正電荷的方法 （a）氧化物固定正電荷與晶向有關：氧化物固定正電荷與晶向有關：(111)(110)(100)， 因此因此MOS集成電路多采用集成電路多采用(100)晶向。晶向。

15、（b）氧化溫度愈高，氧擴散愈快，氧空位愈少；氧化速率氧化溫度愈高，氧擴散愈快，氧空位愈少；氧化速率 愈大時，氧空位愈多，固定電荷面密度愈大。采用高溫干氧氧愈大時，氧空位愈多，固定電荷面密度愈大。采用高溫干氧氧 化有助于降低化有助于降低Qf 。 （c）采用含氯氧化可降低采用含氯氧化可降低Qf 。 4、氧化物陷阱電荷、氧化物陷阱電荷Qot 氧化物中被陷住的電子或空穴。氧化物中被陷住的電子或空穴。 （1）來源：電離輻射（電子束蒸發(fā)、離子注入、濺射等工）來源：電離輻射（電子束蒸發(fā)、離子注入、濺射等工 藝引起）、熱電子注入或雪崩注入。藝引起）、熱電子注入或雪崩注入。 （2）影響：對）影響：對MOS器件的

16、跨導和溝道電導產(chǎn)生較大的影響，器件的跨導和溝道電導產(chǎn)生較大的影響， 使閾值電壓向負方向移動。使閾值電壓向負方向移動。 （3）控制氧化物陷阱電荷的方法）控制氧化物陷阱電荷的方法 （a）選擇適當?shù)难趸に嚄l件以改善選擇適當?shù)难趸に嚄l件以改善SiO2結構，使結構，使Si-O-Si 鍵不易被打破。常用鍵不易被打破。常用1000干氧氧化。干氧氧化。 （b）制備非常純的制備非常純的SiO2 ，以消除雜質(zhì)陷阱中心。以消除雜質(zhì)陷阱中心。 （c）在惰性氣體中進行低溫退火（在惰性氣體中進行低溫退火（300以上）可以減小以上）可以減小 電離輻射陷阱。電離輻射陷阱。 （d）采用對輻照不靈敏的鈍化層（如采用對輻照不靈

17、敏的鈍化層（如Al2O3、Si3N4等）。等）。 三、三、Si-SiO2系統(tǒng)中的電荷對器件性能的影響系統(tǒng)中的電荷對器件性能的影響 在在Si-SiO2系統(tǒng)中的正電荷以及系統(tǒng)中的正電荷以及Si熱氧化過程中雜質(zhì)再分布熱氧化過程中雜質(zhì)再分布 現(xiàn)象（現(xiàn)象（Si表面磷多或硼少）均導致表面磷多或硼少）均導致Si表面存在著表面存在著N型化的趨勢。型化的趨勢。 Si-SiO2系統(tǒng)中的正電荷將引起半導體表面的能帶彎曲，在系統(tǒng)中的正電荷將引起半導體表面的能帶彎曲，在P 型半導體表面形成耗盡層或反型層型半導體表面形成耗盡層或反型層,在在N型半導體表面形成積累型半導體表面形成積累 層，而且界面態(tài)還是載流子的產(chǎn)生層，而且

18、界面態(tài)還是載流子的產(chǎn)生-復合中心。這些電荷嚴重影復合中心。這些電荷嚴重影 響器件的性能，包括響器件的性能，包括MOS器件的閾值電壓、跨導、溝道電導；器件的閾值電壓、跨導、溝道電導； 雙極器件中的反向漏電流、擊穿電壓、電流放大系數(shù)雙極器件中的反向漏電流、擊穿電壓、電流放大系數(shù) 、1/f 噪噪 聲等特性。聲等特性。 要消除要消除Si-SiO2系統(tǒng)中的電荷及器件表面沾污對器件的影響，系統(tǒng)中的電荷及器件表面沾污對器件的影響， 一是采用表面多次鈍化工藝，二是采用保護環(huán)和等位環(huán)等措施一是采用表面多次鈍化工藝，二是采用保護環(huán)和等位環(huán)等措施 來減小其影響。來減小其影響。 晶體管的保護環(huán)和等位環(huán)晶體管的保護環(huán)和

19、等位環(huán) 式中，式中， 是單位面積的是單位面積的 氧化層電容，氧化層電容，d是氧化層厚度，是氧化層厚度， Cox與柵壓與柵壓V無關。無關。CD 是單位是單位 面積的半導體勢壘電容。對于面積的半導體勢壘電容。對于 確定的襯底摻雜濃度和氧化層確定的襯底摻雜濃度和氧化層 厚度，厚度，CD 是表面勢是表面勢 s（也是柵也是柵 壓壓V）的函數(shù)。因此總電容的函數(shù)。因此總電容C也也 是是 s 的函數(shù)。的函數(shù)。 Dox CCC 111 d C ox ox 0 四、四、Si-SiO2結構性質(zhì)的測試分析結構性質(zhì)的測試分析 1、MOS C-V特性與特性與Si-SiO2結構性質(zhì)的關系結構性質(zhì)的關系 理想理想MOS結構假

20、定：結構假定：1）SiO2中不存在電荷與界面陷阱；中不存在電荷與界面陷阱； 2）金屬半導體功函數(shù)差為零。這種）金屬半導體功函數(shù)差為零。這種MOS電容為氧化層電容電容為氧化層電容Cox 和半導體勢壘電容和半導體勢壘電容CD 的串聯(lián)。單位面積的的串聯(lián)。單位面積的MOS電容電容C為：為： （1）當）當V 0時，硅表面附近的能帶上彎，表面空穴積累，在時，硅表面附近的能帶上彎，表面空穴積累，在 V 0時，能帶下彎，表面空穴耗盡，勢壘電容隨柵壓時，能帶下彎，表面空穴耗盡，勢壘電容隨柵壓 增加而下降，因而總電容增加而下降，因而總電容C也隨也隨V下降。下降。W是耗盡層寬度，其與表是耗盡層寬度，其與表 面勢的關

21、系為：面勢的關系為： 。 當當V增加到使增加到使 S B（費米勢），半導體表面反型，電容隨費米勢），半導體表面反型，電容隨 偏壓的變化開始分散：偏壓的變化開始分散： （a）當信號頻率足夠低時，空間電荷區(qū)少子的產(chǎn)生跟得上信當信號頻率足夠低時，空間電荷區(qū)少子的產(chǎn)生跟得上信 號變化，對電容有貢獻。號變化，對電容有貢獻。MOS電容經(jīng)過最小值后隨柵壓而增加，電容經(jīng)過最小值后隨柵壓而增加， 在在V 0時，時，C = Cox，如圖中低頻曲線（如圖中低頻曲線（a）。）。 （b）當信號頻率很高時，少子來不及產(chǎn)生，對電容沒有貢獻，當信號頻率很高時，少子來不及產(chǎn)生，對電容沒有貢獻， 耗盡層繼續(xù)隨耗盡層繼續(xù)隨V變寬，

22、直到變寬，直到 S 2 B，表面強反型。反型電荷對外表面強反型。反型電荷對外 電場的屏蔽作用使耗盡區(qū)達到最大值電場的屏蔽作用使耗盡區(qū)達到最大值Wm不再變寬，不再變寬，MOS電容達電容達 到最小值。到最小值。 SiAS WqN2 2 2、金屬功函數(shù)、氧化硅中電荷對、金屬功函數(shù)、氧化硅中電荷對C-V特性的影響特性的影響 9.3 主要的鈍化方法主要的鈍化方法 一、集成電路鈍化的一般步驟一、集成電路鈍化的一般步驟 典型集成電路制造過程中至少包含三個鈍化工序步驟：典型集成電路制造過程中至少包含三個鈍化工序步驟： 1、襯底氧化層（特別是、襯底氧化層（特別是MOS集成電路中的柵氧化層）生集成電路中的柵氧化層

23、）生 長過程中的鈍化。長過程中的鈍化。 通常采用含氯氧化，或通常采用含氯氧化，或 HCl 處理氧化石英管。處理氧化石英管。 2、襯底和金屬化層之間或多層金屬化層之間絕緣隔離氧化、襯底和金屬化層之間或多層金屬化層之間絕緣隔離氧化 層的鈍化工藝。層的鈍化工藝。 通常采用磷硅玻璃鈍化工藝，為降低回流溫度，有時采用通常采用磷硅玻璃鈍化工藝，為降低回流溫度，有時采用 硼磷硅玻璃鈍化。硼磷硅玻璃鈍化。 3、芯片的最終鈍化層。、芯片的最終鈍化層。 常采用常采用SiO2+Si3N4(或或Al2O3) 或磷硅玻璃。其中，或磷硅玻璃。其中，SiO2 主要主要 用作為用作為Si3N4 應力緩解層。應力緩解層。 二、

24、含氯氧化二、含氯氧化 1、鈍化可動離子、鈍化可動離子 （1）鈍化效果與氯含量及氧化條件有關）鈍化效果與氯含量及氧化條件有關 （a）HCl/O2 濃度比達到濃度比達到34%時，可使時，可使Na+幾乎完全鈍化；幾乎完全鈍化； （b）氧化溫度低于氧化溫度低于1050時，含氯氧化對可動離子的鈍化、時，含氯氧化對可動離子的鈍化、 收集作用消失；收集作用消失； （c）含氯氧化對可動離子的鈍化作用僅在干氧氧化中存在，含氯氧化對可動離子的鈍化作用僅在干氧氧化中存在， 濕氧氧化中不存在。濕氧氧化中不存在。 222 2 1 2ClOHOHCl （2）鈍化）鈍化Na+的機理的機理 （a）高溫過程中氯進入高溫過程中氯

25、進入SiO2，在在Si/SiO2界面處與三價硅和界面處與三價硅和 過剩硅離子結合，以氯過剩硅離子結合，以氯-硅硅-氧復合體結構形式存在。氧復合體結構形式存在。 （b）當當Na+運動到運動到Si/SiO2界面時，氯界面時，氯-硅硅-氧復合體中的氧復合體中的Cl- 與與Na+之間較強的庫侖力將之間較強的庫侖力將Na+束縛在束縛在Cl-周圍，使周圍，使Na+固定化和固定化和 中性化，形成如下結構：中性化，形成如下結構： 2、改善、改善SiO2膜的擊穿特性膜的擊穿特性 SiO2中的擊穿機構主要是隧道電流。中的擊穿機構主要是隧道電流。Na+在在Si/SiO2界面附界面附 近的聚積，將增強近的聚積，將增強

26、Si/SiO2界面區(qū)的電場強度，尤其是界面區(qū)的電場強度，尤其是Na+分布分布 的不均勻性，導致局部電場強度很大，使隧道電流增大以至擊的不均勻性，導致局部電場強度很大，使隧道電流增大以至擊 穿。含氯氧化固定和中性化穿。含氯氧化固定和中性化Na+，從而改善從而改善SiO2 的擊穿特性。的擊穿特性。 3、降低界面態(tài)密度和固定正電荷密度，減少氧化層錯，、降低界面態(tài)密度和固定正電荷密度，減少氧化層錯， 提高少子壽命。提高少子壽命。 含氯氧化可以減小含氯氧化可以減小Si/SiO2 界面的三價硅和過剩硅原子；含界面的三價硅和過剩硅原子；含 HCl 和和C2HCl3 氧化中產(chǎn)生的具有高度活性的氧化中產(chǎn)生的具有

27、高度活性的H+ 可以填充懸掛可以填充懸掛 鍵；鍵；HCl 和和C2HCl3 具有萃取具有萃取Cu 等重金屬雜質(zhì)的功能。等重金屬雜質(zhì)的功能。 三、磷硅玻璃（三、磷硅玻璃（PSG）和硼磷硅玻璃（和硼磷硅玻璃（BPSG）鈍化鈍化 1、PSG和和BPSG的特點的特點 （1）PSG對對Na+具有較強的捕集和阻擋作用；具有較強的捕集和阻擋作用；BPSG對對Na+的的 阻擋作用比阻擋作用比PSG強強30150倍。倍。 （2）PSG在在1000左右的溫度下熔融回流，從而減小布線左右的溫度下熔融回流，從而減小布線 的臺階；的臺階；BPSG的熔融回流溫度比的熔融回流溫度比PSG低低100200。 2、PSG膜存在

28、的缺點膜存在的缺點 （1）PSG層的極化效應層的極化效應 PSG中的電偶極子在無外電場時是雜亂無章的。當器件加中的電偶極子在無外電場時是雜亂無章的。當器件加 偏壓時這些電偶極子沿外場形成整齊的排列，產(chǎn)生極化效應，偏壓時這些電偶極子沿外場形成整齊的排列，產(chǎn)生極化效應， 影響器件的穩(wěn)定性。影響器件的穩(wěn)定性。PSG中磷濃度愈高，極化效應愈嚴重。中磷濃度愈高，極化效應愈嚴重。 （2）PSG的吸潮性的吸潮性 PSG的吸水性強。的吸水性強。PSG中的磷易與水汽反應生成磷酸而腐中的磷易與水汽反應生成磷酸而腐 蝕鋁布線，加速器件的失效；膜的粘附性變壞，光刻易脫膠等。蝕鋁布線，加速器件的失效；膜的粘附性變壞，光

29、刻易脫膠等。 PSG鈍化膜中磷含量不應超過鈍化膜中磷含量不應超過8%（P的重量百分數(shù)），的重量百分數(shù)）， 5%最佳；厚度不應超過最佳；厚度不應超過1 m。PSG鈍化膜中磷含量過低會降低鈍化膜中磷含量過低會降低 PSG膜對膜對Na+的提取、固定和阻擋作用，鈍化效果不佳。的提取、固定和阻擋作用，鈍化效果不佳。 3、BPSG膜中膜中B、P含量各約含量各約4%，此時膜的極化效應和吸，此時膜的極化效應和吸 潮能力最小，而吸雜和阻擋堿離子的能力均優(yōu)于潮能力最小，而吸雜和阻擋堿離子的能力均優(yōu)于PSG膜。膜。 4、PSG（BPSG）的制備的制備 采用氫化物作源的常壓低溫化學氣相淀積技術（采用氫化物作源的常壓低

30、溫化學氣相淀積技術（LTCVD） 生長生長PSG或或BPSG 。 淀積完成后，還應在淀積完成后，還應在N2或惰性氣體中，或惰性氣體中，7001000范圍內(nèi)范圍內(nèi) 處理處理515min。目的是提高膜的質(zhì)密度及抗蝕性。這個過程稱目的是提高膜的質(zhì)密度及抗蝕性。這個過程稱 為增密為增密 。 四、氮化硅（四、氮化硅（Si3N4）鈍化膜鈍化膜 1、特點、特點 （1）與）與SiO2相比具有如下優(yōu)點相比具有如下優(yōu)點 （a）對可動離子（如對可動離子（如Na+）有非常強的阻擋能力。一般有非常強的阻擋能力。一般Na+在在Si3N4中滲中滲 透深度僅為透深度僅為50100 。 （b）結構非常致密，氣體和水汽極難穿透，

31、疏水性強，因此可大大提結構非常致密，氣體和水汽極難穿透，疏水性強，因此可大大提 高器件的防潮性能。能掩蔽許多雜質(zhì)。高器件的防潮性能。能掩蔽許多雜質(zhì)。 （c）針孔密度非常低，且極硬而耐磨；針孔密度非常低，且極硬而耐磨； （d）有極高的化學穩(wěn)定性。除能被有極高的化學穩(wěn)定性。除能被HF酸和熱磷酸緩慢腐蝕外，其他的酸和熱磷酸緩慢腐蝕外，其他的 酸幾乎不能與它發(fā)生作用；酸幾乎不能與它發(fā)生作用； （e）導熱性好導熱性好，適宜作多層布線的絕緣層，便于管芯散熱；適宜作多層布線的絕緣層，便于管芯散熱； （f）絕緣性與抗擊穿性好，絕緣性與抗擊穿性好，1000 Si3N4膜可耐膜可耐110V電壓。電壓。 （g）對電

32、離輻射不靈敏，是很好的抗輻照的鈍化層。對電離輻射不靈敏，是很好的抗輻照的鈍化層。 （2）缺點）缺點 Si3N4-Si結構界面應力大且界面態(tài)密度高，因此結構界面應力大且界面態(tài)密度高，因此Si3N4 不能不能 完全取代完全取代SiO2 。故一般采用故一般采用Si3N4/SiO2 復合結構，復合結構，Si3N4 厚度一厚度一 般低于般低于2000。 2、制備、制備Si3N4的主要工藝技術的主要工藝技術 采用以硅的氫化物和采用以硅的氫化物和NH3 作源的作源的LPCVD或或PECVD法。法。 3、Si3N4膜的刻蝕膜的刻蝕 （1）濕化學腐蝕法：熱磷酸溶液（）濕化學腐蝕法：熱磷酸溶液（160180）可腐

33、蝕掉）可腐蝕掉 Si3N4 膜。膜。 （2）干法腐蝕法：等離子腐蝕法。）干法腐蝕法：等離子腐蝕法。 4、Si3N4 膜的應用膜的應用 （1）利用）利用Si3N4 膜對水蒸氣和氧氣有較強的掩蔽能力，進行膜對水蒸氣和氧氣有較強的掩蔽能力，進行 局部氧化工藝和等平面隔離；局部氧化工藝和等平面隔離； （2）PECVD生長的生長的Si3N4 膜作為雙層布線的絕緣介質(zhì)；膜作為雙層布線的絕緣介質(zhì)； （3）利用）利用Si3N4 膜能有效地防止膜能有效地防止Na+ 沾污，并有良好的絕緣沾污，并有良好的絕緣 性能、較高的擊穿電壓和高度的化學穩(wěn)定性，以及抗輻照能力，性能、較高的擊穿電壓和高度的化學穩(wěn)定性，以及抗輻照

34、能力， 常用于芯片最終的鈍化層。常用于芯片最終的鈍化層。 五、氧化鋁（五、氧化鋁（Al2O3）鈍化膜鈍化膜 1、與、與SiO2 、Si3N4 相比有如下優(yōu)點相比有如下優(yōu)點 （1）抗輻射能力比）抗輻射能力比SiO2 、Si3N4 強；強； （2）具有負電荷效應，可得到正的平帶電壓，如用）具有負電荷效應，可得到正的平帶電壓，如用MAOS 結構，易制得結構，易制得N溝道增強性器件；溝道增強性器件； （3）等平面陽極氧化生成的）等平面陽極氧化生成的Al2O3 鈍化膜，由于芯片表面平鈍化膜，由于芯片表面平 整，非常適合進行多層布線；整，非常適合進行多層布線； （4）Al2O3 和和Si3N4 一樣對一樣

35、對Na+ 的阻擋能力很強；的阻擋能力很強； （5）機械強度和硬度均高于）機械強度和硬度均高于SiO2（結晶結晶Al2O3 俗稱剛玉，硬俗稱剛玉，硬 度僅次于金剛石和碳化硅）。度僅次于金剛石和碳化硅）。 2、Al2O3的制備工藝的制備工藝 （1）CVD法（三氯化鋁水解法）法（三氯化鋁水解法） AlCl3 室溫下為固體，必需加熱并恒溫使其升華成氣體，室溫下為固體，必需加熱并恒溫使其升華成氣體， 升華溫度升華溫度100 150。 )(6 1200400 )(3)( )()( 750 )()( 32 2 23 222 氣氣氣 氣氣 以上 氣氣 HClOAl C H OHAlCl COOH C HCO

36、（2）濺射法）濺射法 除采用除采用Ar +O2 作濺射氣氛（反應濺射）或用高純作濺射氣氛（反應濺射）或用高純Al2O3 靶靶 代替高純鋁靶（非反應濺射）外，代替高純鋁靶（非反應濺射）外，Al2O3 膜濺射的原理、設備、膜濺射的原理、設備、 操作步驟等均可參照第八章金屬薄膜的制備工藝。操作步驟等均可參照第八章金屬薄膜的制備工藝。 （3）電解陽極氧化）電解陽極氧化 基本原理基本原理 陽極氧化是制造金屬氧化物膜的一種電化學方法，在兩極陽極氧化是制造金屬氧化物膜的一種電化學方法，在兩極 上發(fā)生的反應如下：上發(fā)生的反應如下： 陽極：陽極： 陰極：陰極： 根據(jù)生成氧化物膜的性質(zhì)可分為多孔型陽極氧化和無孔型根據(jù)生成氧化物膜的性質(zhì)可分為多孔型陽極氧化和無孔型 陽極氧化。陽極氧化。 當電解液中含有對金屬起腐蝕和溶解作用的酸（磷酸、氫當電解液中含有對金屬起腐蝕和溶解作用的酸（磷酸、氫 氟酸）時，在陽極氧化的同時還發(fā)生對氧化物的腐蝕、溶解作氟酸）時，在陽極氧化的同時還發(fā)生對氧化物的腐蝕、溶解作 用，因此它邊氧化、邊滲透，