《續(xù)表面鈍化》ppt課件

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(dǎo)體器件和集成電路參數(shù)、改善半導(dǎo)體器件和集成電路參數(shù) 2、加強(qiáng)器件的穩(wěn)定性和可靠性、加強(qiáng)器件的穩(wěn)定性和可靠性 二次鈍化可強(qiáng)化器件的密封性，屏蔽外界二次鈍化可強(qiáng)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。雜質(zhì)、離子電荷、水汽等對器件的有害影響。 3、提高器件的封裝廢品率、提高器件的封裝廢品率 鈍化層為劃片、裝架、鍵合等后道工藝處置鈍化層為劃片、裝架、鍵合等后道工藝處置 提供外表的機(jī)械維護(hù)。提供外表的機(jī)械維護(hù)。 4、其它作用、其它作用 鈍化膜及介質(zhì)膜還可兼作外表及多層布線鈍化膜及介

2、質(zhì)膜還可兼作外表及多層布線 的絕緣層。的絕緣層。 二、對鈍化膜及介質(zhì)膜性質(zhì)的普通要求二、對鈍化膜及介質(zhì)膜性質(zhì)的普通要求 1、電氣性能要求、電氣性能要求 1絕緣性能好。介電強(qiáng)度應(yīng)大于絕緣性能好。介電強(qiáng)度應(yīng)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(fù)載那么愈小。數(shù)愈小，容性負(fù)載那么愈小。 3能浸透氫。器件制造過程中，硅外表易產(chǎn)生界面態(tài)，能浸透氫。器件制造過程中，硅外表易產(chǎn)生界面態(tài)， 經(jīng)經(jīng)H2 退火處置可消除。退火處置可消除。 4離子可控。在做柵介質(zhì)時，希望能對正電荷或負(fù)電荷離子可控。在做柵介質(zhì)時，希望能對正電荷或負(fù)

3、電荷 進(jìn)展有效控制，以便制造耗盡型或加強(qiáng)型器件。進(jìn)展有效控制，以便制造耗盡型或加強(qiáng)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 外表能態(tài)的產(chǎn)生，提高器件的穩(wěn)定性和抗干擾才干。外表能態(tài)的產(chǎn)生，提高器件的穩(wěn)定性和抗干擾才干。 2、對資料物理性質(zhì)的要求、對資料物理性質(zhì)的要求 1低的內(nèi)應(yīng)力。高的張應(yīng)力會使薄膜產(chǎn)生裂紋，高的壓低的內(nèi)應(yīng)力。高的張應(yīng)力會使薄膜產(chǎn)生裂紋，高的壓 應(yīng)力使硅襯底翹曲變形。應(yīng)力使硅襯底翹曲變形。 2高度的構(gòu)造完好性。針孔缺陷或小丘生長會有呵斥漏高度的構(gòu)造完好性。針孔缺陷或小丘生長會有呵斥漏 電、短路、斷路、給光刻呵斥困難等

4、技術(shù)問題。電、短路、斷路、給光刻呵斥困難等技術(shù)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、對資料工藝化學(xué)性質(zhì)的要求、對資料工藝化學(xué)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， 適于批量消費(fèi)。適于批量消費(fèi)。 2便于圖形制造。能與光刻，特別是細(xì)線條光刻相容；便于圖形制造。能與光刻，特別是細(xì)線條光刻相容； 應(yīng)有良好的腐蝕特性，包括能進(jìn)展各向異性腐蝕，與襯底有良應(yīng)有良好的腐蝕特性，包括能進(jìn)展各向異性腐蝕，與襯底有良 好的選擇性。好的選擇性。 3可靠性好。包括可控的化學(xué)組分，高的純度

5、，良好的可靠性好。包括可控的化學(xué)組分，高的純度，良好的 抗?jié)裥?，不對金屬產(chǎn)生腐蝕等?？?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(jī)玻璃及有機(jī)高分子兩大類。鈍化膜及介質(zhì)膜可分為無機(jī)玻璃及有機(jī)高分子兩大類。 無無 機(jī)機(jī) 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:H 有機(jī)有機(jī) 高分高分 子子 合成樹脂合成樹脂聚酰亞胺類

6、，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(dǎo)體器件中的主要用途膜在半導(dǎo)體器件中的主要用途 1、SiO2膜用作選擇分散掩膜膜用作選擇分散掩膜 利用利用SiO2對磷、硼、砷等雜質(zhì)較強(qiáng)的掩蔽對磷、硼、砷等雜質(zhì)較強(qiáng)的掩蔽 才干，經(jīng)過在硅上的二氧化硅層窗口區(qū)向硅中才干，經(jīng)過在硅上的二氧化硅層窗口區(qū)向硅中 分散雜質(zhì)，可構(gòu)成分散雜質(zhì)，可構(gòu)成PN結(jié)。結(jié)。 2、SiO2膜用作器件外表維護(hù)層和鈍化層膜用作器件外表維護(hù)層和鈍化層 1熱生長熱生長SiO2電阻率在電阻率在1015 以上，介以上，介 電強(qiáng)度不低于電強(qiáng)度不低于5106 V/c

7、m,具有良好的絕緣性能，具有良好的絕緣性能， 作外表一次鈍化；作外表一次鈍化； 2芯片金屬布線完成后，用芯片金屬布線完成后，用CVD-SiO2 作器件的二次鈍化，其工藝溫度不能超越布線作器件的二次鈍化，其工藝溫度不能超越布線 金屬與硅的合金溫度。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、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)等多層布線絕緣、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中普通存在著中

8、普通存在著10121014cm-2的可動的可動 正離子，由堿金屬離子及氫離子所引起，其中以正離子，由堿金屬離子及氫離子所引起，其中以Na+的影響最的影響最 大。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的分散系數(shù)的分散系數(shù) 和遷移率都很大。在氧化膜生長過程中，和遷移率都很大。在氧化膜生長過程中，Na+傾向于在傾向于在SiO2外外 表附近積累，在一定溫度和偏壓下，可在表附近積累，在一定溫度和偏壓下，可在SiO2層中挪動，對器層中挪動，對器 件的穩(wěn)定性影響較大。件的穩(wěn)定性影響較大。 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

9、發(fā)電極等 或資料、試劑和氣氛均可引入可動離子的沾污。或資料、試劑和氣氛均可引入可動離子的沾污。 2影響：可動正離子使硅外表趨于影響：可動正離子使硅外表趨于N型，導(dǎo)致型，導(dǎo)致MOS器件器件 的閾值電壓不穩(wěn)定；導(dǎo)致的閾值電壓不穩(wěn)定；導(dǎo)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采用高干凈的工藝，采用高純?nèi)ルx子水，采用高干凈的工藝，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磷處置，構(gòu)成磷處置，構(gòu)成PSG

10、-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+ 的作用。的作用。 2、Si-SiO2 界面圈套電荷界面圈套電荷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(dǎo)帶交換電荷的那些圈套能級或能量形狀。接近禁帶中心的界導(dǎo)帶交換電荷的那些圈套能級或能量形狀。接近禁帶中心的界 面態(tài)可作為復(fù)合中心或產(chǎn)生中心，接近價帶或?qū)У目勺鳛槿γ鎽B(tài)可作為復(fù)合中心或產(chǎn)生中心，接近價帶或?qū)У目勺鳛槿?套。界面圈套電荷可以帶正電或負(fù)電，也可以呈中

11、性。套。界面圈套電荷可以帶正電或負(fù)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界面處的構(gòu)造缺陷如界面處的構(gòu)造缺陷如 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(dǎo)體中的雜質(zhì)如界面附近半導(dǎo)體中的雜質(zhì)如Cu、Fe等。等。 2影響：界面圈套電荷影響影響：界面圈套電荷影響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(dǎo)；增大雙器件的跨導(dǎo)；增大雙 極晶體管的結(jié)噪聲和漏電，影響擊穿特性。極晶體管的結(jié)噪聲和

12、漏電，影響擊穿特性。 3控制界面圈套電荷的方法控制界面圈套電荷的方法 a界面圈套密度與晶向有關(guān)：界面圈套密度與晶向有關(guān)：(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外表遷移率；晶向有較高的載流子外表遷移率； 而雙極型集成電路多項(xiàng)選擇用而雙極型集成電路多項(xiàng)選擇用(111)晶向。晶向。 b低溫、惰性氣體退火：純低溫、惰性氣體退火：純H2或或N2-H2氣體在氣體在 400500退火處置，可使界面圈套電荷降低退火處置，可使界面圈套電荷降低23數(shù)量級。緣由數(shù)量級。緣由 是氫在退火中與懸掛鍵結(jié)合，從而減少界面態(tài)。是氫在退火中與懸掛鍵結(jié)合，從而減

13、少界面態(tài)。 c采用含氯氧化，可將界面圈套電荷密度有效控制在采用含氯氧化，可將界面圈套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、冷卻條件和退火處置有關(guān)。與氧化溫度、氧化氣氛、冷卻條件和退火處置有關(guān)。 2影響：因影響：因Qf 是正電荷，將使是正電荷，將使P溝溝MOS器件的閾值添加，器件的閾值添加， N道道MOS器件的閾值降低；減小溝道載

14、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(dǎo)；增大雙極晶體管的噪聲和漏電，影響擊穿特性。器件的跨導(dǎo)；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(guān)：氧化物固定正電荷與晶向有關(guān)：(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。 b氧化溫度愈高，氧分散愈快，氧空位愈少；氧化速率氧化溫度愈高，氧分散愈快，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

15、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、氧化物圈套電荷、氧化物圈套電荷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器件的跨導(dǎo)和溝道電導(dǎo)產(chǎn)生較大的影響，器件的跨導(dǎo)和溝道電導(dǎo)產(chǎn)生較大的影響， 使閾值電壓向負(fù)方向挪動。使閾值電壓向負(fù)方向挪動。 3控制氧化物圈套電荷的方法控制氧化物圈套電荷的方法 a選擇適當(dāng)?shù)难趸に嚄l件以改善選擇適當(dāng)?shù)难趸に嚄l件以改善SiO2構(gòu)

16、造，使構(gòu)造，使Si-O-Si 鍵不易被突破。常用鍵不易被突破。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)圈套中心。，以消除雜質(zhì)圈套中心。 c在惰性氣體中進(jìn)展低溫退火在惰性氣體中進(jìn)展低溫退火300以上可以減小以上可以減小 電離輻射圈套。電離輻射圈套。 d采用對輻照不靈敏的鈍化層如采用對輻照不靈敏的鈍化層如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 景象景象Si外表磷多或硼少均導(dǎo)致外表磷多

17、或硼少均導(dǎo)致Si外表存在著外表存在著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(dǎo)體外表的能帶彎曲，在系統(tǒng)中的正電荷將引起半導(dǎo)體外表的能帶彎曲，在 P型半導(dǎo)體外表構(gòu)成耗盡層或反型層型半導(dǎo)體外表構(gòu)成耗盡層或反型層,在在N型半導(dǎo)體外表構(gòu)成積累型半導(dǎo)體外表構(gòu)成積累 層，而且界面態(tài)還是載流子的產(chǎn)生層，而且界面態(tài)還是載流子的產(chǎn)生-復(fù)合中心。這些電荷嚴(yán)重影復(fù)合中心。這些電荷嚴(yán)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(dǎo)、溝道電導(dǎo)；器件的閾值電壓、跨導(dǎo)、溝道電導(dǎo)； 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

18、 噪噪 聲等特性。聲等特性。 要消除要消除Si-SiO2系統(tǒng)中的電荷及器件外表沾污對器件的影響，系統(tǒng)中的電荷及器件外表沾污對器件的影響， 一是采用外表多次鈍化工藝，二是采用維護(hù)環(huán)和等位環(huán)等措施一是采用外表多次鈍化工藝，二是采用維護(hù)環(huán)和等位環(huán)等措施 來減小其影響。來減小其影響。 晶體管的維護(hù)環(huán)和等位環(huán)晶體管的維護(hù)環(huán)和等位環(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(guān)。無關(guān)。CD 是單位是單位 面積的半導(dǎo)體勢壘電容。對于面積的半導(dǎo)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

19、外表勢是外表勢s也是也是 柵壓柵壓V的函數(shù)。因此總電容的函數(shù)。因此總電容C 也是也是s 的函數(shù)。的函數(shù)。 Dox CCC 111 d C ox ox 0 四、四、Si-SiO2構(gòu)造性質(zhì)的測試分析構(gòu)造性質(zhì)的測試分析 1、MOS C-V特性與特性與Si-SiO2構(gòu)造性質(zhì)的關(guān)系構(gòu)造性質(zhì)的關(guān)系 理想理想MOS構(gòu)造假定：構(gòu)造假定：1SiO2中不存在電荷與界面圈套；中不存在電荷與界面圈套； 2金屬半導(dǎo)體功函數(shù)差為零。這種金屬半導(dǎo)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(dǎo)體勢壘電容和半導(dǎo)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(dāng)當(dāng)V 0時

20、，硅外表附近的能帶上彎，外表空穴積累，在時，硅外表附近的能帶上彎，外表空穴積累，在 V 0時，能帶下彎，外表空穴耗盡，勢壘電容隨柵壓時，能帶下彎，外表空穴耗盡，勢壘電容隨柵壓 添加而下降，因此總電容添加而下降，因此總電容C也隨也隨V下降。下降。W是耗盡層寬度，其與外是耗盡層寬度，其與外 表勢的關(guān)系為：表勢的關(guān)系為： 。 當(dāng)當(dāng)V添加到使添加到使S B費(fèi)米勢，半導(dǎo)體外表反型，電容費(fèi)米勢，半導(dǎo)體外表反型，電容 隨偏壓的變化開場分散：隨偏壓的變化開場分散： a當(dāng)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(dāng)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，對電容有奉獻(xiàn)。號變化，對電容有奉獻(xiàn)。M

21、OS電容經(jīng)過最小值后隨柵壓而添加，電容經(jīng)過最小值后隨柵壓而添加， 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(dāng)信號頻率很高時，少子來不及產(chǎn)生，對電容沒有奉獻(xiàn)，當(dāng)信號頻率很高時，少子來不及產(chǎn)生，對電容沒有奉獻(xiàn)， 耗盡層繼續(xù)隨耗盡層繼續(xù)隨V變寬，直到變寬，直到S 2B，外表強(qiáng)反型。反型電荷，外表強(qiáng)反型。反型電荷 對外電場的屏蔽作用使耗盡區(qū)到達(dá)最大值對外電場的屏蔽作用使耗盡區(qū)到達(dá)最大值Wm不再變寬，不再變寬，MOS電電 容到達(dá)最小值。容到達(dá)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

22、的鈍化方法主要的鈍化方法 一、集成電路鈍化的普通步驟一、集成電路鈍化的普通步驟 典型集成電路制造過程中至少包含三個鈍典型集成電路制造過程中至少包含三個鈍 化工序步驟：化工序步驟： 1、襯底氧化層特別是、襯底氧化層特別是MOS集成電路中集成電路中 的柵氧化層生長過程中的鈍化。的柵氧化層生長過程中的鈍化。 通常采用含氯氧化，或通常采用含氯氧化，或 HCl 處置氧化石英處置氧化石英 管。管。 2、襯底和金屬化層之間或多層金屬化層之、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。間絕緣隔離氧化層的鈍化工藝。 通常采用磷硅玻璃鈍化工藝，為降低回流通常采用磷硅玻璃鈍化工藝，為降低回流 溫

23、度，有時采用硼磷硅玻璃鈍化。溫度，有時采用硼磷硅玻璃鈍化。 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?；蛄坠璨ＡА?其中，其中，SiO2 主要用作為主要用作為Si3N4 應(yīng)力緩解層。應(yīng)力緩解層。 二、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(guān)鈍化效果與氯含量及氧化條件有關(guān) aHCl/O2 濃度比到達(dá)濃度比到達(dá)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、 搜集作用消逝；搜集作用消逝

24、； 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(jī)理的機(jī)理 a高溫過程中氯進(jìn)入高溫過程中氯進(jìn)入SiO2，在，在Si/SiO2界面處與三價硅界面處與三價硅 和過剩硅離子結(jié)合，以氯和過剩硅離子結(jié)合，以氯-硅硅-氧復(fù)合體構(gòu)造方式存在。氧復(fù)合體構(gòu)造方式存在。 b當(dāng)當(dāng)Na+運(yùn)動到運(yùn)動到Si/SiO2界面時，氯界面時，氯-硅硅-氧復(fù)合體中的氧復(fù)合體中的Cl- 與與Na+之間較強(qiáng)的庫侖力將之間較強(qiáng)的庫侖力將Na+束縛在束縛在Cl-周圍，使周圍，使Na+固定化固定

25、化 和中性化，構(gòu)成如下構(gòu)造：和中性化，構(gòu)成如下構(gòu)造： 2、改善、改善SiO2膜的擊穿特性膜的擊穿特性 SiO2中的擊穿機(jī)構(gòu)主要是隧道電流。中的擊穿機(jī)構(gòu)主要是隧道電流。Na+在在Si/SiO2界面附界面附 近的聚積，將加強(qiáng)近的聚積，將加強(qiáng)Si/SiO2界面區(qū)的電場強(qiáng)度，尤其是界面區(qū)的電場強(qiáng)度，尤其是Na+分布分布 的不均勻性，導(dǎo)致部分電場強(qiáng)度很大，使隧道電流增大以致?lián)舻牟痪鶆蛐?，?dǎo)致部分電場強(qiáng)度很大，使隧道電流增大以致?lián)?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

26、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(diǎn)的特點(diǎn) 1PSG對對Na+具有較強(qiáng)的捕集和阻撓作用；具有較強(qiáng)的捕集和阻撓作用；BPSG對對Na+ 的阻撓作用比的阻撓作用比

27、PSG強(qiáng)強(qiáng)30150倍。倍。 2PSG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膜存在的缺陷膜存在的缺陷 1PSG層的極化效應(yīng)層的極化效應(yīng) PSG中的電偶極子在無外電場時是雜亂無章的。當(dāng)器件加中的電偶極子在無外電場時是雜亂無章的。當(dāng)器件加 偏壓時這些電偶極子沿外場構(gòu)成整齊的陳列，產(chǎn)生極化效應(yīng)，偏壓時這些電偶極子沿外場構(gòu)成整齊的陳列，產(chǎn)生極化效應(yīng)， 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(yīng)愈嚴(yán)重。中磷濃度愈高，極化效應(yīng)愈嚴(yán)重。 2PSG的吸潮

28、性的吸潮性 PSG的吸水性強(qiáng)。的吸水性強(qiáng)。PSG中的磷易與水汽反響生成磷酸而腐中的磷易與水汽反響生成磷酸而腐 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，光刻易脫膠等。 PSG鈍化膜中磷含量不應(yīng)超越鈍化膜中磷含量不應(yīng)超越8%P的分量百分?jǐn)?shù)，的分量百分?jǐn)?shù)， 5%最正確；厚度不應(yīng)超越最正確；厚度不應(yīng)超越1m。PSG鈍化膜中磷含量過低會鈍化膜中磷含量過低會 降低降低PSG膜對膜對Na+的提取、固定和阻撓作用，鈍化效果不佳。的提取、固定和阻撓作用，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(yīng)和吸，此時膜的極化效應(yīng)

29、和吸 潮才干最小，而吸雜和阻撓堿離子的才干均優(yōu)于潮才干最小，而吸雜和阻撓堿離子的才干均優(yōu)于PSG膜。膜。 4、PSGBPSG的制備的制備 采用氫化物作源的常壓低溫化學(xué)氣相淀積技術(shù)采用氫化物作源的常壓低溫化學(xué)氣相淀積技術(shù)LTCVD 生長生長PSG或或BPSG 。 淀積完成后，還應(yīng)在淀積完成后，還應(yīng)在N2或惰性氣體中，或惰性氣體中，7001000范圍內(nèi)范圍內(nèi) 處置處置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(diǎn)、特點(diǎn) 1與與SiO2相比具有如下優(yōu)點(diǎn)相比具有如下優(yōu)點(diǎn) a對可動離

30、子如對可動離子如Na+有非常強(qiáng)的阻撓才干。普通有非常強(qiáng)的阻撓才干。普通 Na+在在Si3N4中浸透深度僅為中浸透深度僅為50100 。 b構(gòu)造非常致密，氣體和水汽極難穿透，疏水性強(qiáng)，因構(gòu)造非常致密，氣體和水汽極難穿透，疏水性強(qiáng)，因 此可大大提高器件的防潮性能。能掩蔽許多雜質(zhì)。此可大大提高器件的防潮性能。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(xué)穩(wěn)定性。除能被有極高的化學(xué)穩(wěn)定性。除能被HF酸和熱磷酸緩慢腐酸和熱磷酸緩慢腐 蝕外，其他的酸幾乎不能與它發(fā)生作用；蝕外，其他的酸幾乎不能與它發(fā)生作用； e導(dǎo)熱性好，適宜作多層布線的絕緣層，便于管芯散熱

31、；導(dǎo)熱性好，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缺陷缺陷 Si3N4-Si構(gòu)造界面應(yīng)力大且界面態(tài)密度高，因此構(gòu)造界面應(yīng)力大且界面態(tài)密度高，因此Si3N4 不不 能完全取代能完全取代SiO2 。故普通采用。故普通采用Si3N4/SiO2 復(fù)合構(gòu)造，復(fù)合構(gòu)造，Si3N4 厚度普通低于厚度普通低于2000。 2、制備、制備Si3N4的主要工藝技術(shù)的主要工藝技術(shù) 采用以硅的氫化物和采用以硅的氫化物和NH3 作源的作

32、源的LPCVD或或PECVD法。法。 3、Si3N4膜的刻蝕膜的刻蝕 1濕化學(xué)腐蝕法：熱磷酸溶液濕化學(xué)腐蝕法：熱磷酸溶液160180可腐蝕掉可腐蝕掉 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 膜的運(yùn)用膜的運(yùn)用 1利用利用Si3N4 膜對水蒸氣和氧氣有較強(qiáng)的掩蔽才干，進(jìn)展膜對水蒸氣和氧氣有較強(qiáng)的掩蔽才干，進(jìn)展 部分氧化工藝和等平面隔離；部分氧化工藝和等平面隔離； 2PECVD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

33、絕緣 性能、較高的擊穿電壓和高度的化學(xué)穩(wěn)定性，以及抗輻照才干，性能、較高的擊穿電壓和高度的化學(xué)穩(wěn)定性，以及抗輻照才干， 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(diǎn)相比有如下優(yōu)點(diǎn) 1抗輻射才干比抗輻射才干比SiO2 、Si3N4 強(qiáng)；強(qiáng)； 2具有負(fù)電荷效應(yīng)，可得到正的平帶電壓，如用具有負(fù)電荷效應(yīng)，可得到正的平帶電壓，如用MAOS 構(gòu)造，易制得構(gòu)造，易制得N溝道加強(qiáng)性器件；溝道加強(qiáng)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，由于芯片外表鈍化膜，由于芯片外表 平整，非常適宜

34、進(jìn)展多層布線；平整，非常適宜進(jìn)展多層布線； 4Al2O3 和和Si3N4 一樣對一樣對Na+ 的阻撓才干很強(qiáng)；的阻撓才干很強(qiáng)； 5機(jī)械強(qiáng)度和硬度均高于機(jī)械強(qiáng)度和硬度均高于SiO2結(jié)晶結(jié)晶Al2O3 俗稱剛玉，俗稱剛玉， 硬度僅次于金剛石和碳化硅。硬度僅次于金剛石和碳化硅。 2、Al2O3的制備工藝的制備工藝 1CVD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

35、 HClOAl C H OHAlCl COOH C HCO 2濺射法濺射法 除采用除采用Ar +O2 作濺射氣氛反響濺射或用高純作濺射氣氛反響濺射或用高純Al2O3 靶靶 替代高純鋁靶非反響濺射外，替代高純鋁靶非反響濺射外，Al2O3 膜濺射的原理、設(shè)備、膜濺射的原理、設(shè)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 根本原理根本原理 陽極氧化是制造金屬氧化物膜的一種電化學(xué)方法，在兩極陽極氧化是制造金屬氧化物膜的一種電化學(xué)方法，在兩極 上發(fā)生的反響如下：上發(fā)生的反響如下： 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(dāng)電解液中含有對金屬起腐蝕和溶解作用的酸磷酸、氫當(dāng)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