半导体工艺基础 第九章续 表面钝化概要
半导体器件与工艺(9)答辩
杂质原子的微观扩散机构
在半导体器件制作中的扩散，主要有两种类型，恒定表面 源扩散和有限表面源扩散。 恒定表面源扩散分布 恒定表面源，是指在扩散过程中，硅片表面的杂质浓度Ns 始终是保持不变的。例如，基区、发射区的预淀积和一般箱法 扩散均可认为属于这种情况。恒定表面源扩散，在硅片内形成 的杂质分布是余误差函数分布。
x x N x, t N s 1 erf N s erfwenku.baidu.com 2 Dt 2 Dt
杂质原子的微观扩散机构
Ns 是半导体内表面处的杂质浓度，当气氛中杂质的分压强较 低时，在半导体内表面处的杂质溶解度将与其周围气氛中杂质的分 压强成正比。当杂质分压强较高时，则与周围气氛中杂质的分压强 无关，数值上就等于扩散温度下杂质在半导体中的固溶度。在通常 的扩散条件下，表面杂质浓度可近似取其扩散温度下的固溶度．固 溶度是指杂质在一定温度下，能溶入固体硅中的最大浓度。因此， 杂质的固溶度给杂质扩散的表面杂质浓度设置了上限。 杂质元索和扩散温度选定之后，Ns和D就基本定了，若再将扩 散时间t定下来，杂质分布也就确定了。时间如何确定，将与对分 布的要求有关。不同的扩散时间，分布曲线不同，其扩散的深度不 同，扩入硅片内的杂质总量也不同。 扩入硅片内的杂质总量可以用曲线下面的面积来表示，即
半导体器件与工艺
第九章 掺 杂
哈尔滨工程大学
芯片钝化层的演变-概述说明以及解释
芯片钝化层的演变-概述说明以及解释
1.引言
1.1 概述
芯片钝化层是一种应用在集成电路芯片表面的保护层，其主要作用是保护芯片表面免受外界环境的侵蚀和损害。随着集成电路技术的快速发展，芯片钝化层的演变也日益受到关注。
本文将会探讨芯片钝化层的定义、作用、演变过程以及未来发展方向。通过深入研究芯片钝化层的发展历程，我们可以了解到其在集成电路领域中的重要性和发展前景。
在引言部分的概述中，我们将首先对芯片钝化层进行简要介绍。芯片钝化层是一种覆盖在集成电路芯片表面的特殊材料层，在芯片制造过程中通过化学气相沉积或物理气相沉积等技术进行形成。它起到了保护芯片表面免受机械摩擦、腐蚀、湿气和污染物等外界因素的损害作用。
随着电子技术的不断发展，集成电路芯片的规模越来越小，功能越来越复杂。为了保障芯片的性能和可靠性，芯片钝化层的性能和质量标准也在不断提高。它不仅需要具备较高的物理机械强度，还要同时满足对电学性能、热学性能以及耐腐蚀性能等方面的要求。
本文将着重探讨芯片钝化层的演变过程，从最早的单层金属封装到如今的多层复合材料封装。通过介绍不同材料和工艺的应用与发展，读者可以了解到这一领域的技术进步和创新。
在结论部分，我们将强调芯片钝化层的重要性。它在集成电路制造过程中的作用不可忽视，可以改善芯片的稳定性、可靠性和寿命。同时，我们也将展望未来芯片钝化层的发展方向，如薄化封装技术、新型材料的应用以及可持续发展等方面。相信随着科学技术的进步，芯片钝化层将能够更好地适应未来集成电路的发展需求。
通过本篇文章的撰写，我们希望读者能够了解芯片钝化层这一关键技术在集成电路制造领域的重要性以及其发展的动态变化。此外，我们也质朴反思未来芯片钝化层的发展方向，为行业的发展做出贡献。
半导体工艺要点(精)
半导体工艺要点
1、什么是集成电路
通过一系列特定的加工工艺，将晶体管、二极管等有源器件和电阻、电容等无源器件，按照一定的电路互连，“集成”在一块半导体单晶片（如硅或砷化镓）上，封装在一个外壳内，执行特定电路或系统功能2、集成电路设计与制造的主要流程框架
设计-掩模板-芯片制造-芯片功能检测-封装-测试
3、集成电路发展的特点
特征尺寸越来越小
硅圆片尺寸越来越大
芯片集成度越来越大
时钟速度越来越高
电源电压/单位功耗越来越低
布线层数/I/0引脚越来越多
4、摩尔定律
集成电路芯片的集成度每三年提高4倍，而加工特征尺寸(多晶硅栅长)倍，这就是摩尔定
5、集成电路分类
6、半导体公司
中芯国际集成电路制造有限公司（SMIC）
上海华虹(集团)有限公司
上海先进半导体制造有限公司
台积电(上海)有限公司
上海宏力半导体制造有限公司TI 美国德州仪器
7、直拉法生长单晶硅
直拉法法是在盛有熔硅或锗的坩埚内，引入籽晶作为非均匀晶核，然后控制温度场，将籽晶旋转并缓慢向上提拉，晶体便在籽晶下按籽晶的方向长大。
1.籽晶熔接: 加大加热功率，使多晶硅完全熔化，并挥发一定时间后，将籽晶下降与液面接近，使籽晶预热几分钟，俗称“烤晶”，以除去表面挥发性杂质同时可减少热冲击
2.引晶和缩颈：当温度稳定时，可将籽晶与熔体接触。此时要控制好温度，当籽晶与熔体液面接触，浸润良好时，可开始缓慢提拉，随着籽晶上升硅在籽晶头部结晶，这一步骤叫“引晶”，又称“下种”。“缩颈”是指在引晶后略为降低温度，提高拉速，拉一段直径比籽晶细的部分。其目的是排除接触不良引起的多晶和尽量消除籽晶内原有位错的延伸。颈一般要长于20mm
(完整word版)背钝化简介
晶硅太阳能电池的表面钝化一直是设计和优化的重中之重.从早期的仅有背电场钝化，到正面氮化硅钝化,再到背面引入诸如氧化硅、氧化铝、氮化硅等介质层的钝化局部开孔接触的PERC/PERL设计。虽然这一结构暂时缓解了背面钝化的问题,但并未根除，开孔处的高复合速率依然存在，而且使工艺进一步复杂.
表面钝化的演进钝化的“史前时代"
SiNx:H 第一次进化
90年代，科研机构和制造商开始探索使用等离子体增强化学气相沉积（PECVD）技术制备含氢的氮化硅（SiNx:H）薄膜用作电池正面的减反射膜。其中原因之一在于相对合适的折射率，但更重要的原因则在于氮化硅优良的的钝化效果。氮化硅除了可以饱和表面悬挂键，降低界面态外，还通过自身的正电荷，减少正面n型硅中的少子浓度,从而降低表面复合速率。SiNx中携带的氢可以在烧结的过程中扩散到硅片中，对发射极和硅片的内部晶体缺陷进行钝化，这对品质较低的多晶硅片尤其有效，大幅提高了当时太阳能电池的效率。
伴随着钝化材料上的创新，银浆材料与烧结工艺上的变革也同时到来，那就是可以烧穿的浆料和共烧（Co—firing）烧结工艺.有了烧穿特性后，可以先进行减反射膜的沉积，后网印浆料,然后烧结.由于顺序的颠倒，不用再担心金属栅线上覆盖的减反射层影响焊接，也省去了沉积TiO2需要的部分遮挡。同时人们发明了将正反面浆料一次烧结的共烧工艺，在一次烧结中，正面的银浆穿过SiNx与硅形成接触，而背面的铝浆也同步形成背面电极和背电场（back surface field）.这一系列改进大大简化了丝网印刷电池的工艺，并逐渐成为了晶硅电池生产的主流。
半导体器件的钝化技术
精选文库
半导体器件的钝化技术
09023320 李子腾
09023307 邹骞
09023308 刘峥
09023319 沈骜
目录
1 1
2 1
2.1 1
2.2 3
3
3 5 4
1绪论
对于高性能高可靠性集成电路来说，表面钝化已成为不可缺少的工艺措施之一。近二
十年来，信息技术日新月异蓬勃发展。二十一世纪，世界将全面进入信息时代，以信息技
术为代表的高新技术形成的新经济模式，将在二十一世纪世界经济中起决定作用。信息科
技的发展在很大程度上依赖于微电子半导体技术的发展水平，其中（超）大规模集成电路
技术（ ULSI）是半导体关键的技术。一个国家占领了信息技术的制高点，它将在二十一世
纪获得经济上的主导地位。摩尔定律——即集成电路的集成度每 18个月翻一番，成本大幅下降，揭示了信息技术的指数发展规律，正在朝着高集成化、高速化和高质量化的方向发
展。表面钝化膜的种类很多，如氧化硅、氧化铝、氮化硅、磷硅玻璃、硼硅玻璃、半绝缘多
晶硅等等，不同的介质薄膜具有不同的性质和用途。总的来说，氮化硅薄膜是半导体集成电
路中最具应用前景的表面钝化材料，发展低温的热 CVD工艺来沉积氮化硅表面钝化膜是集
成电路发展的必然趋势，而开发新的能满足低温沉积氮化硅薄膜的新的硅源、氮源前驱体是
解决这一难题的有效方法。接下来，我们小组将会在正文对于什么是钝化工艺，以及钝化层
的制备两方面进行具体介绍。
2正文主体
2.1 钝化工艺及其对半导体器件参数的影响
钝化工艺就是在半导体器件表面覆盖保护介质膜，以防止表面污染的工艺。下文将对
各主流钝化工艺进行介绍，并讨论其对半导体器件的影响
表面钝化工艺
表面钝化工艺
surface passivation technology
在半导体器件表面覆盖保护介质膜，以防止表面污染的工艺。1959年，美国人M.M.阿塔拉研究了硅器件表面暴露在大气中的不稳定性问题，提出热生长二氧化硅(SiO2)膜具有良好的表面钝化效果。此后，二氧化硅膜得到广泛应用。60年代中期，人们发现二氧化硅膜不能完全阻挡有害杂质(如钠离子)向硅(Si)表面的扩散，严重影响MOS器件的稳定性。以后研究出多种表面钝化膜生长工艺，其中以磷硅玻璃(PSG)、低温淀积二氧化硅、化学汽相淀积氮化硅(Si3N4)、三氧化二铝(Al2O3)和聚酰亚胺等最为适用。
直接同半导体接触的介质膜通常称为第一钝化层。常用介质是热生长的二氧化硅膜。在形成金属化层以前，在第一钝化层上再生长第二钝化层，主要由磷硅玻璃、低温淀积二氧化硅等构成，能吸收和阻挡钠离子向硅衬底扩散。为使表面钝化保护作用更好并使金属化层不受机械擦伤，在金属化层上面再生长第三层钝化层。这第三层介质膜可以是磷硅玻璃、低温淀积二氧化硅、化学气相淀积氮化硅、三氧化二铝或聚酰亚胺。这种多层结构钝化，是现代微电子技术中广泛采用的方式。
对于钝化层的基本要求是：能长期阻止有害杂质对器件表面的沾污；热膨胀系数与硅衬底匹配；膜的生长温度低；钝化膜的组份和厚度均匀性好；针孔密度较低以及光刻后易于得到缓变的台阶。
磷硅玻璃及其生长工艺1964年，发现硅在热氧化过程中通入少量三氯氧磷蒸汽后生成的二氧化硅膜具有磷硅玻璃特性，能捕获钠离子和稳定钠离子的污染作用，大大改善了器件的稳定性。适当增加磷的浓度还能降低膜的针孔密度，防止微裂，减少快态密度和平缓光刻台阶。磷硅玻璃已成为重要的第二层钝化膜。其不足之处是磷浓度较高时有极化和吸潮特性，浓度太低则不易达到流动和平缓台阶的作用。另一种常用的生长磷硅玻璃的方法是化学汽相淀积法,即把磷烷PH3加到硅烷SiH4和氧的反应过程中，反应温度为400～500℃。
半导体工艺基础之续表面钝化
半导体工艺基础之续表面钝化
引言
半导体材料的表面处理是半导体工艺中至关重要的一步。表面钝化是一种常用
的表面处理技术，它能够改善半导体材料的界面性能，提高器件的性能和可靠性。本文将介绍半导体工艺中常用的续表面钝化技术及其原理。
1. 表面钝化的作用
表面钝化是指在半导体材料表面形成一层薄膜，用以保护材料免受外界环境的
侵蚀以及提高半导体器件的性能。其作用主要包括以下几个方面： - 防止材料表面
与环境中的杂质发生反应，保护材料免受氧化、腐蚀等侵蚀； - 调整表面能级，改
善界面特性，减小材料表面缺陷的密度； - 提高器件的电性能，如增加载流子迁移率、减小串联电阻、降低接触电阻等。
2. 续表面钝化技术
2.1 清洗技术
在进行续表面钝化之前，首先需要对半导体材料表面进行清洗，去除表面的杂
质和污染物，以确保续表面钝化膜的质量。常用的清洗技术包括： - 碱性清洗：使
用碱性溶液（如氢氧化钠溶液）进行清洗，去除表面有机污染物、无机盐等； - 酸
性清洗：使用酸性溶液（如硝酸、盐酸等）进行清洗，去除金属离子、金属氧化物等； - 氢氟酸清洗：使用氢氟酸溶液进行清洗，去除半导体表面的氧化硅膜等。
2.2 氧化技术
氧化是一种常用的续表面钝化技术，通过在半导体表面形成氧化物薄膜，起到
保护和改善表面性能的作用。常见的氧化技术包括： - 干氧化：在高温
（800~1200℃）下，将半导体材料暴露在氧气或氧气与水蒸汽的混合气体中，使
材料表面发生氧化反应，形成氧化硅膜（SiO2）； - 湿氧化：在高温
（600~1000℃）下，将半导体材料暴露在水蒸汽环境中，使材料表面发生氧化反应，形成氧化硅膜； - 氧离子注入：通过氧离子轰击的方式，在半导体表面形成氧
半导体工艺基础 第九章续 表面钝化
A
Si
当V增加到使S B（费米势），半导体表面反型，电容随 偏压的变化开始分散： （a）当信号频率足够低时，空间电荷区少子的产生跟得上信 号变化，对电容有贡献。MOS电容经过最小值后随栅压而增加， 在V >> 0时，C = Cox，如图中低频曲线（a）。
（b）当信号频率很高时，少子来不及产生，对电容没有贡献， 耗尽层继续随V变宽，直到S 2B，表面强反型。反型电荷对外 电场的屏蔽作用使耗尽区达到最大值Wm不再变宽，MOS电容达 到最小值。
1、PSG和BPSG的特点
（1）PSG对Na+具有较强的捕集和阻挡作用；BPSG对Na+的 阻挡作用比PSG强30~150倍。 （2）PSG在1000℃左右的温度下熔融回流，从而减小布线 的台阶；BPSG的熔融回流温度比PSG低100~200℃。 2、PSG膜存在的缺点 （1）PSG层的极化效应 PSG中的电偶极子在无外电场时是杂乱无章的。当器件加 偏压时这些电偶极子沿外场形成整齐的排列，产生极化效应， 影响器件的稳定性。PSG中磷浓度愈高，极化效应愈严重。 （2）PSG的吸潮性
3、降低界面态密度和固定正电荷密度，减少氧化层错， 提高少子寿命。
含氯氧化可以减小Si/SiO2 界面的三价硅和过剩硅原子；含 HCl 和C2HCl3 氧化中产生的具有高度活性的H+ 可以填充悬挂 键；HCl 和C2HCl3 具有萃取Cu 等重金属杂质的功能。
半导体工艺原理--复习总结(贵州大学)
1.根据扩散源的不同有三种扩散工艺：固态源扩散，液态源扩散，气态源扩散。
2.固相扩散工艺
微电子工艺中的扩散，是杂质在晶体内的扩散，是固相扩散工艺。
固相扩散是通过微观粒子一系列随机跳跃来实现的，这些跳跃在整个三维方向进行，主要有三种方式:
间隙式扩散
替位式扩散
间隙—替位式扩散
3.什么是离子注入
离化后的原子在强电场的加速作用下，注射进入靶材料的表层，以改变这种材料表层的物理或化学性质.
注入离子在靶内受到的碰撞是随机的，所以杂质分布也是按几率分布的。离子进入非晶层（穿入距离）的分布接近高斯分布.
4.离子注入的沟道效应
沟道效应
当离子沿晶轴方向注入时，大部分离子将沿沟道运动，几乎不会受到原子核的散射，方向基本不变，可以走得很远。
5.减少沟道效应的措施
(1)对大的离子，沿沟道轴向(110)偏离7－10o
(2)用Si，Ge，F，Ar等离子注入使表面预非晶化，形成非晶层.
(3)增加注入剂量（晶格损失增加，非晶层形成，沟道离子减少）.
(4)表面用SiO2层掩膜.
6.损伤退火的目的(修复晶格，激活杂质)
A.去除由注入造成的损伤，让硅晶格恢复其原有完美晶体结构
B.让杂质进入电活性（electrically active）位置－替位位置。
C.恢复电子和空穴迁移率
7.退火方法
a.高温退火
b.快速退火：激光、高强度光照、电子束退火、其他辐射.
8.注入方法
a直接注入
离子在光刻窗口直接注入Si衬底。射程大、杂质重时采用。
b间接注入；
通过介质薄膜或光刻胶注入衬底晶体。间接注入沾污少，可以获得精确的表面浓度。
c多次注入
半导体器件工艺基础知识
半导体器件⼯艺基础知识
半导体基础知识和半导体器件⼯艺
第⼀章半导体基础知识
通常物质根据其导电性能不同可分成三类。第⼀类为导体，它可以很好的传导电流，如：⾦属类，铜、银、铝、⾦等；电解液类：NaCl⽔溶液，⾎液，普通⽔等以及其它⼀些物体。第⼆类为绝缘体，电流不能通过，如橡胶、玻璃、陶瓷、⽊板等。第三类为半导体，其导电能⼒介于导体和绝缘体之间，如四族元素Ge锗、Si硅等，三、五族元素的化合物GaAs砷化镓等，⼆、六族元素的化合物氧化物、硫化物等。
物体的导电能⼒可以⽤电阻率来表⽰。电阻率定义为长1厘⽶、截⾯积为1平⽅厘⽶的物质的电阻值，单位为欧姆*厘⽶。电阻率越⼩说明该物质的导电性能越好。通常导体的电阻率在10-4欧姆*厘⽶以下，绝缘体的电阻率在109欧姆*厘⽶以上。
半导体的性质既不象⼀般的导体，也不同于普通的绝缘体，同时也不仅仅由于它的导电能⼒介于导体和绝缘体之间，⽽是由于半导体具有以下的特殊性质：
(1) 温度的变化能显著的改变半导体的导电能⼒。当温度升⾼时，电阻率会降低。⽐如Si在200℃时电阻率⽐室温时的电阻率低⼏千倍。可以利⽤半导体的这个特性制成⾃动控制⽤的热敏组件（如热敏电阻等），但是由于半导体的这⼀特性，容易引起热不稳定性，在制作半导体器件时需要考虑器件⾃⾝产⽣的热量，需要考虑器件使⽤环境的温度等，考虑如何散热，否则将导致器件失效、报废。
(2) 半导体在受到外界光照的作⽤是导电能⼒⼤⼤提⾼。如硫化镉受到光照后导电能⼒可提⾼⼏⼗到⼏百倍，利⽤这⼀特点，可制成光敏三极管、光敏电阻等。
一种芯片钝化层去除方法
一种芯片钝化层去除方法
引言
芯片钝化层去除是半导体工艺中的一项关键步骤，旨在去除芯片表面的钝化层以便进行后续工艺步骤。目前常用的芯片钝化层去除方法有化学机械抛光（CMP）和湿法蚀刻等，但这些方法存在着一些问题，如削减厚度不易控制、刀痕等，因此需要一种更加高效、精确和经济的芯片钝化层去除方法。
本文提出了一种新颖的芯片钝化层去除方法，通过特定的化学溶液和超声波配合下实现。该方法无需CMP步骤，不会引入刀痕，同时可以实现高度可控的去除厚度。
方法
本方法的主要步骤如下：
1. 准备化学溶液：将具有去除钝化层功能的化学试剂与适量的溶剂混合，得到特定组成的化学溶液。化学试剂可根据芯片材料的不同进行选择，常用的试剂有H2O2、HCl等。
2. 处理芯片：将待去除钝化层的芯片浸泡在准备好的化学溶液中，通过超声波设备进行超声处理。超声波可以提高溶液的温度和压力，加速反应的进行，促进钝化层的去除。
3. 清洗芯片：将处理后的芯片取出，使用清洗剂进行清洗，以去除残留的化学溶液和杂质。
4. 检测芯片：对清洗后的芯片进行检测，确认钝化层已被完全去除。
优势
与传统的芯片钝化层去除方法相比，该方法有以下优势：
1. 高效：采用超声波处理可以加速化学反应的进行，提高去除效率。
2. 精确：可以根据需要控制超声波的频率和时间，实现对去除厚度的精确控制。
3. 经济：该方法不需要昂贵的CMP设备，降低了设备投资成本。
4. 环保：与湿法蚀刻相比，该方法不会产生大量废液和废气，对环境友好。
实验结果
在对不同材料的芯片进行实验后，我们得出以下结论：
第9章_半导体工艺化学基础
肥皂去污原理
9.1.4 无机杂质的清洗 1.无机酸在化学清洗中的作用 1）盐酸（HCl） 盐酸是氯化氢气体溶解于水而制得的一种无色透明有刺 激性气味的液体，一般盐酸因含有杂质（主要是Fe3+）而呈 淡黄色。浓度36%~38%，比重1.19的盐酸为浓盐酸，浓盐酸具 有强酸性、强腐蚀性和易挥发性。
2）硫酸（H2SO4） 硫酸是无色无嗅的油状液体。浓度95%~98%，比重1.838 的硫酸为浓硫酸，浓硫酸具有强氧化性、强酸性、吸水脱水 性、强腐蚀性和高沸点难挥发性等。硫酸具有强酸性，和盐 酸一样能与活泼金属、金属氧化物及氢氧化物等作用，生成 硫酸盐。
3.络合剂在化学清洗中的作用 1）酸性和碱性过氧化氢洗液在清洗中的作用 （1）碱性过氧化氢清洗液（通称Ⅰ号洗液） 它是由纯水、过氧化氢（30％）、浓氨水（27％）按一 定比例混合而成的。它们的体积比是：H2O : H2O2 : NH3· H2O=5 : 1 : 1到5 : 2 : 1。 Ⅰ号过氧化氢洗液可除去抛光后硅片上残存的蜡、松香 及光刻工艺硅片表面上的光刻胶等有机物，还可除去硅片表 面Au、Ag、Cu、Ni等金属及金属离子
9.4.2 其他类型钝化膜 1.磷硅玻璃钝化膜 用三氯氧磷生长磷硅玻璃的反应式如下： POCl3 ＋ O2 P2O5 ＋ Cl2↑ 也可用化学气相淀积的方法获得磷硅玻璃，以氮气携带 硅烷和三氯氧磷，通入气相淀积反应室，其反应如下： SiH4 + O2 + POCl3 SiO2↓+ P2O5 + HCl↑
硅二极管GPP芯片电泳法玻璃钝化工艺
硅二极管GPP芯片电泳法玻璃钝化工艺
随着半导体技术的发展，对半导体表面钝化的要求越来越高，作为二极管一种钝化材料，无疑应具备：一是良好的电气性能和可靠性。包括电阻率、介电强度、离子迁移率等。材料的引入不应给器件带来副作用；二是良好的化学稳定性。半导体工艺是用化学试剂开展的工艺，作为器件的钝化材料，应有一定的抗化学腐蚀能力；三是可操作性。工艺要简单，重复性好，能与器件制造工艺相容，材料的膨胀系数要与硅材料相一致或接近；四是经济性。可大批量生产，制造成本要低，有市场竞争力，材料和工艺有强大的生命力和开发潜力。根据上述要求，近年来市场上出现的利用半导体钝化专用玻璃制作玻璃钝化硅二极管（GPP）芯片就是一种较为理想的半导体钝化材料。目前，使用玻璃钝化硅二极管（GPP）芯片的呼声越来越高，并得到电子行业内人士的普遍认可。这种GPP芯片工艺为半导体平面工艺、台面工艺和玻璃烧结工艺于一体，是在硅扩散片金属化之前（玻璃钝化工艺温度允许也可之后），使用光刻胶掩膜及刻蚀V型槽（或机械式划V型槽）的台面。然后，在结表面涂敷玻璃粉以便进行台面钝化处理。玻璃粉料是由某些粘合剂及高纯度的微细玻璃粉混合组成的悬浮液。将玻璃粉悬浮液按一定的工艺方法涂敷于V型槽内，在高温下粘合剂被烧掉，玻璃熔化并在整个结的表面上形成密封保护层。涂敷玻璃常用的主要有三种方法：医用手术刀法、电泳法和光致抗蚀剂法。本文重点介绍电泳法制作玻璃钝化二极管芯片工艺。
这种方法机理是将玻璃粉和有机溶剂（甲醇或异丙醇）配制成悬浮液，井在悬浮液内加入适量的活性剂28%的氨水和醋酸纤维素。活性剂的作用是使玻璃粉粒子带负电，以增强颗粒运动，形成致密坚实的玻璃层。醋酸纤维素作粘接剂，在直流电场作用下，带负电的玻璃颗粒向正电极上硅片方向运动，并淀积在硅片上。电泳法淀积需一固定的电子装置，硅片被固定在电极上（正电）。电泳时，将直流电压加到100--200V/cm场强，直流电流在0.5ｍＡ之间，这时，可用注射器向电泳液内加入活性剂，直流电流随之升至１ｍＡ，并维持到淀积结束。电泳法淀积的特点是可以进行选择性钝化，而且硅片两面可以同时淀积，尤其适宜于可控硅器件的钝化膜制造。但在电泳法中活性剂对淀积成功很关键，活性剂的加入会降低电泳液寿命，随着电泳液寿命的变化，活性剂加入量每次都不一样，工艺宽容度较小，加上其他各种原因，使电泳法的批次重复性较差。电泳法制作玻璃钝化二极管芯片的工艺流程如下：
半导体工厂钝化处理流程
半导体工厂钝化处理流程
英文回答：
Semiconductor factories use a process called passivation to protect the surface of the semiconductor devices. Passivation is a method of treating the surface of the devices to prevent corrosion and improve their performance. It involves the application of a thin layer of material, such as silicon dioxide or silicon nitride, to the surface of the semiconductor.
The passivation process typically consists of several steps. First, the semiconductor devices are cleaned to remove any contaminants or impurities from the surface. This can be done using various cleaning solutions, such as solvents or acids. After cleaning, the devices are rinsed with deionized water to remove any remaining residue.
半导体器件的钝化技术
半导体器件的钝化技术
09023320 李子腾
09023307 邹骞
09023308 刘峥
09023319 沈骜
目录
1绪论 (1)
2正文主体 (1)
2.1钝化工艺及其对半导体器件参数的影响 (1)
2.1.1钝化工艺的产生与发展 (2)
2.1.2钝化工艺的分类 (2)
2.1.3钝化工艺对器件的影响 (2)
2.1.3.1低温淀积二氧化硅工艺 (2)
2.1.3.2磷硅玻璃及其生长工艺 (2)
2.1.3.3化学汽相淀积氮化硅生长工艺 (2)
2.2制备钝化层的介质材料及其优缺点 (3)
2.2.1SiO2钝化工艺 (3)
2.2.2磷硅玻璃钝化工艺 (3)
2.2.3Si3N4钝化工艺 (4)
2.2.4Al2O3钝化工艺 (5)
3结论 (5)
4主要参考文献…………………………………………………………………………………
1绪论
对于高性能高可靠性集成电路来说，表面钝化已成为不可缺少的工艺措施之一。近二十年来，信息技术日新月异蓬勃发展。二十一世纪，世界将全面进入信息时代，以信息技术为代表的高新技术形成的新经济模式，将在二十一世纪世界经济中起决定作用。信息科技的发展在很大程度上依赖于微电子半导体技术的发展水平，其中（超）大规模集成电路技术（ULSI）是半导体关键的技术。一个国家占领了信息技术的制高点，它将在二十一世纪获得经济上的主导地位。摩尔定律——即集成电路的集成度每18个月翻一番，成本大幅下降，揭示了信息技术的指数发展规律，正在朝着高集成化、高速化和高质量化的方向发展。表面钝化膜的种类很多，如氧化硅、氧化铝、氮化硅、磷硅玻璃、硼硅玻璃、半绝缘多晶硅等等，不同的介质薄膜具有不同的性质和用途。总的来说，氮化硅薄膜是半导体集成电路中最具应用前景的表面钝化材料，发展低温的热CVD工艺来沉积氮化硅表面钝化膜是集成电路发展的必然趋势，而开发新的能满足低温沉积氮化硅薄膜的新的硅源、氮源前驱体是解决这一难题的有效方法。接下来，我们小组将会在正文对于什么是钝化工艺，以及钝化层的制备两方面进行具体介绍。
半导体工艺基础第九章续表面钝化
PSG中的电偶极子在无外电场时是杂乱无章的。当器件加偏压时这些电偶极子沿外场形成整齐的排列，产生极化 效应，影响器件的稳定性。PSG中磷浓度愈高，极化效应愈严重。
（2）PSG的吸潮性 PSG的吸水性强。PSG中的磷易与水汽反应生成磷酸而腐蚀铝布线，加速器件的失效；膜的粘附性变坏，光刻易
含氯氧化可以减小Si/SiO2 界面的三价硅和过剩硅原子；含HCl 和C2HCl3 氧化中产生的具有高度活性的H+ 可以填 充悬挂键；HCl 和C2HCl3 具有萃取Cu 等重金属杂质的功能。
三、磷硅玻璃（PSG）和硼磷硅玻璃（BPSG）钝化 1、PSG和BPSG的特点
（1）PSG对Na+具有较强的捕集和阻挡作用；BPSG对Na+的阻挡作用比PSG强30~150倍。 （2）PSG在1000℃左右的温度下熔融回流，从而减小布线的台阶；BPSG的熔融回流温度比PSG低100~200℃。
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。
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（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 是氢在退火中与悬挂键结合，从而减少界面态。 （c）采用含氯氧化，可将界面陷阱电荷密度有效控制在 1010/cm2数量级。
（2）便于图形制作。能与光刻，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)
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。
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、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 5106 V/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
硅酸盐
氮化物
PSG , BSG , BPSG
Si3N4 , SixNyH , BN , AlN , GaN
氢化物
有机 高分 子 合成树脂
a-Si:H
聚酰亚胺类，聚硅氧烷类
合成橡胶
硅酮橡胶
§9.2 Si-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。
（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。
3、氧化物固定正电荷Qf 固定正电荷存在于SiO2中离Si-SiO2界面约20Å范围内。 （1）来源：由氧化过程中过剩硅（或氧空位）引起，其密度 与氧化温度、氧化气氛、冷却条件和退火处理有关。 （ 2 ）影响：因 Qf 是正电荷，将使 P 沟 MOS 器件的阈值增加， N道MOS器件的阈值降低；减小沟道载流子迁移率，影响MOS 器件的跨导；增大双极晶体管的噪声和漏电，影响击穿特性。 （3）控制氧化物固定正电荷的方法 （ a）氧化物固定正电荷与晶向有关： (111)>(110)>(100)， 因此MOS集成电路多采用(100)晶向。 （b）氧化温度愈高，氧扩散愈快，氧空位愈少；氧化速率 愈大时，氧空位愈多，固定电荷面密度愈大。采用高温干氧氧 化有助于降低Qf 。 （c）采用含氯氧化可降低Qf 。
（ 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+。
第九章续 表面钝化
西南科技大学理学院 2013.4. 15
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§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。
（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
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。