SIPOS薄膜工艺及其稳定性研究

SIPOS薄膜工艺及其稳定性研究- G( L" o; x r; G6 `$ |因此，SIPOS能够完全解决硅器件反向特性曲线蠕动、漂移、反向漏电流大等诸多弊端，使得器件在高温环境下具有较高的稳固性和可靠性。

6 M; N( z+ E# i. ]* p4 b2 A2阻碍电学性能的参数选择及实验设计( x5 z$ l# ^8 f4 ?- G8 C钝化层的作用是为了提升器件的反向击穿电压并操纵较低的漏电流，提升器件的可靠性和稳固性能。从产品的电学性能来衡量钝化层的质量要紧是看反向击穿电压和反向漏电流。

! w* P0 u, x2 Q1 Q7 ?阻碍电学性能的要紧是SIPOS薄膜的氧含量0％、薄膜的结构致密度及薄膜厚度。有关的LPCVD参数要紧有：N2O气体与S iH4的气体流量，两种气体混合的比例，沉积温度，沉积真空压。此外炉内的位置以及晶片在SIPOS沉积前的表面处理也会对电学性能造成阻碍。不同的炉内位置氧含量和沉积速率不同，从气体入口端到出口端，氧含量逐步增加而沉积速率逐步下降，且其变化是非线性的，专门是在入口端，反应较为猛烈，沉积速率较大。工艺上一样通过高温炉内有效使用区域的选择以及温度梯度的调整来获得较平均的沉积速率。晶片在SIPOS工艺前的表面清洗处理后，表面生长的自然氧化层对晶片在SIPOS沉积后的电学性能也有一定的阻碍，其缘故是改变了SIPOS与硅衬底间的界面态密度。因此在前处理的工艺中除了注意化学清洗的洁净度外，还需要操纵晶片表面自然氧化层的状况。

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8 B8 B9 ~+ O- O; F. i2.1沉积速率实验分析

3 _+ y% C" `$ F% h+ t8 D) |* S薄膜结构致密度及薄膜厚度与薄膜的

沉积速率紧密有关，沉积速率越大，结构越松散，反之结构越致密。因此沉积速率的实验研究对SIPOS工艺的把握和稳固性操纵专门重要。下面从LPCVD的要紧参数气体流量、真空压、沉积温度、气体混合比例对SIPOS 薄膜沉积速率进行实验分析。在温度为645℃、N2O与SiH4的气体比例为20％的条件下，设定不同的气体流量与真空压，分析气体流量与真空压对

沉积速率的阻碍，如表1和图1所示。

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6 _1 c0 T6 S% M n% a" y实验结果显示，流量越大则沉积速率越快。降低真空压会使沉积速率下降，但能获得更致密的薄膜质量，同时关于从炉口到炉尾不同位置的晶片的沉积速率平均性也会有所改善。

4 |1 [2 V( f/ }" {; g;在总的气体流量为110sccm、真空压为300mtorr的条件下，设定不同的温度和气体比例，分析温度和气体比例对沉积速率的阻碍，如表2和图2所示。

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; a8 C$ }1 }9 r7 }: P3 l. P3 v/ d- b% n3 n8 G, S Z实验结果显示，随着温度的上升，沉积速率上升。随着反应气体N2O／SiH4比例上升，沉积速率下降明显。3 e! e* E5 _7 c+ L) \

2.2退火对SIPOS薄膜的阻碍

在温度为645℃、N20与Sill4的气体比例为20％的条件下沉积SIPOS薄膜1h，测量其薄膜厚度，再通过高温900℃氮气氛围下30min退火，测量薄膜厚度，发觉薄膜厚度降为原先的94％左右，如表3所示。SIPOS薄膜通过高温退火处理后结构变得更为致密。

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$ q$ ^* {( ~; I) {( h为了获得理想的SIPOS薄膜的致密度，工艺上能够通过调剂LPCVD的气体流量、工作真空压、温度和气体比例来得到，同时能够用退火工艺使薄膜致密度得到增强。

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9 [6 t' h/ s/ J o2 t0 R2.3实验设计

# U$ B0 c) U$ ?( r. N( G) y从器件的应用上，SIPOS薄膜工艺确实是要制作出符合器件特性要求的薄膜氧含量O％、薄膜结构密度和薄膜厚度。'

1 y% V8 P3 V. G* T& A0 x0 k从前面的实验数据可知，真空压从

2 60mtorr到340mtorr以及总气体流量从90sccm到130scem时薄膜沉积速率的变化。在实际应用中，真空压和气体流量的波动范畴较小，在工艺的程序设计上能够认为是次要因子。炉内位置的不平均性能够通过设定一定的温度梯度进行调剂，同时也跟炉内恒温区使用长度及每炉工艺处理的晶片数量有关。

1 j3 \. m* c# \4 M其中最为重要的是温度、气体比例和薄膜厚度这三个工艺操纵因子。温度和气体比例对薄膜的结构、氧含量、电学特性有着重要的阻碍。薄膜厚度则对钝化的成效及器件的漏电流有重要的阻碍。因此要紧针对这三个因子进行实验设计(DOE)。

* F8 S& j3 l! q以1200V整流高压二极管为例，二极管输出电学特性有反向击穿电压VB(Breakdown voltage)、常温反向漏电流RTIR(Room Temper ature reverse leakage current)、高温反向漏电流．HTIR(High Temperature r everse leakage current)，HTIR在150℃高温下测试所得。、

试验设计方法选择完全析因设计。由于存在3个变量，因此有23(8)次试验，再插入两个中间值实验组，则共有10次实验。这就包括了3个因子的所有组合以及用中间值来检验线性度，其中每个因子具有2个水平。输出的响应为VB、RTIR和HTIR，当实验完成时，则可在表中填入输出响应值，并对实验数据进行分析，通过JMP软件处理得到实验模型公式及推测公式值，并分析实际实验值与公式推测值之间的余差Residual，结果如表4所示。

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: n& |6 M) Y0 \* U( `' ~1 {6 M对VB实验数据分析，得到实验交互作