金属膜和氧化硅钝化膜

1、1金属膜和氧化硅钝化膜金属膜和氧化硅钝化膜 2012.72 半导体器件及集成电路中常用的薄膜包括金属膜半导体器件及集成电路中常用的薄膜包括金属膜（单层和多层）及介质膜（钝化膜及光学膜）。金属膜（单层和多层）及介质膜（钝化膜及光学膜）。金属膜中如中如Au、Pt、TI、TIN、Cr、Al、AlCu、AuGeNi、TiPtAu、ZnAu、AuSn等金属及合金，主要用于等金属及合金，主要用于N型型P型半导体材料的肖特基接触、型半导体材料的肖特基接触、欧姆接触、阻挡层、金属欧姆接触、阻挡层、金属引线引线及键合金属。在硅器件中还常用到一些硅化物，如及键合金属。在硅器件中还常用到一些硅化物，如TISi、Al

2、SiCu、W5Si3等金属硅化物。等金属硅化物。 介质膜往往用作为钝化保护、多层布线的中间介介质膜往往用作为钝化保护、多层布线的中间介层层.SiO2, Si3N4、 PI胶、多晶硅、胶、多晶硅、AL2O3等。不同的介等。不同的介质膜按照一定的光学厚度又可以组合成光学膜质膜按照一定的光学厚度又可以组合成光学膜,例如例如Ta2O5与与SiO2多对组合等，多对组合等，可起到对某一波长的出射光可起到对某一波长的出射光的增透（减反射的增透（减反射Ar）或高反射）或高反射(Hr)的作用。总之薄膜技的作用。总之薄膜技术在半导体技术中占有重要地位术在半导体技术中占有重要地位。*常用的金属膜及介质膜体系及应用常

3、用的金属膜及介质膜体系及应用:35Siw3 目前目前LED中常用的金属膜（电极）是中常用的金属膜（电极）是CrPtAu。 PN结断面的钝化保护用氧化硅结断面的钝化保护用氧化硅.4.1 欧姆接触及电极欧姆接触及电极 N-GaN: CrPtAu金属膜系中的金属膜系中的Cr属于功属于功函数较低的金属，容易与函数较低的金属，容易与N-GaN形成欧姆接形成欧姆接触，除此之外，还有触，除此之外，还有TiAlTiAu等。等。 欧姆接触的金属膜系的选择往往在考虑其欧姆接触的金属膜系的选择往往在考虑其与与P或或N型型GaN形成欧姆接触之外，还要兼顾形成欧姆接触之外，还要兼顾其反射率及金属膜系中温度对不同金属间互

4、其反射率及金属膜系中温度对不同金属间互扩散的影响，以保证欧姆接触的稳定性及可扩散的影响，以保证欧姆接触的稳定性及可靠性。靠性。4 P-GaN:传统的传统的LED P-GaN的欧姆接触一的欧姆接触一般用般用NiAu（厚度决定了光的穿透率，即影响（厚度决定了光的穿透率，即影响亮度），在含有氧的气氛中退火。亮度），在含有氧的气氛中退火。 目前，蓝光目前，蓝光LED中中P-GaN的欧姆接触用的欧姆接触用ITO, N-GaN的欧姆接触用的欧姆接触用CrPtAu（也是（也是P,N电极引线）电极引线）,同时与同时与ITO形成良好的接触，工形成良好的接触，工艺要简单。艺要简单。Pt是防止是防止Au扩散的阻挡层

5、，从而扩散的阻挡层，从而保持稳定的欧姆接触特性。保持稳定的欧姆接触特性。 N-GaN的欧姆接触用的欧姆接触用Cr或或TiAlTiAu（Ti/Al的组分比决定了退火温度，第二层的组分比决定了退火温度，第二层Ti是阻挡是阻挡层）层）. 5 值得一提的是在微电子和光电子技术中，值得一提的是在微电子和光电子技术中， Al和和Au 很容易形成合金（称为紫斑），且很容易形成合金（称为紫斑），且随温度的变化，随温度的变化，Al和和Au 组分变化，阻值变化，组分变化，阻值变化，影其稳定性，所以在影其稳定性，所以在Au层前要加一层层前要加一层Ti作为作为阻挡层。阻挡层。 N-GaN的欧姆接触的欧姆接触CrPtA

6、u中的中的Pt也也是同样的道理。是同样的道理。 此外，此外，Al的使用一定要谨慎，一是它的的使用一定要谨慎，一是它的抗蚀性差，二是作欧姆接触的稳定性差。抗蚀性差，二是作欧姆接触的稳定性差。 从量产和良率角度来考虑，希望工艺制从量产和良率角度来考虑，希望工艺制程尽量简单，所以程尽量简单，所以N-GaN的欧姆接触和的欧姆接触和P,N电极均采用电极均采用CrPtAu一次完成，而不采用分别一次完成，而不采用分别 分步制备分步制备P,N-GaN的欧姆接触，然后再作金的欧姆接触，然后再作金属电极引线的办法。属电极引线的办法。 另外，前面也提到欧姆接触金属体系的另外，前面也提到欧姆接触金属体系的反射率的问题

7、，二者若能兼顾更好，但前者反射率的问题，二者若能兼顾更好，但前者更为重要（影响工作电压更为重要（影响工作电压Vf值）。值）。 对于照明用的对于照明用的LED来讲，来讲，Ag,Al是两是两种反射率较高的金属，种反射率较高的金属，Ag95%,Al在在75%左右左右。Ag的黏附性差，的黏附性差，Al的黏附性还好，但抗蚀的黏附性还好，但抗蚀性差。一般来讲，在正装结构中铝被用来背性差。一般来讲，在正装结构中铝被用来背镀（在芯片的背面的蓝宝石面上）作为反射镀（在芯片的背面的蓝宝石面上）作为反射镜。镜。Ag在垂直结构中有被采用。在垂直结构中有被采用。 6 Cr是一种黏附性好的金属，但氧化铬则是一种黏附性好的

8、金属，但氧化铬则与金属的黏附性差。所以，在蒸镀与金属的黏附性差。所以，在蒸镀 过程中要过程中要注意予镀（注意予镀（Cr对气体有吸附性）和晶片的加对气体有吸附性）和晶片的加热温度（加热有利于增加黏附性）。热温度（加热有利于增加黏附性）。 Cr的厚度一般是的厚度一般是200-800A; Pt的厚度一般是的厚度一般是200-500A; Au的厚度一般是的厚度一般是1.2-1.5um; Cr的厚度调整主要是考虑其粘附性，的厚度调整主要是考虑其粘附性， Pt的厚度主要是考虑其抗的厚度主要是考虑其抗Au的向内的扩散，的向内的扩散， Au的厚度决定了电极的可焊性，同时也影响到的厚度决定了电极的可焊性，同时也

9、影响到LED的正向电压的正向电压Vf值。值。 78 * 膜厚测量多采用石英膜厚控制器。最终厚度可用台阶仪校正膜厚测量多采用石英膜厚控制器。最终厚度可用台阶仪校正. * EB蒸镀金属的过程是无损伤的过程。蒸镀金属的过程是无损伤的过程。 * 合金的蒸镀要考虑其组分变化。合金的蒸镀要考虑其组分变化。 * 加热烘烤可提高粘附性，但要考虑温度对加热烘烤可提高粘附性，但要考虑温度对lift-off工艺的影响。工艺的影响。 尤其是蒸镀厚膜时更要注意。尤其是蒸镀厚膜时更要注意。n制作前基片的清洗，如去除基片的自然氧化层等；制作前基片的清洗，如去除基片的自然氧化层等；n清洗后的基片尽快进炉；清洗后的基片尽快进炉

10、；n基片清洗不净不但污染腔室，而且薄膜粘附不牢；基片清洗不净不但污染腔室，而且薄膜粘附不牢；n粘附性能不好的材料一定要加过渡金属，常用的粘好附性材粘附性能不好的材料一定要加过渡金属，常用的粘好附性材料是料是Ni、Ti、Cr，Al等，但具体情况要根据它们的物理和化等，但具体情况要根据它们的物理和化学性质综合考虑。例如，学性质综合考虑。例如，Al任何酸碱都能被酸碱腐蚀，既是任何酸碱都能被酸碱腐蚀，既是显影液，去胶剂也能腐蚀，这就需要考虑工艺兼容性问题了。显影液，去胶剂也能腐蚀，这就需要考虑工艺兼容性问题了。相关因素相关因素;进炉准备进炉准备:4.2 P-N结断面（台面断面）的钝化保护结断面（台面断

11、面）的钝化保护 LED的的P-N结断面（台面断面）的钝化保结断面（台面断面）的钝化保护一般采用氧化硅（或氮化硅），厚度护一般采用氧化硅（或氮化硅），厚度1000-2000A. 氧化硅的生长采用氧化硅的生长采用PECVD（Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition ）方）方法。值得注意的这种方法一起的射频损伤问法。值得注意的这种方法一起的射频损伤问题。题。910n气体从顶部或盖进入反应器.n磁感因加热器加热晶片.n射频电路打击离子.n(沉积膜)厚度根据时间而定.反应器气体活塞面板晶片灯丝射频电源上极板加上极板加RF，下极板接地，下极板接地11 一般来讲，在

12、高功率密度下沉积速率增加。反应气体的流一般来讲，在高功率密度下沉积速率增加。反应气体的流量，腔室气压，温度等都会影响到膜的质量。过低的流量会引量，腔室气压，温度等都会影响到膜的质量。过低的流量会引起反应气体的耗尽，而且均匀性差起反应气体的耗尽，而且均匀性差。高的流量可提高沉积速度。高的流量可提高沉积速度。高温可增加膜的致密性。高温可增加膜的致密性。 氧化硅的折射率为氧化硅的折射率为1.46。 含氢量增含氢量增加，折射率增加。耐腐蚀性变差。加，折射率增加。耐腐蚀性变差。 12 PECVD生长氧化硅（生长氧化硅（SiH4,N2O）、氮化硅的反应气体）、氮化硅的反应气体（SiH4,NH3）,由于在射

13、频下的离子轰击而裂开的由于在射频下的离子轰击而裂开的Si-H,N-H键可使膜在小区内开裂。高频键可使膜在小区内开裂。高频高温下高温下氢解析速度加快，增加氢解析速度加快，增加了膜的致密性（一般情况下为了膜的致密性（一般情况下为250度或更高）。度或更高）。 NH3中含氢量较高，有时用中含氢量较高，有时用N2代替代替NH3。膜中含。膜中含H量高折量高折射率上升，所以，优化反应气体的流量比是必要的。射率上升，所以，优化反应气体的流量比是必要的。 氧化硅除了作氧化硅除了作PN结的钝化保护之外，在结的钝化保护之外，在LED中还常用作中还常用作为台面上为台面上P电极局部区域的电流阻挡层（电极局部区域的电流阻挡层（CBLcurrent blocking layer，)即介质层也采用氧化硅（可画图再解释一即介质层也采用氧化硅（可画图再解释一下）。下）。 CBL的做法可在的做法可在ITO蒸镀之前，也可在其后。氧化硅蒸镀之前，也可在其后。氧化硅的厚度不同一般是的厚度不同一般是1000-2000A左右，要小于左右，要小于ITO的厚度。的厚度。 此外此外,射频功率对有源器件的损伤应引起关注射频功率对有源器件的损伤应引起关注(见下页见下页PL谱测试结果谱测试结果).1