第六章表面钝化技术

1、第六章第六章 表面钝化技术表面钝化技术半导体光电器件制造技术半导体光电器件制造技术前言前言6.1 Si-SiO6.1 Si-SiO2 2界面特性界面特性6.2 6.2 低温钝化低温钝化(LTP)(LTP)技术技术6.3 6.3 磷硅玻璃磷硅玻璃（P2O5SiO2）钝化）钝化6.4 6.4 氮化硅氮化硅钝化钝化6.5 6.5 Al2O3的的钝化钝化6.6 6.6 化学化学钝化钝化6.7 6.7 氮氢烘焙氮氢烘焙 半导体器件的电学特性中常见的问题是由构成半导体器件的表面所决定的，而半导体的表面特性又受到周围气氛的很大影响。为使半导体特性稳定，提高成品率和可靠性，必须设法使半导体表面和周围气氛隔离开

2、来。 在1959年，提出了在Si 表面上覆盖一层热氧化SiO2膜的新工艺，后来被用于平面结构器件，大大改善了器件的表面特性和晶体管的参数，并使器件的稳定性、可靠性大幅度提高。然而，热氧化SiO2也有不足。如Si-SiO2界面不是理想的完美界面，SiO2本身也好有一定数量的杂质和缺陷，多次热处理往往造成SiO2-Si界面处畸变等，从而改变了器件表面的性能。 为了解决这些问题，需要在器件表面做一层钝化膜，以控制盒稳定半导体表面特性，保护器件内部的互连，对器件提供机械和化学保护。 对钝化膜的要求：稳定、绝缘、耐腐蚀和易加工对钝化膜的要求：稳定、绝缘、耐腐蚀和易加工。 在在SiO2内和内和Si-SiO

3、2界面中有以界面中有以下四种类型的电荷：下四种类型的电荷：氧化层固定电荷。氧化层固定电荷。位于 Si-SiO2界面附近20nm范围内，不能在SiO2中迁移。 可动离子电荷。可动离子电荷。主要是带正电 的Na+、K+、+等，可在SiO2层中迁移。界面态（界面陷阱电荷）。界面态（界面陷阱电荷）。氧化层陷阱电荷。氧化层陷阱电荷。 一、界面态（界面陷阱电荷一、界面态（界面陷阱电荷 Qit ）由于Si原子表面在晶体内部是周期排列，但到最表面一层的Si原子，其外表面缺少一层Si原子，而使周期性中断，造成表面存在未配对的悬空电子，这种未配对的悬空电子称悬空键，悬空键因未配对而不稳定。这种由于表面的悬空键引起

4、的表面的电子态称为这种由于表面的悬空键引起的表面的电子态称为表面态表面态。硅表面悬键当Si表面热生长一层SiO2后，因为有一部分表面悬空键与SiO2中的氧的电子配对，使得悬空键的数目大大减少，这种界面的电子态一般称为界面态。界面态或称界面陷阱电荷界面态或称界面陷阱电荷: 是指存在于是指存在于Si-SiO2界界面、能量处于面、能量处于Si禁带中、可以与价带或导带能够禁带中、可以与价带或导带能够方便交换电荷的那些陷阱能级或电荷状态。方便交换电荷的那些陷阱能级或电荷状态。这些界面态分布在Si的禁带中，因此定义每单位能量上的界面陷阱密度为Dit，单位是：个/cm2eV。？不同晶向的Si-SiO2的界面

5、态密度单位表面的界面态密度为图中曲线围绕的面积。单位表面的界面态密度为图中曲线围绕的面积。不同晶向的Si-SiO2的界面态密度大小次序： （111） （110） （100）原因：原因：氧化的速度与单位面积上可用的Si的价键数目有关，Si的悬空键越多，在表面越容易发生氧化反应，则氧化速度越快。而键的数目与晶面取向有关。键数在（111）面上最多在（100）面上最少，因此（111）面氧化生长最快、界面附近缺氧最多，故界面态密度最大。(100)和(111)硅上热氧化形成SiO2的界面态能量分布如图表示，在禁带中Dit随能量变化的两组曲线。Dit的曲线是U字形，最低的地方在禁带的中间，最高处则在禁带的两

6、边。一般用处于禁带中间的陷阱能带密度来表征陷阱密度。 (111)硅在能带中间的陷阱密度大约比(100)硅要高5倍。高于禁带中心能级的界面态，具有类受主的特性，当充满电子 时，呈负电，空的时候，呈中性；低于禁带中心能级的界面态，具有类施主的特性，当充满电子时，呈 中性，空的时候，呈正电性。界面态使MOS晶体管的阈值电压漂移；使MOS电容的C-V曲线发生畸变；减小MOS器件沟道的载流子迁移率，使沟道电导率减小，降低器件性能;界面态还可以成为有效的复合中心，导致漏电流的增加，使双极型晶体管的小电流放大系数减小，低频噪声增大。 界面态对器件的影响：界面态对器件的影响：Note: 除了未饱和的悬空键外，

7、硅表面的晶格缺陷和损伤以及界除了未饱和的悬空键外，硅表面的晶格缺陷和损伤以及界面处杂质等也可以引入界面态。面处杂质等也可以引入界面态。降低界面态行之有效的措施：降低界面态行之有效的措施：退火处理退火处理。通常使Si-SiO2系统在含氢的气氛中进行退火。这是由于氢可以进入界面处和Si组成稳定的H-Si共价键，是悬空键更多地饱和，从而降低界面态密度。二、可动离子电荷二、可动离子电荷Qm 常规生长的热氧化常规生长的热氧化SiO2中一般存在着中一般存在着10121014/cm2的可动的可动正离子，这是由碱金属离子及氢离子所引起的，其中正离子，这是由碱金属离子及氢离子所引起的，其中Na+的的影响最大。影

8、响最大。因因Na+的来源丰富且的来源丰富且SiO2几乎不防几乎不防Na+，Na+的在的在SiO2中的扩中的扩散系数和迁移率都很大。散系数和迁移率都很大。Na+的污染是造成双极型器件和的污染是造成双极型器件和MOS器件表面不稳定的主器件表面不稳定的主要因素。要因素。在氧化膜生长过程中，在氧化膜生长过程中， Na+倾向在倾向在SiO2 表面附近积累，在温表面附近积累，在温度和偏压条件下，可在度和偏压条件下，可在SiO2 层内移动，对器件稳定性有很大层内移动，对器件稳定性有很大影响。影响。为了降低为了降低Na+的污染，可以在工艺过程中采取预防措施：的污染，可以在工艺过程中采取预防措施： SiO2层中

9、层中Na+主要来源：主要来源：工艺中过程中的化学试剂；工艺中过程中的化学试剂；使用含氯的氧化工艺使用含氯的氧化工艺用氯周期性地清洗管道、炉管和相关的容器；用氯周期性地清洗管道、炉管和相关的容器；使用超纯净的化学物质；使用超纯净的化学物质；保证气体及气体传输过程的清洁；保证气体及气体传输过程的清洁；保证栅极材料不受玷污。保证栅极材料不受玷污。玻璃器皿；玻璃器皿；人的手汗；人的手汗；氧化、扩散炉的炉管（可透过石英管扩散到氧化、扩散炉的炉管（可透过石英管扩散到Si片上）；片上）；水的纯度。水的纯度。氧化、扩散时用双层石英管，中间通保护气体代替单层石英管；氧化、扩散时用双层石英管，中间通保护气体代替单

10、层石英管； 三、氧化层固定电荷三、氧化层固定电荷 Qf氧空位的出现即产生了正电荷，因其不太易移动，且固定在氧空位的出现即产生了正电荷，因其不太易移动，且固定在Si-SiO2界面附近界面附近SiO2一侧约一侧约20nm范围内，故称范围内，故称固定电荷。固定电荷。存在于存在于SiO2中固定电荷来源：中固定电荷来源：热蒸发过程中的氧空位。热蒸发过程中的氧空位。原因：原因：热氧化的热氧化的SiO2不是晶体，而是无定形体，又称玻璃不是晶体，而是无定形体，又称玻璃态，硅氧组成四面体结构，每个硅原子有四个氧原子，每态，硅氧组成四面体结构，每个硅原子有四个氧原子，每个氧原子周围有两个硅原子，个氧原子周围有两个

11、硅原子， Si-O以共价键结合。氧化过以共价键结合。氧化过程的实质是氧向硅中扩散，同时化合成程的实质是氧向硅中扩散，同时化合成SiO2，因此在靠近，因此在靠近Si表面氧化层附近，易发生氧不足现象，所以常出现氧空表面氧化层附近，易发生氧不足现象，所以常出现氧空位。位。在SiO2中因氧分布不均匀，在近氧气表面处，氧过剩，在近Si表面处，氧不足，出现氧空位，也称过剩硅。在SiO2中由氧空位导致固定电荷示意图固定电荷密度主要取决于氧化、退火条件和晶面的取向。固定电荷密度主要取决于氧化、退火条件和晶面的取向。固定电荷密度在固定电荷密度在Si (111) 面最大，面最大，(110)面次之，面次之， (10

12、0)面最小面最小。原因：原因：Si个晶面氧化速率各向异个晶面氧化速率各向异 性，性，(111) 面最大，面最大，(100)面最小。因此，面最小。因此，氧化速率越大时，氧空位就越多，固定电荷密度也就越大。氧化速率越大时，氧空位就越多，固定电荷密度也就越大。在干氧或湿氧条件下，随着氧在干氧或湿氧条件下，随着氧 化温度的升高，固定电荷密度降化温度的升高，固定电荷密度降低，且在干氧条件下固定电荷密低，且在干氧条件下固定电荷密度降低得更快。度降低得更快。在在N2中退火，固定电荷密度恒中退火，固定电荷密度恒定不变。定不变。控制固定电荷的方法：控制固定电荷的方法：氧化氧化后在氮或氩气中高温退火。后在氮或氩气

13、中高温退火。干氧、湿氧氧化，及在氮气中热处理后对固定电荷的影响 四、氧化层陷阱电荷四、氧化层陷阱电荷 Qot在氧化层中有些缺陷能产生陷阱，这些缺陷有：在氧化层中有些缺陷能产生陷阱，这些缺陷有：氧化层陷阱电荷，位于氧化层陷阱电荷，位于SiO2中和中和Si-SiO2界面附近，这种陷阱俘界面附近，这种陷阱俘获电子或空穴后分别带负电或正电。获电子或空穴后分别带负电或正电。 悬空键；悬空键； 界面陷阱：界面陷阱： 硅硅-硅键的伸展；硅键的伸展； 断键的氧原子断键的氧原子(氧的悬挂键氧的悬挂键)； 弱的硅弱的硅-硅键硅键(它们很容易破裂，面表现电学特性它们很容易破裂，面表现电学特性) 扭曲的硅扭曲的硅-氧

14、键；氧键； Si-H和和Si-OH键。氧化层陷阱的存在会严重影响器键。氧化层陷阱的存在会严重影响器 件的可靠性。件的可靠性。产生陷阱电荷的方式产生陷阱电荷的方式: 主要有电离辐射和热电子注入等。主要有电离辐射和热电子注入等。当当 射线、射线、x射线、中子辐射、真空在紫外线以及高能和低能射线、中子辐射、真空在紫外线以及高能和低能电子辐射时，将打破电子辐射时，将打破Si-O-Si键，在键，在SiO2中产生电子中产生电子- -空穴对。空穴对。 如果如果SiO2中没有电场存在，那么电子中没有电场存在，那么电子- -空穴将重新复合，在空穴将重新复合，在SiO2中没有电荷积累。中没有电荷积累。 如果如果S

15、iO2中有电场存在，由于电子的迁移率远比空穴大，电中有电场存在，由于电子的迁移率远比空穴大，电子从正金属电极跑到外电路，空穴由于迁移率比较小，将被陷子从正金属电极跑到外电路，空穴由于迁移率比较小，将被陷阱俘获并积累起来，在氧化层中留下净正电荷。这种正电荷衰阱俘获并积累起来，在氧化层中留下净正电荷。这种正电荷衰减时间可以是几天，其电荷量取决于电离辐射强度和加在氧化减时间可以是几天，其电荷量取决于电离辐射强度和加在氧化层上的电压。层上的电压。采用对辐照不灵敏的钝化层，例如采用对辐照不灵敏的钝化层，例如A12O3，Si3N4等。等。减少电离辐射陷阱电荷的主要方法：减少电离辐射陷阱电荷的主要方法： 选

16、择适当的氧化工艺条件以改善选择适当的氧化工艺条件以改善SiO2结构。为抗辐结构。为抗辐 照，氧化最佳工艺条件，常用照，氧化最佳工艺条件，常用1000干氧氧化。干氧氧化。 在惰性气体中进行低温退火在惰性气体中进行低温退火(150-400)可以减少电可以减少电 离辐射陷阱。离辐射陷阱。 LTP技术是根据热氧化生长技术是根据热氧化生长SiO2膜的缺点而研制的一种钝化技术。膜的缺点而研制的一种钝化技术。热氧化热氧化SiO2膜是在膜是在1000以上高温下直接在以上高温下直接在Si表面上生长的，并表面上生长的，并在最后把它保留下来作为表面钝化膜用，因而会造成以下缺点：在最后把它保留下来作为表面钝化膜用，因

17、而会造成以下缺点：在热氧化过程中，由于杂质的分凝现象使杂质在表面堆积，形在热氧化过程中，由于杂质的分凝现象使杂质在表面堆积，形成缺陷层。成缺陷层。由于生长温度高，钠等金属离子扩散快，由于生长温度高，钠等金属离子扩散快，SiO2膜容易污染。膜容易污染。热氧化热氧化SiO2膜和硅衬底的热膨胀系数不同，是硅器件表面产生膜和硅衬底的热膨胀系数不同，是硅器件表面产生热应力。热应力。 一、一、LTP的特点的特点LTP技术的特点：技术的特点：是把扩散掩蔽用的高温氧化是把扩散掩蔽用的高温氧化SiO2层全部去掉，层全部去掉，重新在重新在800以下的低温，即以下的低温，即 在不发生扩散杂质分凝在不发生扩散杂质分凝

18、-在分布的温在分布的温度下，将绝缘层重新覆盖在硅表面上。度下，将绝缘层重新覆盖在硅表面上。下面介绍一下用下面介绍一下用LTP技术生产的晶体管的流程技术生产的晶体管的流程扩扩散散工工艺艺扩散工艺完成后，用扩散工艺完成后，用HF溶液溶液 去除全部高温氧化层。去除全部高温氧化层。用化学腐蚀法对用化学腐蚀法对Si表面进行表面进行轻微的腐蚀处理。一般，硅表轻微的腐蚀处理。一般，硅表面腐蚀量达到面腐蚀量达到0.4um为宜。为宜。用正硅酸乙酯作源，用化学用正硅酸乙酯作源，用化学气相淀积法，在气相淀积法，在750的温度的温度下，重新在下，重新在Si表面上生长成低表面上生长成低温温SiO2层作为第一层。层作为第

19、一层。用化学气相淀积法或淀积金用化学气相淀积法或淀积金属氧化物的方法，在属氧化物的方法，在SiO2上形上形成低温玻璃层（铅玻璃或磷玻成低温玻璃层（铅玻璃或磷玻璃）作为第二层。璃）作为第二层。最后在玻璃层上制备一层和最后在玻璃层上制备一层和光刻胶粘附性良好的低温光刻胶粘附性良好的低温SiO2膜，膜，这层膜是为了提高加工进这层膜是为了提高加工进度制备的度制备的。LTP技术的关键工艺是低温生长技术的关键工艺是低温生长SiO2层。层。SiO2低温生长装置低温生长装置正硅酸乙酯的热分解反应为：正硅酸乙酯的热分解反应为：.HCCHHSiO)HSi(OC84422452用这种方法生长的用这种方法生长的SiO

20、2层，腐蚀速率比热生长的层，腐蚀速率比热生长的SiO2层快几倍。如果经层快几倍。如果经1000以上高温处理，则以上高温处理，则SiO2体积体积收缩百分之几，这说明他的结构不如热生长收缩百分之几，这说明他的结构不如热生长SiO2那样那样致密，且不稳定。为了改善这些缺点，常把不同性质致密，且不稳定。为了改善这些缺点，常把不同性质的绝缘层依次覆盖在它上面，即上述的三层（的绝缘层依次覆盖在它上面，即上述的三层（SiO2-磷玻璃磷玻璃-SiO2）结构）结构。 二、二、LTP晶体管的特点晶体管的特点1. 减少结的漏电流减少结的漏电流结漏电流特性结漏电流特性LTP晶体管漏电流是平面晶体管的晶体管漏电流是平面

21、晶体管的1/100。原因：原因：发射极发射极-基极结的漏基极结的漏电流主要是通过结表面应力电流主要是通过结表面应力和杂质堆积所造成的缺陷流和杂质堆积所造成的缺陷流通的，在通的，在LTP工艺中用化学工艺中用化学腐蚀法除去了这一层，因此腐蚀法除去了这一层，因此大大减少了表面漏电流。大大减少了表面漏电流。2. 提高电流放大系数提高电流放大系数电流放大系数的特性电流放大系数的特性SSWhFE112电流方法系数电流方法系数hFE与基区宽度与基区宽度W和表面复合速度和表面复合速度S的关系：的关系：由于除去了热应力和高浓度由于除去了热应力和高浓度杂质所造成的缺陷层，导致杂质所造成的缺陷层，导致表面复合速度表

22、面复合速度S减少，从而减少，从而增加了增加了hFE。3. 减少低频噪声减少低频噪声LTP晶体管的噪声特性晶体管的噪声特性低频噪声，或者低频噪声，或者1/f 噪声，是音频放大噪声，是音频放大晶体管的重要特性之一，它对半导体晶体管的重要特性之一，它对半导体表面很敏感。表面很敏感。音频特性变坏原因：音频特性变坏原因： 硅和磷的共价键半径不同而产生的硅和磷的共价键半径不同而产生的失配位错；失配位错；热处理时片内温度不均匀而引起的滑热处理时片内温度不均匀而引起的滑移位错。移位错。因此，应减少磷的浓度和在热处理时因此，应减少磷的浓度和在热处理时充分满足片内温度的均匀性，以尽量充分满足片内温度的均匀性，以尽

23、量防止上述缺陷的产生。防止上述缺陷的产生。方法：方法：采用在特殊气氛中（如采用在特殊气氛中（如H2中中400）退火的方法，来减）退火的方法，来减少在发射极少在发射极-基极结基极结Si-SiO2界面上的快态密度。界面上的快态密度。4. 提高击穿电压提高击穿电压PM晶体管的晶体管的截面截面电阻率与耐压关系电阻率与耐压关系低温钝化具有反高压的特点。把可以产生高反压的低温钝化具有反高压的特点。把可以产生高反压的p-n结部结部分做成台形之后，对器件表面进行低温钝化，即可获得高分做成台形之后，对器件表面进行低温钝化，即可获得高反压。反压。三、三、LTP技术的发展技术的发展LTP技术从技术从1961年开始研

24、制，年开始研制，1963年用于生产。该技术分为三代。年用于生产。该技术分为三代。 第一代第一代LPT技术：技术：方法：方法：平面管的钝化膜的结构通常为平面管的钝化膜的结构通常为SiO2- -铅玻璃铅玻璃- -SiO2，封装在金属，封装在金属 管壳里。管壳里。问题：问题：器件高反向耐压能力低。器件高反向耐压能力低。问题：问题：器件的金属引线和塑料管壳之间密封性不好，管壳本身有透潮器件的金属引线和塑料管壳之间密封性不好，管壳本身有透潮性，因而器件的耐潮性显著下降，电特性也随时间发生变化，甚至造性，因而器件的耐潮性显著下降，电特性也随时间发生变化，甚至造成失效。成失效。 第二代第二代LPT技术：技术

25、：方法：方法：在低温在低温SiO2上淀积上淀积一层磷一层磷-铝混合物，铝混合物，经过处理形成磷经过处理形成磷-铝玻璃，铝玻璃，最后再在其上制备一层和光刻胶粘附性好的低温最后再在其上制备一层和光刻胶粘附性好的低温SiO2。磷磷- -铝玻璃层中玻璃含量与器件潮湿性关系铝玻璃层中玻璃含量与器件潮湿性关系其结构特点：其结构特点：u 磷硅玻璃对磷硅玻璃对SiO2中中Na+有吸附作用，有吸附作用，对外来污染有阻挡作用。但对外来污染有阻挡作用。但P2O5具有吸具有吸潮性，随着结构中磷硅玻璃含量的增加，潮性，随着结构中磷硅玻璃含量的增加，器件耐潮湿性能大幅度下降。因此将夹器件耐潮湿性能大幅度下降。因此将夹层中

26、心的层中心的铅玻璃改为微量磷铅玻璃改为微量磷- -铝铝玻璃后，玻璃后，器件除防器件除防Na+外还有防潮作用。外还有防潮作用。uAl2O3 具有负电荷效应。若改变磷具有负电荷效应。若改变磷- -铝铝玻璃层厚度，则对应的平带电荷密度玻璃层厚度，则对应的平带电荷密度NFB和抗潮性也改变。和抗潮性也改变。NFB磷与磷与P-Al-Al玻璃层厚度关系（玻璃层厚度关系（SiO2厚厚700nm）具有低温、防潮、具有低温、防潮、 NFB稳定而稳定而且可调节优点的平面结构的且可调节优点的平面结构的LTP元件称为元件称为第二代第二代LTP技术技术。LTP技术在大规模集成电路方面的应用称为技术在大规模集成电路方面的应

27、用称为第三代第三代LTP技术技术。LTP晶体管断面结构晶体管断面结构平面晶体管断面结构平面晶体管断面结构LTP与平面结构比较与平面结构比较LTP膜表面是平的，能够进行精密的腐蚀加工，有利于高集成度膜表面是平的，能够进行精密的腐蚀加工，有利于高集成度LSI制造。制造。 磷硅玻璃常记为磷硅玻璃常记为PSG，主要优点是能捕获，主要优点是能捕获Na+。PSG对对Na+ 的溶解度远大于的溶解度远大于SiO2PSG能吸附和规定能吸附和规定SiO2中的中的Na+ 通常在通常在Si-SiO2系统的系统的SiO2表面覆表面覆盖一层盖一层PSG，使得器件性能稳定。，使得器件性能稳定。PSG对对Na的富集的富集借助

28、借助PSG膜使对膜使对Na+ 的远离的远离Si-SiO2界面。界面。将富集了将富集了Na+的的PSG膜在膜在HF：H2O（1:10）溶液中漂洗掉）溶液中漂洗掉100200nm。 PSG对对Na+的稳定作用机制的稳定作用机制 磷是以磷是以P2O5的结构的结构 进入进入Si中，发生如下反应：中，发生如下反应：O)PO(2OP252ONaONa22把极性很强的把极性很强的Na+固定下来固定下来 结构分析结构分析SiO2的环状结构的环状结构硅硅- -氧四面体氧四面体加入加入P2O5后，磷取代了硅，由硅氧四面体变为磷氧四面体。后，磷取代了硅，由硅氧四面体变为磷氧四面体。磷磷- -氧四面体氧四面体磷硅玻璃

29、俘获钠离子示意图磷硅玻璃俘获钠离子示意图磷硅玻璃中这种俘获磷硅玻璃中这种俘获Na+ 的陷阱使得它有提取的陷阱使得它有提取Na+和阻挡和阻挡Na+的作用。的作用。 PSG制备方法制备方法硅烷硅烷(SiH4)和磷烷和磷烷(PH4)化学气相沉积法生长化学气相沉积法生长PSG （CVD-PSG）冷壁式旋转反应炉冷壁式旋转反应炉化学反应式：化学反应式：234OPHSiH OHOPSiO2522N2400最佳气体比例：最佳气体比例：90000:80:25:5:)()()()(2243NOSiHPHVVVV生长生长PSG特点：特点： 生长温度低生长温度低 均匀，针孔小均匀，针孔小 良好的粘附性良好的粘附性较

30、高的电阻率和硬度较高的电阻率和硬度 较少快态密度较少快态密度 应力小应力小O2HSiOO2SiH2224O3HOPO42PH25223 一一、Si3N4的性质的性质几种介质的物理性质比较几种介质的物理性质比较Si3N4是一种较是一种较SiO2更为理想的绝缘介质和表面钝化膜，具体优点如下：更为理想的绝缘介质和表面钝化膜，具体优点如下：硬度大，致密性好，针孔密硬度大，致密性好，针孔密度小，呈疏水性，气体和水度小，呈疏水性，气体和水汽难侵入。汽难侵入。掩蔽能力强，能掩蔽许多种掩蔽能力强，能掩蔽许多种杂质，包括杂质，包括SiO2所不能掩蔽的所不能掩蔽的。化学稳定性好，除能被氢氟化学稳定性好，除能被氢氟

31、酸和热磷酸缓慢腐蚀外，与酸和热磷酸缓慢腐蚀外，与其它酸几乎不发生反应。其它酸几乎不发生反应。有利提高器件的稳定性。有利提高器件的稳定性。电介常数大，电介常数大，100 nm的的Si3N4可耐压可耐压110V。有利于提高绝缘介质的耐压有利于提高绝缘介质的耐压水平。水平。比比SiO2导热性好。导热性好。适用于做双层布线材料。适用于做双层布线材料。更重要的是它有强的抗钠能力。更重要的是它有强的抗钠能力。广泛用作半导体器件的介质膜或钝化膜广泛用作半导体器件的介质膜或钝化膜二、二、Si3N4膜的制备膜的制备1. 溅射法溅射法2. 辉光发电法辉光发电法3. 化学气相淀积法化学气相淀积法24334HNSiN

32、H43SiH三、三、Si3N4膜的应用膜的应用 因因Si3N4能防钠沾污而使器件表面清洁度显著提高，而被广泛用于晶能防钠沾污而使器件表面清洁度显著提高，而被广泛用于晶体管和集成电路等受体管和集成电路等受SiO2清洁度影响较大的器件钝化。清洁度影响较大的器件钝化。Si3N4和和SiO2清中钠扩散剖面图清中钠扩散剖面图Si3N4钝化可减少器件的漏电流，提高击穿电压和可靠性。钝化可减少器件的漏电流，提高击穿电压和可靠性。器件在器件在175高温时，漏电流的分布几率高温时，漏电流的分布几率 2O3的的 一一、 Al2O3膜的性质膜的性质 二、二、 Al2O3膜的制备膜的制备1. 等平面阳极氧化法等平面阳

33、极氧化法根据所用电解液对根据所用电解液对Al和和Al2O3是否有溶解作用，分有孔型和无孔型两大类。是否有溶解作用，分有孔型和无孔型两大类。有孔型阳极氧化电解液配方有孔型阳极氧化电解液配方乙醇乙醇:丙三醇丙三醇:乙二醇乙二醇:磷酸磷酸 = = 20:20:30:20:20:30:30 30 （体积比）（体积比）无孔型阳极氧化电解液配方无孔型阳极氧化电解液配方柠檬酸柠檬酸:去离子水去离子水:乙醇乙醇 = 5:47.5:47.5= 5:47.5:47.5 （重量比）（重量比）反应过程：反应过程：电解液中的酸和醇经过一定时间后就会生成一定量的复合电解液中的酸和醇经过一定时间后就会生成一定量的复合酯，这

34、时在电场作用下，能释放出氧离子和氢离子，氢离子在阴极还酯，这时在电场作用下，能释放出氧离子和氢离子，氢离子在阴极还原成原成H2逸出，氧离子在阴极使金属逸出，氧离子在阴极使金属Al氧化成氧化成Al2O3。2. CVD 法法最常用的方法是高温水解最常用的方法是高温水解AlCl3法。法。化学反应式：化学反应式：3CO6HClOAlAlCl2CO33H32322水平卧式反应系统水平卧式反应系统3. 直流反应溅射沉积法直流反应溅射沉积法Al2O3直流反应溅射示意图直流反应溅射示意图 三、三、 Al2O3膜用于器件钝化膜用于器件钝化Al2O3有防有防Na+污污染和防辐射特点染和防辐射特点可做器件最后封装，提高器可做器件最后封装，提高器件的质量和可靠性、稳定性。件的质量和可靠性、稳定性。Al金属布线上，阳极氧化金属布线上，阳极氧化Al2O3保护器件保护器件Al引线上及引线上及Al 引线外均有引线外均有Al2O3 一一、 HCl 氧化特点和机理氧化特点和机理器件在氧化时加入少量器件在氧化时加入少量HCl气体，即气体，即HCl氧化。氧化。可减少可减少Na+和金属离子的污和金属离子的污染，显著改变染，显著改