鈍化是將金屬置於亞硝酸鹽、硝酸鹽、鉻酸鹽或重鉻酸鹽溶液中處理，使金屬表面生成一層鉻酸鹽鈍化膜的過程。常作為鋅、鎘鍍層的後處理，提高鍍層的耐蝕性；有色金屬的防護；提高漆膜的附著力等。表面鈍化工藝就是在半導體器件表面覆蓋保護介質膜，以防止表面污染的工藝。
基本介紹
- 中文名：表面鈍化工藝
- 外文名：surface passivation technology
- 功能：防止表面污染
- 特點：表面覆蓋保護介質膜
- 常用：二氧化矽等
工藝介紹,重要性,磷矽玻璃,二氧化矽,氮化矽,三氧化二鋁,
工藝介紹
鈍化是將金屬置於亞硝酸鹽、硝酸鹽、鉻酸鹽或重鉻酸鹽溶液中處理，使金屬表面生成一層鉻酸鹽鈍化膜的過程。常作為鋅、鎘鍍層的後處理，提高鍍層的耐蝕性；有色金屬的防護；提高漆膜的附著力等。表面鈍化工藝就是在半導體器件表面覆蓋保護介質膜，以防止表面污染的工藝。
對於鈍化層的基本要求是：能長期阻止有害雜質對器件表面的沾污；熱膨脹係數與矽襯底匹配；膜的生長溫度低；鈍化膜的組份和厚度均勻性好；針孔密度較低以及光刻後易於得到緩變的台階。
重要性
近二十年來，信息技術日新月異蓬勃發展。二十一世紀，世界將全面進入資訊時代，以信息技術為代表的高新技術形成的新經濟模式，將在二十一世紀世界經濟中起決定作用。信息科技的發展在很大程度上依賴於微電子半導體技術的發展水平，其中（超）大規模積體電路技術是半導體關鍵的技術。一個國家占領了信息技術的制高點，它將在二十一世紀獲得經濟上的主導地位。
在積體電路中，在一塊單晶基片上需要組裝很多器件，這些器件之間需要互相布線連線，而且隨著集成度的提高和特徵尺寸的減小，布線密度必須增加，所以用於器件之間以及布線之間電氣隔離的絕緣鈍化膜是非常重要的。此外，由於半導體表面與內部結構的差異（表面晶格原子終止而存在懸掛鍵，即未飽和的鍵），導致表面與內部性質的不同，而其表面狀況對器件的性能有重要作用。表面只要有微量的沾污（如有害的雜質離子 、水汽、塵埃等），就會影響器件表面的電學性質，如表面電導及表面態等。為提高器件性能的穩定性和可靠性，必須把器件與周圍環境氣氛隔離開來，以增強器件對外來離子沾污的阻擋能力，控制和穩定半導體表面的特徵，保護器件內部的互連以及防止器件受到機械和化學損傷。為此就提出了半導體器件表面鈍化的要求。
1959年，美國人M.M.阿塔拉研究了矽器件表面暴露在大氣中的不穩定性問題，提出熱生長二氧化矽膜具有良好的表面鈍化效果。此後，二氧化矽膜得到廣泛套用。60年代中期，人們發現二氧化矽膜不能完全阻擋有害雜質(如鈉離子)向矽(Si)表面的擴散，嚴重影響 MOS器件的穩定性。以後研究出多種表面鈍化膜生長工藝，其中以磷矽玻璃 (PSG)、低溫澱積二氧化矽、化學汽相澱積氮化矽、三氧化二鋁和聚醯亞胺等最為適用。
直接同半導體接觸的介質膜通常稱為第一鈍化層。常用介質是熱生長的二氧化矽膜。在形成金屬化層以前，在第一鈍化層上再生長第二鈍化層，主要由磷矽玻璃、低溫澱積二氧化矽等構成，能吸收和阻擋鈉離子向矽襯底擴散。為使表面鈍化保護作用更好並使金屬化層不受機械擦傷，在金屬化層上面再生長第三層鈍化層。這第三層介質膜可以是磷矽玻璃、低溫澱積二氧化矽、化學氣相澱積氮化矽、三氧化二鋁或聚醯亞胺。這種多層結構鈍化，是現代微電子技術中廣泛採用的方式。
磷矽玻璃
1964年，發現矽在熱氧化過程中通入少量三氯氧磷蒸汽後生成的二氧化矽膜具有磷矽玻璃特性，能捕獲鈉離子和穩定鈉離子的污染作用，大大改善了器件的穩定性。適當增加磷的濃度還能降低膜的針孔密度，防止微裂，減少快態密度和平緩光刻台階。磷矽玻璃已成為重要的第二層鈍化膜。其不足之處是磷濃度較高時有極化和吸潮特性，濃度太低則不易達到流動和平緩台階的作用。另一種常用的生長磷矽玻璃的方法是化學汽相澱積法,即把磷烷PH3加到矽烷SiH4和氧的反應過程中，反應溫度為400～500℃。
二氧化矽
低溫澱積二氧化矽工藝 在矽烷和氧的反應過程中，反應溫度取250～500℃之間，能澱積生長二氧化矽膜。此法簡單，較早得到實用，是一種金屬化層上的鈍化膜。
氮化矽
氮化矽膜是惰性介質，介質特性優於二氧化矽膜，抗鈉能力強，熱穩定性好，能明顯提高器件的可靠性和穩定性。最常用的氮化矽生長法，是低壓化學汽相澱積法和等離子增強的化學汽相澱積法，可用於製作第二和第三鈍化層。80年代又出現利用光化學反應的化學汽相澱積新工藝。例如，利用紫外光激發反應器中的微量汞原子，把輻射能轉移到矽烷、一氧化二氮和氨的反應中去,生長出氮化矽膜。這種反應的溫度只需50～300℃,因是一種有效的新工藝。
三氧化二鋁
這種膜抗輻射能力強，對鈉離子有良好的阻擋作用。最常用的是鋁的陽極氧化工藝。在澱積鋁金屬化層後，用光刻膠作掩模，在磷酸等酸溶液中直流陽極氧化，使矽上鋁互連圖形之外的鋁層徹底轉化為透明有孔的三氧化二鋁。再用光刻膠保護所有壓焊區域，在硼酸等陽極氧化液中通電進行陽極氧化，使壓焊區之外的全部鋁上覆蓋一層三氧化二鋁薄膜。這樣的三氧化二鋁鈍化層能防止金屬化層被擦傷，在工業生產中已經實際套用。
在實際的器件表面鈍化工藝中，為充分利用各種介質膜的特性，通常選用多層結構的鈍化膜，如二氧化矽-磷矽玻璃-二氧化矽或二氧化矽-氮化矽-三氧化二鋁結構等。
為了達到鈍化效果，矽片清洗和封裝技術對於各種鈍化膜結構都非常重要。
