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表面钝化工艺【表面钝化工艺】钝化是将金属置于亚硝酸盐、硝酸盐、铬酸盐或重铬酸盐溶液中处理，使金属表面生成一层铬酸盐钝化膜的过程 。常作为锌、镉镀层的后处理，提高镀层的耐蚀性；有色金属的防护；提高漆膜的附着力等 。表面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 。
基本介绍中文名：表面钝化工艺
外文名：surface passivation technology
功能：防止表面污染
特点：表面覆盖保护介质膜
常用：二氧化硅等
工艺介绍钝化是将金属置于亚硝酸盐、硝酸盐、铬酸盐或重铬酸盐溶液中处理，使金属表面生成一层铬酸盐钝化膜的过程 。常作为锌、镉镀层的后处理，提高镀层的耐蚀性；有色金属的防护；提高漆膜的附着力等 。表面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 。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；热膨胀係数与硅衬底匹配；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 。重要性近二十年来，信息技术日新月异蓬勃发展 。二十一世纪，世界将全面进入资讯时代，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）大规模积体电路技术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 。在积体电路中，在一块单晶基片上需要组装很多器件，这些器件之间需要互相布线连线，而且随着集成度的提高和特徵尺寸的减小，布线密度必须增加，所以用于器件之间以及布线之间电气隔离的绝缘钝化膜是非常重要的 。此外，由于半导体表面与内部结构的差异（表面晶格原子终止而存在悬挂键，即未饱和的键），导致表面与内部性质的不同，而其表面状况对器件的性能有重要作用 。表面只要有微量的沾污（如有害的杂质离子 、水汽、尘埃等），就会影响器件表面的电学性质，如表面电导及表面态等 。为提高器件性能的稳定性和可靠性，必须把器件与周围环境气氛隔离开来，以增强器件对外来离子沾污的阻挡能力，控制和稳定半导体表面的特徵，保护器件内部的互连以及防止器件受到机械和化学损伤 。为此就提出了半导体器件表面钝化的要求 。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膜具有良好的表面钝化效果 。此后，二氧化硅膜得到广泛套用 。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)、低温澱积二氧化硅、化学汽相澱积氮化硅、三氧化二铝和聚醯亚胺等最为适用 。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、低温澱积二氧化硅等构成，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、低温澱积二氧化硅、化学气相澱积氮化硅、三氧化二铝或聚醯亚胺 。这种多层结构钝化，是现代微电子技术中广泛採用的方式 。磷硅玻璃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澱积法,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℃ 。二氧化硅低温澱积二氧化硅工艺在硅烷和氧的反应过程中，反应温度取250～500℃之间，能澱积生长二氧化硅膜 。此法简单，较早得到实用，是一种金属化层上的钝化膜 。氮化硅氮化硅膜是惰性介质，介质特性优于二氧化硅膜，抗钠能力强，热稳定性好，能明显提高器件的可靠性和稳定性 。最常用的氮化硅生长法，是低压化学汽相澱积法和等离子增强的化学汽相澱积法，可用于製作第二和第三钝化层 。80年代又出现利用光化学反应的化学汽相澱积新工艺 。例如，利用紫外光激发反应器中的微量汞原子，把辐射能转移到硅烷、一氧化二氮和氨的反应中去,生长出氮化硅膜 。这种反应的温度只需50～300℃,因是一种有效的新工艺 。三氧化二铝这种膜抗辐射能力强，对钠离子有良好的阻挡作用 。最常用的是铝的阳极氧化工艺 。在澱积铝金属化层后，用光刻胶作掩模，在磷酸等酸溶液中直流阳极氧化，使硅上铝互连图形之外的铝层彻底转化为透明有孔的三氧化二铝 。再用光刻胶保护所有压焊区域，在硼酸等阳极氧化液中通电进行阳极氧化，使压焊区之外的全部铝上覆盖一层三氧化二铝薄膜 。这样的三氧化二铝钝化层能防止金属化层被擦伤，在工业生产中已经实际套用 。在实际的器件表面钝化工艺中，为充分利用各种介质膜的特性，通常选用多层结构的钝化膜，如二氧化硅-磷硅玻璃-二氧化硅或二氧化硅-氮化硅-三氧化二铝结构等 。为了达到钝化效果，硅片清洗和封装技术对于各种钝化膜结构都非常重要 。