【正文】 容易腐蝕成形,圖形清晰,邊緣整齊。聚酰亞胺是一種高分子化合物，具有如下特性：表3聚酰亞胺的基本性能固化后的聚酰亞胺化學(xué)性能很穩(wěn)定，耐一切有機(jī)溶劑及磷酸、鹽酸、氫氟酸和其它稀酸,不耐強(qiáng)堿和熱的強(qiáng)酸。表3－3鉬掩蔽工藝流程表表34為幾種材料的腐蝕速率表34幾種材料的腐蝕速率（半導(dǎo)體器件鈍化層氮化硅的研究，哈理工） 　聚酰亞胺的性質(zhì)具有聚酰亞胺鈍化保護(hù)層的集電成路芯片具有很低的漏電流、較強(qiáng)的機(jī)械性能以及耐化學(xué)腐蝕性能。表3－2膜的腐蝕速率以鉬膜作掩蔽膜，可在氮化硅膜上刻蝕出分辨率很高的圖案。在同樣條件下，二氧化硅的腐蝕速率為025埃/分鐘，元素硅的腐蝕速率為3埃/分鐘。水含量增加時(shí)，氮化硅的腐蝕速率增加，而二氧化硅的腐蝕速率少。薄膜的光刻腐蝕是實(shí)際應(yīng)用中的關(guān)鍵工藝，幾種介質(zhì)膜腐蝕速率的比較列于表 3－2 中。 氮化硅腐蝕特性氮化硅薄膜能有效地阻止 B、P、Na、As、Sb、Ge、Al、Zn 等雜質(zhì)的擴(kuò)散，尤其是對(duì) Na＋。薄膜中的氫含量尤其是 N－H 數(shù)目很小時(shí)，薄膜的抗高溫氧化性能最佳。具報(bào)導(dǎo)，氮化硅薄膜在 1000℃的 H2O/O2中處理 6 小時(shí)后，氧化層的厚度僅為 20nm。氮化硅的導(dǎo)熱性能也很好,表 31 列出了氮化硅熱性質(zhì)方面的數(shù)據(jù)[33]。氮化硅在熱性質(zhì)方面的優(yōu)點(diǎn)之一，是它的熱膨脹系數(shù)比氧化硅更接近于硅。當(dāng)?shù)璞∧ぶ械臍浜康蜁r(shí)，也就是 N－H、Si－H 數(shù)目很少時(shí)，薄膜的熱穩(wěn)定性很高，有報(bào)導(dǎo)低氫氮化硅薄膜在 900℃高溫?zé)崽幚頃r(shí)表現(xiàn)出很好的熱穩(wěn)定性。為全面說(shuō)明氮化硅，必須了解它的各方面性質(zhì)[32]。其耐高溫、抗熱沖擊能力強(qiáng)、硬度接近于金剛石。本章將從表層鈍化的各種材料質(zhì)入手，介紹氮化硅，聚酰亞胺的性質(zhì)和特點(diǎn)，對(duì)薄膜的鈍化工藝進(jìn)行對(duì)比，包括濺射法、常壓化學(xué)氣相沉積法（APCVD）、低壓化學(xué)氣相沉積（LPCVD）和等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積（PECVD），并介紹了多晶硅薄膜的測(cè)試方法。第2章 多晶硅薄膜表層鈍化的原理及測(cè)試方法多晶硅薄膜表層鈍化是指使用半導(dǎo)體工藝制作多晶硅原片，并利用薄膜鈍化的工藝在多晶硅表面形成一層活多層鈍化層，從而通過(guò)表層鈍化是多晶硅的壽命和性能得到改善。（5）對(duì)制備的各種多晶硅納米薄膜進(jìn)行表征并利用微波光電導(dǎo)衰減儀進(jìn)行壽命的測(cè)試。（3）制備含有聚酰亞胺樹(shù)脂的鈍化層。綜合國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀以及本實(shí)驗(yàn)室研究條件，確定本課題的主要研究?jī)?nèi)容如下：（1）采用LPCVD工藝制備多晶硅納米薄膜SiO2鈍化層。全國(guó)生產(chǎn)聚氨基雙馬來(lái)酰亞胺近30t/a。我國(guó)聚酰亞胺開(kāi)發(fā)的品種很多，涉及均酐型、偏酐型、聯(lián)苯二酐型、雙酰A–酐型、醚酐和酮酐型等。中科院化學(xué)所專門從事PMR聚酰亞胺的研究開(kāi)發(fā)、四川聯(lián)合大學(xué)(成都科技大學(xué))，研究雙馬來(lái)酰亞胺樹(shù)脂及制品，西北工業(yè)大學(xué)以聚氨基酰亞胺的研究開(kāi)發(fā)為主，上海市合成樹(shù)脂研究所以研究開(kāi)發(fā)聚均苯四甲酰亞胺，聚醚酰亞胺為主、桂林電器科學(xué)研究所以研究開(kāi)發(fā)聚酰亞胺薄膜的流延裝置為主。并且聚酰亞胺種類繁多，重要品種就有20多個(gè)，其應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷擴(kuò)大。此外，臺(tái)灣省、韓國(guó)、馬來(lái)西亞、中國(guó)和俄羅斯都有廠家生產(chǎn)聚酰亞胺。為此，近些年來(lái)人們對(duì)聚酰亞胺予以高度的重視，聚酰亞胺的研究與應(yīng)用得以迅速發(fā)展[30][31]。該聚合物制備的薄膜其性能與Kapton存在相當(dāng)大的差異，特別是線脹系數(shù)小，非常適宜作復(fù)銅箔薄膜，廣泛用于柔性印刷線路板。1972年美國(guó)GE公司開(kāi)始研究開(kāi)發(fā)聚醚酰亞胺(PEI)，經(jīng)過(guò)10年的試制和試用，在1982年建成1萬(wàn)噸生產(chǎn)裝置，并正式以商品名Ultem在市場(chǎng)上銷售。1964年Amoco公司開(kāi)發(fā)出聚酰胺亞胺電器絕緣用清漆(AI),1972年該公司開(kāi)發(fā)了模制材料(Torlon),1976年Torlon商品化。1961年杜邦公司生產(chǎn)出聚均苯四甲酰亞胺薄膜(Kapton),1964年開(kāi)發(fā)生產(chǎn)聚均苯四甲酰亞胺模塑料(Uespel)，1965年公開(kāi)報(bào)道該聚合物的薄膜和塑料。追溯它的發(fā)展史可以看到它是一類大有發(fā)展前途的高分子材料[29]。 氮化硅顏色和厚度的關(guān)系（3） 聚酰亞胺樹(shù)脂聚酰亞胺是一類含有酰亞胺基的高分子，由于主鏈上含有芳香環(huán)，故作為先進(jìn)的復(fù)合材料基體，具有突出的耐溫性能和優(yōu)異的機(jī)械性能，是目前樹(shù)脂基復(fù)合材料中耐溫性最高的材料之一。各種方法淀積的氮化硅膜，不僅能阻擋鈉離子，而且還能捕獲鈉離子。在平面工藝中，已有很多人對(duì)氮化硅在硅、鍺、砷化鎵等半導(dǎo)體上的應(yīng)用作過(guò)大量的研究。Si3N4薄膜的研究開(kāi)始于上個(gè)世紀(jì)60年代，氮化硅的化學(xué)穩(wěn)定性很好，作為掩蔽擴(kuò)散用的膜，氮化硅要比二氧化硅密實(shí)得多。但由于二氧化硅膜的固有缺點(diǎn)，往往使器件或電路性能變壞甚至失效。此外，氯摻入氧化層后可以同界面附近的過(guò)剩Si相結(jié)合，形成SiCl鍵，減少氧空位和Si懸掛鍵，從而減少氧化層的固定電荷和界面態(tài)密度；同時(shí)由于摻氯氧化層的缺陷密度有所降低，使得氧化層的擊穿電壓提高[27]。為獲得優(yōu)質(zhì)的氧化層，有人報(bào)道在硅熱氧化時(shí)，在干氧的氣氛中添加一定數(shù)量的含氯（Cl）物質(zhì)可以制備摻氯氧化硅，這種膜對(duì)Na+具有吸收和鈍化作用。但采用PSG－SiO2鈍化層時(shí)必須適當(dāng)控制PSG層中P含量和PSG層的厚度。PSG是二氧化硅薄膜同五氧化二磷（P2O5）的混合物，它可以用低溫沉積的方法覆蓋于二氧化硅薄膜上面，也可以在高溫下對(duì)熱生長(zhǎng)的二氧化硅薄膜通磷（P）蒸汽處理而獲得。例如，熱氧化法制備的二氧化硅薄膜廣泛應(yīng)用于Si外延表面晶體、雙極型和MOS（金屬氧化物半導(dǎo)體）集成電路中擴(kuò)散掩蔽膜，作為器件表面和pn結(jié)的鈍化膜以及集成電路的隔離介質(zhì)和絕緣柵等；直流濺射制備的二氧化硅薄膜可用于不宜進(jìn)行高溫處理的器件表面鈍化，而射頻濺射的二氧化硅薄膜則可在集成電路表面鈍化方面具有廣泛的用途，但也存在一些不足，其最明顯的缺點(diǎn)就是薄膜結(jié)構(gòu)相對(duì)疏松，針孔密度較高，因此二氧化硅薄膜的防潮和抗金屬離子玷污能力相對(duì)較差，易被污染。 三種常用的鈍化材料（1） 二氧化硅二氧化硅薄膜是半導(dǎo)體器件表面最常用的表面保護(hù)和鈍化膜。例如：電流放大系數(shù)下降；反向漏電流增大；擊穿電壓降低和低頻噪聲系數(shù)增大等，因此要求新的鈍化介質(zhì)膜來(lái)代替二氧化硅。SiO2作為半導(dǎo)體集成電路的鈍化膜為保護(hù)內(nèi)部電路的穩(wěn)定性發(fā)揮了重要的作用。由于平面型器件采用了二氧化硅作表面鈍化膜，大大改善了表面效應(yīng)的影響，成為在半導(dǎo)體器件表面鈍化方面的第一次重大突破。第二類鈍化膜通常是制作在氧化層、金屬互連布線上面的，它應(yīng)是能保護(hù)和穩(wěn)定半導(dǎo)體器件芯片的介質(zhì)薄膜，需具有隔離并為金屬互連和端點(diǎn)金屬化提供機(jī)械保護(hù)作用，它既是雜質(zhì)離子的壁壘，又能使器件表面具有良好的力學(xué)性能。第一類鈍化膜是與制造器件的單晶硅材料直接接觸的。薄膜采用PECVD制備，原料氣體為甲硅烷和甲烷[23]。除了氮化硅之外，含氫無(wú)定形碳化硅薄膜（aSiC:H）也是近兩年異軍突起的鈍化材料。研究表明氧原子和氫原子在SiON層的鈍化質(zhì)量中起了主要作用[21]。2002年，比利時(shí)的Duerinckx等人采用含氫的PECVD氮化硅層作為表面鈍化層，在焙燒的過(guò)程中實(shí)現(xiàn)了缺陷的氫化，提高了器件的性能[20]。主要優(yōu)點(diǎn)有：低工藝溫度，較高的反應(yīng)速率，在淀積層中含有更高濃度的H原子。最適合的淀積工藝是采用甲硅烷、氨氣和（或）氮?dú)庾鳛榉磻?yīng)氣體的化學(xué)汽相淀積。其中SiNx鈍化層是應(yīng)用比較廣泛的。（3） 薄膜鈍化法薄膜鈍化法就是在樣品表面制備一層或幾層具有鈍化作用的絕緣薄膜。但是，F(xiàn)離子注入也存在與B雜質(zhì)反應(yīng)，使活性載流子濃度減少的問(wèn)題[19]。而且，正如前面提到的，等離子體中的激活H離子會(huì)鈍化Si襯底近表面的B受主雜質(zhì)，使其失去電學(xué)活性，從而使器件的電學(xué)特性發(fā)生明顯變化[18]。但是，研究表明，過(guò)長(zhǎng)的氫化時(shí)間會(huì)在樣品表面產(chǎn)生新的缺陷或無(wú)序態(tài)。研究表明采用直接等離子體氫化工藝鈍化晶粒間界，能夠極大地提高材料的電學(xué)特性。此外，還有淀積含氫的硅化物薄膜，將在下一節(jié)討論。（2） 離子鈍化法離子鈍化技術(shù)中，最常見(jiàn)的就是氫離子鈍化，簡(jiǎn)稱氫化。在800℃下也不會(huì)斷裂，該鈍化工藝具有較高的溫度穩(wěn)定性。2002年，德國(guó)的Biro等人將待鈍化樣品浸入聚合體溶液（全氟磺酸溶液）中，取出干燥后鈍化層穩(wěn)定時(shí)間可達(dá)6小時(shí)[14]。常見(jiàn)的方法是在鈍化周期內(nèi)將樣品浸入HF溶液中，或在HF中腐蝕后保存在碘酒溶液中。（1） 溶液鈍化法 一般是將樣品表面浸入特定溶液中，使表面發(fā)生鈍化。因此，必須對(duì)薄膜材料表面進(jìn)行鈍化處理，使其表面的懸掛鍵與其他原子形成牢固的化學(xué)鍵，降低薄膜表面活性，從而提高器件的穩(wěn)定性。多晶硅薄膜的表面層與晶界層相似，也存在著大量的缺陷和懸掛鍵，從而在薄膜表面附近產(chǎn)生表面態(tài)。特別是在半導(dǎo)體器件高度集成化的今天，表面問(wèn)題將是直接影響器件工作效率和壽命的關(guān)鍵。 　國(guó)內(nèi)外的研究狀況在材料科學(xué)中，表面科學(xué)的理論研究占有十分重要的地位。為提高器件性能的穩(wěn)定性和可靠性，必須把器件與周圍環(huán)境氣氛隔離開(kāi)來(lái)，以增強(qiáng)器件對(duì)外來(lái)離子沾污的阻擋能力，控制和穩(wěn)定半導(dǎo)體表面的特征，保護(hù)器件內(nèi)部的互連以及防止器件受到機(jī)械和化學(xué)損傷。在集成電路中，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接，而且隨著集成度的提高和特征尺寸的減小，布線密度必須增加，所以用于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。重?fù)诫s情況下，多晶硅納米薄膜的GF比單晶硅更高。（3）薄膜可淀積在諸如玻璃、陶瓷、金屬等各種襯底上，易于加工、適合批量生產(chǎn)、成本低，有利于拓寬應(yīng)用領(lǐng)域。（2）薄膜與襯底絕緣性好。與常規(guī)的金屬或單晶硅壓阻材料相比，多晶硅薄膜具有以下特點(diǎn)：（1）與IC工藝兼容性好。其用途已從柵極材料和互連引線發(fā)展到絕緣隔離、鈍化、存儲(chǔ)單元的負(fù)載電阻、摻雜擴(kuò)散源、多晶發(fā)射區(qū)、摻氧多晶SiSi異質(zhì)結(jié)、太陽(yáng)能電池、真空微電子器件和各種光電器件等。其中，多晶硅壓力傳感器由于其線性好、靈敏度高、可批量化生產(chǎn)、成本低等優(yōu)點(diǎn)在石油、化工、航空、航天、汽車電子等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用[1]。已實(shí)現(xiàn)商品化的擴(kuò)散硅壓阻式傳感器存在溫漂大、工作溫度范圍小等不足，嚴(yán)重制約了傳感器的應(yīng)用。哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文多晶硅納米膜表層鈍化的研究畢業(yè)論文目 錄 I 摘 要 IAbstract II第1章 緒論 1 課題來(lái)源及研究意義 1 國(guó)內(nèi)外的研究狀況 1 國(guó)外研究狀況 2 國(guó)內(nèi)研究狀況 5 本課題的主要研究?jī)?nèi)容 7第2章 歐姆接觸的基本原理與測(cè)試方法 8 歐姆接觸的能帶分析 8 歐姆接觸的傳輸機(jī)理 9 接觸電阻率的測(cè)量 10 線性傳輸線模型法 11 圓點(diǎn)傳輸線模型法 12 圓環(huán)傳輸線模型法 13 傳輸線模型的比較分析 16 本章小結(jié) 17第3章 多晶硅納米膜歐姆接觸的制作 18 歐姆接觸的設(shè)計(jì) 18 接觸金屬的材料特性 18 表面處理 21 摻雜與退火 22 鋁膜歐姆接觸的制作 22 本章小結(jié) 26第4章 多晶硅納米膜歐姆接觸的表征與測(cè)試 27 多晶硅納米膜歐姆接觸的表征 27 多晶硅納米膜的表征 27 鋁歐姆接觸的表征 28 線性傳輸線模型測(cè)試 31 退火前接觸電阻率的測(cè)試 31 退火后接觸電阻率的測(cè)試 32 圓點(diǎn)傳輸線模型測(cè)試 39 退火前接觸電阻率的測(cè)試 40 退火后接觸電阻率的測(cè)試 41 本章小結(jié) 43結(jié)論 44參考文獻(xiàn) 45附錄 49哈爾濱工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明 51哈爾濱工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文使用授權(quán)書 51致謝 52 50 第1章 緒論 　課題來(lái)源及研究意義本課題研究源于國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“多晶硅納米膜壓阻式壓力傳感器研究”的一部分，以多晶硅納米膜為研究對(duì)象，進(jìn)行多晶硅表面鈍化及缺陷鈍化的實(shí)驗(yàn)研究，并進(jìn)行理論分析，提取適用于傳感器制作工藝的鈍化方案及關(guān)鍵參數(shù)，從而提高多晶硅納米膜壓力傳感器的可靠性與穩(wěn)定性，使其達(dá)到實(shí)際應(yīng)用水平。 作為信息采集的核心技術(shù)，傳感器技術(shù)是現(xiàn)代科技發(fā)展水平的重要標(biāo)志，是現(xiàn)代測(cè)量和工業(yè)自動(dòng)化的關(guān)鍵技術(shù)之一，在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國(guó)防等各個(gè)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。多晶硅壓阻式傳感器是目前提高傳感器工作溫度、改善溫度穩(wěn)定性，又能保持其低成本的主要技術(shù)途徑之一，采用多晶硅壓阻薄膜的壓力傳感器得到了迅速的發(fā)展。 目前，多晶硅薄膜已經(jīng)廣泛地用于各種微電子器件的制造。特別是在近二十多年來(lái)，隨著微電子機(jī)械系統(tǒng)（MEMS）技術(shù)的迅速興起[2]，多晶硅薄膜作為壓阻敏感材料受到普遍重視，世界各國(guó)的研究者對(duì)多晶硅的壓阻特性進(jìn)行了大量研究，利用多晶硅薄膜開(kāi)發(fā)出多種壓阻式傳感器[39]。多晶硅生長(zhǎng)溫度一般在幾百度，甚至可降到200℃以下，不會(huì)對(duì)IC工藝中的雜子分布產(chǎn)生影響，而且具有與單晶硅相近的機(jī)械特性，適合于集成敏感器件的制作[10]。不存在pn結(jié)隔離問(wèn)題，具有良好的高溫壓阻特性。（4）應(yīng)變靈敏度高，應(yīng)變因子（GF）一般可達(dá)到單晶硅的60%左右[1112]。正是由于具有了這些優(yōu)點(diǎn)，多晶硅薄膜被廣泛地用于各種力學(xué)量傳感器的研制。此外，由于半導(dǎo)體表面與內(nèi)部結(jié)構(gòu)的差異(表面晶格原子終止而存在懸掛鍵,即未飽和的鍵)，導(dǎo)致表面與內(nèi)部性質(zhì)的不同，離子Na+、水汽、塵埃等),就會(huì)影響器件表面的電學(xué)性質(zhì),如表面電導(dǎo)及表面態(tài)等。為此就提出了半導(dǎo)體器件表面鈍化的要求。這是因?yàn)椴牧系脑S多重要物理、化學(xué)過(guò)程首先發(fā)生在表面和界面，表面結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出不同于體材料的光、電、磁和力學(xué)性質(zhì)[13]。在很多情況下，往往不是半導(dǎo)體的體內(nèi)效應(yīng)，而是其表面效應(yīng)支配著半導(dǎo)體器件的特性。當(dāng)薄膜尺寸很小時(shí)，表面態(tài)對(duì)其性能及相應(yīng)器件穩(wěn)定性的影響將變得非常顯著。 鈍化工藝的種類及發(fā)展現(xiàn)狀多晶硅或Si材料表面及缺陷鈍化大致可分為溶液鈍化、離子鈍化及薄膜鈍化3種。多數(shù)的溶液鈍化都屬于短期鈍化。當(dāng)樣品表面失去溶液保護(hù)后，鈍化作用很快就消除了。2004年，日本的Kobayashi等人又采用氰化鉀（KCN）溶液處理Si、多晶硅的表面以及它們與SiO2的界面，獲得了很好的鈍化效果[15]。溶液鈍化法雖然具有工藝簡(jiǎn)單、成本低廉、制備溫度低的優(yōu)點(diǎn)，但是存在持久性差、鈍化效果一般