SIPOS薄膜工艺及其稳定性研究

摘要

SIPOS(semi-insulating polycrystalline silicon)半绝缘多晶硅薄膜在半导体器件特别是一些高压器件的钝化中有着广泛的应用。由于二氧化硅中有固定正电荷，难于制造高压平面器件，SIPOS薄膜具有电中性和半绝缘性，弥补了二氧化硅的不足，从根本上改变了二氧化硅的钝化效果，其不仅能够提升器件的反向击穿电压，而且也极大地提高了器件的可靠性。SIPOS薄膜钝化工艺的研究对半导体器件的发展有着及其重要的影响。
　　 由于SIPOS薄膜工艺涉及的输入参数较多，工艺条件存在着一定的波动性，同时参数之间还会存在交互影响，加上一些干扰因素，要获得较好的工艺参数及良好的工艺稳定性具有一定的困难，从而导致器件特性出现异常及较高的产品重工率。
　　 本文介绍了半导体器件的主要工艺、沉积SIPOS薄膜的低压化学气相沉积LPCVD(low pressurechemical vapordeposition)系统及沉积的条件，阐述了SIPOS薄膜的器件钝化机理及工艺过程中各参数对薄膜特性及器件特性的影响。通过研究SIPOS工艺中的各个输入参数，如温度、真空压、气体流量、气体比例等，筛选出影响SIPOS薄膜工艺的显著参数，然后对显著参数进行试验设计DOE(design ofexperiment)分析，通过对试验数据的统计分析及试验模型的推导，得出相关工艺参数与产品电学性能之间的关系模型公式，并对工艺参数进行优化设计。此外，在工艺优化的基础上，提出了高效的工艺稳定性控制的方法，并在工程实践中证明了SIPOS薄膜工艺及其稳定性研究成果的实用价值。该研究成果给实际工程应用提供了可靠的技术支持，消除了产品的重工率，提高了产品的品质和良率，并最终给生产企业带来巨大的收益。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 课题背景与意义

1.2 国内外研究现状、发展动态

1.3 本文研究方向和目标

第二章 器件工艺简介

2.1 半导体功率器件

2.2 扩散工艺

2.2.1 掺杂源

2.2.2 扩散方法

2.3 氧化

2.4 光刻

2.5 蚀刻

2.5.1 干法蚀刻

2.5.2 湿法蚀刻

2.6 化学气相沉积CVD工艺

2.6.1 CVD的种类

2.6.2 常压化学气相沉积APCVD

2.6.3 低压化学气相沉积LPCVD

2.6.4 等离子体增强化学气相沉积PECVD

2.7 金属化工艺

2.7.1 蒸发

2.7.2 溅射工艺简介

2.8 SIPOS薄膜工艺在器件上的应用

2.9 低压化学气相沉积LPCVD系统简介

2.9.1 LPCVD系统构成

2.9.2 负载操作台

2.9.3 温控系统

2.9.4 真空系统

2.9.5 气体柜系统

2.9.6 数字控制系统

2.10 本章小结

第三章 SIPOS薄膜工艺研究

3.1 SIPOS薄膜钝化机理

3.2 SIPOS薄膜工艺的反应气体

3.2.1 SiH4制造工艺

3.2.2 N2O制造工艺

3.3 SIPOS反应条件

3.4 LPCVD沉积

3.4.1 LPCVD沉积系统

3.4.2 LPCVD沉积程序

3.5 本章小结

第四章 SIPOS薄膜工艺优化设计

4.1 工艺技术指标及关键技术

4.1.1 SIPOS薄膜工艺主要技术指标

4.1.2 SIPOS薄膜工艺关键技术

4.2 工艺常见问题分析

4.3 SIPOS薄膜工艺相关参数分析及筛选

4.3.1 SIPOS薄膜工艺相关参数

4.3.2 炉内位置

4.3.3 SIPOS薄膜沉积工艺前的表面清洗

4.3.4 退火对SIPOS薄膜的影响

4.3.5 沉积速率分析

4.4 试验设计DOE

4.4.1 关键过程变量筛选与完全因子试验设计

4.4.2 反向击穿电压VB试验模型分析

4.4.3 反向漏电流IR试验模型分析

4.4.4 工艺参数确定及改善效果确认

4.5 本章小结

第五章 SIPOS薄膜工艺稳定性控制

5.1 影响工艺稳定性的参数

5.2 气体流量控制

5.3 真空压系统控制

5.4 温度稳定性控制

5.5 沉积速率监控

5.6 工艺稳定性成果检验

5.7 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文