芯片制造中的钝化层工艺简述

集成电路的可靠性与内部半导体器件表面的性质有密切的关系，目前大部分的集成电路采用塑料封装而非陶瓷封装，而塑料并不能很好地阻挡湿气和可移动离子。为了避免外界环境的杂质扩散进入集成电路内部对器件产生影响，必须在芯片制造的过程中淀积一层表面钝化保护膜。

由于Si3N4可以有效地阻挡水汽和可移动离子的扩散，制程工艺的最顶层是Si3N4，这层Si3N4称为钝化层，它的目的是保护芯片免受潮、划伤和粘污的影响。Si3N4是一种很好的绝缘介质，其结构致密、硬度大、介电强度高、化学稳定性好。Si3N4除了与HF和180°C以上的热磷酸有轻微作用外，几乎不与其他酸类反应。Si3N4对钠离子有很好的掩蔽作用，由于钠离子在 Si3N4中的固溶度大于在Si 和SiO2中的固溶度，所以它还有固定、提取钠离子的作用。

钠位于元素周期表中的I A 栏，最外层只有一个电子，钠很容易失去电子变成离子。钠离子非常小而且可以移动，钠离子很容易被 MOSFET栅氧化层的界面俘获，从而影响器件的电学特性。

1）淀积 PSG。通过HDP CVD 淀积第一层约8000A含磷的SiO2保护层。因为HDP CVD的特点是低温，它的台阶覆盖率非常好。该层SiO2保护层可以防止水汽渗透进来，加磷的主要目的是吸附杂质。

2） 淀积Si3N4。通过 PECVD淀积一层约12000A的Si3N4。利用硅烷（SiH4）、N2和NH3在400°C的温度下发生化学反应形成Si3N4淀积。Si3N4的硬度高和致密性好，它可以防止机械划伤的同时也防止水汽、钠金属离子渗人。图4-137所示为淀积Si3N4的剖面图。

3） PAD 窗口光刻处理。通过微影技术将PAD窗口掩膜版上的图形转移到晶圆上，形成 PAD窗口光刻胶图案，非PAD窗口区域上保留光刻胶。TM 作为PAD窗口光刻曝光对准。图4-138所示为电路的版图，与图4-131比较，它多一层PAD，工艺的剖面图是沿AA'方向。图4-139所示 PAD窗口光刻的剖面图。图4-140所示力 PAD 窗口显影的剖面图。

4）量测PAD窗口的套刻，收集曝光之后的PAD 窗口光刻与TM 的套刻数据。

5）检查显影后曝光的图形。

6）PAD窗口刻蚀。利用干法刻蚀将没有被光刻胶覆盖的区域的钝化层去除，形成绑定的窗口，作为顶层金属接受测试的连接窗口，或者是封装线的连接窗口。保留有光刻胶区域的钝化层。刻蚀的气体是CHF3和CF4。刻蚀最终停在TiN上防止损伤顶层金属。终点侦查器会侦查到刻蚀氧化物的副产物锐减。图4-141所示为钝化层刻蚀的剖面图。

7）去除光刻胶。除了前面提到的干法刻蚀利用氧气形成等离子浆分解大部分光刻胶，还要通过湿法刻蚀利用有机溶剂进行清洗。图4-142 所示为去除光刻胶的剖面图。

8）退火和合金化。通过高温炉管，在400°C左右的高温环境中，通入H2和N2使金属再结晶，改善钝化层的结构使钝化层更致密，释放干法刻蚀残留的电子和释放金属的应力。

9）WAT测试。通过测试程序测试每片圆片上、下、左、右和中间五点的PCM的电性参数数据。检查它们是否符合产品规格，如果不符合规格，不能出货给客户。通过收集这些数据可以监控生产线上的情况。

10）出厂检查。FAB生产出厂的最后检查，生产人员通过显微镜的随机检查，是否有划伤。