专利名称：：一种减小钝化晶片表面漏电电流的方法及其反应装置的制作方法
技术领域：
：本发明涉及半导体制造工艺，涉及减小晶片表面漏电电流的方法及反应装置，具体地说，是一种减小由碳或硅的悬空键引起的表面漏电电流的方法及其反应装置。
背景技术：
：目前，聚酰亚胺(polyimide)等聚合物被广泛用作半导体器件的钝化层，在再分布层(redistributionlayer)结构中充当緩冲层或介电层。这种钝化层结构在后续的制程中，由于各种环境和设备的影响，例如受潮或者等离子体的轰击，可能引起表面性质的改变，并产生表面漏电(surfaceleakage)现象，其漏电电流值有时会比表面电阻值高出几个数量级，达到0.1-1mA，造成严重的缺陷。上述表面漏电现象主要是由器件表面碳或硅的悬空键引起的。图1显示了在曝光和固化前的光敏聚酰亚胺分子链结构，图2为该分子链经交联固化后的结构图。由于固化反应对钝化层表面的影响，分子链中的碳可能出现未联接到其它离子的情况，即形成一个碳的悬空键。该碳的不饱和键将会占据钝化层表面的空穴，并且当悬空键吸收了羟基(OH—)或其他离子时，释放出活动电子，从而引起表面漏电现象。在等离子体或再反应离子刻蚀环境下，CNHO键可能受到赋能离子和自由电子的影响而断裂。CNHO键断裂后，碳C可以寻找相邻的原子来形成共价键以达到稳定的状态，但是那些没有找到原子的悬空键则会产生自由电子，造成表面电流泄漏。图3和图4分别给出了聚酰亚胺层表面可能出现碳的悬空键的情形，图中，箭头所指的即为可能的悬空键，这些悬空键容易引起自由电子的移动，从而产生表面电流。现有技术中，典型的等离子体反应系统主要采用纯氧02或者氧气和其他气体的组合(如02+CF4或02+SF6)来解决表面漏电的问题。当钝化晶片置入反应室后，氧气中的氧原子一方面和晶片表面碳的悬空鍵进行结合，形成稳定的共价键，一方面也和分子链中的碳反应生成二氧化碳气体从钝化层表面挥发，同时，氧离子也和分子链中的氢离子结合生成水蒸气而蒸发。然而，这种物理挥发会造成钝化层表面凹凸不平的现象，使得反应后的钝化晶片表面平整度降低。除此之外，采用纯氧系统会使凸块(bumping)中的锡、铅氧化，包含氟的气体又会使表面的碳形成多余的悬空键。因此，利用上述气体的组合来清除表面漏电，一般需要除去几千埃厚度的表层来获得较低的电流值，而且反应能量消耗巨大，并非理想的表面漏电清除方法。
发明内容本发明的目的在于提供一种减小表面漏电电流的方法及其反应装置，它不仅能有效减少钝化晶片表面碳或硅的悬空键，从而减小表面漏电电流，而且反应能量低，表面去除厚度小，对反应条件也没有额外的要求。本发明的目的是这样实现的一种减小钝化晶片表面漏电电流的方法，其实质性特点在于所述方法是将钝化晶片置于充有包含氧气、氮气和氢气的混和气体的反应装置中进行表面漏电清除。在上述的减小钝化晶片表面漏电电流的方法中，所述的混和气体中氧气的含量占50°/-98%，氮气的含量占1°/-49%，氢气的含量占0.06°/。-10%。在上述的减小钝化晶片表面漏电电流的方法中，所述的混和气体中氧气的含量占80%-96%，氮气的含量占4%-19%,氢气的含量占0.2%-1%。在上述的减小钝化晶片表面漏电电流的方法中，在所述的表面漏电清除过程中，所述反应装置内的温度大于室温，压力小于4000毫托。在上述的减小钝化晶片表面漏电电流的方法中，在所述的表面漏电清除过程中，所述反应装置内的温度介于室温-350摄氏度，压力介于200-4000毫托。在上述的减小钝化晶片表面漏电电流的方法中，所述的表面漏电清除过程至少持续1.2分钟。在上述的减小钝化晶片表面漏电电流的方法中，所述的表面漏电清除过程持续1.2-3分钟。本发明的另一方案是净是供一种减小钝化晶片表面漏电电流的反应装置，其实质性特点在于所述的反应装置是一等离子体反应室，其中充有包含氧气、氮气和氢气的混和气体。本发明的减小钝化晶片表面漏电电流的方法及其反应装置通过在等离子体反应室内充入含有一定比例氧气、氮气和氢气的混和气体，使钝化晶片表面碳或硅的悬空键容易与氧、氮、氢原子结合而形成稳定的共价键，从而使钝化晶片的表面漏电电流降低至lpA(l(T安培)以下。由于本发明完全利用化学反应的原理来实现，因此，在反应过程中避免了气体挥发等物理现象所造成的钝化层表面粗糙不平的问题，同时，降低了反应能耗，也大大减少了钝化晶片表面被去除的厚度。本发明的具体方法及反应装置由以下的实施例及附图给出。图1为爆光和固化前的光敏聚酰亚胺分子链结构图；图2为图1中的分子链经交联固化后的结构图；图3和图4为聚酰亚胺层表面出现碳的悬空键的结构示意图。具体实施方式以下将对本发明减小钝化晶片表面漏电电流的方法及其反应装置作进一步的详细描述。本发明减小钝化晶片表面漏电电流的方法最主要的特点在于反应室内气体的选择与现有技术有很大差别。为了避免现有技术中由物理挥发造成的表面不平及能量消耗大的问题，本发明采用易于和碳、硅等元素结合的氣、氮、氢原子来填补悬空键的空缺。通过将钝化晶片置于充有包含一定比例氧气、氮气和氢气的混和气体的等离子体反应室中，使钝化晶片表面碳或硅的悬空键与混合气体中的原子充分反应，形成稳定的共价键形态，从而大大减少了由悬空键产生的自由电子的数量，解决了表面漏电的问题。下面将结合实验数据说明反应条件和反应后钝化晶片的表面漏电电流之间的关系。实施例1本实施例i兌明采用本发明提供的方法可以减小4屯化晶片表面的漏电电流，且表面去除厚度较小。实验是在本发明提供的反应装置内进行的。首先，提供一等离子体反应室，在其中充入一定比例的氧气、氮气和氢气。接着，将钝化晶片置于等离子体反应室中进行反应，于整个反应过程中，反应条件被控制在室温、压力800毫托、功率1500瓦特、反应时间2分钟。当反应结束后，取出钝化晶片，进行表面漏电电流及表面去除厚度的测量。改变混合气体中氧、氮、氬气的比例，在同样的反应条件下重复实验。为了说明方便，仅从成功的实验数据中选取了较具代表性的12组数据，然其并不排除实现本发明方法的其他取值方案。各组实验所采用的氧、氮、氢气的流量、百分含量，以及在该反应条件下得到的钝化晶片的表面漏电电流和表面刻蚀率均列于表l。从表l可以看出，当混合气体中氧气的含量占50%-98%，氮气的含量占1%_49%，氢气的含量占0.06%-10°/。时，在反应室内反应后的钝化晶片表面的漏电电流可降低至lpA以下。较佳地，当混合气体中氧气的含量为80%-96%,氮气为4%-19%,氢气为O.2%-1%时，钝化晶片表面的残余电流可减小到400fA(l(T"安培)以下(表中以阴影标出)。表l所列的12组实验所测得的表面刻蚀率均小于85埃/分钟，乘以反应时间2分钟后得到表面去除厚度的值仅为一、两百埃，是现有技术儿千埃的几十分之一，大大改进了原有工艺的技术效果。实施例2本实施例说明本发明提供的方法受反应条件限制较小，在较宽的温度、压力、功率、时间范围内均可达到预期的技术效果。本实施例的实验采用控制变量法逐个分析反应条件对反应结果的影响，在所有实验中，混合气体中氧气、氮气和氢气的流量分别设置为1500sccm(标准状态下毫升/分钟)、114sccm和6sccm，则三种气体的百分含量分别为92,6%、7.0%和0.4°/。其他反应条件的默认值为温度为室温，压力800毫托，功率1500瓦特，反应时间2分钟。首先，分析温度对反应结果的影响。将反应压力、功率和时间设定为默认值，仅改变温度的取值，记录相应的表面漏电检测结果，具体的实验结果参见表2。从表2中可以看出，随着温度的升高，反应后的钝化晶片表面的电流有逐渐减小的趋势，并且在室温到350。C的较大温度范围内，表面残余电流都被控制在200fA以下。由于受到设备的限制，一般最高的反应温度只能达到350°C,但是根据实验数据依然可以推断在反应装置能够承受的情况下，使用更高的反应温度，将达到更好的漏电清除效果。接着，将反应温度、功率和时间设定为默认值，而改变压力的取值，得到表3所示的表面漏电电流与反应压力的关系。从表3可知，当反应压力低于4000mTorr时，测得的表面漏电电流小于lpA,并且反应压力越低表面残余电流越小。同理，反应时间对表面漏电电流的影响请参阅表4。为了使钝化晶片和混合气体充分反应，一般应当将反应时间控制在1.2分钟以上，时间越长，反应越充分，得到的结果也越好。表4的数据显示，当反应时间达到3分钟时，表面漏电电流已降低至20fA，从制程的要求来看已经达到了很高的水平，因此，进一步延长反应时间来减小表面漏电电流是没有必要的。表5是反应功率和表面漏电电流的关系，在400-3000瓦的较大范围内，实验测得的表面电流值都比较低，表5所列的5组实验数据中，表面漏电电流都保持在200fA以下，因此，功率的设定对反应结果的影响并不大，可根据需要自由选取合适的功率值。从表2-表4列出的实验数据可以看出，当反应温度大于室温、压力小于4000毫托、反应时间大于1.2分钟时，只需合理设定反应条件就能达到钝化晶片表面电流小于lpA的技术效果。当反应温度介于室温-350摄氏度，压力介于200-4000毫托，功率介于400-3000瓦特，反应时间介于1.2-3分钟时，还能进一步平衡工艺成本和技术效果。从上述的实验数据可以说明本发明的方法和反应装置并不要求苛刻的反应条件来配合，在很广的范围内都具有适用性。本发明的减小钝化晶片表面漏电电流的方法及其反应装置，利用氧、氮、氢易于与碳或硅结合的特性，采用化学反应使钝化层表面碳或硅的悬空键与氧、氮、氢结合而形成稳定的共价键，从而减少钝化层表面自由电子的数量，达到减小表面漏电电流的目的。采用本发明的方法和反应装置，在使用时只需消耗较少的能量，并且经过处理的钝化晶片表面的残余电流可控制在lpA以下，对器件的性能几乎不造成任何影响。此外，采用本发明的方法处理后的晶片，其表面非常平滑，且表层只被除去一、两百埃的厚度，仅为现有技术几千埃的几十分之一，大大增加了钝化层的可用厚度。表l<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>表2<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>表3<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>表4<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>权利要求1、一种减小钝化晶片表面漏电电流的方法，其特征在于所述方法是将钝化晶片置于充有包含氧气、氮气和氢气的混和气体的反应装置中进行表面漏电清除。2、如权利要求1所迷的减小钝化晶片表面漏电电流的方法，其特征在于所述的混和气体中氧气的含量占50°/r98%，氮气的含量占1%-49%，氬气的含量占0.06%-10%。3、如权利要求2所述的减小钝化晶片表面漏电电流的方法，其特征在于所述的混和气体中氧气的含量占80%-96%，氮气的含量占4%-19%，氪气的含量占0.2/「1%。4、如权利要求1所述的减小钝化晶片表面漏电电流的方法，其特征在于在所述的表面漏电清除过程中，所述反应装置内的温度大于室温，压力小于4000毫托。5、如权利要求4所述的减小钝化晶片表面漏电电流的方法，其特征在于在所述的表面漏电清除过程甲，所述反应装置内的温度介于室温-350摄氏度，压力介于200-4000毫托。6、如权利要求1所述的减小钝化晶片表面漏电电流的方法，其特征在于所述的表面漏电清除过程至少持续1.2分钟。7、如权利要求6所述的减小钝化晶片表面漏电电流的方法，其特征在于所述的表面漏电清除过程持续1.2-3分钟。8、一种减小钝化晶片表面漏电电流的反应装置，其特征在于所述的反应装置是一等离子体反应室，其中充有包含氧气、氮气和氢气的混和气体。9、如权利要求8所述的减小钝化晶片表面漏电电流的反应装置，其特征在于所述的混和气体中氧气的含量占50%-98%,氮气的含量占1%-49%，氢气的含量占0.06%-10%。10、如权利要求9所述的减小钝化晶片表面漏电电流的反应装置，其特征在于所述的混和气体中氧气的含量占80%-96%，氮气的含量占4%-19%,氢气的含量占0.2%-1%。11、如权利要求8所述的减小钝化晶片表面漏电电流的反应装置，其特征在于所述等离子体反应室内的温度大于室温，压力小于4000毫托。12、如权利要求11所述的减小钝化晶片表面漏电电流的反应装置，其特征在于所述等离子体反应室内的温度介于室温-350摄氏度，压力介于200-4000毫托。全文摘要一种减小由碳或硅的悬空键引起的表面漏电电流的方法及其反应装置。现有的表面漏电清除方法存在处理后的钝化晶片表面粗糙不平、表层去除厚度大及能量消耗大等问题。本发明的减小钝化晶片表面漏电电流的方法，是将钝化晶片置于充有包含氧气、氮气和氢气的混和气体的反应装置中进行表面漏电清除。于本发明一实施例中，所述的混和气体中氧气的含量占50％-98％，氮气的含量占1％-49％，氢气的含量占0.06％-10％。利用本发明的方法和反应装置，可有效减少钝化晶片表面碳或硅的悬空键，从而减小表面漏电电流，而且该方法和装置还具有反应能量低，晶片表面去除厚度小等优点。文档编号H01L21/311GK101150063SQ200610116168公开日2008年3月26日申请日期2006年9月18日优先权日2006年9月18日发明者王津洲,章国伟申请人:中芯国际集成电路制造(上海)有限公司