多晶硅納米薄膜在壓阻傳感器應用中的關鍵技術研究.pdf

1、在壓阻傳感器方面，與單晶硅相比，多晶硅薄膜器件無需p-n結襯底隔離，可實現高溫工作；與絕緣體上單晶硅（SOI）相比，其具有工藝簡單、制造成本低的優(yōu)勢。但是，普通多晶硅壓阻傳感器靈敏度偏低。研究結果表明，厚度100nm以下的重摻硼多晶硅納米薄膜（PNTF）具有較高的應變系數（GF≥34）及低電阻及GF溫度系數（TCR及TCGF）；而同等摻雜濃度普通多晶硅薄膜的GF僅為20～25，TCR及TCGF高近一個數量級。因此，PNTF在高溫壓阻傳感

2、器研制方面具有良好的應用前景。
　　要實現PNTF在壓阻傳感器中的應用必須解決如下技術問題：在納米尺寸下其薄膜均一性差，電阻值隨工藝條件變化的偏差大，嚴重影響傳感器測量精度，而傳統(tǒng)電阻修正法存在穩(wěn)定性差或浪費芯片面積的缺點，因此必須提出適用于PNTF壓阻傳感器的電阻偏差精確修正方法；傳統(tǒng)鋁基接觸電極與多晶硅的接觸電阻較大且擴散現象顯著，易產生電遷移現象，熱穩(wěn)定性欠佳，嚴重影響器件性能，因此必須研究低接觸電阻、合金化深度受控、熱穩(wěn)定

3、性好的多層歐姆接觸工藝；PNTF的超薄結構使其電學特性易受外界電荷、污染物及表面氧化的影響，必須對其表面進行保護和鈍化處理，而現有單層鈍化膜的鈍化效果欠佳，且傳感器制作工藝又決定鈍化工藝溫度不能過高，因此必須研究高鈍化質量的低溫鈍化工藝。為此，本文對LPCVD高摻硼PNTF的電阻偏差電學修正技術、歐姆接觸技術及表面鈍化技術進行了系統(tǒng)的研究。
　　在電阻偏差修正方面，針對硼雜質不存在分凝現象與現有雜質分凝模型存在的矛盾，提出了基于填

4、隙原子-空位對（IV對）理論的晶界電流致再結晶模型及電學修正的晶界熱傳導模型，將電學修正現象解釋為大電流引起晶界級聯(lián)式再結晶，增大載流子遷移率從而降低薄膜電阻?；谒岢龅哪Ｐ?，對不同薄膜參數樣品的電學修正特性進行了機理分析，并定量建立了閾值電流密度與薄膜參數的理論關系，并用實驗結果對理論模型進行了驗證。在此基礎上，提出直流電流逐次修正法，并研究了電學修正對壓阻、溫度特性的影響。結果表明，該法將修正精度提高了4倍，且不會明顯改變PNTF

5、的壓阻靈敏度及溫度系數，適用于PNTF壓阻傳感器的阻值修正。
　　在歐姆接觸方面，針對現有模型測試結構完好率低、測試精度差的問題，改進了現有線性和圓點傳輸線模型（LTLM和CDTLM）測試結構，并考慮了金屬層電阻的影響，基于雙半環(huán)電阻網絡修正了現有CDTLM模型，提出了正交電壓測量法，提高了結構完好率及測量精度。基于改進測試結構及測量方法，獲得了不同合金化條件下Al、Pd及Ni基接觸樣品的比接觸電阻率（SCR）及I-V特性曲線，采

6、用XRD、EDX、SEM等表征手段，分析了接觸界面合金化產物。結果表明，Ti/Pd/Au接觸結構合金化后生成低Si耗損量的Pd2Si，SCR比單層Al接觸降低2個數量級；Pt/Pd/Au接觸結構實現了熱穩(wěn)定性良好的非合金化歐姆接觸。
　　在低溫鈍化工藝研究方面，為了提高 PNTF表面鈍化質量，避免表面氧化與外界電荷及污染對薄膜特性的影響，分別采用CVD、聚合物包覆及溶膠凝膠法，制備了SiO2/Si3N4雙層復合膜、聚酰亞胺(PI)

7、/SiO2復合鈍化層及添加不同粘合劑的SiO2鈍化膜。表征了樣品的表面形貌和粗糙度，并用微波光電導衰減儀測量了樣品的有效少子壽命及表面復合速率，最終獲得了優(yōu)化的鈍化工藝：對于單層鈍化，采用SiO2含量為5g/L的PI/SiO2復合膜；對于雙層鈍化，采用保留LPCVD離子注入緩沖層SiO2與PECVD Si3N4復合鈍化膜。上述工藝的鈍化效果比已報道的結果提高5～6倍。鈍化機理分析表明，氮化硅膜的寬禁帶使PNTF表面形成反型層，減少表面空