最後更新:2026年10月8日離子佈植・熱處理離子佈植・熱處理中國大陸:合成气

合成氣體(Forming Gas,氫氣退火)是什麼

Forming Gas

合成氣體(Forming Gas)是在氮氣中混入數%氫氣的混合氣體,能在不會燃燒的氫氣濃度範圍內利用其還原作用。在MOS電晶體製造中,以400~450℃左右的合成氣體退火,用氫將矽與氧化層界面的懸鍵終端化,以減少界面能態。也用於焊接與接合時的防止氧化。

目錄5 項
  1. 定義與原理
  2. 常見問題
  3. 相關企業
  4. 相關用語
  5. 比較文章

定義與原理

合成氣體(Forming Gas)是在氮氣(N₂)中混入數%左右氫氣(H₂)的混合氣體。它在利用氫的還原作用(從氧化物奪取氧的作用)的同時,將氫濃度控制在不會燃燒的範圍內,因此特點是比純氫更安全。在半導體製造中,用於改善電晶體界面的熱處理,以及防止、去除金屬表面氧化的用途。

最重要的用途是稱為合成氣體退火(FGA)的熱處理。MOS電晶體的矽與閘極氧化層界面會殘留沒有鍵結對象的懸鍵(dangling bond),形成捕捉載子的界面能態,導致臨界電壓偏移、遷移率下降及雜訊增加。在製程的較後段,於合成氣體中加熱至400~450℃左右,氫會與懸鍵結合使其終端化,可大幅減少界面能態。此步驟多在形成金屬連線之後進行,其優點之一是能在鋁或銅導線可承受的溫度下獲得效果。

合成氣體也用於封裝製程。在焊接、黏晶(die bonding)及銅線打線接合中,金屬表面的氧化層會妨礙焊料潤濕與接合,因此在合成氣體環境中防止氧化,必要時也會還原薄的氧化層。它也是不使用助焊劑(無助焊劑,fluxless)封裝的手段之一。銅導線電鍍後的熱處理,也會使用含氫的環境,在防止氧化的同時使晶粒成長。

合成氣體(Forming Gas,氫氣退火)的常見問題

合成氣體的氫氣濃度大約是多少?
依用途而異,一般為數%左右,常使用控制在燃燒下限濃度以下的組成。優點是能利用氫的還原作用,同時避免像純氫那樣的爆炸危險。
合成氣體退火能改善什麼?
以氫將殘留在矽與閘極氧化層界面的懸鍵終端化,大幅減少界面能態。結果能抑制臨界電壓偏移、載子遷移率下降及雜訊,改善電晶體的特性。

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