离子注入和快速退火工艺
离子注入和快速退火工艺
离子注入是一种将带电的且具有能量的粒子注入衬底硅的过程。注入能量介于1keV到1MeV之间，注入深度平均可达10nm~10um，离子剂量变动范围从用于阈值电压调整的1012/cm3到形成绝缘层的1018/cm3。相对于扩散工艺，离子注入的主要好处在于能更准确地控制杂质掺杂、可重复性和较低的工艺温度。
高能的离子由于与衬底中电子和原子核的碰撞而失去能量，最后停在晶格内某一深度。平均深度由于调整加速能量来控制。杂质剂量可由注入时监控离子电流来控制。主要副作用是离子碰撞引起的半导体晶格断裂或损伤。因此，后续的退化处理用来去除这些损伤。
1 离子分布
一个离子在停止前所经过的总距离，称为射程R。此距离在入射轴方向上的投影称为投影射程Rp。投影射程的统计涨落称为投影偏差σp。沿着入射轴的垂直的方向上亦有一统计涨落，称为横向偏差σ┷。
下图显示了离子分布，沿着入射轴所注入的杂质分布可以用一个高斯分布函
数来近似：
S为单位面积的离子注入剂量，此式等同于恒定掺杂总量扩散关系式。沿x
轴移动了一个Rp。回忆公式:
对于扩散，最大浓度为x＝0；对于离子注入，位于Rp处。在（x－Rp）＝±σp处，离子浓度比其峰值降低了40%。在±2σp处则将为10%。在±3σp处为1%。在±4σp处将为0.001%。沿着垂直于入射轴的方向上，其分布亦为高斯分布，可用:
表示。因为这种形式的分布也会参数某些横向注入。
2 离子中止
使荷能离子进入半导体衬底后静止有两种机制。
一是离子能量传给衬底原子核，是入射离子偏转，也使原子核从格点移出。设E是离子位于其运动路径上某点x处的能量，定义核原子中止能力：
二是入射离子与衬底原子的电子云相互作用，通过库仑作用，离子与电子碰撞失去能量，电子则被激发至高能级或脱离原子。定义电子中止能力：
离子能量随距离的平均损耗可由上述两种阻止机制的叠加而得：
如果一个离子在停下来之前，所经过的总距离为R，则
E0为初始离子能量，R为射程。
核阻止过程可以看成是一个入射离子硬球与衬底核硬球之间的弹性碰撞M1
转移给M2的能量为:
电子中止能力与入射离子的速度成正比：
其中系数ke是原子质量和原子序数的弱相关函数。硅的ke值107(eV)1/2/cm。砷化镓的ke值为3×107(eV)1/2/cm
离子中止两种机制：一是离子能量传给衬底原子核，是入射离子偏转，也使
原子核从格点移出。二是入射离子与衬底原子的电子云相互作用，通过库仑作用，离子与电子碰撞失去能量，电子则被激发至高能级或脱离原子。
硅中电子中止能力如虚线所示，交叉能量点是Sn(E)=Se(E)。一旦Sn(E)和Se(E)已知，可计算处射程范围。可以用下述近似方程式来求得投影射程与投影偏差：
3 离子注入的沟道效应
前述高斯分布的投影射程及投影的标准偏差能很好地说明非晶硅或小晶粒
多晶硅衬底的注入离子分布。只要离子束方向偏离低指数晶向<111>，硅和砷化
镓中的分布状态就如在非晶半导体中一样。在此情况下，靠近峰值处的实际杂质分布，可用“高斯分布函数”来表示，即使延伸到低于峰值一至两个数量级处也一样，这表示在下图中。然而即使只偏离<111>晶向7度，仍会有一个随距离而成指数级exp(-x/λ)变化的尾区，其中λ的典型的数量级为0.1um。
衬底定位时有意偏离晶向情况下的杂质分布。离子束从<111>轴偏离7度入射。
指数型尾区与离子注入沟道效应有关，当入射离子对准一个主要的晶向
并被导向在各排列晶体原子之间时，沟道效应就会发生。图为沿<110>方向观测金刚石晶格的示意图。离子沿<110>方向入射，因为它与靶原子较远，使它在和核碰撞时不会损伤大量能量。对沟道离子来说，唯一的能量损伤机制是电子阻止，因此沟道离子的射程可以比在非晶硅靶中大得多。
4 离子进入的角度及通道
<100> <110> <111> 沟道效应降低的技巧
1、覆盖一层非晶体的表面层、将硅芯片转向或在硅芯片表面制造一个损伤的表层。常用的覆盖层非晶体材料只是一层薄的氧化层[图(a)]，此层可使离子束的方向随机化，使离子以不同角度进入硅芯片而不直接进入硅晶体沟道。
2、将硅芯片偏离主平面5-10度，也能有防止离子进入沟道的效果[图(b)]。此方法大部分的注入机器将硅芯片倾斜7度并从平边扭转22度以防止沟道效应。
3、先注入大量硅或锗原子以破坏硅芯片表面，可在硅芯片表面产生一个随机层[图(c)]，这种方法需使用昂贵的离子注入机。
5 注入损伤与退火
离子注入中，与原子核碰撞后转移足够的能量给晶格，使基质原子离开晶格位置而造成注入损伤（晶格无序）。这些离位的在也许获得入射能量的大部分，接着如骨牌效应导致邻近原子的相继移位而形成一个沿着离子路径的树枝状的
无序区。当单位体积内移位的原子数接近半导体的原子密度时，单晶材料便成为非晶材料。
轻离子的树枝状的无序区不同于重离子。轻离子（11B+）大多数的能量损伤起因于电子碰撞，这并不导致晶格损伤。离子的能量会减低至交叉点能量，而在那里核阻止会成为主导。因此，晶格无序发生在离子最终的位置附近。如下图（a）所示。
重离子的能量损失主要是原子核碰撞，因此预期有大量的损伤。如下图（b）所示。
要估计将单晶转变为非晶材料所需的能量，可以利用一个判据，即认为注入量应该与融化材料所需的能量密度（1021keV/cm3）在数量级上相同。对于100keV 的砷离子来说，形成非晶硅所需的剂量为
6 退火
由于离子注入所造成的损伤区及畸形团，使迁移率和寿命等半导体参数受到影响。此外，大部分的离子在被注入时并不位于置换位置。为激活被注入的离子并恢复迁移率与其它材料参数，必须在适当的时间与温度下将半导体退火。
传统退火炉使用类似热氧化的整批式开放炉管系统。需要长时间和高温来消除注入损伤。但会造成大量杂质扩散而无法符合浅结及窄杂质分布的需求。
快速热退火（RTA）是一种采用各种能源、退火时间范围很宽（100s到纳秒）的退火工艺。RTA可以在最小的杂质再分布情况下完全激活杂质。
?退火：将注入离子的硅片在一定温度和真空或氮、氩等高纯气体的保护下，
经过适当时间的热处理，
?部分或全部消除硅片中的损伤，少数载流子的寿命及迁移率也会不同程度
的得到恢复，
?电激活掺入的杂质
?分为普通热退火、硼的退火特性、磷的退火特性、扩散效应、快速退火
?普通热退火：退火时间通常为15--30min，使用通常的扩散炉，在真空或
氮、氩等气体的保护下对衬底作退火处理。缺点：清除缺陷不完全，注入杂质激活不高，退火温度高、时间长，导致杂质再分布。
7 硼与磷的传统退火
退火的特性与掺杂种类及所含剂量有关
硼的退火特性
1 区单调上升：点缺陷、陷井缺陷消除、自由载流子增加
2 区出现反退火特性：代位硼减少，淀积在位错上
3 区单调上升
剂量越大，所需退火温度越高。
磷的退火特性
杂质浓度达1015以上时出现无定形硅退火温度达到600℃～800℃
热退火问题:
?简单、价廉
?激活率不高
?产生二次缺陷，杆状位错。位错环、层错、位错网加剧
扩散效应:
8 快速热退火
一个具有瞬间光加热的快速热退火系统
表为传统炉管与RTA技术的比较。为获得较短的工艺时间，需在温度和工艺的不均匀性、温度测量与控制、硅芯片的应力与产率间作取舍。
快速热退火
9 注入相关工艺－多次注入及掩蔽
在许多应用中，除了简单的高斯分布外其它的杂质分布也是需要的。例如硅内预先注入惰性离子，使表面变成非晶。此方法使杂质分布能准确地控制，且近乎百分百的杂质在低温下激活。在此情况下，深层的非晶体层是必须，为了得到这种区域，必须要做一系列不同能量与剂量的注入（多次注入）。
多次注入如下图所示，用于形成一平坦的杂质分布。
为了要在半导体衬底中预先选择的区域里形成p-n结，注入时需要一层合适的掩蔽层。此层要阻止一定比例的入射离子其最小厚度可从离子的射程参数来求得。在某一深度d之后的注入量对回忆式积分可得：
穿越深度d的剂量的百分比可由穿透系数T求得：
一旦得到了T，对任一恒定的Rp和σp来说，都可以求得掩蔽层厚度d，对SiO2、Si3N4与抗蚀剂来说，要阻挡99.99%的入射离子（T＝10-4）所需的d值如下图所示。图中内插图显示了在掩蔽材料内的注入物的分布。
10 倾斜角度离子注入
当器件缩小到亚微米尺寸时，将杂质分布垂直方向也缩写是很重要的。现代器件结构如轻掺杂漏极（LDD），需要在纵向和横向上精确控制杂质分布。垂直于表面的离子速度决定注入分布的投影射程。如果硅芯片相对于离子束倾斜了一个很大的角度，则等效离子能量将大为减少。
在倾斜角度离子注入时，需考虑硅芯片上掩蔽图案的阴影效应。较小的倾斜角度导致一个小阴影区。如高为0.5um的掩蔽层，离子束的入射角为7度，将导致一个61nm的阴影区。可能是器件产生一个预想不到的串联电阻。
60keV砷入射到硅中，相对浓度分布为离子束倾斜角度的函数，内插图所示是倾斜角度离子注入的阴影区
11 高能量与大电流注入
注入机能量可高达1.5-5MeV，且已用作多种新型用途。主要利用其能将杂质掺入半导体内深达好几个微米的能力而不需要借助高温下长时间的扩散。也可用于制作低电阻埋层。例如，CMOS器件中距离表面深达1.5到3um的埋层。
大电流注入机（10-20mA）工作在25-30keV范围下，通常用于扩散技术中的预置处理。因为其总量能够精确控制。在预置后，掺杂剂可以用高温扩散步骤再分布，同时顺便将表面区的注入损伤修补。另一用途就是MOS器件的阈值电压调整，精确控制的杂质量经栅极氧化层注入沟道区。
目前，已有能量范围介于150-200keV的大电流离子注入。主要用途是制作高品质硅层，通过向硅层中注入氧来生成二氧化硅从而使该硅层与衬底绝缘。这种氧注入隔离（SIMOX）是一种绝缘层上硅（SOI）的关键技术。
2.8 离子注入主要参数:
离子注入的几何说明：
α：离子束注入面
∑：表面
β：模拟的平面
θ：离子束方向与y轴方向的夹角
φ：离子束与模拟平面之间的夹角
参数说明：
Species:注入的杂质种类
Energy：注入能量（KeV）
Dose：注入剂量，单位cm-2
Tilt：离子束注入的纵向角度，默认值是7o
Rotation：离子束与模拟平面之间的夹角，默认值是30o
12 离子注入系统
离子源：用于离化杂质的容器。常用的杂质源气体有BF3、AsH3 和PH3 等。
质量分析器：不同离子具有不同的电荷质量比，因而在分析器磁场中偏转的角度不同，由此可分离出所需的杂质离子，且离子束很纯。
加速器：为高压静电场，用来对离子束加速。该加速能量是决定离子注入深度的一个重要参量。
中性束偏移器：利用偏移电极和偏移角度分离中性原子。
聚焦系统：用来将加速后的离子聚集成直径为数毫米的离子束。
偏转扫描系统：用来实现离子束x、y 方向的一定面积内进行扫描。
工作室：放置样品的地方，其位置可调。
13 离子注入主要解决的问题
1)纯度
2)深度
3)浓度
4)均匀性
5)稳定性
14 离子注入优缺点
优点：
1）可在较低的温度下，将各种杂质掺入到不同的半导体中；
2）能精确控制掺入基片内杂质的浓度分布和注入深度；
3）可以实现大面积均匀掺杂，而且重复性好；
4）掺入杂质纯度高；
5）获得主浓度扩散层不受故浓度限制
6）由于注入粒子的直射性，杂质的横向扩散小；
7）可以置备理想的杂质分布；
8）可以通过半导体表面上一定厚度的四SiO2膜进行注入而实行掺杂；
9）工艺条件容易控制。
缺点：
1）高能离子注入改变晶格结构；
2）设备贵
去应力和完全退火工艺
去应力和完全退火工艺-标准化文件发布号：（9456-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII
钢的退火工艺完全退火去应力退火工艺曲线及操作规程 退火是将钢材或各种金属机械零件加热到适当温度，保温一段时间，然后缓慢冷却，可以获得接近平衡状态组织的热处理工艺。在机械制造行业，退火通常作为工件制造加工过程中的预备热处理工序。 一. 完全退火 完全退火是将钢件或各种机械零件加热到临界点Ac3以上的适当温度、在炉内保温缓慢逐渐冷却的工艺方法。其目的是为了细化组织、降低硬度、改善机械切削加工性能及去除内应力。 完全退火适用于中碳钢和中碳合金钢的铸钢件、焊接件、轧制件等。 完全退火工艺曲线见图1.1。 1. 工件装炉：一般中、小件均可直接装入退火温度的炉内，亦可低温装炉，随炉升温。 2. 保温时间：保温时间是指从炉子仪表到达规定退火加热温度开始计算至工件在炉内停止加热开始降温时的全部时间。工件堆装时，主要根据装炉情况估定，一般取2~3h。 3. 工件冷却：保温完成后，一般停电（火），停止加热，关闭炉门逐渐缓冷至500℃即可出炉空冷。对某些合金元素含量较高、按上述方式冷却后硬度仍然偏高的工件，可采用等温冷却方法，即在650℃附近保温2~4h后再炉冷至500℃。 二. 去应力退火 去应力退火是将工件加热到Ac1以下的适当温度，保温一定时间后逐渐缓慢冷却的工艺方法。其目的是为了去除由于机械加工、变形加工、铸造、锻造、热处理以及焊接后等产生的残余应力。 1. 去应力退火工艺曲线见图1-3。
2. 不同的工件去应力退火工艺参数见表C。 3. 去应力退火的温度，一般应比最后一次回火温度低20~30℃，以免降低硬度及力学性能。 4. 对薄壁工件、易变形的焊接件，退火温度应低于下限。 5. 低温时效用于工件的半加工之后（如粗加工或第一次精加工之后），一般采用较低的温度。 表C 去应力退火工艺及低温时效工艺 类别加热速度加热温 度 保温时 间/h 冷却时间 焊接件 ≤300℃装炉 ≤100~150℃/h 500- 550 2-4炉冷至300℃出炉空冷 消除加工应力到温装炉400- 550 2-4炉冷或空冷 高精轴套、膛杆（38CrMoAlA）≤200℃装炉 ≤80℃/h 600- 650 10-12 炉冷至200℃出炉 （在350℃以上冷速 ≤50℃/h） 精密丝杠（T10）≤200℃装炉 ≤80℃/h 550- 600 10-12 炉冷至200℃出炉 （在350℃以上冷速 ≤50℃/h） 主轴、一般丝杠（45、40Cr）随炉升温 550- 600 6-8炉冷至200℃出炉 量检具、精密丝杠 （T8、T10、CrMn、 GCr15）随炉升温 130- 180 12-16 空冷 （时效最好在油浴中进 行）
半导体工艺与制造技术习题答案(第四章 离子注入)
第四章 离子注入与快速热处理 1.下图为一个典型的离子注入系统。 （1）给出1-6数字标识部分的名称，简述其作用。 （2）阐述部件2的工作原理。 答：（1）1：离子源，用于产生注入用的离子； 2：分析磁块，用于将分选所需的离子； 3：加速器，使离子获得所需能量； 4：中性束闸与中性束阱，使中性原子束因直线前进不能达到靶室； 5：X & Y 扫描板，使离子在整个靶片上均匀注入； 6：法拉第杯，收集束流测量注入剂量。 （2）由离子源引出的离子流含有各种成分，其中大多数是电离的，离子束进入一个低压腔体内，该腔体内的磁场方向垂直于离子束的速度方向，利用磁场对荷质比不同的离子产生的偏转作用大小不同，偏转半径由公式： 决定。最后在特定半径位置采用一个狭缝，可以将所需的离子分离出来。 2.离子在靶内运动时，损失能量可分为核阻滞和电子阻滞，解释什么是核阻滞、电子阻滞？两种阻滞本领与注入离子能量具体有何关系？ 答：核阻滞即核碰撞，是注入离子与靶原子核之间的相互碰撞。因两者质量是同一数量级，一次碰撞可以损失很多能量，且可能发生大角度散射，使靶原子核离开原来的晶格位置，留下空位，形成缺陷。 电子阻滞即电子碰撞，是注入离子与靶内自由电子以及束缚电子之间的相互碰撞。因离子质量比电子质量大很多，每次碰撞损失的能量很少，且都是小角度散射，且方向随机，故经多次散射，离子运动方向基本不变。 在一级近似下，核阻滞本领与能量无关；电子阻滞本领与能量的平方根成正比。 1 2 3 4 5 6
3.什么是离子注入横向效应？同等能量注入时，As和B哪种横向效应更大？为什么？ 答：离子注入的横向效应是指，注入过程中，除了垂直方向外，离子还向横向掩膜下部分进行移动，导致实际注入区域大于掩膜窗口的效应。 B的横向效应更大，因为在能量一定的情况下，轻离子比重离子的射程要深且标准差更大。 4.热退火用于消除离子注入造成的损伤，温度要低于杂质热扩散的温度，然而，杂质纵向分布仍会出现高斯展宽与拖尾现象，解释其原因。 答：离子注入后会对晶格造成简单晶格损伤和非晶层形成；损伤晶体空位密度要大于非损伤晶体，且存在大量间隙原子核其他缺陷，使扩散系数增大，扩散效应增强；故虽然热退火温度低于热扩散温度，但杂质的扩散也是非常明显的，出现高斯展宽与拖尾现象。 5.什么是离子注入中常发生的沟道效应（Channeling）和临界角？怎样避免沟道效应？ 答：沟道效应，即当离子入射方向平行于主晶轴时，将很少受到核碰撞，离子将沿沟道运动，注入深度很深。由于沟道效应，使注入离子浓度的分布产生很长的拖尾；对于轻原子注入到重原子靶内是，拖尾效应尤其明显。 临界角是用来衡量注入是否会发生沟道效应的一个阈值量，当离子的速度矢量与主要晶轴方向的夹角比临界角大得多的时候，则很少发生沟道效应。临界角可用下式表示： 6.什么是固相外延（SPE）及固相外延中存在的问题？ 答：固相外延是指半导体单晶上的非晶层在低于该材料的熔点或共晶点温度下外延再结晶的过程。热退火的过程就是一个固相外延的过程。 高剂量注入会导致稳定的位错环，非晶区在经过热退火固相外延后，位错环的最大浓度会位于非晶和晶体硅的界面处，这样的界面缺陷称为射程末端缺陷。若位错环位于PN结耗尽区附近，会产生大的漏电流，位错环与金属杂质结合时更严重。因此，选择的退火过程应当能够产生足够的杂质扩散，使位错环处于高掺杂区，同时又被阻挡在器件工作时的耗尽区之外。 7.离子注入在半导体工艺中有哪些常见应用？ 答：阱注入、VT调整注入，轻掺杂漏极（LDD），源漏离子注入，形成SOI结构。 8.简述RTP设备的工作原理，相对于传统高温炉管它有什么优势？ 答：RTP设备是利用加热灯管通过热辐射的方式选择性加热硅片，使得硅片在极短的时间内达到目标温度并稳定维持一段时间。相对于传统高温炉管，RTP设备热处理时间短，热预算小，冷壁工艺减少硅片污染。 9.简述RTP在集成电路制造中的常见应用。 答：RTP常用于退火后损失修复、杂质的快速热激活、介质的快速热加工、硅化物和接触的形成等。 10.采用无定形掩膜的情况下进行注入，若掩膜/衬底界面的杂质浓度减少至峰值
离子注入和快速退火工艺处理
离子注入和快速退火工艺 离子注入是一种将带电的且具有能量的粒子注入衬底硅的过程。注入能量介于1keV到1MeV之间，注入深度平均可达10nm~10um，离子剂量变动范围从用于阈值电压调整的1012/cm3到形成绝缘层的1018/cm3。相对于扩散工艺，离子注入的主要好处在于能更准确地控制杂质掺杂、可重复性和较低的工艺温度。 高能的离子由于与衬底中电子和原子核的碰撞而失去能量，最后停在晶格内某一深度。平均深度由于调整加速能量来控制。杂质剂量可由注入时监控离子电流来控制。主要副作用是离子碰撞引起的半导体晶格断裂或损伤。因此，后续的退化处理用来去除这些损伤。 1 离子分布 一个离子在停止前所经过的总距离，称为射程R。此距离在入射轴方向上的
投影称为投影射程Rp。投影射程的统计涨落称为投影偏差σp。沿着入射轴的垂直的方向上亦有一统计涨落，称为横向偏差σ┷。 下图显示了离子分布，沿着入射轴所注入的杂质分布可以用一个高斯分布函数来近似： S为单位面积的离子注入剂量，此式等同于恒定掺杂总量扩散关系式。沿x 轴移动了一个Rp。回忆公式: 对于扩散，最大浓度为x＝0；对于离子注入，位于Rp处。在（x－Rp）＝±σp处，离子浓度比其峰值降低了40%。在±2σp处则将为10%。在±3σp处为1%。在±4σp处将为0.001%。沿着垂直于入射轴的方向上，其分布亦为高斯分布，可用: 表示。因为这种形式的分布也会参数某些横向注入。 2 离子中止 使荷能离子进入半导体衬底后静止有两种机制。 一是离子能量传给衬底原子核，是入射离子偏转，也使原子核从格点移出。设E是离子位于其运动路径上某点x处的能量，定义核原子中止能力：
快速退火法
节能新工艺-----快速退火 在A1点附近作短时多次的循环处理，可以用在退火工具钢上的事实已为试验所证明。这种方法之所以有推荐的价值，在于所消耗的时间短(大约只合为一般退火的六分之一)，和处理后的工件质量好(得到完全粒状或绝大部分粒状的珠光体，并且游离碳化物分布均匀)，此外，尚可把多种牌号的钢一同炉处理，在生产上应用很方便。 1、常规方法：采用普通的退火方法除处理时间很长外，更主要是处理后的金相组织达不到要求。退火工件70％为粗片状珠光体及网状碳化物的组织。因而在淬火时，即使在保温时间正确的情况下，珠光体中的碳化物也并不全部溶解，成片状的形式保留到淬火之后,再加之游离碳化物呈网状分布，显著的降低了淬火零件的寿命、譬如弹性夹头(T7-T10)，过去这种工件在薄片弹性部分就常常因片状碳化物被保留而断裂。常规方法如图一所示。 图一 按照这一方法，确实可以得到满意的球状组织，并避免石墨化现象；但生产时间仍然很长，使用起来很不经济。 根据如上情况，为了缩短时间，降低消耗，节约成本。我们采用快速退火的方法。 2、快速退火法：通用的工艺方法如图二所示 图二
将钢加热到A1＋10-15℃×t(min),并作短时间的保温，除游离碳化物外，使珠光体中的碳化物部分溶解于奥氏体中，未溶解的碳化物片层受表面能的影响，逐渐破碎并趋于球状。 然后缓冷至A1-10--15℃，使之碳化物成为球状。如此，循环数次，便可达到球化的目的。依据各钢材A1点的位置及实验结果，确定循环退火的温度区间。的关系如图三及图四所示； 3、效果 3.1、缩短周期，提高效率，降低成本。 3.2、退火质量好，有利于后续加工。 3.3、有利于生产的组织。 3.4、适用范围广。
常用变形铝合金退火热处理工艺规范标准
常用变形铝合金退火热处理工艺规 1 主题容与适用围 本规规定了公司变形铝合金零件退火热处理的设备、种类、准备工作、工艺控制、技术要求、质量检验、技术安全。 2 引用文件 GJB1694变形铝合金热处理规 YST 591-2006变形铝及铝合金热处理规 《热处理手册》91版 3 概念、种类 3.1 概念：将变形铝合金材料放在一定的介质加热、保温、冷却，通过改变材料表面或部晶相组织结构，来改变其性能的一种金属热加工工艺。 3.2 种类 车间铝合金零件热处理种类：去应力退火、不完全退火、完全退火、时效处理。 4 准备工作 4.1 检查设备、仪表是否正常，接地是否良好，并应事先将炉膛清理干净； 4.2 抽检零件的加工余量，其数值应大于允许的变形量； 4.3工艺文件及工装夹具齐全，选择好合适的工夹具，并考虑好装炉、出炉的方法； 4.4 核对材料与图样是否相符，了解零件的技术要求和工艺规定； 4.5在零件的尖角、锐边、孔眼等易开裂的部位，应采用防护措施，如包扎铁皮、石棉绳、堵塞螺钉等； 5 一般要求 5.1 人员： 热处理操作工及相关检验人员必须经过专业知识考核和操作培训，成绩合格后持证上岗5.2 设备 5.2.1 设备应按标准规要求进行检查和鉴定，并挂有合格标记，各类加热炉的指示记录的仪表刻度应能正确的反映出温度波动围； 5.2.2 热电温度测定仪表的读数总偏差不应超过如下指标： 当给定温度t≤400℃时，温度总偏差为±5℃； 当给定温度t＞400℃时，温度总偏差为±(t/10)℃。 5.2.3 加热炉的热电偶和仪表选配、温度测量、检测周期及炉温均匀性均应符合QJ 1428的Ⅲ类及Ⅲ类以上炉的规定。 5.3 装炉 5.3.1 装炉量一般以装炉零件体积计算，每炉零件装炉的有效体积不超过炉体积一半为准。 5.3.2 零件装炉时，必须轻拿轻放，防止零件划伤及变形。 5.3.3堆放要求： a.厚板零件允许结合零件结构特点，允许装箱入炉进行热处理，叠放时允许点及较少的线接触，避免面接触，叠放间隙不小于10mm. b.厚度t≤3mm的板料以夹板装夹，叠放厚度≤25mm，零件及夹板面无污垢、凸点，零件间、零件与夹板间应垫一层雪花纸，以防止零件夹伤。 5.3.4 装炉后需检查零件与电热原件，确定无接触时，方可送电升温，在操作过程中，不得随意打开炉门； 5.3.5 加热速度：变形铝合金退火的加热速度约13℃～15℃/秒，例如加热到410℃设定时间为0.5小时。
半导体工艺讲解
半导体工艺讲解（1）--掩模和光刻（上）概述 光刻工艺是半导体制造中最为重要的工艺步骤之一。主要作用是将掩膜板上的图形复制到硅片上，为下一步进行刻蚀或者离子注入工序做好准备。光刻的成本约为整个硅片制造工艺的1/3，耗费时间约占整个硅片工艺的40?60% 光刻机是生产线上最贵的机台，5?15百万美元/台。主要是贵在成像系统 （由15?20个直径为200?300mm勺透镜组成）和定位系统（定位精度小于10nm。其折旧速度非常快，大约3?9万人民币/天，所以也称之为印钞机。光刻部分的主要机台包括两部分：轨道机（Tracker ），用于涂胶显影；扫描曝光机（Scanning ） 光刻工艺的要求：光刻工具具有高的分辨率；光刻胶具有高的光学敏感性; 准确 地对准；大尺寸硅片的制造；低的缺陷密度。 光刻工艺过程 一般的光刻工艺要经历硅片表面清洗烘干、涂底、旋涂光刻胶、软烘、对准曝光、后烘、显影、硬烘、刻蚀、检测等工序。 1、硅片清洗烘干(Cleaning and Pre-Baking ) 方法：湿法清洗+去离子水冲洗+脱水烘焙（热板150?2500C,1?2分钟, 氮气保护） 目的：a、除去表面的污染物（颗粒、有机物、工艺残余、可动离子）；除去水 b、蒸气，是基底表面由亲水性变为憎水性，增强表面的黏附性（对光刻胶或者是HMD?六 甲基二硅胺烷）。 2、涂底（Priming） 方法：a、气相成底膜的热板涂底。HMD蒸气淀积，200?2500C,30秒钟; 优点：涂底均匀、避免颗粒污染；b、旋转涂底。缺点：颗粒污染、涂底不 均匀、HMD用量大。 目的：使表面具有疏水性，增强基底表面与光刻胶的黏附性。 3、旋转涂胶(Spin-on PR Coati ng ) 方法：a、静态涂胶（Static ）。硅片静止时，滴胶、加速旋转、甩胶、挥发溶剂（原光刻胶的溶剂约占65?85%旋涂后约占10?20% ; b、动态 (Dynamic)。低速旋转 (500rpm_rotation per minute )、滴胶、加速旋转(3000rpm)、甩胶、挥发溶剂。
瓦利安-离子注入机工作原理01解析
第三部分原理 瓦利安半导体设备有限公司 VIISta HCS 目录 章节章节编号 原理介绍…………………………………………………………………E82291210 控制原理………………………………………………---………………E82291220 离子注入操作原理………………………………………………………E82291230 第1页
介绍 第1页
VIISta HCS型高束流离子注入机是高自动化的生产工具。此离子注入机可以将单一离子类别掺杂剂的离子束注入到硅片中。 首先利用Varian 控制系统（VCS）产生工艺配方，在配方的基础上制定产生离子束的确切标准。工艺配方的设计目的包括：控制掺杂剂种类的选择，控制剂量、控制离子束的能量、注入角度等以及工艺步骤等等。 在阅读本章之前，请阅读第二章安全方面内容。 一、系统单元组成 VIISta HCS 可以分为三个有用的重要的单元：离子源单元、离子束线单元、工作站单元。 1、离子源单元 离子源子单元包括产生，吸出、偏转、控制，和聚焦，离子是有间接加热的阴极产生再由吸极取出（由D1电源与吸级装置构成），在取出工艺过程中，为了得到离子束更好的传输和低的离子束密度，离子束将被垂直聚焦。被取出的离子束通过一个四极的透镜，在进入90度离子束磁分析器之前离子束被聚焦，在磁分析器中，绝大多数不需要的离子将被分离出去。 离子源模块的主要结构，包括离子源围栏内部分和安全系统，支持分布各处的主要动力组件。还有离子源控制模块，源初始泵抽，涡轮分子泵抽，工艺气体柜，离子源和（套）管路。离子源围栏与安全系统要互锁，这是为了防止在正常注入操作过程中有人员接近。如果任何一扇门打开，或者任何维护、伺服面板被移动，高压电源和有害气体流就会通过互锁系统关闭。VIISts HCS 系统使用的不是高压工艺气体，就是需要安全输送系统的工艺气体。VSEA提供的标准工艺气体有三氟硼烷、砷烷和磷烷。 2、离子束线控制单元 离子束线控制子系统包括从90度磁偏转区域到70度磁偏转区域，在这些区域，离子束将会被减速、聚焦、分析、测量以及被修正为平行、均匀的离子束。从90度磁偏转区域到70度磁偏转区域中，离子束先被增速，再被减速。离子源与控制离子束线的四极透镜，协同D1、D1抑制极，D2、D2抑制极动力一起，提供水平与垂直聚焦控制。90度磁偏转协同判决光圈一起实现对离子的筛选分析。预设法拉第杯测量离子束强度。最终，离子束在70度偏转磁场中，协同多组磁极和顶部和底部的磁棒，被调整为方向平行，分布均匀的离子束。 离子束离开离子源模块之后进入离子束线模块。离子束首先通过离子源四极透镜（源四极透镜，Q1）调整离子束使其竖直方向 第1页
10-45去应力退火热处理
苏州海陆重工股份有限公司作业指导书 文件编号：HL/WI-10-45 版号：1-2008 修改状态：0 去应力退火热处理 Stress relieving annealing heat treatment 2008 - 07 - 25发布 2008 - 08 - 20实施苏州海陆重工股份有限公司发布
苏州海陆重工股份有限公司作业指导书 去应力退火热处理 苏州海陆重工股份有限公司2008 - 07 - 25批准 2008- 08-20实施 文件编号：HL/WI-10-45 版 号：1-2008 修改状态：0
1目的purpose 对厂内的去应力退火作业作出规定，并指导热处理操作工正确的执行去应力热处理工艺。Regulate on stress relieving operation within company and instruct heat treatment operator to correctly perform stress relieving heat treatment procedure. 2适用范围applicable range 适用于我公司产品在焊后或缩径或弯后进行的所有去应力热处理。 It applies to all stress relieving heat treatment performed after welding, shrinking or bending. 3去应力退火热处理工艺stress relieving heat treatment procedure 退火热处理规范的制订应根据合同要求的制造规范及技术规范要求进行。HLHI主要应用规范有ASME SECTION I，METI 标准，中国规范等。结合各种规范后本厂的要求见下表； The stipulation of annealing heat treatment specification shall be according to contract required fabrication and technical specification. HLHI main applied code and standards are ASME SECTION I，METI standard, GB standard etc. our company’s requirements are that of combination of various standards.
去应力退火
创作编号： GB8878185555334563BT9125XW 创作者：凤呜大王* 去应力退火 去应力退火是将工件加热到Ac1以下的适当温度，保温一定时间后逐渐缓慢冷却的工艺方法。其目的是为了去除由于机械加工、变形加工、铸造、锻造、热处理以及焊接后等产生的残余应力。 1. 去应力退火工艺曲线见图1-3。 2. 不同的工件去应力退火工艺参数见表C。 3. 去应力退火的温度，一般应比最后一次回火温度低20~30℃，以免降低硬度及力学性能。 4. 对薄壁工件、易变形的焊接件，退火温度应低于下限。 5. 低温时效用于工件的半加工之后（如粗加工或第一次精加工之后），一般采用较低的温度。 表C 去应力退火工艺及低温时效工艺 类别加热速度 加热温 度 保温 时间 /h 冷却时间 焊接件 ≤300℃装炉 ≤100~150℃/h 500-550 2-4 炉冷至300℃出炉 空冷 消除加工应力到温装炉400-550 2-4 炉冷或空冷 高精轴套、膛杆 （38CrMoAlA） ≤200℃装炉 ≤80℃/h 600-650 10-12 炉冷至200℃出炉 （在350℃以上冷 速≤50℃/h） 精密丝杠（T10）≤200℃装炉550-600 10-12 炉冷至200℃出炉
≤80℃/h（在350℃以上冷 速≤50℃/h） 主轴、一般丝杠 （45、40Cr） 随炉升温550-600 6-8 炉冷至200℃出炉量检具、精密丝杠 （T8、T10、CrMn、GCr15）随炉升温130-180 12-16 空冷（时效最 好在油浴中进行） 创作编号： GB8878185555334563BT9125XW 创作者：凤呜大王*
离子注入技术工艺-中文
离子注入技术工艺 中国科学院半导体研究所离子注入组 我们的离子注入机是中国电子科技集团公司第四十八研究所研制的LC–4 型离子注入机，中国科学院半导体研究所后对该注入机的真空系统、离子源、靶室等设施进行了升级改造，使该注入机在研究方面的性能和功能更加强大。 经过二十多年的运行，我们已为全国一百多家科研院所、大学和企业提供了离子注入技术工艺制作，来我们这里做离子注入工艺的不仅有中科院、北大、清华等众多内地著名单位而且还包括台湾和香港的多所大学；在国际上，美国、德国等西方国家的研究部门也多次来我们这里做离子注入，而我们对国外的收费一直是按照基本上与国际接轨的标准。从国内外的回头客情况看，他们对我们离子注入的质量水平感到满意，特别是，德国Paderborn大学的Wolf Sohler 教授2009年专门来我们这里参观，他说：“我们多次来你们这里做注入，经我们德方的实验测试，你们注入的质量很好”。这说明德国人来我们这里花费得到的技术工艺是物有所值的，也说明我们的离子注入技术经受住了国际方面的检验从而达到国际水平。 有关这台离子注入机的技术指标，其能量在15keV–600keV范围内连续可调，束流强度0.02μA–100μA。注入离子的种类可做铅以下所有离子，现做过的离子包括Al+、As+、Ar+、Ag+、Au+、B+、BF 2 +、Br+、Be+、Bi+ 、Ba+ 、C+、Cr+、Ga+、 Cu+、Ge+、Ca+、Co+、Ce+、Dy+、Eu+、Er+ 、Fe+、Gd+、H+、H 2 +、He+、I+、In+、La+、 Li+、Mg+、Mo+、Mn+、N+、N 2+、Ni+、Nb+、Nd+、Ne+、O+、O 2 +、P+、Pr+、Pt+、Pd+、 S+、Si+、Se+、Sb+、Sm+、SiF 2 +、Te+、Ti+、Tb+、Ta+、Tm+、V+、W+、Xe+、Y+、Yb+、Zr+、Zn+、Zr+等超过60种离子。我们可以实现重叠注入、垂直注入、大偏角或双偏角注入以及冷靶（液氮温度）或热靶（500 ℃以下）注入等，注入样品的形状可以是任意尺寸，最小可以是几个平方毫米，最大可达4英寸直径的圆片。 应用该机已在多种半导体器件、表面物理、半导体材料、金属材料、超导材料、生物材料、医学结构材料、地质矿藏材料、粮食种子改性、微生物品种改良等方面开展了研究，其中在很多方面已取得显著效果。 电子邮件：jml@https://www.360docs.net/doc/689895566.html,（联系注入需通过发电子邮件网上预约，联系人：李建明） 地址：中国科学院半导体研究所,北京市海淀区清华东路甲35号4号实验楼102室 邮编：100083；电话/传真：（010）82304443
常用变形铝合金退火热处理工艺规范.docx
常用变形铝合金退火热处理工艺规范
常用变形铝合金退火热处理工艺规范 1主题内容与适用范围 本规范规定了公司变形铝合金零件退火热处理的设备、种类、准备工作、工艺控制、技术要求、质量检验、技术安全。 2引用文件 GJB1694变形铝合金热处理规范 YST 591-2006变形铝及铝合金热处理规范《热处理手册》 91 版 3概念、种类 3.1 概念：将变形铝合金材料放在一定的介质内加热、保温、冷却，通过改变材料表面或内部晶相组织结构，来改变其性能的一种金属热加工工艺。 3.2 种类 车间铝合金零件热处理种类：去应力退火、不完全退火、完全退火、时效处理。 4准备工作 4.1检查设备、仪表是否正常，接地是否良好， 并应事先将炉膛清理干净； 4.2抽检零件的加工余量，其数值应大于允许的变形量；
4.3 工艺文件及工装夹具齐全，选择好合适的工 夹具，并考虑好装炉、出炉的方法； 4.4 核对材料与图样是否相符，了解零件的技术要求和工艺规定； 4.5 在零件的尖角、锐边、孔眼等易开裂的部位， 应采用防护措施，如包扎铁皮、石棉绳、堵塞螺钉等； 5一般要求 5.1 人员： 热处理操作工及相关检验人员必须经过专业知 识考核和操作培训，成绩合格后持证上岗 5.2 设备 5.2.1设备应按标准规范要求进行检查和鉴 定，并挂有合格标记，各类加热炉的指示记录的仪表刻度应能正确的反映出温度波动范围； 5.2.2 热电温度测定仪表的读数总偏差不应超过如下指标： 当给定温度 t ≤400℃时，温度总偏差为±5℃； 当给定温度 t ＞400℃时，温度总偏差为±(t/10) ℃。
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半导体工艺学
请回答以下问题： 题目：（1）请回答以下几个概念：【20分】 （1）场区、（2）有源区、（3）键合、（4）负载效应、（5）钝化。 题目：（2）集成电路工艺主要分为哪几大部分，每一部分中包括哪些主要工艺、并简述各工艺的主要作用。 【20分】 题目：（3）在离子注入工艺中,有一道工艺是”沟道器件轻掺杂源(漏)区”,其目的是减小电场峰植和热电子效应!请详尽解释其原理!【15分】 题目：（4）在电极形成或布线工艺中,用到金属Ti,请详尽说明金属Ti的特性、金属Ti 的相关工艺、以及金属Ti在电路中的作用!【15分】 题目：（5）在光刻胶工艺中要进行，软烘，曝光后烘焙和坚膜烘焙，请详细说明这三步工艺的目的和条件。【15分】 题目：（6）请对Si（以一种含有Cl元素的刻蚀气体为例）和SiO2（以一种含有F元素的刻蚀气体为例）刻蚀工艺进行描述，并给出主要的化学反应方程式。【15分】 参考答案： 题目一答案: (1) 场区是指一种很厚的氧化层,位于芯片上不做晶体管、电极接触的区域,可以起到隔 离晶体管的作用 (2) 有源区是指硅片上做有源器件的区域,有源区主要针对MOS而言,只要源极,漏极以 及导电沟道所覆盖的区域称为有源区. (3) 键合是指将芯片表面的铝压点和引线框架上或基座上的电极内端(有时称为柱)进 行电连接最常用的方法,常用的键合方法有热压键合、超声键合、热超声键合. (4) 刻蚀过程中去除硅片表面材料的速度称为刻蚀速率,它通常正比于刻蚀剂的浓度, 要刻蚀硅片表面的大面积区域,则会耗尽刻蚀剂浓度使刻蚀速率慢下来;如果刻蚀的面积比较小,则刻蚀就会快些.这称为负载效应. (5) 钝化是使金属表面转化为不易被氧化的状态，而延缓金属的腐蚀速度的方法.热生长SiO2的一个主要优点是可以通过束缚硅的悬挂键,从而降低它的表面态密度,这种效果称为表面钝化,它能防止电性能的退化并减少由潮湿、离子或其它外部沾污物引起的漏电流通路. 题目二答案: 答:集成电路制造就是在硅片上执行一系列复杂的化学或者物理操作。简而言之，这些操作可分为六大基本类：晶片制造、薄膜制作、刻印、刻蚀、掺杂、封装。
退火工艺
退火定义 将金属缓慢加热到一定温度，保持足够时间，然后以适宜速度冷却(通常是缓慢冷却，有时是控制冷却)的一种金属热处理工艺。 目的 是使经过铸造、锻轧、焊接或切削加工的材料或工件软化，改善塑性和韧性，使化学成分均匀化，去除残余应力，或得到预期的物理性能。退火工艺随目的之不同而有多种，如重结晶退火、等温退火、均匀化退火、球化退火、去除应力退火、再结晶退火，以及稳定化退火、磁场退火等等。 1、金属工具使用时因受热而失去原有的硬度。 2、把金属材料或工件加热到一定温度并持续一定时间后，使缓慢冷却。退火可以减低金属硬度和脆性，增加可塑性。也叫焖火。 编辑本段 退火的目的 (1) 降低硬度，改善切削加工性； (2)消除残余应力，稳定尺寸，减少变形与裂纹倾向； (3)细化晶粒，调整组织，消除组织缺陷。 在生产中，退火工艺应用很广泛。根据工件要求退火的目的不同，退火的工艺规范有多种，常用的有完全退火、球化退火、和去应力退火等。编辑本段 退火方法 退火的一个最主要工艺参数是最高加热温度（退火温度），大多数合金的退火加热温度的选择是以该合金系的相图为基础的,如碳素钢以铁碳 平衡图为基础（图1）。各种钢(包括碳素钢及合金钢)的退火温度，视具体退火目的的不同而在各该钢种的Ac3以上、Ac1以上或以下的某一温度。各种非铁合金的退火温度则在各该合金的固相线温度以下、固溶度线温度以上或以下的某一温度。 重结晶退火
应用于平衡加热和冷却时有固态相变(重结晶)发生的合金。其退火温度为各该合金的相变温度区间以上或 退火 以内的某一温度。加热和冷却都是缓慢的。合金于加热和冷却过程中各发生一次相变重结晶，故称为重结晶退火，常被简称为退火。 这种退火方法，相当普遍地应用于钢。钢的重结晶退火工艺是:缓慢加热到Ac3（亚共析钢）或Ac1（共析钢或过共析钢）以上30～50℃，保持适当时间，然后缓慢冷却下来。通过加热过程中发生的珠光体（或者还有先共析的铁素体或渗碳体）转变为奥氏体（第一回相变重结晶）以及冷却过程中发生的与此相反的第二回相变重结晶，形成晶粒较细、片层较厚、组织均匀的珠光体(或者还有先共析铁素体或渗碳体)。退火温度在Ac3以上（亚共析钢）使钢发生完全的重结晶者，称为完全退火，退火温度在Ac1 与Ac3之间(亚共析钢)或Ac1与Acm之间（过共析钢）,使钢发生部分的重结晶者,称为不完全退火。前者主要用于亚共析钢的铸件、锻轧件、焊件，以消除组织缺陷（如魏氏组织、带状组织等），使组织变细和变均匀，以提高钢件的塑性和韧性。后者主要用于中碳和高碳钢及低合金结构钢的锻轧件。此种锻、轧件若锻、轧后的冷却速度较大时，形成的珠光体较细、硬度较高；若停锻、停轧温度过低，钢件中还有大的内应力。此时可用不完全退火代替完全退火，使珠光体发生重结晶,晶粒变细，同时也降低硬度，消除内应力,改善被切削性。此外,退火温度在Ac1与Acm之间的过共析钢球化退火,也是不完全退火。 重结晶退火也用于非铁合金，例如钛合金于加热和冷却时发生同素异构转变，低温为α相(密排六方结构)，高温为β相（体心立方结构），其中间是“α＋β”两相区，即相变温度区间。为了得到接近平衡的室温稳定组织和细化晶粒，也进行重结晶退火，即缓慢加热到高于相变温度区间不多的温度，保温适当时间，使合金转变为β相的细小晶粒；然后缓慢冷却下来，使β相再转变为α相或α＋β两相的细小晶粒。 等温退火
退火的种类及工艺
退火的种类及工艺 退火的种类 1.完全退火和等温退火完全退火又称重结晶退火，一般简称为退火，这种退火主要用于亚共析成分的各种碳钢和合金钢的铸，锻件及热轧型材，有时也用于焊接结构。一般常作为一些不重工件的最终热处理，或作为某些工件的预先热处理。 2.球化退火球化退火主要用于过共析的碳钢及合金工具钢(如制造刃具，量具，模具所用的钢种)。其主要目的在于降低硬度，改善切削加工性，并为以后淬火作好准备。 3.去应力退火去应力退火又称低温退火(或高温回火)，这种退火主要用来消除铸件，锻件，焊接件，热轧件，冷拉件等的残余应力。如果这些应力不予消除，将会引起钢件在一定时间以后，或在随后的切削加工过程中产生变形或裂纹。 退火与正火 1.钢的退火将钢加热到一定温度并保温一段时间，然后使它慢慢冷却，称为退火。钢的退火是将钢加热到发生相变或部分相变的温度，经过保温后缓慢冷却的热处理方法。退火的目的，是为了消除组织缺陷，改善组织使成分均匀化以及细化晶粒，提高钢的力学性能，减少残余应力；同时可降低硬度，提高塑性和韧性，改善切削加工性能。所以退火既为了消除和改善前道工序遗留的组织缺陷和内应力，又为后续工序作好准备，故退火是属于半成品热处理，又称预先热处理。 2.钢的正火正火是将钢加热到临界温度以上，使钢全部转变为均匀的奥氏体，然后在空气中自然冷却的热处理方法。它能消除过共析钢的网状渗碳体，对于亚共析钢正火可细化晶格，提高综合力学性能，对要求不高的零件用正火代替退火工艺是比较经济的。 完全退火处理完全退火处理係将亚共析钢加热至Ac3温度以上30~50℃、过共析钢加热至Ac1温度以上50℃左右的温度范围，在该温度保持足够时间，使成為沃斯田体单相组织(亚共析钢)或沃斯田体加上雪明碳体混合组织后，在进行炉冷使钢材软化，以得到钢材最佳之延展性及微细晶粒组织。 铸铁之弛力退火处理几乎所有的铸件在冷却过程中都会產生热应力，在热处理过程中，特别正常化处理和退火处理之后均会成内应力，内应力发生的主要原因在於铸件的内部肉厚不同，在急速冷却过程中由於热降的差异发生，肉厚不同会使每一个不分的收缩各异，因而引起了所谓内应力，冷的部分具有较高的潜变长度，而热的部分其长度较低，故热的部分就会在冷的部分收缩后形成热点造成部份的变形，变形部分之强度，随著变形度的增加而提高，最后再不能进一步变形时，铸件内部形成某种程的弹性应力，甚至塑性应变，即為内应力，此应力几乎可高达与抗拉强度等值，一且由於任何外在的原因使局部应力超过抗拉强度的时候，此类铸件很容易因而造成破裂，热处理是消除内应力最重要的一种方法，主要程序是升高温度，令所有铸建在非常均匀而缓慢的情况下，加热及冷却。 退火温度的高低，主要视铸件的组成部分，以及必须消的强度量而定，甚至必须考虑组织的可能变化，最适合的退火温度可大致归纳如下：对非合金性的铸铁而言，约在500~575℃之间，对於低筋性的铸铁而言，大约在550~600℃之间，对高合金铸铁而言则在600~650℃之间，炉内的温度分布，必须儘可能的均匀以避免存在温度梯度，不论任何情况下，用於退火的火焰或热气体，不能直接喷向铸件，以避免在加热的时候，薄壁的部分在次引起热应力，而增加残留应力的存在量，进而引起破裂，在到达退火温度后的第一小时内大部分的内应力均会消除，
钢的五种热处理工艺精编版
钢的五种热处理工艺公司内部编号：（GOOD-TMMT-MMUT-UUPTY-UUYY-DTTI-
钢的五种热处理工艺 热处理工艺——表面淬火、退火、正火、回火、调质工艺： 1、把金属材料加热到相变温度（700度）以下，保温一段时间后再在空气中冷却叫回火。 2、把金属材料加热到相变温度（800度）以上，保温一段时间后再在炉中缓慢冷却叫退火。 3、把金属材料加热到相变温度（800度）以上，保温一段时间后再在特定介质中（水或油） 快速冷却叫淬火。 ◆表面淬火 钢的表面淬火 有些零件在工件时在受扭转和弯曲等交变负荷、冲击负荷的作用下，它的表面层承受着比心部更高的应力。在受摩擦的场合，表面层还不断地被磨损，因此对一些零件表面层提出高强度、高硬度、高耐磨性和高疲劳极限等要求，只有表面强化才能满足上述要求。由于表面淬火具有变形小、生产率高等优点，因此在生产中应用极为广泛。 根据供热方式不同，表面淬火主要有感应加热表面淬火、火焰加热表面淬火、电接触加热表面淬火等。 感应表面淬火后的性能:
1.表面硬度：经高、中频感应加热表面淬火的工件，其表面硬度往往比普通 淬火高 2～3 单位（HRC）。 2.耐磨性：高频淬火后的工件耐磨性比普通淬火要高。这主要是由于淬硬层 马氏体晶粒细小，碳化物弥散度高，以及硬度比较高，表面的高的压应力等综合的结果。 3.疲劳强度：高、中频表面淬火使疲劳强度大为提高，缺口敏感性下降。对 同样材料的工件，硬化层深度在一定范围内，随硬化层深度增加而疲劳强度增加，但硬化层深度过深时表层是压应力，因而硬化层深度增打疲劳强度反而下降，并使工件脆性增加。 一般硬化层深δ＝（10～20）％D。较为合适，其中D。为工件的有效直径。 ◆退火工艺 退火是将金属和合金加热到适当温度，保持一定时间，然后缓慢冷却的热处理工艺。退火后组织亚共析钢是铁素体加片状珠光体；共析钢或过共析钢则是粒状珠光体。总之退火组织是接近平衡状态的组织。 退火的目的 ①降低钢的硬度，提高塑性，以利于切削加工及冷变形加工。 ②细化晶粒，消除因铸、锻、焊引起的组织缺陷，均匀钢的组织和成分，改善钢的性能 或为以后的热处理作组织准备。 ③消除钢中的内应力，以防止变形和开裂。
去应力和完全退火工艺
钢的退火工艺完全退火去应力退火工艺曲线及操作规程 退火是将钢材或各种金属机械零件加热到适当温度，保温一段时间，然后缓慢冷却，可以获得接近平衡状态组织的热处理工艺。在机械制造行业，退火通常作为工件制造加工过程中的预备热处理工序。 一■.完全退火 完全退火是将钢件或各种机械零件加热到临界点Ac3以上的适当温度、在炉内保温缓慢逐渐冷却的工艺方法。其目的是为了细化组织、降低硬度、改善机械切削加工性能及去除内应力。 完全退火适用于中碳钢和中碳合金钢的铸钢件、焊接件、轧制件等。 完全退火工艺曲线见图1.1 0 ▲ 1.工件装炉：一般中、小件均可直接装入退火温度的炉内，亦可低温装炉，随炉升温。 2.保温时间：保温时间是指从炉子仪表到达规定退火加热温度开始计算至工件在炉内停止加热开始降温时的全部时间。工件堆装时，主要根据装炉情况估定，一般取2~3h。 3.工件冷却：保温完成后，一般停电（火），停止加热，关闭炉门逐渐缓冷至500C 即可出炉空冷。对某些合金元素含量较高、按上述方式冷却后硬度仍然偏高的工件，可采用等温冷却方法，即在650C附近保温2~4h后再炉冷至500C。二.去应力退火 去应力退火是将工件加热到Ac1以下的适当温度，保温一定时间后逐渐缓慢冷却的工艺方法。其目的是为了去除由于机械加工、变形加工、铸造、锻造、热处理以及焊接后等产生的残余应力。 1.去应力退火工艺曲线见图1-3。 时间场 图去应力退火工艺曲线 2.不同的工件去应力退火工艺参数见表C。 3.去应力退火的温度，一般应比最后一次回火温度低20~30C，以免降低硬度 及力学性能。
4.对薄壁工件、易变形的焊接件，退火温度应低于下限。
半导体工艺之离子注入
半导体离子注入工艺 --离子注入 离子注入法掺杂和扩散法掺杂对比来说，它的加工温度低、容易制作浅结、均匀的大面积注入杂质、易于自动化等优点。当前，离子注入法已成为超大规模集成电路制造中不可缺少的掺杂工艺。 1.离子注入原理: 离子是原子或分子经过离子化后形成的，即等离子体，它带有一定量的电荷。可通过电场对离子进行加速，利用磁场使其运动方向改变，这样就可以控制离子以一定的能量进入wafer内部达到掺杂的目的。 离子注入到wafer中后，会与硅原子碰撞而损失能量， 能量耗尽离子就会停在wafer中某位置。离子通过与硅原子 的碰撞将能量传递给硅原子，使得硅原子成为新的入射粒 子，新入射离子又会与其它硅原子碰撞，形成连锁反应。 杂质在wafer中移动会产生一条晶格受损路径，损伤情况取决于杂质离子的轻重，这使硅原子离开格点位置，形成点缺陷，甚至导致衬底由晶体结构变为非晶体结构。 2.离子射程 离子射程就是注入时，离子进入wafer内部后，从表面到停止所经过的路程。入射离子能量越高，射程就会越长。 投影射程是离子注入wafer内部的深度，它取决于离子的质量、能量，wafer的质量以及离子入射方向与晶向之间的关系。有的离子射程远，有的射程近，而有的离子还会发生横向移动，综合所有的离子运动，就产生了投影偏差。 3.离子注入剂量 注入剂量是单位面积wafer表面注入的离子数，可通过
下面的公式计算得出 ，式中，Q 是剂量；I 是束流， 单位是安培；t 是注入时间，单位是秒；e 是电子电荷，1.6×10-19C ；n 是电荷数量；A 是注入面积，单位是 。 4.离子注入设备 离子注入机体积庞大，结构非常复杂。根据它所能提供 的离子束流大小和能量可分为高电流和中电流离子注入机以 及高能量、中能量和低能量离子注入机。 离子注入机的主要部件有：离子源、质量分析器、加速器、聚焦器、扫描系统以及工艺室等。 （1）离子源 离子源的任务是提供所需的杂质离子。在合适的气压 下，使含有杂质的气体受到电子碰撞而电离，最常用的杂质 源有 和 等， （2）离子束吸取电极 吸取电极将离子源产生的离子收集起来形成离子束。电 极由抑制电极和接地电极构成，电极上加了很高的电压，离 子受到弧光反应室侧壁的排斥作用和抑制电极的吸引作用，被分离出来形成离子束向吸取电极运动。 3）质量分析器 反应气体中可能会夹杂少量其它气体，这样，从离子源 吸取的离子中除了需要杂质离子外，还会有其它离子。因 此，需对从离子源出来的离子进行筛选，质量分析器就是来 enA It Q 62H B 3PH
退火工艺
退火工艺退火是将金属和合金加热到适当温度，保持一定时间，然后缓慢冷却的热处理工艺。退火后组织亚共析钢是铁素体加片状珠光体；共析钢或过共析钢则是粒状珠光体。总之退火组织是接近平衡状态的组织。?退火的目的①降低钢的硬度，提高塑性，以利于切削加工及冷变形加工。②细化晶粒，消除因铸、锻、焊引起的组织缺陷，均匀钢的组织和成分，改善钢的性能或为以后的热处理作组织准备。③消除钢中的内应力，以防止变形和开裂。?退火工艺的种类①均匀化退火（扩散退火）均匀化退火是为了减少金属铸锭、铸件或锻坯的化学成分的偏析和组织的不均匀性，将其加热到高温，长时间保持，然后进行缓慢冷却，以化学成分和组织均匀化为目的的退火工艺。均匀化退火的加热温度一般为Ac3+（150～200℃），即1050～1150℃，保温时间一般为10～15h，以保证扩散充分进行，大道消除或减少成分或组织不均匀的目的。由于扩散退火的加热温度高，时间长，晶粒粗大，为此，扩散退火后再进行完全退火或正火，使组织重新细化。②完全退火完全退火又称为重结晶退火，是将铁碳合金完全奥氏体化，随之缓慢冷却，获得接近平衡状态组织的退火工艺。完全退火主要用于亚共析钢，一般是中碳钢及低、中碳合金结构钢锻件、铸件及热轧型材，有时也用于它们的焊接构件。完全退火不适用于过共析钢，因为过共析钢完全退火需加热到Acm以上，在缓慢冷却时，渗碳体会沿奥氏体晶界析出，呈网状分布，导致材料脆性增大，给最终热处理留下隐患。完全退火的加热温度碳钢一般为Ac3+（30～50℃）；合金钢为Ac3+（500～70℃）；保温时间则要依据钢材的种类、工件的尺寸、装炉量、所选用的设备型号等多种因素确定。为了保证过冷奥氏体完全进行珠光体转变，完全退火的冷却必须是缓慢的，随炉冷却到500℃左右出炉空冷。③不完全退火不完全退火是将铁碳合金加热到Ac1～Ac3之间温度，达到不完全奥氏体化，随之缓慢冷却的退火工艺。不完全退火主要适用于中、高碳钢和低合金钢锻轧件等，其目的是细化组织和降低硬度，加热温度为Ac1+(40～60)℃，保温后缓慢冷却。④等温退火等温退火是将钢件或毛坯件加热到高于Ac3（或Ac1）温度，保持适当时间后，较快地冷却到珠光体温度区间地某一温度并等温保持，使奥氏体转变为珠光体型组织，然后在空气中冷却的退火工艺。等温退火工艺应用于中碳合金钢和低合金钢，其目的是细化组织和降低硬度。亚共析钢加热温度为Ac3+(30～50)℃，过共析钢加热温度为Ac3+(20～40)℃，保持一定时间，随炉冷至稍低于Ar3温度进行等温转变，然后出炉空冷。等温退火组织与硬度比完全退火更为均匀。⑤球化退火球化退火是使钢中碳化物球化而进行的退火工艺。将钢加热到Ac1以上20～30℃，保温一段时间，然后缓慢冷却，得到在铁素体基体上均匀分布的球状或颗粒状碳化物的组织。球化退火主要适用于共析钢和过共析钢，如碳素工具钢、合金工具钢、轴承钢等。这些钢经轧制、锻造后空冷，所得组织是片层状珠光体与网状渗碳体，这种组织硬而脆，不仅难以切削加工，且在以后淬火过程中也容易变形和开裂。而经球化退火得到的是球状珠光体组织，其中的渗碳体呈球状颗粒，弥散分布在铁素体基体上，和片状珠光体相比，不但硬度低，便于切削加工，而且在淬火加热时，奥氏体晶粒不易长大，冷却时工件变形和开裂倾向小。另外对于一些需要改善冷塑性变形（如冲压、冷镦等）的亚共析钢有时也可采用球化退火。球化退火加热温度为Ac1+(20～40)℃或Acm-(20～30)℃，保温后等温冷却或直接缓慢冷却。在球化退火时奥氏化是“不完全”的，只是片状珠光体转变成奥氏体，及少量过剩碳化物溶解。因此，它不可能消除网状碳化物，如过共析钢有网状碳化物存在，则在球化退火前须先进行正火，将其消除，才能保证球化退火正常进行。球化退火工艺方法很多，最常用的两种工艺是普通球化退火和等温球化退火。普通球化退火是将钢加热到Ac1以上20～30℃，保温适当时间，然后随炉缓慢冷却，冷到500℃左右出炉空冷。等温球化退火是与普通球化退火工艺同样的加热保温后，随炉冷却到略低于Ar1的温度进行等温，等温时间为其加热保温时间的1.5倍。等温后随炉冷至500℃左右出炉空冷。和普通球化退火相比，球化退火不仅可缩短周期，而且可使球化组织均匀，并能严格地控制退火后的硬度。⑥再结晶退火（中间退火）再结晶退火是经冷形变后的金属加热到再结晶温度以上，保持适当时间，使形变晶粒重新结晶成均匀的等轴晶粒，以