集成电路制造工艺及常用设备培训课件
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集成电路制备工艺课件(PPT 40页)
PVD可分為三种技術： (1)蒸鍍（Evaporation）； (2)分子束外延成長（Molecular Beam Epitaxy MBE）； (3)濺鍍（Sputter）
28
集成电路生产工艺：制膜
29
集成电路生产工艺：制膜
30
集成电路生产工艺：制膜 溅射镀膜
31
集成电路生产工艺
下面以N型硅上扩散硼制做二极管 为例，说明平面工艺的工艺流程。
1
Contents 集成电路的定义 集成电路的分类 集成电路的工艺
2
集成电路定义
集成电路（integrated circuit）是一种微 型电子器件或部件。采用一定的工艺， 把一个电路中所需的晶体管、二极管、 电阻、电容和电感等元件及布线互连一 起，制作在一小块或 几小块半导体晶片 或介质基片上，然后封装在一个管壳内， 成为具有所需电路功能的微型结构；其 中所有元件在结构上已组成一个整体， 使电子元件向着微小型化、 低功耗和高 可靠性方面迈进了一大步。它在电路中 用字母“IC”表示。
氧化膜的用途
光刻掩蔽（扩散掩蔽层，离子注入阻挡层） MOS管的绝缘 栅材料 电路隔离或绝缘介质，多层金属间介质 电容介质材料 器件表面保护或钝化膜
24
集成电路生产工艺：制膜
SiO2的制备方法 热氧化法
干氧氧化 水蒸汽氧化 湿氧氧化 干氧－湿氧－干氧(简称干湿干)氧化法 氢氧合成氧化 化学气相淀积法 热分解淀积法 溅射法
• 装配和封装 一旦所有制造与测试完成，芯片被从硅片上分离出电性能 良好的器件，进行封装。为芯片提供一种保护以便它能粘贴 到其他装配板上。
35
集成电路生产工艺:测试与封装
硅片测试
硅片测试是为了检验规格的一致性而在硅片级集成电路上进行的电学参数测量。
28
集成电路生产工艺：制膜
29
集成电路生产工艺：制膜
30
集成电路生产工艺：制膜 溅射镀膜
31
集成电路生产工艺
下面以N型硅上扩散硼制做二极管 为例，说明平面工艺的工艺流程。
1
Contents 集成电路的定义 集成电路的分类 集成电路的工艺
2
集成电路定义
集成电路（integrated circuit）是一种微 型电子器件或部件。采用一定的工艺， 把一个电路中所需的晶体管、二极管、 电阻、电容和电感等元件及布线互连一 起，制作在一小块或 几小块半导体晶片 或介质基片上，然后封装在一个管壳内， 成为具有所需电路功能的微型结构；其 中所有元件在结构上已组成一个整体， 使电子元件向着微小型化、 低功耗和高 可靠性方面迈进了一大步。它在电路中 用字母“IC”表示。
氧化膜的用途
光刻掩蔽（扩散掩蔽层，离子注入阻挡层） MOS管的绝缘 栅材料 电路隔离或绝缘介质，多层金属间介质 电容介质材料 器件表面保护或钝化膜
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集成电路生产工艺：制膜
SiO2的制备方法 热氧化法
干氧氧化 水蒸汽氧化 湿氧氧化 干氧－湿氧－干氧(简称干湿干)氧化法 氢氧合成氧化 化学气相淀积法 热分解淀积法 溅射法
• 装配和封装 一旦所有制造与测试完成，芯片被从硅片上分离出电性能 良好的器件，进行封装。为芯片提供一种保护以便它能粘贴 到其他装配板上。
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集成电路生产工艺:测试与封装
硅片测试
硅片测试是为了检验规格的一致性而在硅片级集成电路上进行的电学参数测量。
集成电路制造工艺及常用设备培训课件PPT(共 47张)
接触式曝光
接触式曝光是掩膜板直接同光刻胶接触，它 具有设备简单、分辨率高的优点。它分成真空接 触、硬接触和软接触三种方式，其中真空接触具 有接触力均匀、掩膜变形小和可以消除氧气对光 刻胶的影响等优点。由于接触式曝光时掩膜版同 光刻胶直接接触，所以掩膜版容易损伤，图形缺 陷多、管芯成品率低、不适合VLSI生产。
● 热扩散时，杂质在纵向扩散的同时进行横向 扩散，两者几乎一样，而离子注入的横向扩 散很小。
电流积分仪
在离子注入机中，利用电流积分仪测量
注入的离子总数N：
NNSSQ q q1
t
idt
0
（6 - 8）
式中：NS 单位面积的注入剂量（个/cm2 ），S 是扫描 面积（cm2 ），q 是一个离子的电荷（1.6×10-19库仑）， Q 是注入到靶中的总电荷量（库仑），i是注入的束流 （安培），t 是注入时间（秒）。
根据公式（4-6） t qN S S I
t=（1.6×10-19×5×1015× 3.14×7.52）/ 1× 10-3 =141秒
注入剂量、标准偏差和峰值浓 度之间的近似关系：
Nmax
0.4NS Rp
（6 - 14）
离子注入的损伤和退火效应
对于原来原子排列有序的晶体，由于离子 注入，在晶体中将大量产生缺陷，如空位等。 对于高能、大剂量的重离子注入到硅单晶中， 如As+，将使局部晶体变成非晶体。
如果束流是稳定的电流I，则：
NSS
It q
（6 - 9）
t qN S S I
（6 - 10）
其中：NS 单位面积的注入剂量（个/cm2 ），S 是扫描 面积（cm2 ），q 是一个离子的电荷（1.6×10-19库仑），
集成电路制备工艺培训课件
技术瓶颈分析
针对某关键制备技术的瓶颈问题，分析原因，并提出改进方案。
工业应用与推广
将改进后的制备技术应用于工业化生产中，并对成果进行推广。
案例二：某关键技术的改进与实践
案例三：某常见质量问题的分析与解决
质量问题归纳
总结某常见集成电路制备质量问题，如缺陷、翘曲、开裂等。
质量原因分析
针对不同的质量问题，分析其产生的原因，如原材料质量、设备状态、工艺条件等。
为了提高集成度和性能，集成电路制备工艺正朝着三维集成和异质集成的方向发展。
随着柔性电子和可穿戴技术的兴起，集成电路制备工艺正朝着柔性化、可穿戴化的方向发展。
三维集成和异质集成
柔性化与可穿戴化
技术挑战
产业结构调整与升级
技术与市场的双重驱动
人才培养和技术积累
产业挑战
案例分析与讨论
06
针对某复杂集成电路的制备需求，设计合理的工艺流程，包括光刻、掺杂、薄膜制备、刻蚀等关键步骤。
xx年xx月xx日
集成电路制备工艺培训课件
集成电路制备工艺概述集成电路制备工艺的基本流程集成电路制备工艺的关键技术集成电路制备工艺的质量控制集成电路制备工艺的发展趋势与挑战案例分析与讨论
contents
目录
集成电路制备工艺概述
01
集成电路的定义
集成电路是一种将电路元件、电阻、电容等集成在一小块半导体材料上的电子器件，以实现特定功能或应用。
薄膜制备技术
根据需要选择合适的掺杂剂，如硼、磷等。
掺杂剂选择
掺杂工艺方法
掺杂效果检测
主要有热扩散、离子注入等方法，需要根据实际情况选择。
需要采用专业设备检测掺杂效果，如杂质分布、激活能等。
03
第一章集成电路的基本制造工艺ppt课件
➢ 由于SOC（系统芯片）的出现，给IC设计者提出了 更高的要求，也面临着新的挑战：设计者不仅要懂系 统、电路，也要懂工艺、制造。
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
半导体材料：硅
扩散
➢ 替位式扩散：杂质离子占据硅原子的位：
Ⅲ、Ⅴ族元素
一般要在很高的温度(950～1280℃)下进行 磷、硼、砷等在二氧化硅层中的扩散系数
均远小于在硅中的扩散系数，可以利用氧 化层作为杂质扩散的掩蔽层。
➢ 间隙式扩散：杂质离子位于晶格间隙：
Na、K、Fe、Cu、Au 等元素 扩散系数要比替位式扩散大6～7个数量级
2(Dt) 2
其中，NT：预淀积后硅片表面浅层的P原子浓度
N T311 0 5 (1cm )
D：P的扩散系数 t ：扩散时间 x：扩散深度
只要控制NT 、T、t 三个因素就可以决定扩散深度及浓度。
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
集成电路芯片的显微照片
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
V ss
p o ly 栅
V dd 布 线 通 道 参考孔
N+
P+
有源区
集成电路的内部单元(俯视图)
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
半导体材料：硅
扩散
➢ 替位式扩散：杂质离子占据硅原子的位：
Ⅲ、Ⅴ族元素
一般要在很高的温度(950～1280℃)下进行 磷、硼、砷等在二氧化硅层中的扩散系数
均远小于在硅中的扩散系数，可以利用氧 化层作为杂质扩散的掩蔽层。
➢ 间隙式扩散：杂质离子位于晶格间隙：
Na、K、Fe、Cu、Au 等元素 扩散系数要比替位式扩散大6～7个数量级
2(Dt) 2
其中，NT：预淀积后硅片表面浅层的P原子浓度
N T311 0 5 (1cm )
D：P的扩散系数 t ：扩散时间 x：扩散深度
只要控制NT 、T、t 三个因素就可以决定扩散深度及浓度。
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
集成电路芯片的显微照片
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
V ss
p o ly 栅
V dd 布 线 通 道 参考孔
N+
P+
有源区
集成电路的内部单元(俯视图)
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
集成电路行业：全面了解集成电路设计与工艺培训ppt
知识产权保护
集成电路行业涉及大量知识产权，如专利、商业秘密等，需要加强 知识产权保护，防止技术泄露和侵权行为。
技术合作与交流
加强企业间技术合作与交流，共同推动技术创新和产业升级，提高 整个行业的竞争力。
市场拓展挑战与对策建议
市场竞争激烈
01
集成电路行业市场竞争激烈，企业需要不断提高产品质量和服
务水平，扩大市场份额。
集成电路对于提高电子设备的性能和可靠性至关重要
集成电路的高集成度使得电子设备的性能更高、功能更强大，同时也提高了设备的可靠性和稳定性。这对于现代 电子设备来说是至关重要的。
02
集成电路设计基础
设计流程与工具
设计流程
集成电路设计涉及多个阶段，包括需求分析、规格制定、电路设计、仿真验证 、版图绘制等。
工艺发展趋势
纳米化
随着集成电路的不断缩小，纳米化成为工艺技术的重要发展趋势，需 要不断提高光刻、刻蚀等工艺的精度和效率。
3D集成
通过将不同工艺层次上的芯片进行垂直集成，实现更复杂、更高效的 集成电路。
柔性电子
利用柔性材料制备集成电路，实现可穿戴、可折叠等应用。
绿色制造
在制造过程中降低能耗、减少废弃物排放，提高集成电路的环保性能 。
发展历程
集成电路行业经历了从早期的大规模集成电路（LSI）到超大规模集成电路（VLSI）和系统级芯片（ SoC）的发展过程。随着技术的不断进步，集成电路的集成度越来越高，功能越来越强大。
行业现状与趋势
行业现状
集成电路行业已经成为全球电子产业的基础，广泛应用于计 算机、通信、消费电子、汽车电子等领域。目前，全球集成 电路市场规模已经达到了数百亿美元，并且保持着快速增长 的态势。
集成电路行业：全面 了解集成电路设计与 工艺培训
集成电路行业涉及大量知识产权，如专利、商业秘密等，需要加强 知识产权保护，防止技术泄露和侵权行为。
技术合作与交流
加强企业间技术合作与交流，共同推动技术创新和产业升级，提高 整个行业的竞争力。
市场拓展挑战与对策建议
市场竞争激烈
01
集成电路行业市场竞争激烈，企业需要不断提高产品质量和服
务水平，扩大市场份额。
集成电路对于提高电子设备的性能和可靠性至关重要
集成电路的高集成度使得电子设备的性能更高、功能更强大，同时也提高了设备的可靠性和稳定性。这对于现代 电子设备来说是至关重要的。
02
集成电路设计基础
设计流程与工具
设计流程
集成电路设计涉及多个阶段，包括需求分析、规格制定、电路设计、仿真验证 、版图绘制等。
工艺发展趋势
纳米化
随着集成电路的不断缩小，纳米化成为工艺技术的重要发展趋势，需 要不断提高光刻、刻蚀等工艺的精度和效率。
3D集成
通过将不同工艺层次上的芯片进行垂直集成，实现更复杂、更高效的 集成电路。
柔性电子
利用柔性材料制备集成电路，实现可穿戴、可折叠等应用。
绿色制造
在制造过程中降低能耗、减少废弃物排放，提高集成电路的环保性能 。
发展历程
集成电路行业经历了从早期的大规模集成电路（LSI）到超大规模集成电路（VLSI）和系统级芯片（ SoC）的发展过程。随着技术的不断进步，集成电路的集成度越来越高，功能越来越强大。
行业现状与趋势
行业现状
集成电路行业已经成为全球电子产业的基础，广泛应用于计 算机、通信、消费电子、汽车电子等领域。目前，全球集成 电路市场规模已经达到了数百亿美元，并且保持着快速增长 的态势。
集成电路行业：全面 了解集成电路设计与 工艺培训
CMOS集成电路制造工艺培训课件
❖形成第一层金属
➢淀积金属层，如Al-Si、Al-Si-Cu合金等 ➢光刻第一层金属版，定义出连线图形 ➢反应离子刻蚀金属层，形成互连图形
❖ 形成穿通接触孔
➢ 化学气相淀积PETEOS ➢ 通过化学机械抛光进行平坦化 ➢ 光刻穿通接触孔版 ➢ 反应离子刻蚀绝缘层，形成穿通接触孔
❖ 形成第二层金属
➢ 淀积金属层，如Al-Si、Al-Si-Cu合金等 ➢ 光刻第二层金属版，定义出连线图形 ➢ 反应离子刻蚀，形成第二层金属互连图形
❖合金 ❖ 形成钝化层
➢ 在低温条件下(小于300℃)淀积氮化硅 ➢ 光刻钝化版 ➢ 刻蚀氮化硅，形成钝化图形
❖测试、封装，完成集成电路的制造工艺
❖CMOS集成电路一般采用(100)晶向的硅材料
CMOS集成电路制造工 艺
❖形成N阱
➢ 初始氧化 ➢ 淀积氮化硅层 ➢ 光刻1版，定义出N阱 ➢ 反应离子刻蚀氮化硅层 ➢ N阱离子注入，注磷
❖形成P阱
➢去掉光刻胶 ➢在N阱区生长厚氧化层，其它区域被氮化硅层
保护而不会被氧化 ➢去掉氮化硅层 ➢ P阱离子注入，注硼
❖推阱
➢去掉N阱区的氧化层 ➢退火驱入
➢淀积Ti或Co等难 熔金属
➢RTP并选择腐蚀 侧壁氧化层上的 金属；
➢最后形成Salicide 结构
❖ 形成硅化物
➢ 淀积氧化层 ➢ 反应离子刻蚀氧化层，形成侧壁氧化层 ➢ 淀积难熔金属Ti或Co等 ➢ 低温退火，形成C-47相的TiSi2或CoSi ➢ 去掉氧化层上的没有发生化学反应的Ti或Co ➢ 高温退火，形成低阻稳定的TiSi2或CoSi2
❖形成场隔离区
➢ 生长一层薄氧化层 ➢ 淀积一层氮化硅 ➢ 光刻场隔离区，非隔离
区被光刻胶保护起来 ➢ 反应离子刻蚀氮化硅 ➢ 场区离子注入 ➢ 热生长厚的场氧化层 ➢ 去掉氮化硅层
《集成电路基本工艺》课件
化学镀
通过将电解液中的金属离子沉 积在硅片表面上，制备金属膜 层。
蚀刻制备工艺
1
湿法蚀刻
利用酸性或碱性液体对硅片进行局部溶
干法蚀刻
2
解，去掉不需要的材料，如基片氧化、 铝线等。
在高真空、高能等环境下，通过粒子炮
轰去除硅片表面材料，常用于制备微米
级别的结构体。
3
电子束蚀刻
利用电子束对物质进行瞬间撞击，形成 微小的凸块和凹坑，制备高性能的微电 子元器件。
集成电路基本工艺
集成电路是现代电子技术的核心，广泛应用于计算机、通信、医疗、汽车和 家用电器等领域。本课件将介绍集成电路的制备工艺。
集成电路的意义和应用
催生信息时代
集成电路的问世使得信息处理速度不断提升，促进了计算机等行业的发展，推动了信息时代 的到来。
方便快捷
集成电路能将成千上万条电子元器件集成在一起，减少了体积、功耗和成本，提高了可靠性 和制造效率。
广泛应用
集成电路不仅是高科技产业的基础，也渗透到了日常生活中的方方面面，如智能手机、电视、 家电等。
集成电路工艺概述
1
掩膜制备
通过光刻、显影和烘烤等工艺在硅片上形成图案化的金属掩膜。
2
晶圆制备
将掩膜盖在硅片上，利用扩散、沉积、蚀刻等工艺在硅片上形成电路。
3
封装测试
将制好的芯片封装成IC，进行测试，排除不良品。
清洗工艺
洁净室
清洗和制造过程中需要超净的环 境，减少灰尘等颗粒的污染。
旋涡清洗
使用高速旋转的旋涡洗去硅片表 面的污物和胶水等杂质。
超声波清洗
利用高频超声波振荡溶液中的气 泡，对硅片表面进行无接触清洗。
集成电路未来发展趋势
集成电路制备工艺培训课件(ppt 30张)
1. 集成电路的基本概念 2. 半导体集成电路的分类 3. 半导体集成电路的几个重要概念
上节课内容 要点
20.02.2019
1
内容概述
双极型集成电路 集 成 电 路
按器件类型分
TTL、ECL I2L等
PMOS NMOS CMOS
按集成度分
BiCMOS集成电路 MOS集成电路 SSI（100以下个等效门） MSI（<103个等效门） LSI （<104个等效门） VLSI（>104个以上等效门）
双极集成电路中元件的隔离
12
§1.1.2
双极集成电路元件的形成过程、结构和寄生效应
集电区 (N型外延层)
E B C S P+ 衬底(P型)
发射区 (N+型)
基区(P 型)
P+
n+
n+-BL
p
n+
n-epi P-Si
四层三结结构的双极晶体管
20.02.2019
13 双极集成电路元件断面图
E
P+ n+
S
刻蚀（等离子体刻蚀）
去胶
n+ n-epi
3．N+掺杂： N+
P+
p
n+-BL
n+
P+
Tepi Tepi
P-Si P-Si N+
As掺杂（离子注入）
20.02.2019
去除氧化膜
19
3:外延层
主要设计参数 外延层的电阻率ρ;
A
E
B C S
外延层的厚度Tepi;
P+
n+
p
n+-BL
上节课内容 要点
20.02.2019
1
内容概述
双极型集成电路 集 成 电 路
按器件类型分
TTL、ECL I2L等
PMOS NMOS CMOS
按集成度分
BiCMOS集成电路 MOS集成电路 SSI（100以下个等效门） MSI（<103个等效门） LSI （<104个等效门） VLSI（>104个以上等效门）
双极集成电路中元件的隔离
12
§1.1.2
双极集成电路元件的形成过程、结构和寄生效应
集电区 (N型外延层)
E B C S P+ 衬底(P型)
发射区 (N+型)
基区(P 型)
P+
n+
n+-BL
p
n+
n-epi P-Si
四层三结结构的双极晶体管
20.02.2019
13 双极集成电路元件断面图
E
P+ n+
S
刻蚀（等离子体刻蚀）
去胶
n+ n-epi
3．N+掺杂： N+
P+
p
n+-BL
n+
P+
Tepi Tepi
P-Si P-Si N+
As掺杂（离子注入）
20.02.2019
去除氧化膜
19
3:外延层
主要设计参数 外延层的电阻率ρ;
A
E
B C S
外延层的厚度Tepi;
P+
n+
p
n+-BL
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接近式曝光
接近式曝光是掩膜版同光刻胶离开 10 ～50 μm，所以掩膜版不容易被损伤， 掩膜版的使用寿命长，图形的缺陷少， 管芯的成品率高，但是缺点是分辨率低， 同时机器操作比接触式曝光机复杂、价 格也稍贵。
投影式曝光
光刻工艺中的投影式曝光分1 : 1、4 : 1、 5 : 1几种。
投影式曝光的掩模版同硅片不接触，对 于4:1、5:1缩小的投影曝光，可以得到更小 的图形尺寸，可以减少掩模版上缺陷（如灰 尘等颗粒）对成品率的影响。
（4- 12）
式中HPg N1
t02 At0
B
（3- 13）
在各种工艺条件下，参数A和B都是已知的，t 是氧化
时间。τ 是一个时间参数，单位是小时（h）。
3.2 热氧化原理和方法
硅的热氧化分干氧和湿氧两种。干氧
是在高温下氧分子与硅表面的原子反应生
成SiO2 。 SiO2
底膜是指显影后还有一层薄薄的胶。
图形转移工艺
淀积薄膜
匀胶、前烘
紫外光 曝
光
掩模版
显影、坚膜
腐
蚀
衬底
去
胶
紫外光 正胶 正胶和负胶 负胶
↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓
↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓
掩膜版
Si
匀胶 正胶感光区域 溶于显影液
曝光
Si
显影
负胶未感光区 域溶于显影液
光学曝光的三种曝光方式
接触式曝光 接近式曝光 投影式曝光
● 湿氧氧化生长的膜致密性略差于干氧生
长的 SiO2 膜，但它具有生长速率快的优点， 其掩蔽能力和钝化效果都能满足一般器件
的要求。其缺点是表面有硅烷醇存在，使
SiO2 膜与光刻胶接触不良，光刻时容易浮 胶。同时，湿氧氧化后的 Si 片表面存在较 多的位错和腐蚀坑。
在实际工艺应用中，生长高质量的几
注入离子的激活
注入的离子在硅单晶中往往处于间 隙位置，一般不能提供导电性能，因此， 必须要使注入的杂质原子转入替位位置 以实现电激活。
离子注入后的热退火
高能粒子撞击硅片表面，造成晶格损 伤，因此为了消除离子注入造成的损伤和 激活注入的杂质离子，离子注入后必须要 进行热退火。最常用的是在950℃高温炉 中在氮气保护下，退火15～ 30分钟。热退 火后对杂质分布将产生影响，LSS理论的 射程RP和标准偏差ΔRp 要作修正。
1. 高温氧化工艺
1.1 硅的热氧化
硅的热氧化是指在高温下，硅片表面同氧 气或水进行反应，生成SiO2 。
硅的热氧化有：干氧、湿氧、水汽氧化三 种。
1.2 硅热氧化的厚度计算
如果氧化前已存在厚度为 t0 的氧化层，则（3-11）
微分方程的解为：（tOX ：是总的氧化层厚度）
tOX 2 AtOX Bt
百Å 的SiO2薄膜一般采用干氧的方式。 SiO2薄膜厚度需要几千Å以上时，一般采 用干氧—湿氧—干氧的方式，既保证了所 需的厚度，缩短了氧化时间，又改善了表
面的完整性和解决了光刻时的浮胶问题。
●热氧化生长的SiO2薄膜质量好，但是反 应温度比较高。衬底只能用于单晶硅表面。
2. 离子注入
离子注入的优点 ● 离子注入可以通过分别调节注入离子 的能量、数量，精确地控制掺杂的深度和 浓度，所以可以制备理想的杂质分布。
接触式曝光
接触式曝光是掩膜板直接同光刻胶接触，它 具有设备简单、分辨率高的优点。它分成真空接 触、硬接触和软接触三种方式，其中真空接触具 有接触力均匀、掩膜变形小和可以消除氧气对光 刻胶的影响等优点。由于接触式曝光时掩膜版同 光刻胶直接接触，所以掩膜版容易损伤，图形缺 陷多、管芯成品率低、不适合VLSI生产。
根据公式（4-6） t qNS S I
t=（1.6×10-19×5×1015× 3.14×7.52）/ 1× 10-3 =141秒
注入剂量、标准偏差和峰值浓 度之间的近似关系：
N max
0.4 N S Rp
（6 - 14）
离子注入的损伤和退火效应
对于原来原子排列有序的晶体，由于离子 注入，在晶体中将大量产生缺陷，如空位等。 对于高能、大剂量的重离子注入到硅单晶中， 如As+，将使局部晶体变成非晶体。
3. 光刻工艺
光刻胶分为正性光刻胶和负性光刻胶两种： 正胶是感光部分显影时溶解掉，负胶则相反。
光刻胶应该具有以下基本性能： 灵敏度高；分辨率高；同衬底有很好的粘附性， 胶膜表面沾性小；胶膜致密性好，无针孔；图形 边缘陡直，无锯齿状；显影后留膜率高，不留底 膜或其它颗粒物质；在显影液和其它腐蚀剂里抗 蚀性强、抗溶涨性好；去胶容易，不留残渣；
● 扩散法掺杂时受到化学结合力、扩散系数及 固溶度等方面的限制，而离子注入是一个物 理过程，所以它可以注入各种元素。
● 扩散法是在高温下掺杂，离子注入法掺杂一 般在室温下进行（也可以在加温或低温下进 行）。
● 离子注入法可以做到高纯度的掺杂，避免有 害物质进入硅片。
● 热扩散时只能采用SiO2 等少数耐高温的介质 进行局部掺杂，但是离子注入法可以采用光 刻胶作为掩蔽膜，进行局部注入掺杂。
O2 反应 扩散
Si
Si + O2 = SiO2
1.3 不同的热氧化方式生长的 SiO2 膜性质比较
● 干氧氧化的 SiO2 膜结构致密，干燥、均匀 性和重复性好、掩蔽能力强、钝化效果好， 与光刻胶的接触良好，光刻时不易浮胶。
● 水汽氧化的 SiO2 膜结构疏松，表面有斑点 和缺陷，含水量多，对杂质的掩蔽能力差， 所以在工艺中很少单独采用。
● 热扩散时，杂质在纵向扩散的同时进行横向 扩散，两者几乎一样，而离子注入的横向扩 散很小。
在离子注入机中，利用电流积分仪测量
注入的离子总数N：
N
NSS
Q q
1 q
t
idt
0
（6 - 8）
式中：NS 单位面积的注入剂量（个/cm2 ），S 是扫描 面积（cm2 ），q 是一个离子的电荷（1.6×10-19库仑）， Q 是注入到靶中的总电荷量（库仑），i是注入的束流 （安培），t 是注入时间（秒）。
如果束流是稳定的电流I，则：
NSS
It q
（6 - 9）
t qNS S I
（6 - 10）
其中：NS 单位面积的注入剂量（个/cm2 ），S 是扫描 面积（cm2 ），q 是一个离子的电荷（1.6×10-19库仑），
I 是注入的束流（安培），t 是注入时间（秒）。
例题：如果注入剂量是5×1015，束流 1mA，求注入一片6英寸硅片的时间