本文選題：《集成電路制造工藝原理》 + 甜夢文庫　

《集成電路制造工藝原理》 課程教學 教 案

山東大學信息科學與工程學院 電子科學與技術教研室(微電) 張 新

課程總體介紹： 1．課程性質及開課時間：本課程為電子科學與技術專業(yè)（微電 子技術方向和光電子技術方向）的專業(yè)選修課。本課程是半 導體集成電路、晶體管原理與設計和光集成電路等課程的前 修課程。本課程開課時間暫定在第五學期。 2．參考教材：《半導體器件工藝原理》 國防工業(yè)出版社 華中工學院、西北電訊工程學院合編 《半導體器件工藝原理》（上、下冊） 國防工業(yè)出版社 成都電訊工程學院編著 《半導體器件工藝原理》上�？萍汲霭嫔� 《半導體器件制造工藝》上�？萍汲霭嫔� 《集成電路制造技術-原理與實踐》 電子工業(yè)出版社 《超大規(guī)模集成電路技術基礎》 電子工業(yè)出版社 《超大規(guī)模集成電路工藝原理-硅和砷化鎵》 電子工業(yè)出版社
3． 目前實際教學學時數(shù)：課內課時 54 學時 4． 教學內容簡介：本課程主要介紹了以硅外延平面工藝為基礎

的，與微電子技術相關的器件（硅器件）、集成電路（硅集 成電路）的制造工藝原理和技術；介紹了與光電子技術相關 的器件（發(fā)光器件和激光器件）、集成電路（光集成電路） 的制造工藝原理，主要介紹了最典型的化合物半導體砷化鎵 材料以及與光器件和光集成電路制造相關的工藝原理和技 術。 5． 教學課時安排：(按 54 學時) 課程介紹及緒論 2 學時 第一章 襯底材料及襯底制備 6 學時 第二章 外延工藝 8 學時 第三章 氧化工藝 7 學時 第四章 摻雜工藝 12 學時 第五章 光刻工藝 3 學時 第六章 制版工藝 3 學時 第七章 隔離工藝 3 學時 第八章 表面鈍化工藝 5 學時 第九章 表面內電極與互連 3 學時 第十章 器件組裝 2 學時

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課程教案: 課程介紹及序論 （ 2 學時） 內容： 課程介紹： 1 教學內容 1.1 與微電子技術相關的器件、集成電路的制造工藝原理 1.2 與光電子技術相關的器件、集成電路的制造 1.3 參考教材 2 教學課時安排 3 學習要求 序論： 課程內容： 1 半導體技術概況 1.1 半導體器件制造技術 1.1.1 半導體器件制造的工藝設計 1.1.2 工藝制造 1.1.3 工藝分析 1.1.4 質量控制 1.2 半導體器件制造的關鍵問題 1.2.1 工藝改革和新工藝的應用 1.2.2 環(huán)境條件改革和工藝條件優(yōu)化 1.2.3 注重情報和產品結構的及時調整 1.2.4 工業(yè)化生產 2 典型硅外延平面器件管芯制造工藝流程及討論 2.1 常規(guī) npn 外延平面管管芯制造工藝流程 2.2 典型 pn 隔離集成電路管芯制造工藝流程 2.3 兩工藝流程的討論 2.3.1 有關說明 2.3.2 兩工藝流程的區(qū)別及原因 課程重點：介紹了與電子科學與技術中的兩個專業(yè)方向（微電子 技術方向和光電子技術方向）相關的制造業(yè)，指明該制造業(yè)是社 會的基礎工業(yè)、是現(xiàn)代化的基礎工業(yè)，是國家遠景規(guī)劃中置于首 位發(fā)展的工業(yè)。介紹了與微電子技術方向相關的分離器件（硅器 件 ）、集成電路（硅集成電路）的制造工藝原理的內容，指明 微電子技術從某種意義上是指大規(guī)模集成電路和超大規(guī)模集成電 路的制造技術。由于集成電路的制造技術是由分離器件的制造技 術發(fā)展起來的，則從制造工藝上看，兩種工藝流程中絕大多數(shù)制

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造工藝是相通的，但集成電路制造技術中包含了分離器件制造所 沒有的特殊工藝。介紹了與光電子技術方向相關的分離器件、集 成電路的制造工藝原理的內容。指明這些器件（發(fā)光器件和激光 器件）和集成電路（光集成電路）多是由化合物半導體為基礎材 料的，最常用和最典型的是砷化鎵材料，本課程簡單介紹了砷化 鎵材料及其制造器件時相關的工藝技術與原理。在課程介紹中， 指出了集成電路制造工藝原理的內容是隨著半導體器件制造工藝 技術發(fā)展而發(fā)展的、是隨著電子行業(yè)對半導體器件性能不斷提高 的要求（小型化、微型化、集成化、以及高頻特性、功率特性、 放大特性的提高）而不斷充實的。綜觀其發(fā)展歷程，由四十年代 末的合金工藝原理到五十年代初的合金擴散工藝原理，又由于硅 平面工藝的出現(xiàn)而發(fā)展為硅平面工藝原理、繼而發(fā)展為硅外延平 面工藝原理，硅外延平面工藝是集成電路制造的基礎工藝；在制 造分離器件和集成電路時，為提高器件和集成電路的可靠性、穩(wěn) 定性，引入了若干有實效的保護器件表面的工藝，則加入了表面 鈍化工藝原理的內容；在制造集成電路時，為實現(xiàn)集成電路中各 元器件間的電性隔離，引入了隔離墻的制造，則又加入了隔離工 藝原理的內容。因此，集成電路工藝原理=硅外延平面工藝原理 +表面鈍化工藝原理+隔離工藝原理，而大規(guī)模至甚大規(guī)模集成 電路的制造工藝，只不過是在摻雜技術、光刻技術（制版技 術）、電極制造技術方面進行了技術改進而已。 介紹了半導體技術概況，指出半導體技術是由工藝設計、工藝制 造、工藝分析和質量控制四部分構成。工藝設計包含工藝參數(shù)設 計、工藝流程設計和工藝條件設計三部分內容，其設計過程是： 由器件的電學參數(shù)（分離器件電學參數(shù)和集成電路功能參數(shù)）參 照工藝水平進行結構參數(shù)的設計；然后進行理論驗算（結構參數(shù) 能否達到器件的電學參數(shù)的要求）；驗算合格，依據(jù)工藝原理和 原有工藝數(shù)據(jù)進行工藝設計。工藝制造包含工藝程序實施、工藝 設備、工藝改革三部分內容。工藝分析包含原始材料分析、外延 片質量分析、各工序片子參數(shù)分析和工藝條件分析等四部分內 容，工藝分析的目的是為了工藝改進。質量控制包含分離器件和 集成電路的失效機理研究、可靠性分析和工藝參數(shù)控制自動化三 部分內容。在介紹、討論、分析的基礎上，指明了半導體器件制 造中要注意的幾個關鍵問題。介紹了以典型硅外延平面工藝為基 礎的常規(guī) npn 外延平面管管芯制造工藝流程和典型 pn 隔離集成 電路管芯制造工藝流程，并分析了兩種工藝的共同處和不同處。

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課程難點：半導體器件制造的工藝設計所涉及的三部分內容中 工藝參數(shù)設計所包含的具體內容；工藝流程設計包含的具體內 容；工藝條件設計包含的具體內內容。工藝制造涉及的具體內 容，工藝線流程與各工序操作流程的區(qū)別。半導體器件制造的 工藝分析所涉及的四部分內容，進行原始材料分析、外延片質 量分析、各工序片子參數(shù)分析、工藝條件分析的意義何在；如 何對應器件的不合格性能參數(shù)，通過上述四項分析進行工藝改 進，從而得到合格性能參數(shù)。半導體器件制造的質量控制須做 哪些工作，為什么說通過質量控制，器件生產廠家可提高經濟 效益、可提高自身產品的競爭能力、可提高產品的信譽度。什 么是工藝改革和新工藝的應用？什么是環(huán)境條件改革和工藝條 件優(yōu)化？為什么要注重情報和及時調整產品結構？什么是工業(yè) 化大生產？這些問題為什么會成為半導體器件制造中的關鍵問 題？為什么說半導體器件制造有冗長的工藝流程？十幾步的分 離器件制造工藝流程與二十幾步的集成電路制造工藝流程有什 么區(qū)別？集成電路制造比分離器件制造多出了隔離制作和埋層 制作，各自有哪幾步工藝構成？各起到什么作用？ 基本概念： 1 半導體器件-由半導體材料制成的分離器件和半導體集成電 路。 2 半導體分離器件-各種晶體三極管；各種晶體二極管；各種晶 體可控硅。 3 半導體集成電路-以半導體（硅）單晶為基片，以外延平面工 藝為基礎工藝，將構成電路的各元器件制作于同一基片上，布 線連接構成的功能電路。 4 晶體三極管的電學參數(shù)-指放大倍數(shù)、結的擊穿電壓、管子的 工作電壓、工作頻率、工作功率、噪聲系數(shù)等。 5 晶體三極管的結構參數(shù)-包括所用材料、電性區(qū)各層結構參 數(shù)、器件芯片尺寸、外延層結構參數(shù)和工藝片厚度等。 6 硅平面工藝-指由熱氧化工藝、光刻工藝和擴散工藝為基礎工 藝構成的近平面加工工藝。 7 硅外延平面工藝-外延工藝+硅平面工藝構成的器件制造工 藝。 基本要求：要求學生了解本課程的性質，知道學好集成電路制造 工藝原理對學習專業(yè)課的重要性。掌握半導體器件制造技術中所 涉及的四部分內容。了解工藝設計所涉及的三部分內容中工藝參 數(shù)設計所包含的具體內容；工藝流程設計包含的具體內容；工藝

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條件設計包含的具體內內容。了解工藝制造涉及的具體內容，知 道工藝線流程與各工序操作流程的區(qū)別是什么。了解半導體器件 制造的工藝分析所涉及的四個分析內容，知道進行原始材料分 析、外延片質量分析、各工序片子參數(shù)分析、工藝條件分析的指 導意義；能夠對應器件的不合格性能參數(shù)，通過上述四項分析進 行工藝改進，從而得到合格性能參數(shù)。知道半導體器件制造的質 量控制須做哪些工作，能清楚知道通過質量控制，器件生產廠家 可提高經濟效益、可提高自身產品的競爭能力、可提高產品的信 譽度的原因。知道什么是工藝改革和新工藝的應用？什么是環(huán)境 條件改革和工藝條件優(yōu)化？為什么要注重情報和及時調整產品結 構？什么是工業(yè)化大生產？清楚這些問題為什么會成為半導體器 件制造中的關鍵問題？了解半導體器件制造有冗長的工藝流程， 分離器件制造工藝至少有十幾步的工藝流程，集成電路制造工藝 至少有二十幾步的制造工藝流程。知道集成電路制造比分離器件 制造多出了隔離制作和埋層制作兩大部分，知道制作隔離區(qū)的目 的何在？制作埋層區(qū)的目的何在？清楚隔離制作有哪幾步工藝構 成？知道隔離氧化、隔離光刻和隔離擴散工藝各自達到什目的； 清楚埋層制作有哪幾步工藝構成？知道埋層氧化、埋層光刻和埋 層擴散工藝各自達到什目的。 緒論作業(yè)：思考題：2 個 第一章 襯底材料及襯底制備 §1.1 襯底半導體材料 3 學時 課程內容： 1 常用半導體材料及其特點 1.1 常用半導體材料 1.1.1 元素半導體材料 1.1.2 化合物半導體材料 1.2 硅材料的特點 1.2.1 價格低、純度高 1.2.2 制成的器件能工作在較高溫度下 1.2.3 電阻率選擇范圍寬 1.2.4 其特有的硅外延平面工藝 1.3 砷化鎵材料的特點 1.3.1 載流子的低場遷移率高 1.3.2 禁帶寬度更大 (6 學時)

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1.3.3 能帶結構更接近躍遷型 2 硅、砷化鎵的晶體結構及單晶硅體 2.1 硅的晶體結構及特點 2.1.1 硅的金剛石型晶胞結構 2.1.2 硅原子沿〈111〉向的排列規(guī)律 2.2 砷化鎵的晶體結構及特點 2.2.1 砷化鎵的閃鋅礦型晶胞結構 2.2.2 砷化鎵的〈111〉向六棱柱晶胞 2.2.3 砷化鎵的〈111〉向特點 2.3 硅、砷化鎵晶體的制備方法 2.3.1 硅單晶體的制備方法 2.3.2 砷化鎵晶體的制備方法 2.4 單晶硅體 2.4.1 單晶硅體呈圓柱狀 2.4.2 單晶硅體上具有生長晶棱 3 硅襯底材料的選擇 3.1 硅襯底材料的結構參數(shù) 3.1.1 結晶質量 3.1.2 生長晶向 3.1.3 缺陷密度 3.2 硅襯底材料的物理參數(shù) 3.2.1 電阻率 3.2.2 少數(shù)載流子壽命 3.2.3 雜質（載流子）補償度 3.3 硅襯底材料的電性參數(shù) 3.4 其它要注意的問題 3.4.1 電阻率不均勻性問題 3.4.2 重金屬雜質和氧、碳含量問題 課程重點: 本節(jié)主要介紹了半導體器件（半導體分離器件和半 導體集成電路）制造中常用的半導體材料。在硅、鍺元素半導 體材料中，普遍應用的是硅半導體材料；在銻化銦、磷化鎵、 磷化銦、砷化鎵等化合物半導體材料中，最常應用的是砷化鎵 半導體材料。分別介紹了硅半導體材料和砷化鎵半導體材料各 自的特點，相應的應用場合。討論了硅半導體材料和砷化鎵半 導體材料的晶體結構，從中可知，雖然硅晶體具有金剛石型晶 胞結構，而砷化鎵晶體具有閃鋅礦型晶胞結構，但從晶胞的構 成和某些性質有相似的地方，但 應注意其性質上的根本區(qū)

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別。由硅原子沿〈111〉向的排列規(guī)律可知，在一個硅晶體的 六棱柱晶胞中有七個相互平行的{111}面；而七個面構成的六 個面間有兩種面間距，其中一個體現(xiàn)面間距大的特點，另一個 體現(xiàn)面間距小的特點；每一個{111}晶面具有相同的原子面密 度；原子平面間是靠共價鍵連接的，而六個面間有兩種面間共 價鍵密度，在三個面間每個原子均為三鍵連接-體現(xiàn)面間價鍵 密度大的特點，在另三個面間每個原子均為單鍵連接-體現(xiàn)面 間價鍵密度小的特點。從結構中可知，面間價鍵密度小的面間 同時面間距大，而面間價鍵密度大的面間同時面間距小，由此 引入兩個結論：面間價鍵密度小而同時面間距大的面間，極易 被分割，稱為硅晶體的解理面；面間價鍵密度大同時面間距小 的面間，面間作用力極強，則被看作是不可分割的雙層原子 面，即當一個面看待。砷化鎵晶體中原子沿〈111〉向的排列 規(guī)律與硅晶體的相似，只不過砷面和鎵面交替排列（四個砷面 夾著三個鎵面或四個鎵面夾著三個砷面）而已。還討論了硅晶 體和砷化鎵晶體的制備，硅單晶體通常采用直拉法或懸浮區(qū)熔 法進行生長；砷化鎵晶體通常采用梯度凝固生長法或液封式直 拉法制備。本節(jié)還對半導體器件制造最常用的單晶硅體進行了 討論，可知單晶硅體呈圓柱狀，但在單晶硅體上存在與單晶生 長晶向相關的生長晶棱；因為與硅原子沿生長晶向排列有關， 沿不同晶向生長的單晶硅體上晶棱數(shù)目不同，晶棱對稱程度也 不同。最后討論了硅單晶的質量參數(shù)（硅襯底材料的選擇）， 這對了解硅單晶材料的性能并進而在器件的生產中正確的選擇 硅襯底材料是至關重要的。 課程難點：硅單晶的晶體結構及結構分析；砷化鎵晶體的晶體 結構及結構分析。硅單晶的兩種制備工藝及其工藝分析、工藝 過程討論；砷化鎵晶體的兩種制備工藝及其工藝分析、工藝過 程討論。硅單晶體的外部特征，導致硅單晶體外部特征與硅單 晶體內部結構（原子排列規(guī)律）的對應關系分析討論。硅單晶 體的結構參數(shù)要求；物理參數(shù)要求和電性參數(shù)要求。 基本概念： 1 元素半導體材料-完全由一種元素構成的，具有半導體性質的 材料 。 2 化合物半導體材料-由兩種或兩種以上的元素構成的，具有半 導體性質的材料 。 3 面間共價鍵密度-在相鄰原子面間任取一平行平面，單位面積 的共價鍵露頭數(shù)。

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4 少子壽命-少數(shù)載流子壽命，它反映了少數(shù)載流子保持其電性 的時間長短，記為τ 。它與單晶體中的缺陷和重金屬雜質的多 少有關。 5 補償度-載流子補償度（雜質補償度），記為 M。由于半導體 中的雜質全部電離，則其反映了半導體材料中反型雜質的多 少。 基本要求：了解用于半導體器件制造的半導體材料的類型，了 解元素半導體材料的類型及構成，了解化合物半導體材料的類 型及構成。知道半導體器件制造中最常用的硅半導體材料的特 點，知道半導體光學器件制造中最常用的砷化鎵半導體材料的 特點。清楚硅半導體晶體和砷化鎵半導體晶體的晶體結構，以 及它們的結構特點；知道它們在結構上的相似處和不同處；知 道由硅半導體晶體結構分析引入的兩個結論，并清楚它們對半 導體器件制造的指導意義。了解硅半導體單晶體是如何制備 的，清楚其不同的制備工藝；知道砷化鎵半導體晶體是如何制 備的，及其了解各種制備工藝。清楚知道硅半導體單晶體的外 部特征，知道這些外部特征與晶體內部結構之間的密切聯(lián)系。 知道如何進行硅襯底材料的選擇，知道在硅單晶的質量參數(shù)中 結構參數(shù)包括哪一些、物理參數(shù)包括哪一些、電性參數(shù)是指什 么；對高要求和高性能的集成電路制造，還應注意哪些材料的 質量參數(shù)。 §1.2 硅單晶的定向 課程內容： 1 定向的方法 1.1 根據(jù)晶體生長的各向異性定向 1.2 根據(jù)晶體解理的各向異性定向 1.3 根據(jù)晶體腐蝕的各向異性定向 1.4 光圖定向 1.5 x 光衍射定向 2 光圖定向的方法與原理 2.1 顯示晶面解理坑 2.2 晶面解理坑的結構與分布 2.3 光向與晶向 2.4 光圖定向儀 2.5 光圖定向 3. 光圖定向器件生產中的應用 2 學時

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3.1 定向切割 3.2 定向劃片及定位面的制造 課程重點：本節(jié)介紹了常規(guī)集成電路制造中硅單晶體定向。粗 略的可根據(jù)晶體生長的各向異性定向、根據(jù)晶體解理的各向異 性定向、根據(jù)晶體腐蝕的各向異性定向；較精確的可進行光圖 定向；更精確的可進行 x 光衍射定向。本節(jié)主要介紹了常規(guī)集 成電路制造中最常用的光圖定向，根據(jù)光圖定向的三個必備條 件，進行了顯示晶面解理坑的討論；晶面解理坑的結構與分布 的討論；平行光照射晶面解理坑后，得到的反射光象與晶體晶 向關系的討論；討論了常見的光圖定向儀；并對光圖定向的設 備要求和光圖定向步驟進行了討論。最后，討論了光圖定向在 常規(guī)集成電路制造中兩種常見的應用，定向切割是在一定生長 晶向的硅單晶棒上切出所需晶面的硅單晶片；而定位面的制造 是為了適應器件生產中的定向劃片，指出定向劃片可以獲得大 量完整的管芯，定位面為定向劃片提供了劃片的參考平面。 課程難點：為什么可根據(jù)晶體生長的各向異性、晶體解理的各 向異性、晶體腐蝕的各向異性進行定向，與晶體結構的關系如 何。在光圖定向中，顯示晶面解理坑采用了電化學腐蝕，腐蝕 前為什么要進行金剛砂研磨？在電化學腐蝕液中，晶格畸變區(qū) 和晶格完整區(qū)各具有不同的性質，進行了什么不同的化學反 應，其反應機理是什么。當在低指數(shù)晶面的晶片上制備晶面解 理坑時，獲得的是以平行該低指數(shù)晶面的面為底、以{111}面 為側面圍成的平底錐坑，此類結構的形成機理及與晶體結構的 關系。光圖定向中光象與晶向之間的一一對應關系。考慮定位 面劃片時就能減少管芯的碎裂的理論依據(jù)。 基本概念： 1 光圖定向-用平行光照射單晶體上的晶面解理坑，根據(jù)反射光 象判定、調正晶向的方法。 2 晶面解理坑-以低指數(shù)晶面圍成的、與晶面（晶向）有一定對 應關系的晶面腐蝕坑。其側面為解理面。 3 晶格畸變區(qū)-指晶格有損傷的或不完整的區(qū)域，該區(qū)域存在較 大的晶格內應力，內能大。 4 晶格完整區(qū)-指晶格結構完整或完美的區(qū)域，該區(qū)域晶格內應 力低，內能小。 5 反射光象-用平行光照射晶面解理坑 ，晶面解理坑某組平面對 光的反射而得到的光圖（光象 ）。 6 定向切割-光圖定向+垂直切割。

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7 定向劃片-按規(guī)定沿解理向進行劃 片的方法。 基本要求：了解硅單晶體定向的目的、可采用的方法、定向原 理。知道幾種粗略定向方法的理論依據(jù)，較精確定向方法間的 比較。清楚光圖定向的方法和原理，能通過合適方法得到晶面 解理坑、能通過一定手段得到反射光象、能由反射光象與晶體 晶向的關系分析判定晶向、當晶向有偏離時能通過調整光圖調 正晶向。知道光圖定向是如何在半導體器件制造中得到應用 的，知道光圖定向在定向切割中所起的作用、知道光圖定向如 何參與定位面的制作和定位面是如何在定向劃片中起到作用 的。 §1.3 硅襯底制備工藝簡介 課程內容： 1 硅單晶的切割 1.1 工藝作用 1.2 切割原理 1.3 切割設備 1.4 切割方法 1.5 切割要求 1.5.1 硅片厚度 1.5.2 硅片兩面平行度 1.5.3 硅片厚度公差 1.6 注意事項 2 研磨工藝 2.1 研磨的作用 2.2 研磨的方法 2.2.1 單面研磨 2.2.2 雙面研磨 2.3 研磨要求 2.4 影響研磨的因素 2.4.1 磨料的影響 2.4.2 磨盤壓力的影響 3 拋光工藝 3.1 拋光的作用 3.2 拋光的要求 3.3 拋光的方法 3.3.1 機械拋光工藝 1 學時

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3.3.1.1 方法及原理 3.3.1.2 優(yōu)缺點 3.3.1.3 適用范圍 3.3.2 化學拋光工藝 3.3.2.1 原理 3.3.2.2 方法 3.3.2.3 優(yōu)缺點 3.3.2.4 適用范圍 3.3.3 化學機械拋光工藝 3.3.3.1 方法及原理 3.3.3.2 化學機械拋光種類 3.3.3.3 拋光過程分析 課程重點：本節(jié)簡單介紹了襯底制備中切片、磨片和拋光三個 工藝的基本情況。關于硅單晶體的切割，討論了該工藝的四個 作用：即決定了所切出的硅單晶片的晶向、晶片厚度、晶片平 行度和晶片翹度；討論了切割原理：實際上是利用了刀片上的 金剛砂刀刃對硅單晶棒進行脆性磨削，由于切割刀片的高速旋 轉和緩慢進刀，而使硅單晶棒變成了一片一片的硅單晶片；介 紹了兩種切割設備，一種是多用于硅單晶片的切割的內圓切割 機，另一種是用于定位面切割的外圓切割機；最后還給出了硅 單晶體的切割的要求和注意事項。關于硅單晶片的研磨，討論 了該工藝的四個作用：即去除切片造成的刀痕、調節(jié)硅單晶片 的厚度、提高硅單晶片的平行度和改善硅單晶片的平整度；討 論了硅單晶片研磨的方法，根據(jù)設備的不同分為硅單晶片的單 面研磨和硅單晶片的雙面研磨，其研磨機理是相同的；討論了 影響硅單晶片研磨的因素，研磨質量主要取決于磨料的質量和 磨盤壓力的大小。關于硅單晶片的拋光，討論了該工藝的作 用，主要是去除磨片造成的與磨料粒度相當?shù)膿p傷層，以獲得 高潔凈的、無損傷的、平整光滑的硅單晶片的鏡面表面；討論 了拋光工藝的三種拋光方法，即機械拋光、化學拋光和化學機 械拋光方法。機械拋光是采用更細的磨料在蓋有拋光布的磨盤 上進行細磨，由于其工藝過程中無化學反應，則該工藝適用于 化合物半導體晶片的表面拋光；化學拋光是利用化學腐蝕的方 法對晶片表面進行拋光，它對待研磨片平整度要求較高，化學 拋光可分為液相拋光和氣相拋光兩種拋光方式，由于該拋光工 藝拋光速度快、效率高，則該工藝更適用于高硬度襯底表面的 拋光（如藍寶石、尖晶石等）；化學機械拋光是硅單晶片拋光

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的常用工藝，該工藝綜合了機械拋光、化學拋光兩種方法的各 自的優(yōu)點，從方法上看，是采用了機械拋光設備而加入了化學 拋光劑，化機拋光的種類可分為酸性拋光液拋光和堿性拋光液 拋光兩種，酸性拋光液拋光有鉻離子拋光和銅離子拋光兩種方 式，堿性拋光液拋光為二氧化硅拋光、也分為膠體二氧化硅拋 光和懸浮二氧化硅拋光兩種方式。 課程難點：硅單晶切割的方法與原理；硅單晶切割的要求和注 意事項。硅單晶片研磨的方法和原理；硅單晶片單面研磨方式 和雙面研磨方式的區(qū)別；注意磨料質量和磨盤壓力是如何影響 研磨質量的。硅單晶片的三種拋光方法各自的拋光原理與拋光 工藝；三種拋光方法各自的應用特點和應用范圍。 基本概念： 1 晶片的平行度-指某晶片的厚度不均勻 的狀況。 2 晶片的厚度公差-晶片與晶片之間厚度的差別。 3 晶片的單面研磨 -晶片的單面研磨指將晶片用石蠟粘在壓塊 上，在磨盤上加壓對空面進行研磨的方法。 4 晶片的雙面研磨 –指將晶片置于行星托片中，在上、下磨盤 中加壓進行雙面研磨的方法。 5 機械拋光-采用極細的磨料、在蓋有細密拋光布的拋光盤上 對襯底表面進行細磨的工藝過程。 6 化學拋光-利用化學腐蝕的方法對襯底表面進行去損傷層處理 的過程。 7 化學機械拋光-采用機械拋光設備、加入化學拋光劑對襯底表 面損傷層進行處理的過程。 基本要求：熟知半導體集成電路制造對襯底片的要求，了解襯 底制備工藝是如何一步步達到以上要求的。清楚知道晶片切割 工藝的方法與原理，了解晶片切割工藝過程，知道晶片切割的 工藝要求和注意事項。清楚知道晶片研磨的工藝方法和工藝原 理，熟悉兩種研磨方法，知道研磨工藝達到的目的和要求，能 分析影響研磨質量的各種因素。清楚知道晶片拋光的各種工藝 方法和工藝原理，能根據(jù)不同的待拋光襯底的實際狀況選擇合 適的拋光方式，合適的拋光方法。 第一章襯底材料及襯底制備作業(yè) 思考題 3 題+習題 3 題

第二章： 外延工藝原理

（8 學時）

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§2.1 外延技術概述 1.5 學時 課程內容： 1 外延分類 1.1 由外延材料的名稱不同分類 1.2 由外延層材料與襯底材料相同否分類 1.2.1 同質外延 1.2.2 異質外延 1.3 由器件作在外延層上還是襯底上分類 1.3.1 正外延 1.3.2 負外延（反外延） 1.4 由外延生長狀態(tài)分類 1.4.1 液相外延 1.4.2 氣相外延 1.4.3 分子束外延 1.5 由外延生長機構分類 1.5.1 直接外延 1.5.2 間接外延 2 外延技術簡介 2.1 定義 2.1.1 外延技術 2.1.2 外延層 2.2 外延新技術 2.2.1 低溫外延 2.2.2 變溫外延 2.2.3 分步外延 2.2.4 分子束外延 3 集成電路制造中常見的外延工藝 3.1 硅外延工藝 3.1.1 典型外延裝置 3.1.2 硅外延可進行的化學反應 3.2 砷化鎵外延工藝 3.2.1 氣相外延工藝 3.2.2 液相外延工藝 課程重點：本節(jié)介紹了什么是外延？外延技術解決了哪些器件 制造中的難題。介紹了外延技術的分類，由外延材料的不同可 分為硅外延、砷化鎵外延等等；由外延層與襯底材料相同否可

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分為同質外延和異質外延；由在外延層上還是在襯底上制造器 件可分為正外延和負外延（反外延）；由外延的生長環(huán)境狀態(tài) 可分為 液相外延、氣相外延和分子束外延；由外延過程中的 生長機構可分為直接外延和間接外延。對外延技術做了簡單的 介紹，給出了外延技術和外延層的定義；介紹了低溫外延、變 溫外延、分步外延和分子束外延幾種較新的外延技術。對在集 成電路制造中常見的外延工藝做了概述。對硅外延工藝，介紹 了其典型外延裝置，包括了臥式外延反應器裝置、立式外延反 應器裝置和桶式外延反應器裝置；以氫氣還原四氯化硅的典型 臥式外延反應器裝置為例進行了設備介紹，該設備包含了氣體 控制裝置（氣體純化裝置、硅化物源〈純硅化物源和含雜硅化 物源〉、控制管道及裝置等）、高（射）頻加熱裝置（高 〈射〉頻感應信號爐 、可通冷卻水的銅感應線圈、靠產生渦 流加熱的石墨基座）、測溫裝置及石英管構成的反應器；對硅 外延可進行的化學反應進行了討論，包括氫氣還原法中的四氯 化硅氫氣還原法、三氯氫硅氫氣還原法 以及熱分解法中的二 氯氫硅熱分解法、硅烷熱分解法。對砷化鎵外延工藝，主要介 紹了三類外延方法中常見的氣相外延工藝和液相外延工藝，在 氣相外延工藝中，討論了鹵化物外延工藝和氫化物外延工藝； 在液相外延工藝中，介紹了液相外延應注意的幾個問題、介紹 了液相外延生長系統(tǒng)（水平生長系統(tǒng)和垂直生長系統(tǒng)），由于 水平生長系統(tǒng)較為常用，所以重點介紹了各種水平液相生長系 統(tǒng)。 課程難點：外延的定義、外延技術的定義、外延層的定義。在 外延分類中，按外延材料不同分類時所包含的種類及其定義； 按器件制作的層次不同分類時所包含的種類及其定義；按外延 外延層與襯底材料相同或不同分類時所包含的種類及其定義； 按外延生長環(huán)境狀態(tài)不同分類時所包含的種類及其定義；按外 延生長機構不同分類時所包含的種類及其定義。外延技術解決 了半導體集成電路制造中哪些難題？是如何解決的。對于半導 體集成電路制造中常見的外延技術，關于硅外延技術的典型生 長裝置、裝置中的主要組成部分、外延中區(qū)別兩類方式（氫氣 還原方式、熱分解方式）可進行的化學反應；關于砷化鎵外延 技術的兩種外延類型、氣相外延工藝中的兩種外延方法（鹵化 物外延工藝、氫化物外延工藝）各自的工藝過程和化學反應狀 況、液相外延工藝中應注意的問題和幾種實際外延系統(tǒng)的外延 原理。

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基本概念： 1 外延-在一定條件下，通過一定方法獲得所需原子，并使這些 原子有規(guī)則地排列在襯底上；在排列時控制有關工藝條件，使 排列的結果形成具有一定導電類型、一定電阻率、一定厚度。 晶格完美的新單晶層的過程。 2 硅外延-生長硅外延層的外延生長過程。 3 砷化鎵外延-生長砷化鎵外延層的外延生長過程。 4 同質外延-生長的外延層材料與襯底材料結構相同的外延生長 過程。 5 異質外延-生長的外延層材料與襯底材料結構不同的外延生長 過程。 6 正外延-在（外延/襯底）結構上制造器件時器件制造在外延 層上的前期外延生長過程。 7 負外延（反外延）-在（外延/襯底）結構上制造器件時器件 制造在襯底上的前期外延生長過程。 8 液相外延-襯底片的待生長面浸入外延生長的液體環(huán)境中生長 外延層的外延生長過程。 9 氣相外延-在含有外延生長所需原子的化合物的氣相環(huán)境中， 通過一定方法獲取外延生長所需原子，使其按規(guī)定要求排列而 生成外延層的外延生長過程。 10 分子束外延-在高真空中，外延生長所需原子（無中間化學 反應過程）由源直接轉移到待生長表面上，按規(guī)定要求排列生 成外延層的外延生長過程。 11 直接外延-整個外延層生長中無中間化學反應過程的外延生 長過程。 12 間接外延-外延所需的原子由含其基元的化合物經化學反應 得到，然后淀積、加接形成外延層的外延生長過程。 13 外延層-由原始襯底表面起始，沿其結晶軸向（垂直于襯底 表面的方向）平行向外延伸所生成的新單晶層。 14 外延技術-生長外延層的技術。 基本要求：了解外延技術解決了半導體分離器件和集成電路制 造中存在的哪些難題？為什么說外延技術解決了器件參數(shù)對材 料要求的矛盾、是什么矛盾、如何解決的？為什么說外延技術 提供了集成電路隔離的一種方法、什么方法？為什么說外延技 術為發(fā)光器件、光學器件的異質結形成提供了途徑？要求知道 外延技術是如何分類的、各種分類中的外延是如何定義的？要 求能大致了解較新的外延技術。要求清楚的知道在集成電路制

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造中常用的硅外延工藝的典型外延裝置和外延過程中的所有可 能的化學反應；要求清楚的知道在集成電路制造中常用于砷化 鎵外延工藝中的液相外延的注意事項及液相外延反應系統(tǒng)、氣 相外延的兩種外延工藝及其外延過程中的所有化學反應。 §2.2 四氯化硅氫氣還原法外延原理 課程內容： §2.2.1 四氯化硅的氫氣還原法外延生長過程 1 化學原理 1.1 四氯化硅的氫氣還原機理 1.1.1 為吸熱反應 1.1.2 伴有有害副反應 1.1.3 整個反應過程分兩步進行 1.2 反應步驟分析 1.2.1 四氯化硅質量轉移到生長層表面 1.2.2 四氯化硅在生長層表面被吸附 1.2.3 在生長層表面上四氯化硅與氫氣反應 1.2.4 副產物的排除 1.2.5 硅原子在生長層表面的加接 2 {111}面硅外延生長的結晶學原理 2.1 晶核的形成 2.1.1 結晶學核化理論 2.1.2 共價鍵理論 2.2 結晶體的形成 2.2.1 晶核沿六個[110]向和六個[112]向擴展 2.2.2 （111）面上的結晶體是六棱形的 2.2.3 （111）面上的六棱形結晶體是非對稱的 2.3 生長面的平坦擴展 §2.2.2 外延系統(tǒng)及外延生長速率 1 外延系統(tǒng)的形態(tài) 1.1 外延系統(tǒng)的流體形態(tài) 1.1.1 流體的連續(xù)性 1.1.2 流體的粘滯性 1.2 流體的兩種流動形態(tài) 1.2.1 流體的紊流態(tài) 1.2.2 流體的層流態(tài) 4.5 學時

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1.3 流體形態(tài)判據(jù)及外延系統(tǒng)中的流體流形 1.3.1 平板雷諾數(shù) 1.3.2 流體流形判定 1.3.3 外延系統(tǒng)中的流體形態(tài) 2 外延系統(tǒng)中的附面層概念 2.1 速度附面層 2.1.1 實際外延系統(tǒng)近似 2.1.2 速度附面層定義 2.1.3 速度附面層的厚度表達式 2.2 質量附面層 2.2.1 質量附面層定義 2.2.2 質量附面的厚度表達式 3 外延生長速率 3.1 外延生長模型的建立 3.2 外延生長速率 3.2.1 外延生長速率的表達式 3.2.2 兩種極限條件下的外延生長速率 4 影響外延生長速率的諸因素 4.1 與溫度的關系 4.1.1 化學反應速率常數(shù)與溫度的關系 4.1.2 氣相質量轉移系數(shù)與溫度的關系 4.1.3 實際外延溫度的選擇 4.2 與反應劑濃度的關系 4.3 與氣體流量的關系 4.4 與襯底片位置量的關系 5 改善外延生長前后不均勻的工藝措施 5.1 適當增大混合氣體的流量 5.2 使基座相對氣流傾斜一小角度 課程重點：本節(jié)以四氯化硅的氫氣還原法外延生長作為重點， 討論了在{111}面上進行硅外延的所有化學反應機理和結晶生長 原理。根據(jù)分析可知：整個外延過程實際上是外延生長的化學反 應過程與外延生長的結晶過程的連續(xù)地、不斷地、重復進行的綜 合過程。本節(jié)討論了外延生長的化學反應原理。由化學反應方程 式分析可知：四氯化硅的氫氣還原反應是一個吸熱反應，只有當 外延生長溫度大于一千度時，才有明顯的化學反應速率，才不影 響外延生長的進行；四氯化硅的氫氣還原反應伴有若干副反應， 這些副反應是指反應劑四氯化硅和反應副產物氯化氫對生長層

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（襯底）的腐蝕反應，副反應的存在和加強顯然會影響和嚴重影 響外延生長速率，本節(jié)介紹了這些影響、并對保正外延向正方向 進行提出了調控措施；由對化學反應模式分析可知：外延生長的 化學反應過程是由兩步完成的，其基于化學反應的分子碰撞理 論。本節(jié)對化學反應的反應步驟進行了分析，它包含了反應劑四 氯化硅由氣相向生長層表面的質量轉移、反應劑四氯化硅在生長 層表面被吸附、在生長層表面反應劑四氯化硅與還原劑氫氣反 應、反應生成的副產物的排出和反應生成的高能、游離態(tài)硅原子 的淀積、加接等若干過程，而高能、游離態(tài)硅原子的如何淀積、 加接是外延生長的結晶學原理。本節(jié)介紹了外延生長的結晶學過 程和結晶學原理，其結晶學過程是由化學反應獲得的高能、游離 態(tài)硅原子→淀積于襯底表面上→在表面上移動希望按襯底晶格加 接→首先形成若干分立的（具有原子〈雙層原子面-不可分割〉 厚度的）晶核→隨其它硅原子在晶核上加接、晶核擴大→形成若 干分立（非對稱六棱形的）結晶體→隨其它硅原子在結晶體上加 接、結晶體擴大→若干分立的結晶體連成一片→形成一層（具有 原子厚度的）新單晶層→再在新單晶層形成若干分立的（具有原 子厚度的）晶核→再晶核擴大→?→形成一定厚度的外延新單晶 層；基于上述外延生長的結晶學過程本節(jié)就為什么首先形成晶 核、形成的晶核為什么是分立的、形成晶核的理論、如何由晶核 形成結晶體、結晶體形成受到的結晶學上的限制、為什么在{111} 面上的結晶體是非對稱六棱形的等等結晶學問題和原理進行了討 論。本節(jié)還對 外延系統(tǒng)及外延生長速率進行了介紹和討論。關 于外延生長系統(tǒng)，對典型的臥式外延生長反應器系統(tǒng)進行了形態(tài) 討論，指出外延生長反應系統(tǒng)是一個流體系統(tǒng)、介紹了流體的兩 個性質、給出了流體的兩種流動形態(tài)、流體形態(tài)判據(jù)和判定、以 及對實際外延系統(tǒng)中的流體形態(tài)進行了討論，在本部分討論中涉 及了部分流體力學的內容。為了更好的討論外延生長速率，本節(jié) 還給出了附面層的概念，由于流體的粘滯性而導致外延基座上方 的流體流速存在變速的區(qū)域，由此引入了速度附面層的概念，同 時給出了速度附面層的厚度表達式；由于速度附面層的存在，導 致外延基座上方的極小區(qū)域內存在反應劑濃度的變化，由此引入 了質量附面層的概念，同時給出了質量附面層的厚度表達式。在 外延生長速率的討論中，建立了外延生長模型、由模型討論得到 了外延生長速率的表達式、對外延生長速率的表達式進行了極限 分析；討論了影響外延生長速率的溫度因素、反應劑濃度因素、 混合氣體流量因素、以及在外延生長系統(tǒng)中，襯底片位置量的變

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化外延生長速率的影響；為了改善外延生長前后不均勻的現(xiàn)象， 本節(jié)給出了兩個工藝措施。 課程難點：首先要對外延生長過程有一個整體的概念。在{111} 面上進行四氯化硅的氫氣還原外延生長的化學反應原理，其反應 過程、反應中的狀態(tài)、反應中的步驟、化學反應的正反應和副反 應（包含逆反應）。四氯化硅的氫氣還原外延生長的結晶學原 理，其外延生長的結晶過程、結晶學的成核理論（結晶學理論和 共價鍵理論）、晶核擴展理論、結晶體的形成、結晶體擴展理 論、以及外延層的厚度長成和平坦擴展理論。實際臥式外延反應 系統(tǒng)的分析，為流體系統(tǒng)、具有流體的兩個特性、流體的兩種流 動形態(tài)、流體流形的判據(jù)和判定、實際外延系統(tǒng)的流體流形。外 延生長系統(tǒng)中兩個附面層的定義、表達式及對外延生長的指導意 義。外延模型的建立、理解和分析；外延模型對推導外延生長速 率的指導意義；應用外延生長速率簡化表達式的極限條件分析； 影響外延生長速率的各種因素討論及分析。 基本概念： 1 外延生長過程-外延化學反應過程與外延結晶過程的連續(xù)、不 斷、重復進行的全過程。 2 歧化特性-指一種物質在同一個反應中既起氧化劑的作用又起 還原劑作用的性質。 3 歧化反應-符合歧化特性的化學反應。 4 表面吸附-指固體表面對氣相物質的吸引、固定。 5 流體的粘滯性-當流體饒流固體表面時，由于分子（原子）間 的作用力（吸引力），使原來等速流進的流體在固體表面上方 出現(xiàn)非等速流進的的現(xiàn)象，稱為粘滯現(xiàn)象；流體的這種性質稱 為粘滯性。 6 流體的連續(xù)性-指流體是由無數(shù)連續(xù)運動的微團構成，在自然 界無間斷點的性質。 7 流體的紊流態(tài)-指流體中連續(xù)運動的微團運動處于雜亂無章的 狀態(tài)，也稱湍流態(tài)。 8 流體的層流態(tài)-指流體中連續(xù)運動的微團運動有序，形成彼此 互不干擾的流線（流層）的狀態(tài)。 9 速度附面層-由于流體的粘滯作用，而使外延平板基座上方流 體流速分布受到干擾的區(qū)域。由于該區(qū)域中的流體流速滯慢于 層外，也稱為滯流層。 10 質量附面層-外延平板基座上方、速度附面層內，反應劑濃 度（質量）有較大變化的區(qū)域。

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11 反應劑的氣相質量轉移系數(shù)-單位時間內，由氣相到達單位 面積表面的反應劑粒子數(shù)。 12 自摻雜效應——指在外延過程中，氣氛對襯底表面的腐蝕而 使主氣流中雜質濃度起變化，從而造成前、后硅片的摻雜濃度 不同的現(xiàn)象。 基本要求：熟知外延生長過程的定義，知道外延生長過程是由 外延化學反應過程與外延結晶過程的連續(xù)、不斷、重復進行構 成的。知道在{111}面上進行四氯化硅的氫氣還原外延生長的 化學反應原理，其反應過程、反應中的狀態(tài)、反應中的步驟、 化學反應的正反應和副反應（包含逆反應）；知道化學反應的 副反應（包含逆反應）對外延生長的不利影響，以及是如何影 響的；清楚為什么該外延生長的化學反應不能一步進行，而兩 步進行的可能性更大；清楚最可能的第二步反應是歧化反應， 歧化反應是如何定義的；清楚的知道外延生長的化學反應步 驟，知道每一步的具體內容；清楚副產物不能及時排出系統(tǒng)對 外延帶來得弊端。知道四氯化硅的氫氣還原外延生長的結晶學 原理，了解其外延生長的結晶過程，是如何由化學反應得到的 高能、游離態(tài)硅原子通過加接而形成一層外延層完美表面的， 而一定厚度的外延層是如何獲得的；知道結晶學的成核理論， 從結晶學理論是如何根據(jù)原子團半徑來決定成核條件的、從共 價鍵理論又是如何表明單原子直接加接和雙原子同時加接不能 形成穩(wěn)定晶核的，而形成穩(wěn)定晶核至少需要三個或三個以上的 原子同時加接；清楚晶核擴展理論，知道為什么在晶核上單原 子直接加接和雙原子同時加接均能形成穩(wěn)定的加接，而使晶核 得到擴展；知道結晶體的形成、結晶體擴展理論，清楚為什么 由于原子在晶核上加接、沿六個[110]向和六個[112]向擴展的 結果是形成六棱結晶體，而且該六棱結晶體還是非對稱的；知 道外延層的平坦擴展理論和厚度長成理論，即知道為什么不會 在沒長平的外延層表面上形成新的晶核，知道外延生長結晶過 程重復不斷進行即可獲得所要求厚度的外延層。知道外延生長 的動力學原理，即由此進行外延系統(tǒng)分析和外延模型的建立、 分析，從而得到外延生長速率表達式。關于外延系統(tǒng)分析，知 道為什么實際外延生長系統(tǒng)是一個流體系統(tǒng)，流體具有的粘滯 性和連續(xù)性的具體含義及對外延過程的指導意義；知道流體可 能存在的兩種流動形態(tài)，清楚哪一種流動形態(tài)是外延工藝所希 望的，而實際外延系統(tǒng)中的流動形態(tài)是怎樣的；關于外延系統(tǒng) 中的附面層概念，知道為什么要引入速度附面層概念，速度附

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面層是如何定義的，速度附面層的厚度表達式；知道為什么要 引入質量附面層概念，質量附面層是如何定義的，為什么說是 質量附面層是由于速度附面層的存在而出現(xiàn)的，質量附面層的 厚度表達式，為什么說是質量附面層厚度是速度附面層厚度的 函數(shù)。關于外延模型的建立、分析和外延生長速率，能夠根據(jù) 實際外延生長系統(tǒng)建立可用的外延生長模型，其中有可分析的 外延層次關系，能夠通過分析討論得到外延生長速率表達式； 清楚在什么極限條件下可采用不同的簡化外延生長速率表達 式；知道影響外延生長速率的各種工藝因素，以及它們是如何 對外延生長速率造成影響的；對外延生長的前后不均勻性，能 夠采取適當工藝措施克服之。 §2.3 外延輔助工藝 1 學時 課程內容： 1 氯化氫拋光工藝 1.1 拋光目的 1.2 氯化氫拋光工藝 1.2.1 氯化氫拋光方法 1.2.2 氯化氫拋光步驟 1.3 腐蝕反應和腐蝕速率 1.3.1 腐蝕反應 1.3.2 有關腐蝕速率 1.4 討論 1.4.1 腐蝕速率與氯化氫氣體分壓有關 1.4.2 腐蝕速率與溫度關系不明顯 1.4.3 在一定溫度下，應用氯化氫氣體分壓有最大值限制 1.4.4 有關其它拋光工藝 2 外延摻雜工藝 2.1 摻雜工藝原理 2.1.1 外延摻雜是與外延同時進行的 2.1.2 摻雜動力學原理 2.2 外延層中的摻雜濃度 2.3 摻雜方法 2.3.1 液相摻雜 2.3.2 氣相摻雜 課程重點：本節(jié)介紹了外延輔助工藝，包括外延生長前的對襯 底表面常用的氯化氫拋光工藝和為了保證外延層所要求的電性

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能而進行的外延摻雜工藝。關于氯化氫拋光工藝，主要介紹了 對襯底表面進行拋光處理的必要性以及拋光達到的目的；重點 討論了工藝，其中涉及了氯化氫拋光的方法和氯化氫拋光的工 藝步驟；對氯化氫拋光的腐蝕反應和腐蝕速率進行了較詳細的 分析；最后，對氯化氫拋光的腐蝕速率與各種因素的關系進行 了討論；還強調指出氯化氫拋光工藝是一種氣相化學拋光，除 了氯化氫氣氛外，其它如溴化氫、碘化氫、三氯乙烯、六氟化 硫及溴氣等也可以作為拋光氣氛-這就形成了其它拋光工藝。 關于外延摻雜工藝，首先介紹了半導體集成電路制造對外延層 的電性要求；介紹了外延摻雜原理；重點討論了外延層中的摻 雜濃度，討論中，首先建立了摻雜模型，根據(jù)對模型的分析， 得到了與反應劑氣體分壓和摻雜劑氣體分壓有關的摻雜濃度表 達式；介紹了液相摻雜和氣相摻雜兩種摻雜方法，并指出了它 們各自的控制摻雜手段。 課程難點：氯化氫拋光工藝中，通過拋光是如何可以達到高潔 凈的、無損傷的、新鮮的待生長表面的；氯化氫拋光步驟中各 步的工藝控制條件；化學氣相拋光的溫度控制特點；拋光腐蝕 速率表達式用外延生長速率表達式表達時，式中各因子的含義 發(fā)生了什么變化；腐蝕速率在低蝕率和高蝕率時的極限分析及 在中等蝕率時的表達式分析；實際工藝中，氯化氫氣體分壓的 選擇。在外延摻雜工藝中，注意 其摻雜原理與一般的合金摻雜 和擴散摻雜有不同處，雜質是在外延過程中加入到外延層晶格 點陣上的；由于摻雜與外延同時進行，則摻雜動力學原理與外 延動力學原理極其相似，只不過雜質在加入到外延層晶格點陣 上后，有一個離化的事實；外延摻雜模型的建立和分析，注意 單位時間內，由于摻雜而導致的摻雜劑粒子流密度的消耗既與 外延層中的摻雜濃度有關、又與外延生長速率有關；有關液相 摻雜和氣相摻雜兩種摻雜方法的對比、各自對摻雜濃度工藝控 制等。 基本要求：了解由拋光工藝和外延摻雜工藝構成的外延輔助工 藝。對氯化氫拋光工藝，要求清楚的知道采用拋光工藝的目 的；氯化氫拋光工藝的工藝方法，掌握氯化氫拋光的工藝步 驟，知道氯化氫拋光工藝與外延工藝是在一個反應系統(tǒng)中、并 且氯化氫拋光工藝與外延生長工藝可連續(xù)不間斷進行；了解氯 化氫拋光是化學氣相拋光，掌握其腐蝕反應控制條件；應知道 氯化氫拋光工藝中的化學反應實際上是外延生長反應的逆反 應，因此，拋光腐蝕速率表達式可用外延生長速率表達式描

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述，但應清楚同一個式子表達的意思是完全不同的；了解在低 蝕率和高蝕率時的極限條件下，拋光腐蝕速率與氯化氫氣體分 壓的不同關系；應掌握實際氯化氫拋光工藝的氯化氫氣體分壓 的選擇。對于外延摻雜工藝，應知道半導體集成電路制造對外 延層的電性要求，即具有準確的導電類型、具有精確的電阻 率；知道如何選擇外延摻雜的摻雜劑；清楚外延摻雜原理，從 動力學原理能分析摻雜與外延的相同處和不同處；能建立起外 延摻雜模型，并對該模型進行正確的分析討論，從而得到外延 摻雜濃度表達式；能清楚的知道液相摻雜和氣相摻雜兩種摻雜 方法各自的特點，當使用它們摻雜時，各自對摻雜濃度的工藝 控制。 §2.4 外延層質量參數(shù)及檢測簡介 0.5 學時 課程內容： 1 外延層質量參數(shù) 1.1 外延層電阻率ρ epi 1.2 外延層的雜質濃度分布 1.3 外延層厚度 1.4 少數(shù)載流子壽命 1.5 外延層中的缺陷 1.5.1 表面缺陷 1.5.2 體內缺陷 2 外延層質量參數(shù)的檢驗 2.1 ρ epi 的檢驗 2.1.1 三探針法測ρ epi-對（外延層/襯底）導電類型相同者 2.1.2 四探針法測ρ epi-對（外延層/襯底）導電類型相異者 2.2 用電容-電壓法測外延層中的雜質濃度分布 2.3 外延層厚度檢驗 2.3.1 可用的方法 2.3.2 用層錯法測量外延層厚度 2.4 外延層中的缺陷檢驗 2.4.1 采用顯微觀測法檢驗表面缺陷 2.4.2 采用先化學腐蝕、后顯微觀測法檢驗體內缺陷 課程重點：本節(jié)簡單介紹了外延層質量參數(shù)及外延層質量參數(shù) 的檢驗。關于外延層質量參數(shù)介紹了外延層電阻率、外延層中 的雜質濃度分布、外延層厚度、外延層中的少數(shù)載流子壽命、

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外延層中的缺陷五類；關于外延層質量參數(shù)的檢驗，給出了除 少數(shù)載流子壽命檢驗之外的四類、八種檢測方法。 課程難點：注意外延層電阻率ρ epi 以及與外延層中摻入雜質總 量的關系，在何條件下可認為與雜質濃度有關；注意外延層中 的雜質濃度分布，以及理想時其分布應為常量分布，而實際上 在兩個界面附近應為變化分布的特點；注意外延層厚度，以及 厚度的選擇決定于制造不同晶體管和集成電路外延層厚度的要 求；注意外延層中少數(shù)載流子壽命，以及它與外延層中非需要 雜質含量的關系；注意外延層中的缺陷、以及缺陷的類型，特 別是體內缺陷（結構缺陷）位錯和層錯的特點。關于各類質量 參數(shù)的測量方法，以及它們的專一性和對應性。 基本要求：要求熟知外延層的質量參數(shù)，包括外延層電阻率 ρ epi，以及與外延層中摻入雜質總量的關系，在認為外延層中摻 雜濃度恒定條件下，可認為與摻入雜質濃度有關；要求了解外 延層中的雜質濃度分布，知道一般把界面看作是理想界面時， 認為外延層中的雜質濃度分布為恒定值，而實際上在界面附近 由于存在雜質的流入或流出，使界面附近的雜質濃度分布不為 恒定值；要求知道在選擇外延層厚度時，如何考慮不同的晶體 管制造和不同的集成電路制造對這一參數(shù)的要求；了解外延層 中少數(shù)載流子壽命，以及它與外延層中非需要雜質含量的關 系；熟知外延層中的缺陷類型，知道外延層表面缺陷的種類、 知道外延層體內缺陷的種類，知道外延層體內缺陷位錯和層錯 各自的生長或生成環(huán)境。要求熟知外延層的質量參數(shù)的檢測， 要求會使用適當?shù)姆椒ㄈz驗各種外延層的質量參數(shù)。 §2.5 有關外延層層錯 課程內容： 1 外延層層錯 1.1 外延層層錯的形成模式 1.2 外延層層錯的結構 1.3 外延層層錯的腐蝕形貌 1.3.1 外延層層錯是面缺陷 1.3.2 腐蝕時在缺陷處體現(xiàn)優(yōu)先腐蝕 1.4 幾點說明 1.4.1 層錯的腐蝕形貌并非一定是完整圖形 1.4.2 層錯的腐蝕形貌圖形可能大小不一 1.4.3 不同器件制造對層錯密度的要求 0.5 學時

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2 外延層層錯產生的原因及對器件性能的影響 2.1 外延層層錯產生原因 2.1.1 襯底的表面質量 2.1.2 外延用的氣體純度 2.1.3 外延工藝條件控制 2.1.4 外延系統(tǒng)的清潔度 2.2 外延層層錯對器件制造及參數(shù)的影響 2.2.1 雜質沿層錯有增強擴散的作用 2.2.2 層錯處易吸附雜質 2.2.3 外延層層錯影響器件制造的穩(wěn)定性和工藝質量的穩(wěn) 定性 課程重點：本節(jié)介紹了〈111〉向硅外延過程中形成的外延層 層錯，指出其形成模式為硅原子按層排列的次序發(fā)生錯亂而導 致的缺陷；對所討論的外延層層錯的結構，指出是以{111}面 圍成的四面體結構；由于外延層層錯是面缺陷，其晶格鍵的失 配僅發(fā)生在所圍成的三個面上（四面體內是完美結構、四面體 外也是完美結構），而化學腐蝕時在缺陷處導致優(yōu)先腐蝕，則 對所討論的外延層層錯的表面腐蝕形貌為三條槽溝圍城的正三 角形；對外延層層錯的表面腐蝕形貌作了兩點說明，其一是由 于外延生長時生長速率可能不均勻，而導致某些層錯面被淹 沒，則腐蝕后的外延層層錯的表面圖形形貌可能有不完整的， 其二是外延層層錯不一定都起始于襯底表面，則腐蝕后的外延 層層錯的表面圖形可能大小不一，但起始于襯底表面的外延層 層錯的表面圖形最大（如上一節(jié)介紹，利用該圖形進行外延層 厚度的測量）；給出了分離器件制造和集成電路制造對層錯密 度的要求。本節(jié)介紹了外延層層錯產生的原因及外延層層錯的 存在對器件性能的影響，指出凡是能產生一個錯排原子的因素 都是外延層層錯產生的原因，諸如襯底表面的質量不合格、外 延用的氣體純度不合格、外延時工藝條件控制出現(xiàn)失當以及外 延系統(tǒng)的清潔度達不到器件生產要求等，都將導致外延層的層 錯產生；對于外延層層錯的存在對器件性能的影響，指出由于 雜質沿層錯有增強擴散的作用，對外延層層錯穿過結的情況， 將導致結的伏安特性曲線變軟、導致淺結器件的集電區(qū)與發(fā)射 區(qū)的穿通，指出由于層錯處易吸附雜質的作用而導致電阻率的 局部降落，還指出由于外延層層錯存在的隨機性，將導致影響 器件制造的穩(wěn)定性和工藝質量的穩(wěn)定性。

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課程難點：〈111〉向硅外延過程中形成的外延層層錯，其形 成模式與硅原子按層排列的次序發(fā)生錯亂的關系；所討論的外 延層層錯的結構與以{111}面圍成的四面體結構有如何的對應 關系；外延層層錯的表面形貌與化學腐蝕時在外延層層錯面的 缺陷處導致優(yōu)先腐蝕的對應關系；為什么外延生長時的生長速 率的不均勻，可導致某些層錯面被淹沒，而使外延層層錯的表 面圖形形貌出現(xiàn)不完整的圖形形貌，這些不完整的外延層層錯 的圖形形貌也是層錯；為什么外延層層錯不一定都起始于襯底 表面可導致腐蝕后的外延層層錯的表面圖形出現(xiàn)大小不一的狀 況，如何理解起始于襯底表面的外延層層錯的表面圖形最大這 一事實；為什么分離器件制造和集成電路制造對層錯密度的要 求不同。關于外延層層錯產生的原因及外延層層錯的存在對器 件性能的影響。指為什么凡是能產生一個錯排原子的因素都是 外延層層錯產生的原因，在器件生產工藝中都有哪些因素；外 延層層錯的存在如何對器件性能造成影響，器件性能與雜質沿 層錯有增強擴散的作用以及層錯處易吸附雜質的作用有什么關 系；為什么說由于外延層層錯存在將影響器件制造的穩(wěn)定性和 工藝質量的穩(wěn)定性。 基本要求：要求了解〈111〉向硅外延過程中形成的外延層層 錯，清楚其形成模式為硅原子按層排列的次序發(fā)生錯亂時而導 致的缺陷；對所討論的外延層層錯的結構，清楚的知道是以 {111}面圍成的四面體結構；了解外延層層錯是面缺陷，其晶 格鍵的失配僅發(fā)生在所圍成的三個面上（四面體內是完美結 構、四面體外也是完美結構），而化學腐蝕時在缺陷處導致優(yōu) 先腐蝕，則知道對所討論的外延層層錯的表面形貌為三條槽溝 圍城的正三角形；了解對外延層層錯的表面腐蝕形貌作的兩點 說明，知道由于外延生長時生長速率可能不均勻，而導致某些 層錯面被淹沒，則腐蝕后的外延層層錯的表面圖形形貌可能有 不完整的，還知道外延層層錯不一定都起始于襯底表面，則腐 蝕后的外延層層錯的表面圖形可能大小不一，但起始于襯底表 面的外延層層錯的表面圖形最大，會利用該圖形進行外延層厚 度的測定；清楚的知道分離器件制造和集成電路制造對層錯密 度的要求有什么不同，而為什么集成電路制造對層錯密度的要 求更高。清楚外延層層錯產生的原因及外延層層錯的存在對器 件性能的影響。知道凡是能產生一個錯排原子的因素都是外延 層層錯產生的原因，能夠列舉導致外延層層錯產生的所有因 素，比如襯底表面的質量不合格、外延用的氣體純度不合格、

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外延時工藝條件控制出現(xiàn)失當以及外延系統(tǒng)的清潔度達不到器 件生產要求等引起的外延層的層錯產生；知道外延層層錯的存 在對器件性能的影響，了解外延層層錯在工藝制造中可能產生 影響原因，諸如雜質沿層錯有增強擴散的作用，這對外延層層 錯穿過結的情況，將導致結的伏安特性曲線變軟、導致淺結器 件的集電區(qū)與發(fā)射區(qū)的穿通；了解由于層錯處易吸附雜質的作 用而導致電阻率的局部降落的原因；還必須知道由于外延層層 錯存在的隨機性，將導致影響器件制造的穩(wěn)定性和工藝質量的 穩(wěn)定性的事實與原因。 第二章 外延工藝原理作業(yè)： 思考題 5 個，習題 5 個

第三章： 氧化工藝

（7 學時）

§3.1 二氧化硅膜的結構及其性質 3 學時 課程內容： §3.1.1 二氧化硅膜的結構 1 二氧化硅膜的基本結構單元 2 基本結構單元的連接形式 3 二氧化硅的結構形式分類 3.1 結晶形二氧化硅 3.2 無定形二氧化硅 §3.1.2 無定形二氧化硅的結構及特征 1 無定形二氧化硅的結構 1.1 結構松散、存在不均勻不規(guī)則的結構空隙 1.2 無定形二氧化硅中存在大量非橋聯(lián)氧原子 2 無定形二氧化硅的特征 2.1 無定形二氧化硅的密度小 2.2 無定形二氧化硅無固定熔點 2.3 無定形二氧化硅的網(wǎng)絡結合強度弱 2.4 無定形二氧化硅中極易引入雜質 2.4.1 本征無定形二氧化硅 2.4.2 非本征無定形二氧化硅 3 雜質在二氧化硅中的作用 3.1 兩類雜質的定義

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3.1.1 網(wǎng)絡形成劑 3.1.2 網(wǎng)絡改變劑 3.2 網(wǎng)絡改變劑在二氧化硅中的作用 3.2.1 使非橋聯(lián)氧原子數(shù)目增加 3.2.2 影響器件電性能的可靠性及穩(wěn)定性 3.3 網(wǎng)絡形成劑在二氧化硅中的作用 3.3.1 網(wǎng)絡形成劑硼在二氧化硅中的作用 3.3.2 網(wǎng)絡形成劑磷在二氧化硅中的作用 §3.1.3 二氧化硅膜的性質 1 二氧化硅膜的物理性質 1.1 為無色透明的固體 1.2 熱膨脹系數(shù)小 1.3 軟化溫度為 1500 度 1.4 電阻率隨制備方法不同而異 1.5 介電強度大 1.6 折射率為 1.46 1.7 密度為(2.0-2.3)g/立方厘米 1.8 雜質擴散系數(shù)隨雜質不同而不同、隨溫度變化而 變化 2 雜質在二氧化硅中的擴散 2.1 在雜質進入的區(qū)域形成玻璃相 2.2 混合玻璃相的作用 3 二氧化硅膜的化學性質 3.1 化學穩(wěn)定性好 3.2 氫氟酸對二氧化硅有腐蝕反應 3.3 二氧化硅有不良反應 4 二氧化硅-硅界面特性 4.1 二氧化硅生成時對界面雜質再分布的影響 4.1.1 雜質在界面的分凝效應 4.1.2 分凝效應的描述 4.1.3 分凝效應在工藝中的應用 4.2 二氧化硅生成后對 p 型硅表面的反型效應 4.2.1 實際器件中出現(xiàn)的反型結構 4.2.2 器件結構中出現(xiàn) p 型硅表面的反型的條件 4.2.3 器件表面的反型對器件性能的影響 4.2.4 控制反型溝道形成的措施

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課程重點：本節(jié)前強調了氧化過程是制備二氧化硅膜的過程； 氧化工藝是制備二氧化硅膜的工藝；從工藝看，有熱生長氧化工 藝、低溫淀積氧化工藝以及其它氧化工藝；不同的氧化工藝方法 所制備的二氧化硅膜的質量不同，而二氧化硅膜的質量將影響其 掩蔽擴散的能力、將影響器件的可靠性和穩(wěn)定性、將影響器件的 電性能、將對器件的制造工藝有影響。為清楚二氧化硅膜的質 量，本節(jié)介紹了二氧化硅膜的結構及二氧化硅膜的物理性質、二 氧化硅膜的化學性質、二氧化硅膜掩蔽雜質擴散的性質、 二氧 化硅-硅界面的性質。關于二氧化硅膜的結構，主要介紹了二氧 化硅膜的基本結構單元；由二氧化硅膜的基本結構單元間連接構 成的二氧化硅網(wǎng)絡，其中由于基本單元連接的不同，二氧化硅網(wǎng) 絡又分為結晶形二氧化硅和無定形二氧化硅。對用于半導體器件 制造中的無定形二氧化硅進行了分析和特性分析，其中，對于無 定形二氧化硅結構指出：該二氧化硅結構松散、存在不均勻不規(guī) 則的結構空隙、且存在大量非橋聯(lián)氧原子；對于無定形二氧化硅 特性分析指出：無定形二氧化硅密度小、無定形二氧化硅無固定 熔點、無定形二氧化硅網(wǎng)絡結合強度弱和在無定形二氧化硅中極 易引入雜質；由含雜和不含雜，把無定形二氧化硅又分為本征無 定形二氧化硅（不含雜的無定形二氧化硅）和非本征無定形二氧 化硅（含雜的無定形二氧化硅）兩種。對于非本征無定形二氧化 硅，首先指明雜質是以雜質氧化物的形式進入二氧化硅中的，雜 質在二氧化硅中都是電離的，然后根據(jù)雜質在二氧化硅中位置的 不同定義了兩類雜質并討論了它們的作用。對于兩類雜質的定義 指出：雜質離子在二氧化硅中能取代硅離子位置的稱為網(wǎng)絡形成 劑，雜質離子在二氧化硅中僅占據(jù)網(wǎng)絡空隙的稱為網(wǎng)絡改變劑。 對于兩類雜質在二氧化硅中的作用指出：網(wǎng)絡改變劑多為金屬離 子，它們在二氧化硅中的作用是使網(wǎng)絡中非橋聯(lián)氧原子數(shù)目增 加、網(wǎng)絡強度變弱、金屬離子的可動性使得器件的電性能不可靠 和不穩(wěn)定；網(wǎng)絡形成劑多為三、五族的摻雜雜質，它們在二氧化 硅中的作用恰恰相反，即三族雜質（硼）在二氧化硅中取代硅離 子位置后，使非橋聯(lián)氧原子數(shù)目減少、網(wǎng)絡強度變強、同時引入 了負電離中心，而五族雜質（磷）在二氧化硅中取代硅離子位置 后，使非橋聯(lián)氧原子數(shù)目增加、網(wǎng)絡強度變弱、同時引入了正電 離中心。本節(jié)還介紹了二氧化硅膜的性質。在物理性質介紹中給 出了二氧化硅膜的外部形態(tài)、熱膨脹性質、軟化溫度、電阻率與 制備工藝的關系、介電強度狀況、折射率、密度及雜質在二氧化 硅中的擴散系數(shù)等八條性質；在化學性質介紹中，討論了二氧化

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硅膜化學穩(wěn)定性質（不與絕大部分酸、堿起反應）、二氧化硅膜 的可加工性質（僅氫氟酸能很好的腐蝕二氧化硅）和二氧化硅膜 與金屬電極的不良反應（在較高溫度下）。為了清楚二氧化硅掩 蔽擴散的作用，討論了雜質在二氧化硅中的行為，指出：在有雜 質氧化物進入的二氧化硅區(qū)域中形成混合玻璃相、由于混合玻璃 相與二氧化硅邊界極其清晰-認為是混合玻璃相限制了雜質在二 氧化硅中的運動速度（有屏蔽雜質的能力）。結合實際工藝中的 問題討論了二氧化硅-硅界面特性，其中包括雜質在二氧化硅-硅 界面的分凝效應和二氧化硅中的電荷引起的 p 型硅表面的反型效 應。關于雜質在二氧化硅-硅界面的分凝效應，首先給出了分凝 效應的定義，進而討論了如何描述分凝效應，最后對分凝效應在 器件制造中的應用作了介紹；關于二氧化硅中的電荷引起的 p 型 硅表面的反型效應，首先指出在二氧化硅-硅界面的二氧化硅中 存在大量正電荷，這必然對 p 型硅表面具有削弱、耗盡和反型的 作用，然后討論了實際器件中可能出現(xiàn)反型的結構（包括 npn 和 pnp 兩種結構），進而給出了 p 型硅表面的反型條件（不滿足條 件不反型），討論了器件的 p 型硅表面反型對性能帶來的影響， 提出了控制使 p 型硅表面不反型的幾個工藝措施。 課程難點：二氧化硅膜的質量對哪些器件制造工藝及器件電性 能有影響，與二氧化硅膜制備工藝有什么關系。二氧化硅膜的質 量是如何與二氧化硅膜結構、二氧化硅膜性質密切相關的。從二 氧化硅膜結構看，二氧化硅基本單元的基本結構結構形式、基本 單元之間是如何連接的、連接組合狀態(tài)的如何不同使二氧硅分為 結晶形二氧化硅和無定形二氧化硅。從器件制造中所用的無定形 二氧化硅膜結構看，其具有的特點；這些特點使無定形二氧化硅 具有了的某些特征，而這些特征如何使無定形二氧化硅分為本征 無定形二氧化硅和非本征無定形二氧化硅。非本征無定形二氧化 硅定義，雜質在二氧化硅中的作用、、網(wǎng)絡改變劑的定義、網(wǎng)絡 改變劑在二氧化硅中的作用、不同的網(wǎng)絡形成劑在二氧化硅中的 不同作用。二氧化硅膜性質中，其物理性質包含的內容，與掩蔽 擴散有關的雜質在二氧化硅中擴散系數(shù)的性質；二氧化硅能掩蔽 雜質擴散的實質是什么，雜質進入的二氧化硅區(qū)域形成的混合玻 璃相、混合玻璃相的作用、能掩蔽某種雜質擴散的最小膜厚度的 求取公式；其化學性質包含的內容，二氧化硅的化學穩(wěn)定性和工 藝可操作性如何對器件制造工藝有好處；其二氧化硅-硅界面的 界面效應，分凝效應的定義、分凝效應的描述、分凝效應的工藝 應用和二氧化硅中的電荷引起的 p 型硅表面的反型效應原因、理

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論分析、實際器件中出現(xiàn)的反型結構、能導致 p 型硅表面的反型 的條件、p 型硅表面的反型對器件性能造成的影響以及控制表面 反型溝道的各種工藝措施。 基本概念： 1 氧化-在襯底（硅片）表面制備一層二氧化硅膜的過程（熱生 長、反應淀積、陽極氧化等等）。 2 氧化工藝-能夠在襯底（硅片）表面制備一層二氧化硅膜的工 藝方法。 3 結晶形二氧化硅-由硅氧四面體基本單元整齊的、規(guī)則的、周 期性的、重復延伸排列而成的二氧化硅。 4 無定形二氧化硅-由硅氧四面體基本單元無序排列而成的二氧 化硅。 5 橋聯(lián)氧原子-屬于兩個硅氧四面體（硅原子）所有的氧原子。 6 非橋聯(lián)氧原子-僅屬于一個硅氧四面體（硅原子）所有的氧原 子。 7 本征無定形二氧化硅-無雜質引入的無定形二氧化硅。 8 非本征無定形二氧化硅-有雜質引入的無定形二氧化硅。 9 網(wǎng)絡形成劑-其雜質離子在二氧化硅網(wǎng)絡中能取代硅離子的位 置而形成玻璃結構的雜質類。 10 網(wǎng)絡改變劑-其雜質離子在二氧化硅網(wǎng)絡中僅占據(jù)網(wǎng)絡空隙 （孔洞）的雜質類。 11 硼硅玻璃-有摻雜劑三氧化二硼摻入的二氧化硅區(qū)域中的混 合玻璃結構。 12 磷硅玻璃-有摻雜劑五氧化二磷摻入的二氧化硅區(qū)域中的混 合玻璃結構。 13 分凝效應-由于雜質在硅和二氧化硅中的溶解度不同、擴散 系數(shù)不同等原因，而使得在二氧化硅的生長過程中影響了二氧 化硅-硅界面兩側雜質再分布的現(xiàn)象。 14 表面反型效應-由于襯底外表面的電性原因，造成的襯底表 面導電類型與原導電類型相反的現(xiàn)象。 基本要求：要求知道氧化和氧化工藝的定義，知道二氧化硅膜的 質量對器件制造工藝和器件性能有什么影響。要求清楚二氧化硅 膜的質量不同決定于二氧化硅的不同結構和性質，因此要求知 道，構成二氧化硅網(wǎng)絡的基本單元結構、基本單元的連接形式、 由于基本單元的連接組合狀態(tài)不同可構成的結晶形二氧化硅和無 定形二氧化硅、結晶形二氧化硅和無定形二氧化硅各自的定義； 要求知道器件制造中常用的、器件制造中制備的二氧化硅均為無

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定形二氧化硅；要求清楚無定形二氧化硅結構特點以及帶入的基 本特征，知道由基本特征導致的本征無定形二氧化硅和非本征無 定形二氧化硅的定義及分類；清楚雜質在二氧化硅中的作用，知 道網(wǎng)絡形成劑的定義、網(wǎng)絡形成劑的構成、不同網(wǎng)絡形成劑在二 氧化硅中的不同作用、及知道網(wǎng)絡改變劑的定義、網(wǎng)絡改變劑的 構成、網(wǎng)絡改變劑在二氧化硅中的作用；知道器件制造中常用 的、器件制造中制備的二氧化硅均為非本征無定形二氧化硅。要 求清楚的知道非本征無定形二氧化硅膜的各種性質，了解二氧化 硅膜的八條物理性質、特別要注意其中與制備二氧化硅工藝有關 的幾條性質（電阻率隨制備方法不同而異、介電強度隨制造工藝 不同而不同、雜質在二氧化硅中的擴散系數(shù)隨雜質不同而不同且 隨溫度變化而變化）；了解二氧化硅膜的三條化學性質、特別了 解二氧化硅化學性能的穩(wěn)定性與可工藝加工性的結合對器件制造 帶來得好處、了解二氧化硅與鋁電極的不良反應可能帶來得問題 及發(fā)生不良反應的條件；要求清楚的知道二氧化硅對某些雜質能 起到掩蔽擴散作用的實質，清楚混合玻璃相結構的定義及其如何 使 二氧化硅對某些雜質能起到掩蔽擴散作用的；知道在二氧化 硅-硅界面存在的界面效應，清楚分凝效應的定義、分凝效應的 描述、分凝效應的工藝應用和二氧化硅中的電荷引起的 p 型硅表 面反型效應的原因、理論分析、實際器件中出現(xiàn)的反型結構、能 導致 p 型硅表面反型的條件、p 型硅表面的反型對器件性能造成 的影響以及控制表面反型溝道的各種工藝措施；知道硅表面的反 型效應的定義及為什么一般不能造成 n 型表面反型的原因。 §3.2 常見的氧化方法及原理 課程內容： 1 熱生長氧化法 1.1 熱生長氧化方法 1.1.1 干氧氧化法 1.1.2 水汽氧化法 1.1.3 濕氧氧化法 1.2 各種氧化方法的特點 1.2.1 干氧氧化法的特點 1.2.2 水汽氧化法的特點 1.2.3 濕氧氧化法的特點 1.3 熱生長氧化機理 1.3.1 干氧氧化的氧化機理 2 學時

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1.3.2 水汽氧化的氧化機理 1.3.3 濕氧氧化的氧化機理 1.4 熱生長氧化規(guī)律 2 熱分解淀積法 2.1 熱分解淀積氧化的基本方法 2.2 含氧硅化物熱分解淀積法 2.3 硅烷熱分解氧化解淀積法 2.4 低溫熱分解淀積法二氧化硅的生長規(guī)律 2.5 熱分解淀積法的特點 2.5.1 優(yōu)點 2.5.2 缺點及改進 課程重點: 本節(jié)介紹了各種氧化方法，重點介紹了常見的熱生 長氧化（熱氧化）法和熱分解淀積氧化（低溫淀積、低溫氧化） 法。對熱生長氧化，介紹了熱生長氧化（干氧氧化、水汽氧化、 濕氧氧化）的各種工藝方法；介紹了各種熱生長氧化（干氧氧 化、水汽氧化、濕氧氧化）的氧化速率特點和生成的二氧化硅膜 質量的特點；介紹了熱生長氧化的氧化機理（不管何種熱生長氧 化在整個熱生長氧化過程中均存在初始氧化和加厚氧化兩個過 程）；介紹了熱生長氧化的氧化規(guī)律（在高溫和長時間氧化條件 下，符合拋物線規(guī)律）。對熱分解淀積氧化，介紹了熱分解淀積 氧化的基本方法（含氧硅化物熱分解淀積法和硅烷熱分解氧化淀 積法）；介紹了含氧硅化物熱分解淀積法的含氧硅化物源、介紹 了其中四乙烷氧基硅烷的熱分解機理、四乙烷氧基硅烷的熱分解 淀積的設備及使用條件、介紹了硅烷熱分解氧化淀積法（分解、 氧化）生成二氧化硅的機理、介紹了硅烷熱分解氧化淀積法的優(yōu) 缺點、對低溫熱分解淀積法二氧化硅的生長規(guī)律進行了討論并給 出了生長規(guī)律表達式、介紹了硅烷熱分解氧化淀積法的優(yōu)缺點。 課程難點：熱生長氧化的各種工藝方法分類及特點。各種熱生長 氧化工藝生成的二氧化硅膜的區(qū)別及對器件制造的指導意義，各 種熱生長氧化工藝生成二氧化硅膜速度的區(qū)別及對器件制造的指 導意義。熱生長氧化的氧化機理，干氧氧化在整個熱生長氧化過 程中存在的初始氧化（氧化反應和過程），加厚氧化過程又分為 哪兩步（氧氣在二氧化硅中的擴散理論和在二氧化硅-硅界面的 反應理論）；水汽氧化在整個熱生長氧化過程中存在的初始氧化 （氧化反應和過程），加厚氧化過程又分為哪兩步（水汽在二氧 化硅中的擴散理論和在二氧化硅-硅界面的反應理論）。熱生長 氧化的生成膜厚度與氧化時間符合拋物線關系規(guī)律的條件，該熱

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生長規(guī)律與理論的對應。熱分解淀積氧化的兩種基本方法；含氧 硅化物熱分解淀積二氧化硅的基本理論；硅烷熱分解氧化淀積二 氧化硅的基本理論；熱分解淀積氧化的生長規(guī)律及對應理論；分 解淀積氧化的優(yōu)缺點、優(yōu)點在器件制造中可得到的應用、對缺點 可采取的改善措施。 基本概念： 1 干氧氧化-氧化氣氛為干燥、純凈的氧氣的制備二氧化硅的熱 生長氧化過程。 2 水汽氧化-氧化氣氛為純凈水蒸汽的制備二氧化硅的熱生長氧 化過程。 3 濕氧氧化-氧化氣氛為既有純凈水蒸汽又有純凈氧氣的制備二 氧化硅的熱生長氧化過程。 4 熱分解氧化-在分解溫度下，利用化合物分解和重新組合生成 二氧化硅，然后使二氧化硅淀積在襯底表面上形成一定厚度 的二氧化硅層的方法。 基本要求：要求知道熱生長氧化可分為哪幾種工藝方法。各種工 藝的工藝特點是什么，有什么區(qū)別；各種工藝生成二氧化硅膜的 結構特點是什么，有什么區(qū)別；各種工藝生成二氧化硅膜時的速 度特點是什么，有什么區(qū)別。要求掌握各種熱生長氧化的氧化機 理，其中了解干氧氧化的兩步氧化機理與水汽氧化的兩步氧化機 理有什么相同處和不同處。要求知道熱生長氧化的生長規(guī)律，清 楚熱生長氧化的生成膜厚度與氧化時間符合拋物線關系規(guī)律的條 件及原因。要求熟悉熱分解淀積氧化的兩種較典型的制備二氧化 硅膜的方法，知道它們的工藝機理，了解兩種工藝方法的生長規(guī) 律，能夠知道在什么條件下可采用熱分解淀積氧化法制備二氧化 硅膜，能夠采取適當措施對熱分解淀積氧化法制備的二氧化硅膜 松散的缺點進行改善。 §3.3 熱氧化工藝及生長原理討論 課程內容： 1 熱氧化工藝 1.1 實際熱氧化工藝選擇 1.1.1 對熱氧化工藝的要求 1.1.2 實際熱氧化工藝 1.2 典型工藝條件 1.3 典型工藝設備和工藝流程 1.3.1 典型工藝設備 3 學時

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1.3.2 典型工藝流程 2 熱氧化的動力學分析 2.1 動力學模型的建立 2.1.1 氧化劑由氣相輸運到氣相-二氧化硅界面 2.1.2 氧化劑進入二氧化硅中，穿透二氧化硅層到達二氧化 硅-硅界面 2.1.3 氧化劑在二氧化硅-硅界面上與硅反應生成新的二氧化 硅 2.2 各過程的物理分析及其表達式 2.2.1 對過程 1 的分析 2.2.2 對過程 2 的分析 2.2.3 對過程 3 的分析 2.3 氧化過程的平衡狀態(tài)分析 2.3.1 各過程的聯(lián)系 2.3.2 平衡狀態(tài)分析 2.3.3 討論 3 熱氧化生長速率及二氧化硅厚度表達式 3.1 熱氧化生長速率及一般生長規(guī)律表達式 3.1.1 熱氧化生長速率 3.1.2 一般生長規(guī)律表達式 3.1.3 討論 3.2 氧化層厚度表達式及討論 3.2.1 氧化層厚度表達式 3.2.2 極限條件下氧化層厚度表達式簡化及討論 課程重點：本節(jié)介紹了熱氧化工藝和熱氧化生長二氧化硅的原 理。在熱氧化工藝討論中，實際熱氧化工藝的選擇是根據(jù)前述討 論的各種熱氧化方法的結構特點和工藝特點，對應矛盾的熱氧化 工藝要求，即要求有較高的氧化速率（水汽或濕氧氧化速率高、 但生成的二氧化硅膜結構疏松且表面呈親水性）又要求生成干燥 致密的呈疏水性的二氧化硅表面（干氧氧化生成的二氧化硅膜符 合該要求，但其氧化速率最低），選擇了干氧-濕氧-干氧的實際 熱氧化工藝；介紹了典型熱氧化工藝條件，熱氧化自動滿足高溫 的條件，一般熱氧化時間超過三十分鐘；還介紹了典型工藝設備 和工藝流程。在熱氧化生長二氧化硅的原理討論中，首先建立了 熱氧化模型，該模型是一個具有指導意義的一般模型，這是一個 處于氧化氣氛中的表面上帶有厚度為 Xo 二氧化硅膜的硅片，氧 化劑要與硅反應生成新二氧化硅則必須經歷氣相輸運、擴散穿透

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原有二氧化硅層、與硅反應三個過程；通過各過程的分析、建立 關系式、過程平衡分析得到了與氧化速率有關的處于二氧化硅硅界面上的氧化劑濃度表達式，還對該式進行了極限分析；介紹 了熱氧化生長速率的求取，介紹了一般生長規(guī)律表達式求取；由 一般生長規(guī)律表達式，通過數(shù)學運算求得氧化層厚度表達通式； 根據(jù)極限條件，進行了對氧化層厚度表達通式的簡化。 課程難點：實際熱氧化工藝要求的矛盾，實際熱氧化工藝選擇如 何解決該矛盾。熱氧化動力學模型的二維分析，構成動力學模型 的三個過程，各個過程的物理分析，各個過程的數(shù)學分析，各個 過程的平衡態(tài)內在聯(lián)系分析。熱氧化生長速率表達式的求取；一 般生長規(guī)律表達式求取；在一般生長規(guī)律表達式中原硅片表面上 帶有的厚度為 Xo 二氧化硅是如何轉化為時間量的，這對實際干 氧-濕氧-干氧的氧化工藝有什么指導意義。氧化層厚度表達通式 的求取，氧化層厚度表達通式簡化的極限條件及對實際熱氧化工 藝的指導意義。 基本要求：要求了解熱氧化工藝要求與實際熱氧化工藝選擇的關 系，知道實際干氧-濕氧-干氧的氧化工藝如何解決了熱氧化工藝 要求的矛盾。要求了解典型熱氧化工藝條件，清楚對熱氧化指導 意義。了解熱氧化的典型工藝設備和工藝流程，能知道基本工作 原理。要求熟悉熱氧化動力學模型，能對動力學模型的三個過程 進行物理分析和數(shù)學分析，能進行三個過程的平衡態(tài)內在聯(lián)系分 析。能清楚熱氧化生長速率表達式和一般生長規(guī)律表達式是如何 求得的，式中各項的物理意義。能應用氧化層厚度表達通式求取 某熱氧化生長中和熱氧化生長后的氧化層厚度，能根據(jù)極限條件 分析選用簡化式。 第三章：氧化工藝作業(yè) 思考題 3 題+習題 5 題 第四章： 摻雜工藝及原理 §4.1 摻雜工藝概述 課程內容： 1 摻雜方法 1.1 合金摻雜法 1.2 擴散摻雜法 1.2.1 氣-固擴散摻雜法 1.2.1.1 液態(tài)源摻雜 1.2.1.2 氣態(tài)源摻雜 （12 學時） 1 學時

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1.2.1.3 固態(tài)源摻雜 1.2.2 固-固擴散摻雜法 1.3 離子注入摻雜法 2 擴散技術 2.1 擴散工藝對器件參數(shù)的可控性 2.1.1 可控制器件各區(qū)導電類型及電阻率大小 2.1.2 可控制獲得平坦的 pn 結結面 2.1.3 可任意控制 pn 結結深和基區(qū)寬度 2.1.4 可控制和改善外引電性區(qū)的接觸特性 2.2 擴散工藝的特點 2.2.1 控制因素多 2.2.2 與氧化、光刻配合可容易的實現(xiàn)定域擴散 2.2.3 工藝重復性好 2.2.4 工藝均勻性好 2.2.5 可大批量連續(xù)生產 3 有關半導體砷化鎵中的摻雜 3.1 砷化鎵的擴散系統(tǒng)及要解決的問題 3.1.1 砷化鎵的擴散系統(tǒng) 3.1.2 砷化鎵的擴散要解決的問題 3.2 可行的擴散工藝 3.2.1 閉管擴散工藝 3.2.2 開管擴散工藝 3.3 砷化鎵中定域擴散的掩蔽膜選取 3.3.1 二氧化硅膜及其問題 3.3.2 磷硅玻璃膜及其問題 3.3.3 氮化硅膜及其問題 課程重點：本節(jié)介紹了摻雜工藝的最基本、最普遍的內容。首先 介紹了摻雜方法，其中包括常用于鍺器件生產的合金摻雜法；常 用于鍺器件、硅器件、砷化鎵器件生產的擴散摻雜法；常用于硅 器件器件生產的離子注入摻雜法。在擴散摻雜法中，介紹了氣固擴散摻雜法和固-固擴散摻雜法；氣-固擴散摻雜法中介紹了常 用的液態(tài)源擴散摻雜、氣態(tài)源擴散摻雜、固態(tài)源擴散摻雜方法。 對擴散技術作了說明，指出：通過擴散工藝可控制器件電性區(qū)導 電類型和導電類型的改變，可控制器件電性區(qū)電阻率的大�。煌� 過擴散工藝可獲得平坦的 pn 結結面，以得到良好的單結特性； 通過擴散工藝可任意控制 pn 結結深和基區(qū)寬度，可獲得所要求 的（不同的）器件放大特性、器件頻率特性、器件功率特性等器

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件雙結特性；通過擴散工藝可控制和改善外引電性區(qū)的接觸特 性，主要指 n 區(qū)金-半間實現(xiàn)歐姆接觸。介紹了擴散工藝的特 點，通過擴散工藝五個特點的討論，可深切體會到擴散工藝的確 是一種器件生產中重要的、不可或缺的、功能十分良好的工藝。 本節(jié)還對砷化鎵半導體中的摻雜做了介紹，對于砷化鎵半導體的 擴散系統(tǒng)認為可采用與硅半導體摻雜近似的系統(tǒng)，只不過為了防 止砷化鎵的分解和砷的揮發(fā)要對系統(tǒng)采取一些措施；介紹了幾種 可行的工藝，首先指出在砷化鎵中進行 p 型摻雜的常用雜質是鋅 雜質 、進行 n 型摻雜的常用雜質是硫雜質或錫雜質，而后對閉 管擴散工藝和開管擴散工藝中的 p 型摻雜和 n 型摻雜進行了討 論；最后對砷化鎵半導體的擴散系統(tǒng)中掩蔽擴散的掩蔽膜進行了 討論。 課程難點：鍺器件生產中的合金摻雜法的常見工藝及摻雜原理。 常用于鍺器件、硅器件、砷化鎵器件生產中的擴散摻雜法的分 類；有關氣-固擴散摻雜法中的液態(tài)源擴散常見的硅器件生產中 的 p 型和 n 型雜質擴散、氣態(tài)源擴散常見的硅器件生產中的 p 型 和 n 型雜質擴散、固態(tài)源擴散常見的硅器件生產中的 p 型和 n 型 雜質擴散；有關固-固擴散摻雜法中的各種擴散方法。關于離子 注入摻雜法的基本內容。有關擴散技術的討論，通過擴散工藝實 施可達到的工藝目的；擴散工藝的工藝特點以及其對器件制造的 實際意義。關于在砷化鎵半導體中摻雜的討論，常用的摻雜雜 質；常用的閉管擴散工藝及其系統(tǒng)討論；常用的開管擴散工藝及 其系統(tǒng)討論；有關砷化鎵半導體的擴散系統(tǒng)中掩蔽擴散的掩蔽膜 的討論。 基本概念： 1 摻雜-將所需要的雜質按要求的濃度和分布摻入到半導體材料 中的規(guī)定區(qū)域，以達到改變材料導電類型或電學性質的過程。 2 合金摻雜-通過雜質材料與半導體材料合金的方法實現(xiàn)摻雜的 過程。 3 擴散摻雜-依賴雜質的濃度梯度形成擴散摻雜的過程。 4 離子注入摻雜-雜質通過離化、加速形成高能離子流，靠能量 打入半導體材料的規(guī)定區(qū)域、活化形成雜質分布的過程。 基本要求：要求了解何謂摻雜，何謂合金摻雜，何謂擴散摻雜和 何謂離子注入摻雜。要求了解擴散摻雜工藝中的氣-固擴散摻雜 方法，知道什么是氣-固擴散的液態(tài)源擴散 ；知道什么是氣-固擴 散的氣態(tài)源擴散；知道什么是氣-固擴散的固態(tài)源擴散；了解什 么是固-固擴散摻雜工藝；要求了解離子注入摻雜的工藝方法和

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定義。要求知道擴散技術的工藝作用和工藝特點，知道通過擴散 工藝可達到的工藝目的和可改善的工藝參數(shù)；了解有哪些擴散技 術的工藝特點使得擴散工藝成為引起人們注重的、器件制造的重 點工藝。清楚在砷化鎵半導體中的摻雜，知道其摻雜系統(tǒng)及必須 對系統(tǒng)采取措施的原因；了解其可行的閉管擴散工藝及其系統(tǒng)討 論 ；了解其可行的開管擴散工藝及其系統(tǒng)討論 ；清楚其在砷化 鎵半導體中摻雜的常用的摻雜雜質；知道在砷化鎵半導體的擴散 系統(tǒng)中掩蔽擴散的各種掩蔽膜的性質及如何選擇掩蔽擴散的掩蔽 膜。 §4.2 擴散原理 1 學時 課程內容： 1 擴散的實質 2 擴散系數(shù) D 及討論 2.1 擴散系數(shù) D 與溫度有關 2.2 擴散系數(shù) D 與擴散雜質種類及擴散機構有關 當 Ns>ni 時，擴散系數(shù) D 與表面雜質濃度 Ns，與襯 底雜質濃度 NB 有關 2.4 擴散系數(shù) D 與襯底晶格完美性有關 2.5 擴散系數(shù) D 與襯底取向有關 3 雜質擴散機構 3.1 間隙式擴散 3.2 替位式擴散 3.3 兩種擴散機構的比較 3.3.1 兩種擴散機構均遵從菲克第一定律 3.3.2 兩種擴散機構的擴散系數(shù) D 內涵不同 3.3.3 兩種擴散機構的擴散系數(shù) D 比較 3.4 金雜質的擴散機構 3.4.1 晶格不完美，而金的雜質濃度較低 3.4.2 晶格完美，而金的雜質濃度趨于飽和 3.4.3 一般情況 課程重點：本節(jié)介紹了擴散的實質，認為從熱力學中總結出了 擴散的描述，即由于雜質濃度不均勻而產生的雜質定向運動和 由于溫度分布不均勻而產生的熱傳導均可認為屬于擴散；介紹 了雜質在半導體中擴散的定義；對菲克第一定律表達的的擴散 方程，說明是應用了熱傳導方程作為研究雜質在固體中擴散的 基礎而推出的。本節(jié)介紹了擴散系數(shù) D 的意義及表達式，討 2.3

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論了表達式中各項的含義；說明了擴散系數(shù) D 與溫度存在的 關系、說明了擴散系數(shù) D 與擴散雜質種類及擴散機構存在的 關系、說明了在特定條件下擴散系數(shù) D 與表面雜質濃度 Ns 及 與襯底雜質濃度 NB 存在的關系、說明了擴散系數(shù) D 與襯底晶 格完美性存在的關系、還說明了擴散系數(shù) D 與襯底取向存在 的關系。本節(jié)介紹了雜質擴散的擴散機構，指明什么是間隙式 擴散，間隙式擴散的特點、間隙式擴散的雜質、進行了間隙式 擴散的擴散流表達式與菲克第一定律表達式的對比；指明什么 是替位式擴散，替位式擴散的特點、替位式擴散的雜質、進行 了替位式擴散的擴散流表達式與菲克第一定律表達式的對 比 ；進行了兩種擴散機構的比較，進行了兩種擴散機構的擴 散系數(shù) D 的比較 ，清晰的比較結果判定了何種類型雜質為快 擴散雜質、何種類型雜質為慢擴散雜質。本節(jié)介紹了金雜質的 擴散機構，指出金雜質的擴散機構中既有間隙式擴散又有替位 式擴散；兩種擴散機構的比重分配，既取決于襯底晶格的完美 程度又取決于金雜質在擴散系統(tǒng)中的濃度；說明了為什么一般 認為金雜質是快擴散雜質的原因。 課程難點：雜質由于濃度不均勻而在半導體中的擴散與溫度不均 勻而引起的熱傳導之間的內在關系分析。菲克第一定律物理意義 及菲克第一定律物表達式的三維形式和一維形式。擴散系數(shù) D 的物理意義及數(shù)學表達式；擴散系數(shù) D 與各種因素的關系及其 分析。雜質在半導體中的兩種擴散機構；間隙式擴散的定義，間 隙式擴散的特點、間隙式擴散的雜質、及如何進行間隙式擴散的 擴散流表達式與菲克第一定律表達式的對比；替位式擴散的定 義，替位式擴散的特點、替位式擴散的雜質、及如何進行替位式 擴散的擴散流表達式與菲克第一定律表達式的對比 ；兩種擴散 機構相同點的比較，兩種擴散機構的表達式相同而內涵不同的擴 散系數(shù) D 的比較 分析。金雜質的擴散機構分析和討論。 基本概念； 1 擴散-由于物體內部的雜質濃度或溫度不均勻（物體中兩相的 化學勢不相等）而產生的一種使?jié)舛然驕囟融呌诰鶆虻亩ㄏ?運動。 2 雜質在半導體中的擴散-由雜質濃度梯度引起的一種使雜質濃 度趨于均勻的雜質定向運動。 3 間隙式擴散-雜質進入晶體后，僅占據(jù)晶格間隙，在濃度梯度 作用下，從一個原子間隙到另一個相鄰的原子間隙逐次跳躍前 進。每前進一個晶格間距，均必須克服一定的勢壘能量。

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4 替位式擴散-雜質進入晶體后，占據(jù)晶格原子的原子空位（空 格點），在濃度梯度作用下，向鄰近原子空位逐次跳躍前進。 每前進一步，均必須克服一定的勢壘能量。 基本要求：要求知道擴散的實質是由熱力學中總結出來的，由 于雜質濃度不均勻而產生的雜質定向運動和由于溫度分布不均 勻而產生的熱傳導均可認為屬于擴散；要求清楚雜質在半導體 中擴散的定義；要求了解菲克第一定律推出的擴散方程，是應 用了熱傳導方程作為研究雜質在固體中擴散的基礎而推出的。 要求熟悉擴散系數(shù) D 的意義及表達式，知道表達式中各項的 含義；要求知道擴散系數(shù) D 與溫度的關系、要求知道擴散系 數(shù) D 與擴散雜質種類及擴散機構的關系、要求知道在特定條 件下擴散系數(shù) D 與表面雜質濃度 Ns 及與襯底雜質濃度 NB 的關 系、要求知道擴散系數(shù) D 與襯底晶格完美性的關系、要求知 道擴散系數(shù) D 與襯底取向的關系。要求熟知雜質擴散的擴散 機構，知道什么是間隙式擴散，間隙式擴散的特點、間隙式擴 散的雜質、間隙式擴散的擴散流表達式與菲克第一定律的對 比；知道什么是替位式擴散，替位式擴散的特點、替位式擴散 的雜質、替位式擴散的擴散流表達式與菲克第一定律的對 比 ；要求清楚兩種擴散機構的比較，要求清楚兩種擴散機構 的擴散系數(shù) D 的比較 ，要求能由比較結果判定何種類型為快 擴散雜質、何種類型為慢擴散雜質。應清楚金雜質的擴散機構 中既有間隙式擴散又有替位式擴散；兩種擴散機構的比重分 配，既取決于襯底晶格的完美程度又取決于金雜質的在擴散系 統(tǒng)中的濃度；清楚一般認為金雜質是快擴散雜質的原因。 §4.3 擴散方程及擴散雜質分布 2 學時 課程內容： 1 擴散方程 1.1 平面器件擴散狀態(tài)近似 1.2 擴散方程的建立 2 兩步擴散工藝及其特點 2.1 兩步擴散工藝 2.1.1 預淀積擴散 2.1.2 再分布擴散 2.2 兩步擴散工藝各自的特點及相應的初始、邊界條件 2.2.1 預淀積擴散的工藝特點及相應的初始、邊界條件 2.2.2 再分布擴散的工藝特點及相應的初始、邊界條件

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3 恒定表面源擴散的雜質分布 3.1 雜質分布表達式 3.2 余誤差分布的討論 3.2.1 擴入硅體內的雜質總量 3.2.2 雜質在硅中的固溶度 4 有限表面源擴散的雜質分布 4.1 雜質分布表達式 4.2 高斯分布的討論 5 實際分布與理論分布的差異 5.1 工藝因素的影響 5.1.1 擴散溫度波動的影響 5.1.2 擴散時間波動的影響 5.1.3 襯底質量的影響 5.2 理論近似與實際狀態(tài)的差異 5.2.1 推導余誤差分布時的近似 5.2.2 推導高斯分布時的近似 5.3 體內效應對擴散分布的影響 5.3.1 雜質分凝效應的影響 5.3.2 場助效應的影響 5.3.3 其它體內效應的影響 課程重點：本節(jié)介紹了擴散方程的求取，首先進行了平面器件一 維擴散狀態(tài)的近似；通過對一塊正在擴散中的半導體的分析，利 用原子守恒定率建立了擴散方程，給出了擴散方程的物理意義。 介紹了兩步擴散工藝及兩步擴散工藝各自的特點，兩步擴散工藝 分為預淀積擴散 和再分布擴散 兩個獨立的擴散過程；由預淀積 擴散的工藝特點（始終處于飽和雜質氣氛中、在較低的擴散溫度 下），分析給出了預淀積擴散的初始條件和邊界條件；由再分布 擴散的工藝特點（擴散中無外來雜質氣氛、在氧化氣氛中進行、 在較高的擴散溫度下），分析給出了再分布擴散的初始條件和邊 界條件。用預淀積擴散的初始條件和邊界條件求解擴散方程，得 到了預淀積擴散 （由于整個擴散過程中，其表面雜質濃度不 變，則稱為 恒定表面源擴散）的擴散雜質分布表達式；由于該 表達式遵從余誤差關系-稱為余誤差分布；對余誤差分布的幾個 工藝參量進行了討論。用再分布擴散的初始條件和邊界條件求解 擴散方程，得到了再分布擴散 （由于整個擴散過程中，其表面 雜質濃度隨時間變化，則稱為 有限表面源擴散）的擴散雜質分 布表達式；由于該表達式遵從高斯函數(shù)-稱為高斯分布；對高斯

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分布的幾個工藝參量進行了討論。本節(jié)對實際分布與理論分布的 差異從原因到影響進行了分析討論，介紹了各種工藝因素（溫度 波動、時間波動、襯底質量）對造成實際分布與理論分布差異 的影響；介紹了理論推導時認為合理的近似造成的實際分布與理 論分布的差異；還介紹了各種體內效應造成的實際分布與理論分 布的差異。 課程難點：擴散模型的建立、模型分析及擴散方程的求��；擴散 方程的文字描述，擴散方程的物理意義。兩步擴散工藝的構成， 預淀積擴散的工藝目的，再分布擴散的工藝目的；預淀積擴散的 工藝特點、特點分析及其對應的初始條件和邊界條件，再分布擴 散的工藝特點、特點分析及其對應的初始條件和邊界條件。恒定 表面源擴散的定解方程及其擴散雜質分布表達式；關于對余誤差 分布的幾個工藝參量進行的討論，預淀積擴散后擴入硅體內的雜 質總量的表達式 求取及分析、關于雜質在硅中固溶度的含義及 其對工藝應用的指導意義。有限表面源擴散的定解方程及其擴散 雜質分布表達式；關于對高斯分布工藝參量進行的討論 ，再分 布擴散后的表面雜質濃度 表達式、該濃度既與預淀積擴散工藝 條件有關又與再分布擴散工藝條件有關的分析；要獲得滿足器件 制造要求的再分布擴散后表面雜質濃度，應采取的工藝參量和工 藝條件的選取措施�，F(xiàn)實存在的實際分布與理論分布有差異的原 因分析，各種工藝因素（溫度波動、時間波動、襯底質量）對造 成實際分布與理論分布差異 的影響及其分析；理論推導時認為 合理的近似對造成實際分布與理論分布差異的影響及其分析；各 種體內效應對造成實際分布與理論分布差異的影響及其分析，雜 質分凝效應是如何對再分布擴散后的雜質分布造成影響的、場助 效應在擴散過程中的體現(xiàn)及該效應對擴散系數(shù)的影響、存在的其 它體內效應及其可能對造成實際分布與理論分布出現(xiàn)差異的影響 場合。 基本概念： 1 兩步擴散工藝-整個擴散過程分兩步（兩個過程）進行的工藝 或要求的擴散參數(shù)由兩個擴散過程達到的擴散工藝。 2 雜質在硅中的固溶度-在一定溫度下，某雜質能溶入固體硅中 的最大溶解度的值。 3 場助效應-當具有不同遷移率的正、負荷電粒子同時向某方向 定向運動時，由于運動速度的不同產生間隔電場（自建電 場），該電場有助于運動慢的荷電粒子加速運動的現(xiàn)象。

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基本要求：了解在推導擴散方程時進行的擴散方向的一維近 似，一維近似條件；能夠建立擴散模型，進行擴散分析，建立 量的關系，得到擴散方程；清楚擴散方程的含義及其物理意 義；熟悉什么是兩步擴散工藝，構成兩步擴散工藝的預淀積擴 散的工藝目的、再分布擴散的工藝目的；知道對應所要求的工 藝目的，預淀積擴散應具備什么工藝條件、有什么工藝特點， 與這些工藝特點相對應可分析出哪些邊界條件和初始條件；知 道對應所要求的工藝目的，再分布擴散應具備什么工藝條件、 有什么工藝特點，與這些工藝特點相對應可分析出哪些邊界條 件和初始條件。知道根據(jù)預淀積擴散的邊界條件和初始條件求 解擴散方程可得到的擴散雜質分布的表達式，清楚其分布形式 的特點，能夠對相應的工藝參量進行討論。知道使用再分布擴 散的邊界條件和初始條件求解擴散方程可得到的擴散雜質分布 的表達式，清楚其分布形式的特點，能夠對相應的工藝參量進 行討論。知道造成實際分布與理論分布出現(xiàn)差異的各種因素 （工藝因素、理論近似因素、體內效應因素），知道各種因素 各自造成什么影響，清楚這些差異在何條件下是可以容許的而 在何條件下是不可以容許必須修正的。 §4.4 擴散方法 2 學時 課程內容： 1 液態(tài)源磷擴散 1.1 三氯氧磷的性質 1.2 擴散反應機理 1.2.1 分解反應 1.2.2 擴散反應 1.2.3 系統(tǒng)中加入氧氣可促進源的分解反應 1.3 擴散工藝系統(tǒng)和典型工藝 1.3.1 擴散工藝系統(tǒng) 1.3.2 擴散典型工藝 1.4 磷擴散的工藝要求 1.4.1 系統(tǒng)密閉性好、通風好 1.4.2 保持源溫恒定 1.4.3 系統(tǒng)保持干燥 2 固態(tài)氮化硼源擴散 2.1 固態(tài)氮化硼源擴散的優(yōu)點 2.1.1 操作方便

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2.1.2 裝置簡單 2.1.3 生產效率高 2.1.4 擴散參數(shù)均勻性好 2.1.5 擴散參數(shù)重復性好 2.2 氮化硼源的擴散工藝 2.2.1 箱式擴散裝置的擴散工藝 2.2.2 直插列式裝置的擴散工藝 2.3 固態(tài)氮化硼源擴散的擴散機理 2.3.1 燒源 2.3.2 裝片 2.3.3 擴散 2.4 關于其它片狀源擴散 2.4.1 片狀三氧化二硼源擴散 2.4.2 片狀磷源擴散 3 固-固擴散 3.1 常見的固-固擴散 3.1.1 金擴散 3.1.2 涂源擴散 3.1.3 低溫淀積氧化物源擴散 3.2 擴散過程和擴散機理 3.2.1 擴散過程 3.2.2 擴散機理 3.2.3 固-固擴散與一般擴散工藝比較 3.3 擴散的雜質分布 3.3.1 表面雜質濃度 3.3.2 擴散雜質分布討論 3.3.3 擴散結深 3.4 固-固擴散的優(yōu)點 3.4.1 擴散過程中產生的晶格缺陷少 3.4.2 擴散后表面狀態(tài)好 3.4.3 擴散均勻性、重復性好 3.4.4 表面濃度的可調范圍寬 課程重點：本節(jié)介紹了硅器件和硅集成電路制造中的各種擴散工 藝方法。以三氯氧磷源擴散為例討論了液態(tài)源擴散，討論了該擴 散的擴散工藝系統(tǒng)；擴散典型工藝條件；擴散的反應機理和工藝 要求。以粉末狀和片狀氮化硼源的擴散為例討論了固態(tài)氮化硼源 擴散，討論了固態(tài)源擴散的優(yōu)點；兩種固態(tài)源擴散的工藝；固態(tài)

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源擴散的擴散反應機理等。討論了固-固擴散工藝，介紹了幾種 常見的固-固擴散工藝；介紹了固-固擴散的擴散過程和對應的擴 散反應機理、給出了固-固擴散與一般擴散工藝比較；討論了擴 散的雜質分布及其工藝參量；介紹了固-固擴散工藝的優(yōu)點。 課程難點：三氯氧磷源磷擴散中三氯氧磷源的性質、應注意的事 項；三氯氧磷源在擴散中的擴散反應機理；三氯氧磷源磷擴散的 擴散工藝系統(tǒng)及擴散工藝要求。有關固態(tài)氮化硼源擴散的粉末狀 氮化硼源和片狀氮化硼源兩種擴散方法；兩種固態(tài)源擴散的工藝 方法、工藝方法對比；粉末狀氮化硼源和片狀氮化硼源兩種擴散 的實施工藝及其特點分析。有關固-固擴散工藝的幾種常見的實 施工藝；固-固擴散的擴散過程及其對應的反應機理；固-固擴散 的擴散雜質分布與氣-固擴散相比有什么特點；固-固擴散與氣-固 擴散相比工藝特點和工藝參數(shù)形成特點；固-固擴散的優(yōu)點理論 分析。 基本概念： 1 氣態(tài)源擴散-雜質源為氣態(tài)，稀釋后揮發(fā)進入擴散系統(tǒng)的擴 散摻雜過程。 2 液態(tài)源擴散-雜質源為液態(tài)，由保護性氣體攜帶進入擴散系 統(tǒng)的擴散摻雜過程。 3 固態(tài)源擴散-雜質源為固態(tài)，通入保護性氣體，在擴散系統(tǒng) 中完成雜質由源到硅片表面的氣相輸運的擴散摻雜過程。 4 p 型雜質源-為受主型雜質源，雜質進入硅晶體中取代硅位置 后提供負電離中心和空穴。 5 n 型雜質源-為施主型雜質源，雜質進入硅晶體中取代硅位置 后提供正電離中心和電子。 6 固-固擴散-在硅片表面制備一層固態(tài)雜質源，通過加熱處理 使雜質由固態(tài)雜質源直接向固體硅中擴散摻雜的過程。 基本要求：知道雜質源的各種組態(tài)，了解氣態(tài)源擴散的定義，氣 態(tài)源擴散的擴散工藝特點，氣態(tài)源擴散的擴散反應機理；了解液 態(tài)源擴散的定義，液態(tài)源擴散的擴散工藝特點，液態(tài)源擴散的擴 散反應機理；了解固態(tài)源的氣-固擴散的定義，固態(tài)源擴散兩種 方式的各自的擴散工藝特點，固態(tài)源擴散的擴散反應機理；了解 固-固擴散擴散的定義，固-固擴散的擴散工藝特點，固-固擴散的 擴散反應機理，固-固擴散的擴散雜質分布與氣-固擴散相比有什 么不同、對實際擴散工藝的實施有什么指導意義。 §4.5 擴散層質量參數(shù)及擴散工藝條件選擇 3 學時

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課程內容： §4.5.1 擴散層質量參數(shù) 1 擴散結深 Xj 1.1 余誤差分布的擴散結深 Xj 1.2 高斯分布的擴散結深 Xj 1.3 關于擴散結深 Xj 討論 1.3.1 擴散結深 Xj 與表面雜質濃度和襯底雜質濃度的關系 1.3.2 擴散結深 Xj 與擴散時間的關系 1.3.3 擴散結深 Xj 與擴散溫度的關系 1.4 基區(qū)和發(fā)射區(qū)擴散后的雜質分布曲線及載流子分布 曲線 1.5 擴散結深 Xj 的測定 2 擴散薄層電阻 RS（方塊電阻） 2.1 擴散層方塊電阻的定義 2.2 擴散薄層電阻的物理意義 2.3 擴散薄層電阻的測定 3 擴散表面雜質濃度 Ns 3.1 Ns 與 Xj 和擴散雜質總量 Q 共同決定一個雜質分布 3.2 Ns 與 Xj、Q 間的關系 4 電性參數(shù) 4.1 基區(qū)擴散后的電性參數(shù) 4.2 發(fā)射區(qū)擴散后的電性參數(shù) §4.5.2 擴散工藝條件選擇 1 掌握擴散工藝條件選擇的重要性 1.1 新器件的研制需要選擇工藝條件 1.2 對器件性能的改進需重新選擇工藝條件 2 Xj 和 RS 修正 2.1 修正的原因 2.1.1 分凝效應的存在影響了 Q-必須修正 RS 2.1.2 再分布伴隨二氧化硅生長，消耗掉一部分硅層-必須 修正 Xj 2.2 擴散結深 Xj 的修正 2.3 再分布后 RS 與 Q 的關系修正 3 預淀積擴散工藝條件選擇 3.1 工藝條件選擇 3.1.1 溫度 T1 的選擇 3.1.2 計算求出 t1

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3.2 預淀積擴散工藝條件選擇時注意的問題 3.2.1 T1 不能選的太高 3.2.2 T1 不能選的太低 3.2.3 選擇 T1 要考慮擴散的重復性 4 再分布擴散工藝條件選擇 4.1 擴散工藝條件的確定 4.2 氧化時間的確定 5 仍然存在的問題 5.1 基區(qū)擴散后需泡除的硼硅玻璃薄層-Q 的變化 5.2 再分布過程中的雜質外擴散- Q 的變化 課程重點：本節(jié)介紹了擴散層質量參數(shù)及擴散工藝條件選擇。有 關擴散層質量參數(shù)，介紹了擴散結深 Xj 和擴散薄層電阻 RS，以 及擴散表面雜質濃度 Ns。對于擴散結深 Xj，給出了擴散結深 Xj 定義，指明了計算 Xj 的特征關系式；對余誤差分布的擴散結深 Xj 進行了推導；對高斯分布的擴散結深 Xj 進行了推導；對擴散 結深 Xj 進行了討論，指明了 Xj 與 Ns 和 NB 的關系，指明了 Xj 與 擴散時間的關系，指明了 Xj 與 擴散溫度的關系；給出了基區(qū)和 發(fā)射區(qū)擴散后的雜質分布曲線及載流子分布曲線，該曲線指明雜 質分布在硅體內任一點處為迭加關系、而載流子濃度由于電子空 穴的復合為相減的關系，在結處呈現(xiàn)載流子耗盡、載流子濃度為 零；簡單介紹了擴散結深 Xj 測定。對于擴散薄層電阻 RS，給出 了擴散薄層電阻 RS 定義，由基本電阻公式推導出薄層電阻 RS 的 表達式；通過對表達式的分析，討論了了薄層電阻 RS 的物理意 義。對于擴散表面雜質濃度 Ns，分析了 Ns 與 Q 的關系，分析了 Ns 與 Xj 的關系，指明 Ns 與 Xj 和 Q 共同決定一個擴散雜質分 布。最后簡單介紹了擴散后的電性參數(shù)。在擴散工藝條件選擇 中，指出了掌握擴散工藝條件選擇的重要性，它是工藝實施前建 立的工藝實施依據(jù)，當然工藝條件不同工藝結果必然不同。為了 更精確的制定工藝條件，進行了前述參數(shù)的修正、以力爭去除實 際分布與理論分布出現(xiàn)的差異；如 前所述，由于在再分布擴散 時伴隨二氧化硅的生長，消耗掉了部分硅層，以此對擴散結深 Xj 進行修正；同理，預淀積擴散后含雜的部分硅層變成了二氧 化硅層，這使預淀積擴散在硅體內造成的雜質總量起了變化，以 此對擴散雜質總量 Q 進行修正。由修正后的參量，進行了預淀 積擴散工藝條件 T1 和 t1 的選擇，進行了再分布擴散工藝條件 T2 和 t2 的選擇（選擇時應注意 t2 必須滿足等于 t 干 1+ t 濕+ t 干 2）。

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最后指出了仍然存在的問題 ，并說明這些問題除在淺結器件中 考慮外，一般可不考慮。 課程難點：擴散結深 Xj 的定義、推導參照關系式、余誤差分布 的擴散結深 Xj 公式的推導、高斯分布的擴散結深 Xj 公式的推 導，擴散結深 Xj 與各種因素的關系分析。擴散薄層電阻 RS（方 塊電阻）的定義，推導出的與擴散薄層相關的擴散薄層電阻 RS 的公式、擴散薄層電阻 RS 的物理意義。擴散表面雜質濃度 Ns 的 定義、Ns 與 Q 的關系分析、Ns 與 Xj 的關系分析、Ns 與 Xj 和 Q 共同決定一個擴散雜質分布的分析。為什么在擴散工藝條件選擇 前進行了對以前給出參數(shù)的修正，根據(jù)什么修正和如何修正，修 正后的參數(shù)發(fā)生的變化。根據(jù)什么參數(shù)進行了預淀積擴散工藝條 件 T1 和 t1 的選擇，如何選擇，選擇中應注意的問題。根據(jù)什么 參數(shù)進行了再分布擴散工藝條件 T2 和 t2 的選擇，如何選擇，選 擇中如何滿足 t2 等于 t 干 1+ t 濕+ t 干 2，選擇中應注意的問題。 基本概念： 1 擴散結深-擴散形成的 pn 結的深度。 2 擴散薄層電阻 RS（方塊電阻）-表面為正方形的擴散薄層， 在電流平行于該正方形的某一邊流過時所呈現(xiàn)出的電阻值。 3 擴散表面雜質濃度 Ns-指再分布擴散后的表面雜質濃度，即 為 Ns2。 基本要求：要求了解器件制造中擴散工藝形成的擴散層的所有質 量參數(shù)。包括知道擴散結深 Xj 的定義，推導擴散結深 Xj 公式時 的參照關系式（ pn 結 的重要性質）；能夠進行余誤差分布的擴 散結深 Xj 公式的推導；能夠進行高斯分布的擴散結深 Xj 公式的 推導；會進行擴散結深 Xj 與各種因素的關系分析。包括知道擴 散薄層電阻 RS（方塊電阻）的定義，能夠推導出的與擴散薄層 相關的擴散薄層電阻 RS 的公式，清楚擴散薄層電阻 RS 的物理意 義。包括知道擴散表面雜質濃度 Ns 的定義，要求能在 Xj 一定時 進行 Ns 與 Q 的關系分析，要求能在 Q 一定時進行 Ns 與 Xj 的關 系分析，能清楚的知道為什么 Ns 與 Xj 和 Q 共同決定一個擴散雜 質分布、并能進行分析。要求能清楚的知道基區(qū)和發(fā)射區(qū)擴散后 的雜質分布曲線及載流子分布曲線，知道為什么兩條曲線從形態(tài) 上是不同的，其含義是什么。要求知道在擴散工藝條件選擇前為 什么 對以前給出的參數(shù)進行修正，能知道如何進行修正。能根 據(jù)修正后的擴散參數(shù)進行預淀積擴散工藝條件 T1 和 t1 的選擇； 能根據(jù)修正后的擴散參數(shù)進行再分布擴散工藝條件 T2 和 t2 的選

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擇，清楚選擇中如何滿足 t2 等于 t 干 1+ t 濕+ t 干 2，知道在不滿足 時如何進行調整以得到滿意的工藝條件。 §4.6 擴散引起的外延層-襯底界面的雜質再分布 1.5 學時 課程內容： 1 外延層-襯底界面的雜質再分布 1.1 界面的雜質再分布的條件 1.1.1 界面兩側存在雜質的濃度梯度 1.1.2 存在高溫處理環(huán)境 1.2 界面雜質再分布的結果 1.2.1 同型外延結構 1.2.2 異型外延結構 2 常規(guī)器件結構中外延層-襯底界面的雜質分布 2.1 N ? /N ? (P ? /P ? )結構中外延層-襯底雜質分布 2.2 常規(guī)集成電路中 N ? /P ? ? 外延層-襯底界面的雜質分布 3 常規(guī)集成電路制造中外延層-襯底界面的雜質互擴散 3.1 外延層向襯底的推移 3.1.1 雜質分布的近似表達式 3.1.2 外延層向襯底的推移表達式及推移深度 3.1.3 工藝應用的意義 3.2 埋層的反擴散 3.2.1 擴散的近似分析 3.2.2 埋層上反擴散的雜質分布表達式 3.2.3 埋層上反擴散的深度表達式 3.2.4 在工藝中的應用 課程重點：本節(jié)介紹了由于雜質互擴散而使外延層-襯底界面兩 側的雜質出現(xiàn)重新再分布的事實，這改變了第二章給出的外延層 中雜質濃度恒定的說法，界面兩側雜質出現(xiàn)的重新再分布，將導 致外延層靠近外延層-襯底界面附近雜質濃度是變化的。討論了 外延層-襯底界面的出現(xiàn)雜質再分布的條件。對必要的條件指 出：其一是界面兩側存在雜質的濃度梯度，其二是存在高溫處理 環(huán)境。對應實際器件制造工藝的分析可知：不管是同型外延還是 異型外延它們的外延層-襯底界面兩側均存在雜質的濃度梯度； 而存在高溫環(huán)境更是很多的，諸如外延過程中的高溫環(huán)境、隔離 制造的高溫環(huán)境（隔離氧化的高溫、隔離預淀積擴散的高溫、隔 離再分布擴散的高溫）、器件基區(qū)制造的高溫環(huán)境（基區(qū)制造氧 化的高溫、基區(qū)制造預淀積擴散的高溫、基區(qū)制造再分布擴散的

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高溫）、器件發(fā)射區(qū)制造的高溫環(huán)境（發(fā)射區(qū)制造預淀積擴散的 高溫、發(fā)射區(qū)制造再分布擴散的高溫）；這使得雜質互擴散而使 外延層-襯底界面兩側的雜質出現(xiàn)重新再分布是必然的。討論了 界面雜質再分布的結果，指出結果總是使低雜質濃度一側的雜質 濃度（同型）和性質（異型）起變化。介紹了 常規(guī)器件結構中 外延層-襯底界面的雜質分布，包括常見的分離器件的 N ? /N ? (P ? /P ? )結構中外延層-襯底雜質再分布、常規(guī)集成電路中 N ? /P ? ? 外延層-襯底界面的雜質再分布、常規(guī)集成電路制造中外 延層-襯底界面的雜質互擴散（外延層向襯底的推移、埋層的反 擴散）。 課程難點：外延層-襯底界面的雜質再分布是由擴散引起的；在 什么條件下才能出現(xiàn)外延層-襯底界面的雜質再分布的現(xiàn)象；界 面雜質再分布的結果分析；常見的分離器件的 N ? /N ? (P ? /P ? )結 構中外延層-襯底界面的雜質再分布的形式及其雜質再分布的結 果分析；常規(guī)集成電路中 N ? /P ? ? 外延層-襯底界面的雜質再分布 的形式及其雜質再分布的結果分析；常規(guī)集成電路制造中外延層 -埋層-襯底界面的埋層的反擴散的擴散形式、埋層上反擴散分 析、埋層下反擴散分析及埋層上反擴散時的表達式及其分析。 基本要求：要求知道為什么外延層-襯底界面的雜質再分布是由 擴散引起的。知道外延層-襯底界面的雜質再分布在什么條件下 才會發(fā)生，而這些條件與擴散所要求的條件是否一致。要求清楚 的知道外延層-襯底界面的雜質再分布的結果，知道在什么條件 下會使低雜質濃度一側的雜質濃度起變化、如何起變化；知道在 什么條件下會使低雜質濃度一側的性質起變化、起怎樣的變 化 。要求熟悉常規(guī)器件結構中各種外延層-襯底界面的雜質的再 分布，知道它們的雜質分布形式有什么不同；各種雜質分布形式 的雜質分布表達式；能夠進行各種雜質分布表達式的分析；能夠 知道各種雜質分布形式在實際器件制造中的應用。 §4.7 離子注入簡介 課程內容： 1 離子注入及其原理 1.1 離子注入摻雜 1.2 離子注入設備及工作原理 1.2.1 離子源 1.2.2 初聚系統(tǒng) 1.2.3 磁分析器 1.5 學時

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1.2.4 1.2.5 1.2.6 1.2.7 1.3 1.3.1 1.3.2 2 2.1 2.1.1 2.1.2 2.1.3 2.2 2.2.1 2.2.2 2.2.3 3 3.1 3.2 4

加速器 掃描器 偏束板 靶室 離子注入的雜質分布曲線 離子注入雜質分布的峰值在體內 峰值以內的雜質分布為高斯分布 晶格損傷及處理 晶格損傷 損傷原因 影響晶格畸變的因素 晶格損傷對器件性能的影響 晶格損傷的處理-退火工藝 退火的目的 退火的結果 退火的方法 離子注入優(yōu)缺點 離子注入優(yōu)點 離子注入缺點 離子注入的應用

第四章：摻雜工藝與原理作業(yè) 作業(yè) 1：思考題 4 個+習題 4 個 作業(yè) 2：思考題 2 個+習題 5 個 第五章 光刻工藝及原理 §5.1 光致抗蝕劑 課程內容： 1 光致抗蝕劑的特性 1.1 是一種有機高分子化合物 1.2 光致抗蝕劑的兩種結構類型 1.2.1 線型結構 1.2.2 體型結構 1.3 光致抗蝕劑的性質 1.3.1 具有不同的溶解性 1.3.2 具有溶解性的轉變性 1.3.3 具有耐酸堿性 （3 學時） 1 學時

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2 光刻膠 2.1 光刻膠的組成 2.2 光刻工藝對光刻膠的要求 2.2.1 涂敷方便 2.2.2 粘附性好 2.2.3 具有較高的分辨率 2.2.4 具有較高的感光度 2.2.5 顯影質量好 2.2.6 抗蝕性能好 2.2.7 膠的穩(wěn)定性好 3 光刻膠的配制 3.1 各組分的作用 3.1.1 感光樹脂的作用 3.1.2 增感劑的作用 3.1.3 溶劑的作用及要求 3.1.4 穩(wěn)定劑的作用及要求 3.2 配制方法 3.3 配制原則 3.3.1 選擇適當?shù)目刮g劑、溶劑和增感劑 3.3.2 選擇適當?shù)呐浞?3.3.3 增感劑要適量 4 光刻膠的質量參數(shù)討論 4.1 光刻膠的感光度 4.2 光刻膠的分辨率 4.3 光刻膠的粘附性 4.4 光刻膠的抗蝕性 5 負性光致抗蝕劑 5.1 負性光致抗蝕劑的特點 5.2 負性光致抗蝕劑的光化反應 5.3 負性膠的種類 5.3.1 聚肉桂酸酯類 5.3.2 聚烴類 5.3.3 聚酯類 5.4 負性光刻膠的工藝應用 5.4.1 各類膠的顯影 5.4.2 各類膠的去膠 6 正性光致抗蝕劑

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6.1 正性光致抗蝕劑的特點 6.2 正性光致抗蝕劑的光化反應 6.3 正性膠的種類 6.4 正性光刻膠的工藝應用 6.4.1 膠的顯影 6.4.2 膠的去膠 課程重點：本節(jié)介紹了在光刻工藝中起到重要作用的光刻膠。 首先介紹了光刻膠中起敏感的光化反應和抗蝕作用的光致抗蝕 劑，討論了光致抗蝕劑的特性，指出：它是一種有機高分子化合 物；它具有線型結構和體型結構的兩種結構類型；光致抗蝕劑的 性質為具有不同的溶解性、溶解性的轉變性和耐酸堿性。本節(jié)重 點介紹了在器件制造過程中的光刻工藝中起到重要作用的光刻 膠，包括光刻膠的組成 （由感光樹脂+溶劑 +增感劑+輔助劑構 成）；光刻工藝對光刻膠的要求（七項要求）。本節(jié)討論了光刻 膠的配制，包括在光刻膠中構成光刻膠的各組分的作用（感光樹 脂的作用、增感劑的作用、溶劑的作用、穩(wěn)定劑〈輔助劑〉的作 用）；討論了光刻膠的配制方法；討論了光刻膠的配制原則（選 擇適當?shù)目刮g劑、溶劑和增感劑；選擇適當?shù)呐浞胶妥⒁庠龈袆?的加入要適量）。對光刻膠的各種質量參數(shù)進行了討論，包括光 刻膠的感光度的說明、定義式、定義式的討論、加入增感劑后的 增感過程及原理；討論了光刻膠的分辨率，包括分辨率的定義、 分辨率的定義式、分辨率定義式的的討論、分辨率求取的例子； 討論了光刻膠的粘附性，給出了光刻膠的粘附性說明、指出了與 光刻膠的粘附性相關的各種因素；討論了光刻膠的抗蝕性，給出 了光刻膠的抗蝕性說明、指出了與光刻膠的抗蝕性相關的各種因 素。介紹了與器件制造應用密切相關的負性光致抗蝕劑，包括負 性光致抗蝕劑的特點（化學光敏性的特點）；負性光致抗蝕劑的 光化反應（可溶性膠光化反應后變?yōu)椴蝗苄阅z）；負性膠的種類 （聚肉桂酸酯類、 聚烴類和聚酯類三大類）；介紹了負性光刻 膠的工藝應用，包括各類負性光刻膠的的顯影（不同類膠的不同 顯影液的應用 ），各類負性光刻膠的的去膠（對于涂于不同襯 底上的膠采用不同的去膠方法）。介紹了與器件制造應用密切相 關的正性光致抗蝕劑，包括正性光致抗蝕劑的特點（化學光敏性 的特點）；正性光致抗蝕劑的光化反應（不溶性膠光化反應后變 為可溶性膠）；正性膠的種類（鄰疊氮醌類）；介紹了正性光刻 膠的工藝應用，包括各類正性光刻膠的的顯影（弱堿性顯影液的

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應用 ），各類正性光刻膠的去膠（對于涂于不同襯底上的膠采 用不同的去膠方法）。 課程難點：與光刻工藝相關的各種名詞的定義，光刻工藝在器件 制造中的重要性。有關光致抗蝕劑的說明；線型光致抗蝕劑的構 成與說明，體型光致抗蝕劑的構成與說明；光致抗蝕劑的三個性 質，及其是如何應用于器件制造中的。器件生產中所用的光刻 膠，光刻膠是如何由感光樹脂、溶劑、增感劑和輔助劑構成的， 不同的感光樹脂需配以不同的溶劑和增感劑 ，而這些不同的配 合構成不同的光刻膠；關于光刻工藝對光刻膠的七項要求，對于 光刻膠這些要求在器件生產中有什么實際意義。有關光刻膠的配 制，對四類構成材料各有什么要求；四類構成材料各起到什么作 用；光刻膠的配制方法和步驟；在 光刻膠的配制時應注意的問 題。關于光刻膠的各種質量參數(shù)進行的討論，有關感光度的說 明、定義式、定義式的討論、加入增感劑后的增感過程及增感原 理；有關分辨率，包括分辨率的定義、分辨率的定義式、分辨率 定義式的的討論；有關光刻膠的粘附性，給出的光刻膠的粘附性 說明、及其與光刻膠的粘附性相關的各種因素；有關光刻膠的抗 蝕性，給出光刻膠的抗蝕性說明，及其與光刻膠的抗蝕性相關的 各種因素。 與器件制造的應用密切相關的負性光致抗蝕劑內 容，包括負性光致抗蝕劑的特點（化學光敏性的特點）；負性光 致抗蝕劑的光化反應（可溶性膠光化反應后變?yōu)椴蝗苄阅z）；負 性膠的種類（聚肉桂酸酯類、 聚烴類和聚酯類三大類）；有關 負性光刻膠的工藝應用，包括各類負性光刻膠的的顯影（不同類 膠的不同顯影液的應用 ），各類負性光刻膠的的去膠（對于涂 于不同襯底上的膠采用不同的去膠方法）。與器件制造的應用密 切相關的正性光致抗蝕劑，包括正性光致抗蝕劑的特點（化學光 敏性的特點）；正性光致抗蝕劑的光化反應（不溶性膠光化反應 后變?yōu)榭扇苄阅z）；正性膠的種類（鄰疊氮醌類）；有關正性光 刻膠的工藝應用，包括各類正性光刻膠的的顯影（弱堿性顯影液 的應用 ），各類正性光刻膠的去膠（對于涂于不同襯底上的膠 采用不同的去膠方法）。 基本概念： 1 光刻-利用光致抗蝕劑的光敏性和抗蝕性，配合光掩模版對 光透射的選擇性，使用光學和化學的方法完成特定區(qū)域刻蝕 的過程（光刻=圖形復印+定域刻蝕）。 2 光致抗蝕劑-對光敏感的具有抗蝕能力的高分子化合物。

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3 光掩模版-在光照時覆蓋于光刻膠膜上，除特定區(qū)域外均對 光有掩蔽作用的圖版。俗稱光掩�；蚬饪贪�。 4 圖形復印-以光刻版為模特經曝光、顯影在襯底表面膠膜上 得到的與光刻版相應圖形的過程。 5 定域刻蝕-以光刻膠膜為掩模，在一定的刻蝕條件下對無掩 模區(qū)域薄膜進行刻蝕以得到與膠膜圖形相同薄膜圖形的過 程。 6 感光度-表征光刻膠對光敏感的指標，記為。其與膠膜發(fā)生 溶變反應的最小曝光量成反比。 7 分辨率-每毫米寬度內最多可容納的光刻出的可分辨線條 數(shù)。 基本要求：要求知道與光刻工藝相關的各種名詞的定義，以及 光刻工藝在器件制造中的重要性。清楚有關光致抗蝕劑的說明， 其中包括線型光致抗蝕劑的構成與說明和體型光致抗蝕劑的構成 與說明。了解光致抗蝕劑的三個性質，及三個性質是如何應用于 器件制造中的。熟悉器件生產中所用的光刻膠，清楚光刻膠是如 何由感光樹脂、溶劑、增感劑和輔助劑構成的，知道不同的感光 樹脂需配以不同的溶劑和增感劑 ，而這些不同的配合構成不同 的光刻膠，這些不同的光刻膠在器件制造中有不同的應用。了解 關于光刻工藝對光刻膠的七項要求，知道光刻膠這些要求在器件 生產中有什么實際意義。要求熟悉有關光刻膠的配制，知道四類 構成光刻膠的材料各有什么要求和各起到什么作用，知道光刻膠 的配制方法和步驟，清楚在光刻膠的配制時應注意的問題。熟悉 所討論的光刻膠的各種質量參數(shù)；知道有關感光度的說明、定義 式、定義式的討論和加入增感劑后的增感過程及增感原理；知道 有關分辨率，包括分辨率的定義、分辨率的定義式、分辨率定義 式的的討論；知道有關光刻膠的粘附性，熟悉給出的光刻膠的粘 附性說明、及其與光刻膠的粘附性相關的各種因素；知道有關光 刻膠的抗蝕性，熟悉給出光刻膠的抗蝕性說明，清楚與光刻膠的 抗蝕性相關的各種因素。要求知道與器件制造的應用密切相關的 負性光致抗蝕劑所有的內容，包括負性光致抗蝕劑化學光敏性的 特點；負性光致抗蝕劑的可溶性膠光化反應后變?yōu)椴蝗苄阅z的溶 變現(xiàn)象；負性膠的種類（聚肉桂酸酯類、 聚烴類和聚酯類三大 類）；清楚負性光刻膠的工藝應用特點，，包括各類負性光刻膠的 的顯影（不同類膠的不同顯影液的應用 ），各類負性光刻膠的 的去膠（對于涂于不同襯底上的膠采用不同的去膠方法）。要求 知道與器件制造應用密切相關的正性光致抗蝕劑，包括正性光致

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抗蝕劑化學光敏性的特點的特點；正性光致抗蝕劑的不溶性膠光 化反應后變?yōu)榭扇苄阅z的溶變現(xiàn)象；正性膠的種類（鄰疊氮醌 類）；清楚正性光刻膠的工藝應用，包括各類正性光刻膠的的顯 影（弱堿性顯影液的應用 ），各類正性光刻膠的去膠（對于涂 于不同襯底上的膠采用不同的去膠方法）。 §5.2 光刻工藝及其工藝要求 0.5 學時 課程內容： 1 光刻前的準備工作 1.1 準備要求 1.2 準備方法 1.2.1 光刻前待光刻片子置于干燥塔中 1.2.2 氧化片出爐后可立即送光刻工序涂膠 1.2.3 對氧化片可在涂膠前重吹段時間干氧（氧化溫度） 1.2.4 涂膠前片子置于 80 度烘箱中烘 30 分鐘 2 涂膠 2.1 涂膠的要求 2.2 涂膠的方法 2.2.1 旋轉涂膠法 2.2.2 噴涂法 2.2.3 浸涂法 3 前烘 3.1 前烘要求 3.2 前烘的方法 3.2.1 在 80 度烘箱中烘 15 分鐘-20 分鐘 3.2.2 在紅外烘箱中烘 3 分鐘-5 分鐘 4 曝光 4.1 曝光的要求 4.2 曝光的方法 5 顯影 5.1 顯影的要求 5.2 顯影的方法 6 堅膜 6.1 堅膜的要求 6.2 堅膜的方法 6.2.1 置于恒溫箱中，在 180 度烘 30 分鐘左右 6.2.2 置于紅外烘箱中烘 10 分鐘左右

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7 腐蝕 7.1 腐蝕的要求 7.2 腐蝕的方法 7.2.1 腐蝕二氧化硅的方法 7.2.2 腐蝕鋁電極的方法 8 去膠 8.1 去膠的要求 8.2 去膠的方法 課程重點：本節(jié)介紹了光刻工藝及對各光刻工藝步驟的要求。指 出光刻工藝步驟可分為八步，每一步均有各自的工藝要求。第一 步為光刻前的準備工作，該工藝步驟要求達到的目的是使襯底片 表面具有干燥、疏水特性，并給出了各種待光刻襯底片的表面處 理方法。第二步為涂膠工藝，該工藝步驟要求達到的目的是在襯 底片表面涂敷一層粘附性良好的、厚度均勻的、致密的連續(xù)性膠 膜，介紹了三種涂膠工藝的方法 。第三步為前烘工藝，該工藝 步驟要求達到的目的是使膠膜中的溶劑全部揮發(fā)、膠膜保持干 燥、以利于光化反應時反應充分，并給出了兩種前烘的工藝方 法。第四步為曝光工藝，該工藝步驟要求達到的目的是使感光區(qū) 的膠膜發(fā)生光化反應、在顯影時發(fā)生溶變，介紹了常見的紫外光 光刻機及其所進行的接觸式、選擇性、紫外光曝光工藝方法。 第五步為顯影工藝，該工藝步驟要求達到的目的是在顯影液中、 溶除要求去掉的膠膜部分（對負性光刻膠溶除未曝光部分，對正 性光刻膠溶除已曝光部分），各類膠的顯影在本章第一節(jié)已作了 介紹。第六步為堅膜工藝，該工藝步驟要求達到的目的是去除在 顯影過程中進入膠膜中的水分（顯影液）、 使 保留的膠膜與襯 底表面牢固的粘附，介紹了兩種堅膜工藝方法。第七步為腐蝕工 藝，該工藝步驟要求達到的目的是去除襯底表面無膠膜保護的薄 膜層，給出了腐蝕常見的兩種薄膜層的方法、腐蝕二氧化硅時采 用氫氟酸緩沖液進行腐蝕（ 腐蝕條件是：在溫度 30 度 -40 度 下 ， 時間適當）、腐蝕鋁時采用熱磷酸進行腐蝕（腐蝕條件 是：在溫度 80 度下 ， 時間適當）。第八步為去膠工藝， 該工 藝步驟要求達到的目的是去除腐蝕時起保護作用的膠膜，去膠工 藝在本章第一節(jié)已作了介紹。 課程難點：無 基本概念：無 基本要求：要求對光刻工藝及對各光刻工藝步驟的要求非常清 楚。清楚光刻前的準備工作的目的和要求，知道能使襯底片表面

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具有干燥、疏水特性的各種方法，了解這些方法中的優(yōu)劣狀 況 ，能采用適當方法對襯底片表面進行處理。清楚涂膠工藝的 目的和要求，知道能在襯底片表面涂敷一層粘附性良好的、厚度 均勻的、致密的連續(xù)性膠膜的各種方法，能在工藝制造中選擇適 當?shù)姆椒�。清楚前烘工藝的目的和要求，知道能使膠膜中的溶劑 全部揮發(fā)、膠膜保持干燥、以利于光化反應時反應充分的各種方 法，能在工藝制造中選擇適當?shù)姆椒�。清楚曝光工藝的目的和�?求，知道能使感光區(qū)的膠膜發(fā)生光化反應、在顯影時發(fā)生溶變的 方法，知道曝光工藝的工藝設備、常見的用紫外光光刻機進行的 接觸式、選擇性、紫外光曝光工藝方法。清楚顯影工藝的目的和 要求，知道能對各種膠膜進行顯影的不同方法，能在工藝制造中 選擇適當?shù)姆椒�。清楚堅膜工藝的目的和要求，知道能去除在顯 影過程中進入膠膜中的水分（顯影液）、 使 保留的膠膜與襯底 表面牢固的粘附各種方法，能在工藝制造中選擇適當?shù)姆椒�。�?楚腐蝕工藝的目的和要求，知道能去除襯底表面無膠膜保護的薄 膜層各種方法（對不同的襯底表面薄膜層的腐蝕，采用不同的腐 蝕液和不同的腐蝕工藝），能在工藝制造中對不同的襯底表面薄 膜層選擇適當?shù)母g方法。清楚去膠工藝的目的和要求，知道能 去除腐蝕時起保護作用的膠膜各種工藝方法，能在工藝制造中對 應不同襯底表面薄膜層的性質選擇適當?shù)娜ツz方法。 §6.3 光刻缺陷及影響 0.25 學時 課程內容： 1 光刻工藝的質量要求 1.1 圖形完整、尺寸準確、邊緣整齊、陡直 1.2 圖形內無針孔 1.3 圖形外無小島 1.4 套合精確、無污染 2 光刻缺陷的影響及形成原因 2.1 光刻缺陷及影響 2.1.1 浮膠及影響 2.1.2 毛刺、鉆蝕及影響 2.1.3 針孔及影響 2.1.4 小島及影響 2.2 光刻缺陷形成的原因 2.2.1 與襯底表面狀況有關 2.2.2 與光刻膠的質量有關

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2.2.3 與光刻版的質量有關 2.2.4 與光刻工藝條件控制有關 課程重點：本節(jié)介紹了光刻缺陷及光刻缺陷的影響，討論了光 刻缺陷的形成原因 。對于光刻缺陷本節(jié)給出了四種由光刻工 藝產生的缺陷，即浮膠、毛刺與鉆蝕、針孔及小島，并對四種 由光刻工藝產生的缺陷的存在對期間制造工藝及性能的影響進 行了討論。本節(jié)討論了光刻缺陷的形成原因，指出襯底表面狀 況好壞、光刻膠的質量好壞、光刻版的質量好壞和光刻工藝條 件控制的適當否均會成為導致光刻缺陷的形成的原因 。 課程難點：光刻缺陷的形成與哪些襯底表面狀況的好壞有關系， 什么關系。光刻缺陷的形成與哪些光刻膠質量的好壞有關系，什 么關系。光刻缺陷的形成與哪些光刻版質量的好壞有關系，什么 關系。光刻缺陷的形成與哪些光刻工藝條件控制的適當否有關 系，什么關系。 基本要求：要求了解光刻工藝實施的質量要求。要求了解在光刻 工藝實施過程中有哪些光刻缺陷的形成；知道什么是針孔、知道 什么是小島、知道什么是浮膠、知道什么是毛刺與鉆蝕。知道浮 膠、毛刺與鉆蝕、針孔及小島 這些光刻缺陷與哪些光刻工藝實 施的因素有關。 §6.4 其它光刻技術簡介 0.25 學時 課程內容： 1 常規(guī)光刻技術存在的問題 1.1 常規(guī)曝光技術存在的問題 1.2 常規(guī)腐蝕技術存在的問題 2 其它曝光技術 2.1 投影曝光技術 2.2 電子束曝光技術 2.3 x 射線曝光技術 2.4 共模復印曝光技術 3 其它刻蝕技術 3.1 圓桶型等離子體刻蝕 3.2 平板型等離子體刻蝕技術 課程重點：本節(jié)介紹了其它光刻技術。首先討論了上述幾節(jié)介紹 的常規(guī)光刻技術存在的問題，如常規(guī)曝光技術存在的分辨率不 高、以及設備和接觸變形問題；又如常規(guī)腐蝕技術存在的由于濕 法腐蝕引起的側向腐蝕嚴重問題、鉆蝕嚴重問題和手二氧化硅質

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量影響大問題等，這些問題對規(guī)模較大的集成電路制造或要求分 辨率較高的分離器件制造的成品率有非常大的影響。本節(jié)介紹了 解決上述問題的其它光刻工藝技術。為克服常規(guī)曝光技術存在的 問題，給出了投影曝光技術、電子束曝光技術、 x 射線曝光技 術和共模復印曝光技術，這些曝光技術都很好的解決了常規(guī)曝光 技術存在的各種問題。本節(jié)介紹了解決上述問題的其它刻蝕技 術，變濕法腐蝕為干法腐蝕，所述的兩種等離子體刻蝕技術均很 好的克服了濕法腐蝕存在的各種問題。 課程難點：常規(guī)曝光技術存在的各種問題及其對器件制造的成品 率影響，相對應介紹的其它曝光技術如何很好的解決了常規(guī)曝光 技術存在的各種問題。常規(guī)腐蝕技術存在的各種問題及其對器件 制造的成品率影響 ，相對應介紹的其它腐蝕技術如何很好的解 決了濕法腐蝕技術存在的各種問題 。 基本概念：無 基本要求：要求清楚的知道常規(guī)光刻技術存在的問題 ，要求知 道：常規(guī)曝光技術存在一些什么問題，這些問題如何影響著規(guī)模 較大的集成電路制造或要求分辨率較高的分離器件制造的成品 率，所介紹的其它曝光技術如何很好的解決了常規(guī)曝光技術存在 的各種問題；要求知道：常規(guī)濕法腐蝕技術存在一些什么問題， 這些問題如何影響著規(guī)模較大的集成電路制造或要求分辨率較高 的分離器件制造的成品率，所介紹的其它腐蝕技術如何很好的解 決了常規(guī)曝光技術存在的各種問題；要求能根據(jù)實際器件制造的 要求，選擇合適的曝光技術和腐蝕技術。 第五章 ：光刻工藝及原理作業(yè) 思考題 2 題+習題 2 題 第六章 制版工藝及原理 §6.1 光刻工藝對光刻版的質量要求 課程內容： 1 版的圖形尺寸精確 2 版的套準誤差小 3 版的黑白反差高 4 圖形邊緣光滑陡直無毛刺、過渡區(qū)小 4.1 過渡區(qū)定義和特點 4.2 過渡區(qū)產生的原因 4.3 過渡區(qū)造成的影響 (3 學時) 1 學時

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5 版面光潔無針孔、小島及劃痕 5.1 版面缺陷 5.2 版面缺陷的影響 6 版面耐磨、堅固、不變形 課程重點：本節(jié)前介紹了光刻版的質量在器件制造中的作用，指 出：對最簡單的三極管制造至少需要四塊光刻版，而常規(guī)集成電 路制造至少需要六塊光刻版；每一塊光刻版的質量均對器件制造 成品率有著很大的影響，而整套光刻版對器件制造成品率的綜合 影響，是每一塊光刻版對器件制造成品率影響的“與”關系。本 節(jié)介紹了光刻工藝對光刻版的質量要求。光刻工藝對光刻版的質 量六條要求之間也是“與”關系。 課程難點：光刻版的缺陷造成的器件的光刻成品率的含義及其關 系式，整套光刻版對器件制造成的光刻成品率的綜合影響。要求 器件的圖形質量與 光刻版圖形質量的關系；光刻套合精度與光 刻版套合精度的關系；版的黑白反差的定義、含義及其要求；光 刻版圖形的過渡區(qū)定義和特點、過渡區(qū)產生的原因、過渡區(qū)對器 件制造造成的影響；光刻版圖形的缺陷有哪一些，它們對器件制 造造成的影響。 基本概念： 1 版的黑白反差-指版上的黑區(qū)與白區(qū)的光密度差。 2 版的過渡區(qū)-指版上的圖形由充分黑到充分白或由充分白到充 分黑的過渡寬度。 3 版面針孔-指版面黑區(qū)上的一微米以上的白點。 4 版面小島-指版面白區(qū)上的一微米以上的黑點。 5 版面劃痕-指版面黑區(qū)上的嚴重的白色劃道或挫傷。 基本要求：要求清楚光刻版上的的缺陷如何造成了器件的光刻成 品率的降低，知道光刻成品率與每一塊光刻版缺陷密度的關系 式，若干次光刻總成品率與整套光刻版的每一塊光刻版缺陷密度 的綜合關系式。能夠知道器件的圖形質量參數(shù)一定，則應對光刻 版圖形質量提出什么要求。能清楚的知道光刻套合精度與光刻版 套合精度的關系；知道版的黑白反差的定義、含義及其要求；知 道光刻版圖形的過渡區(qū)定義和特點、過渡區(qū)產生的原因、過渡區(qū) 對器件制造造成的影響；知道光刻版圖形的缺陷種類，了解它們 對器件制造造成的影響。 §6.2 常規(guī)制版工藝 課程內容： 0.5 學時

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1 常規(guī)制版工藝流程 2 制版工藝簡介 2.1 原圖繪制 2.1.1 總圖繪制 2.1.2 原圖刻制 2.2 初縮 2.3 精縮兼分步重復 2.4 生產版的復印 課程重點：本節(jié)介紹了常規(guī)制版工藝。介紹了常規(guī)制版工藝的 工藝流程，包括草圖繪制、總圖繪制（包含了按一定比例放大 的整套光刻版的所有圖形）、原圖刻制（分刻每一塊光刻版的 版圖-也稱為分圖刻制）、 初縮（將版圖縮至中等尺寸）、 精縮兼分步重復（與生產版完全相同尺寸）、生產版的復印 （為了得到長壽命的光刻版）。對常規(guī)制版工藝中幾個重要部 分諸如原圖繪制、初縮、精縮兼分步重復和生產版的復印做了 較詳細的介紹。 課程難點：常規(guī)制版工藝流程及其分析； 總圖繪制的定義及 其所要做的工作；原圖刻制的定義及其所要做的工作；初縮的 定義及其所要做的工作；精縮定義及其所要做的工作；分步重 復的定義及其所要做的工作；生產版的復印的定義及其所要做 的工作。 基本概念： 1 總圖繪制-將設計圖選擇適當?shù)姆糯蟊壤?00-1000 倍）畫在 標準方格坐標紙上（包含各次光刻版的所有圖形）。 2 原圖刻制-從總圖上描刻出各次光刻版的原圖紅膜（與實際光 刻版圖相比放大了適當?shù)姆糯蟊堵剩?3 初縮-初步縮小。以各次光刻版的原圖紅膜為物，將原圖縮至 中等尺寸。 4 精縮-精確縮小。以初縮版為物，進行進一步縮小照相，將版 圖縮至生產用刻版圖的尺寸。 5 分步重復-在一塊版上制備出成千上萬個相同光刻圖形的過程 （要求版上有圖形的面積大于襯底片面積）。 6 生產版的復印-采用精縮版為光掩模，在鉻底版或氧化鐵底版 上制備圖形與精縮版相同的生產版的過程。 基本要求：掌握常規(guī)制版工藝流程，能夠對制版工藝流程進行 分析。知道總圖繪制是如何定義的，清楚總圖繪制所要做的工 作。知道原圖刻制是如何定義，，清楚原圖刻制所要做的工

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作。知道初縮是如何定義，，清楚初縮所要做的工作。知道精 縮是如何定義，，清楚精縮所要做的工作。知道分步重復是如 何定義，，清楚分步重復所要做的工作和分步重復后對版的圖 形要求。知道生產版的復印是如何定義，，清楚生產版的復印 所要做的工作。 §6.3 光刻底版及其制備 課程內容： 1 超微粒干版（乳膠版） 1.1 乳膠的成分與作用 1.1.1 乳化劑的成分與作用 1.1.2 分散介質的成分與作用 1.1.3 輔助劑的成分與作用 1.2 超微粒干版的制備工藝 1.2.1 制備工藝流程 1.2.2 工藝流程中的幾點說明 2 鉻版制備與復印 2.1 鉻版的制備 2.1.1 蒸發(fā)制備鉻版的條件 2.1.2 蒸發(fā)制備鉻版的要求 2.2 鉻版的復印 2.2.1 復印前的準備工作 2.2.2 復印工藝 2.3 鉻版的優(yōu)點 2.3.1 使用壽命長 2.3.2 分辨率大、反差大 2.3.3 化學穩(wěn)定性好 3 氧化鐵版的制備與復印 3.1 氧化鐵版的優(yōu)點 3.1.1 生產設備簡單、操作方便 3.1.2 具有更高的分辨率 3.1.3 膜的結構比鉻版更致密 3.1.4 耐磨性更強 3.1.5 可見光范圍透明、紫外光范圍不透明 3.1.6 為自動制版提供了途徑 3.2 氧化鐵版的制備 3.2.1 化學氣相淀積法 1.5 學時

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3.2.2 涂敷分解淀積法 3.3 氧化鐵版的復印 課程重點：本節(jié)介紹了用于制版工藝的三種光刻底版的定義和 具體的內容。關于超微粒干版的構成指出：是由玻璃基片加乳膠 涂敷構成的；介紹了構成的乳膠成分與作用，其中介紹了乳化劑 的成分與作用，指出：乳化劑是由硝酸銀和鹵化物組成、常用的 鹵化物是溴化鉀，而其作用是作為感光后發(fā)生光化反應的主體存 在；介紹了分散介質的成分與作用，指出：分散介質是由明膠構 成的，而其作用是在超微粒干版的制造過程中和制造完成后始終 起到分散、均勻乳化劑的作用；介紹了輔助劑的成分與作用，指 出：輔助劑是為改進超微粒干版性能而引入的，根據(jù)要求改進超 微粒干版的性能不同分為多種，諸如增感劑、防灰霧劑、堅膜劑 等等，不同成分則作用不同。關于超微粒干版的制備工藝，給出 了制備工藝流程并對制備工藝流程中的幾個重要部分給出了說 明，諸如玻璃基片選擇的重要性、如何防止鹵化銀顆粒長大、有 關流程中的兩次冷凍工藝、切條水洗的作用以及抽濾的作用等。 本節(jié)介紹了鉻版制備與復印；對于鉻版的制備，指出是由玻璃基 片加鉻膜構成的，而鉻膜制備通常是由蒸發(fā)工藝完成的，討論了 蒸發(fā)制備鉻版的條件（諸如鉻源的純度要求、蒸發(fā)時真空度要 求、蒸發(fā)時玻璃基片要求），討論了蒸發(fā)制備的鉻版的要求；對 于鉻版的復印，介紹了復印前的準備工作（劃版、鉻版的凈化處 理、烘干處理等），討論了鉻版復印的工藝流程（涂膠、前烘、 曝光、顯影、堅膜、腐蝕、去膠類似于光刻的工藝流程，只是曝 光是在復印機上完成的）；對于為什么采用鉻版作為生產版，給 出了鉻版的兩條優(yōu)點。本節(jié)介紹了氧化鐵版的制備與復印，首先 介紹了氧化鐵版的優(yōu)點，給出了諸如生產設備簡單操作方便、具 有更高的分辨率、膜的結構比鉻版更致密、耐磨性更強、可見光 范圍透明而紫外光范圍不透明、為自動制版提供了途徑六條優(yōu) 點，其中具有更高的分辨率、可見光范圍透明而紫外光范圍不透 明、為自動制版提供了途徑等優(yōu)點為其在大規(guī)模集成電路制造中 的應用奠定了基礎；介紹了氧化鐵版的制備工藝，在可用的幾種 方法中，討論了常用的化學氣相淀積法和涂敷分解淀積法制備氧 化鐵版的工藝；討論了氧化鐵版的復印，指出：除其腐蝕方法不 同于鉻版復印外，工藝過程與鉻版復印完全相同。 課程難點： 用于制版工藝的三種光刻底版的定義、區(qū)別及其對 于各自應用于制版工藝的特殊意義。超微粒干版的構成；構成超 微粒干版中乳膠的各種成分；乳化劑在乳膠中起什么作用，乳化

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劑的成分構成，各種成分在乳化劑中各起什么作用，作用原理是 什么；分散介質在乳膠中起什么作用，分散介質的成分構成，明 膠在乳膠中如何在超微粒干版的制造過程中和制造完成后始終起 到分散、均勻乳化劑的作用的，作用原理是什么；輔助劑在乳膠 中起什么作用，輔助劑的構成與超微粒干版的待改善性能的關系 如何，其中增感劑的成分、作用及作用原理、防灰霧劑的成分、 作用及作用原理、堅膜劑的成分、作用及作用原理以及需提高分 辨率時可加入的輔助劑； 超微粒干版的制備工藝流程，工藝流 程中各步驟的作用， 各步驟的作用原理。鉻版的構成，構成 鉻 版的鉻膜的制備工藝、制備工藝條件及其對制備出的鉻膜的質量 要求；有關鉻版的復印工藝及要求。氧化鐵版的優(yōu)點、哪些優(yōu)點 使其在大規(guī)模集成電路制造中得到良好的應用，氧化鐵版的構 成，構成氧化鐵版的三氧化二鐵膜的各種制備工藝、常用的不同 制備工藝條件及其對制備出的三氧化二鐵膜的質量要求；有關氧 化鐵版的復印工藝及要求。 基本概念： 1 超微粒干版-由乳化劑、分散介質和輔助劑構成的乳膠涂布 而成的感光性底版。其主要成分為明膠，則也稱為明膠版。 2 鉻版-由鉻金屬膜構成的非感光性底版。為金屬膜版。 3 氧化鐵版-由三氧化二鐵膜構成的選擇性感光性底版。為金 屬氧化物膜版。 4 明膠-天然高分子化合物，分子量在一萬到五萬之間，能溶 于熱水，溶化后為呈一定粘度的膠體。 5 劃版-按光刻版的大小要求劃開底版。 基本要求：要求清楚的知道用于制版工藝的三種光刻底版的定 義、區(qū)別及其對于各自應用于制版工藝的特殊意義。清楚知道超 微粒干版的構成，知道構成超微粒干版中乳膠的各種成分。清楚 知道乳化劑在乳膠中起什么作用，了解乳化劑的成分構成，知道 各種成分在乳化劑中各起什么作用，作用原理是什么。清楚知道 分散介質在乳膠中起什么作用，了解分散介質的成分構成，知道 明膠在乳膠中如何起到在超微粒干版的制造過程中和制造完成后 始終分散、均勻乳化劑的作用的，作用原理是什么。清楚知道輔 助劑在乳膠中起什么作用，知道輔助劑的構成與超微粒干版的待 改善性能的有什么關系，知道其中增感劑的成分、作用及作用原 理；知道防灰霧劑的成分、作用及作用原理；知道堅膜劑的成 分、作用及作用原理；以及知道需要提高分辨率時可加入什么輔 助劑。清楚 超微粒干版的制備工藝流程，知道工藝流程中各步

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驟的作用以及各步驟的作用原理。了解鉻版是如何構成的，知道 構成 鉻版的鉻膜的制備工藝、制備工藝條件及其對制備出的鉻 膜的質量要求。熟悉有關鉻版的復印工藝及復印工藝要求。清楚 氧化鐵版的優(yōu)點、知道哪些優(yōu)點使其在大規(guī)模集成電路制造中得 到了良好的應用。知道氧化鐵版的構成，了解生成構成氧化鐵版 的三氧化二鐵膜的各種制備工藝、知道常用的各種制備工藝、制 備工藝條件及其對制備出的三氧化二鐵膜膜的質量要求；清楚有 關氧化鐵版的復印工藝及要求。 第六章 制版工藝與原理作業(yè) 思考題：3 題 第七章 隔離工藝與原理 （3 學時） §7.1 隔離 1 學時 課程內容： 1 隔離 1.1 隔離的必要性-集成電路的構成特點 1.1.1 各元器件制作于同一芯片上 1.1.2 若干元器件通過布線連接構成電路性能 1.1.3 電路性能要求各元器件不處于同一電性狀態(tài) 1.2 考慮電性隔離的集成電路制造步驟 1.2.1 用絕緣物作隔離墻分割出隔離島 1.2.2 在各隔離島內制造響應的元器件 1.2.3 通過布線連接達到電路功能 1.3 隔離要求 1.3.1 隔離性能要好 1.3.2 工藝上具有可能性、簡易性和相容性 1.3.3 隔離墻占有的實際面積要小 2 隔離種類 2.1 pn 結隔離 2.2 介質隔離 2.2.1 SiO2 介質隔離 2.2.1 V 型槽介質隔離 2.3 pn 結-介質混合隔離 2.3.1 等平面混合隔離 2.3.2 多孔硅氧化混合隔離 2.3.3 V 型槽混合隔離 3 隔離質量的影響

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3.1 3.1.1 3.1.2 3.2 3.2.1 3.2.2

隔離質量是保證集成電路性能的關鍵因素 各隔離墻必須同時起到隔離作用 所有隔離墻必須均具有高穩(wěn)定和高可靠 隔離是提高集成度的關鍵因素 pn 結隔離工藝中隔離墻占有的實際面積分析 介質隔離工藝中隔離墻占有的實際面積分析

課程重點：本節(jié)介紹了隔離的有關基本知識。首先介紹了什么是 隔離，指出了隔離制造在集成電路制造中的必要性，由集成電路 的構成的三個特點（各元器件制作于同一芯片上、若干元器件通 過布線連接構成電路性能、電路性能要求各元器件不處于同一電 性狀態(tài)），則必須進行隔離制造。敘述了考慮電性隔離的集成電 路制造步驟，指出：由于考慮了各元器件間電性隔離，則在元器 件布局時，必須考慮元器件間電性能是否相同，然后用絕緣物作 隔離墻分割出大小不一的隔離島；再在各個隔離島內排布元器件 （同態(tài)可同島、異態(tài)必異島）；布線連接各元器件達到電路功 能。討論了隔離要求，提出了三個要求并進行了討論；其一是隔 離性能要好，主要指隔離墻的漏電流要小、擊穿電壓要高、帶入 的電容效應要�。黄涠枪に嚿暇哂锌赡苄�、簡易性和相容性， 可能性是指能用一定的工藝手段完成，是指工藝上的簡單易操 作，相容性是指與現(xiàn)行的工藝（如硅外延平面工藝）能相容合； 其三是隔離墻占有的實際面積要小，這是提高集成度的要求。介 紹了隔離種類，總共介紹了 pn 結隔離、介質隔離（SiO2 介質隔 離、V 型槽介質隔離）和 pn 結-介質混合隔離（ 等平面混合隔 離、多孔硅氧化混合隔離、V 型槽混合隔離）三類六種隔離方 式，并對各種方式進行了討論。 本節(jié)還介紹了隔離質量對集成 電路制造的影響，指出：隔離質量是保證集成電路性能的關鍵因 素，這是指集成電路中各隔離墻必須同時起到隔離作用、 所有 隔離墻必須均具有高穩(wěn)定和高可靠；隔離是提高集成度的關鍵因 素，這是指集成電路制造中不同的隔離工藝隔離墻占有的實際面 積不同、則對集成度影響不同，對 pn 結隔離工藝中隔離墻占有 的實際面積和介質隔離工藝中隔離墻占有的實際面積進行了對比 分析。 課程難點：什么是隔離、隔離制造在集成電路制造中的必要性、 如何進行考慮電性隔離的集成電路制造步驟的安排、隔離制造有 什么性能要求。隔離方法有幾種、常用的又有幾種。隔離制造的

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質量是如何影響集成電路制造和性能的。 基本概念： 1 隔離-指集成電路制造中使在電性能上需要隔離的元器件實現(xiàn) 絕緣隔離的過程。 2 隔離墻-指集成電路制造中制造的使元器件在電性能上實現(xiàn)絕 緣隔離的絕緣物。 3 隔離島-指集成電路制造中被絕緣物隔離開來的用于制造器件 的電性區(qū)。 4 pn 結隔離-利用反向 pn 結的大電阻特性作為絕緣物實現(xiàn)的電 性區(qū)之間的電性隔離過程。 5 介質隔離-用絕緣介質作為絕緣物實現(xiàn)的電性區(qū)之間的電性隔 離過程。 6 SiO2 介質隔離-用絕緣 SiO2 介質作為絕緣物實現(xiàn)的電性區(qū)之 間的電性隔離過程。 7 pn 結-介質混合隔離-實現(xiàn)的電性區(qū)之間的電性隔離的絕緣物 既有反向 pn 結又有絕緣介質的隔離過程。 基本要求：要求知道什么是隔離的定義、含義。清楚隔離制造在 集成電路制造中的必要性，為什么說不解決隔離問題集成電路制 造就是一句空話。能夠進行考慮電性隔離的集成電路制造步驟的 安排，知道如何進行電性區(qū)的劃分、如何在各個電性區(qū)內合理安 排元器件、如何通過布線構成集成電路的功能。清楚的了解隔離 制造有什么性能要求，對隔離墻的性能要求有哪些、對制造隔離 墻的制造工藝要求有哪些。清楚隔離方法有幾類多少種，熟悉常 用的有幾種。清楚的知道隔離制造的質量是如何影響集成電路制 造和性能的，知道隔離墻的質量是如何影響集成電路制造和性能 的、清楚為何說隔離是提高集成度的關鍵因素。 §7.2 隔離工藝 課程內容： 1 pn 結隔離工藝 1.1 pn 結隔離原理 1.1.1 采用了 p 型襯底 1.1.2 采用了 n 型外延層 1.1.3 采用了高濃度 p 型隔離墻 1.2 pn 結隔離工藝流程 1.3 pn 結隔離工藝的幾點說明 1.3.1 有關隔離擴散深度 2 學時

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1.3.2 1.3.3 1.4 1.4.1 1.4.2 2 2.1 2.2 2.3 2.3.1 2.3.2 2.3.3 2.3.4 3 3.1 3.2 3.3

對是否擴穿外延層的測定 隔離墻擊穿電壓及隔離特性判定 pn 結隔離的優(yōu)缺點 pn 結隔離的優(yōu)點 pn 結隔離的缺點 SiO2 介質隔離工藝 SiO2 介質隔離原理 SiO2 介質隔離工藝流程 SiO2 介質隔離工藝的幾點說明 隔離氧化前需對硅片進行嚴格的厚度分檔 原始硅片兩面必須嚴格平行 刻槽深度考慮 刻槽采用的雙層掩蔽膜工藝 V 型槽介質隔離工藝簡介 隔構結構 V 型槽介質隔離工藝流程 V 型槽介質隔離工藝特點

課程重點：本節(jié)介紹了幾種常見的隔離工藝、隔離原理及它們的 隔離特點。介紹了 pn 結隔離工藝，討論了采用反向 pn 結隔離的 原理，其工藝特點是采用了 p 型襯底 、采用了 n 型外延層、采 用了高濃度 p 型隔離墻 。 介紹了 pn 結工藝流程，由工藝流程 可以看出隔離制造采用了隔離氧化、隔離光課和隔離擴散三步工 藝。對 pn 結隔離工藝作了幾點說明，指出有關擴穿外延層的隔 離擴散深度，必須考慮外延層向襯底的推移深度；有關對是否擴 穿外延層的測定，是分別在襯底-隔離墻之間加正負和負正電 壓、測其電阻值來判定的；有關隔離墻擊穿電壓及隔離特性判 定，則是在相鄰的兩隔離島上加電壓進行測量的。介紹了 pn 結 隔離的優(yōu)缺點，給出了三條優(yōu)點、四條缺點。介紹了 SiO2 介質 隔離工藝，討論了采用絕緣介質 SiO2 進行隔離的原理。介紹了 SiO2 介質隔離工藝流程，由工藝流程可以看出隔離制造采用了與 平面工藝基本不相容的工藝技術來形成隔離墻的，在工藝流程中 出現(xiàn)了象刻槽、多晶硅生長、兩次不同的研磨等特殊工藝。對 SiO2 介質隔離工藝作了幾點說明，指出由于要進行兩次研磨則要 求隔離氧化前需對硅片進行嚴格的厚度分檔、以使各片研磨效果 相同；同理，要求原始硅片兩面必須嚴格平行、以使各片本身各 圖形的的研磨效果相同；有關刻槽深度，給出了四個影響因素；

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由于刻槽深度較大，指出需采用二氧化硅和鋁膜雙層掩蔽膜工藝 進行掩蔽刻槽。介紹了 SiO2 介質隔離的優(yōu)缺點，給出了四條優(yōu) 點、五條缺點。對 V 型槽介質隔離工藝進行了簡單介紹，從結 構和工藝流程看均與 SiO2 介質隔離相似，不同的是由于用 （100）面晶片取代了（111）面晶片，其結構由 U 型槽介質隔 離變?yōu)?V 型槽介質隔離，是隔離墻實際占據(jù)面積減小，集成度 得到提高。 課程難點：采用反向 pn 結實現(xiàn)隔離的原理，原理分析。從 pn 結 隔離工藝工藝結構分析，為什么其工藝特點是采用了 p 型襯底、 采用了 n 型外延層和采用了高濃度 p 型隔離墻。在 pn 結隔離工 藝中為什么要求隔離擴散擴穿外延層，其隔離擴散深度是如何考 慮的。對隔離擴散是否擴穿外延層的測量及其原理。對隔離性能 的測量及其原理。采用絕緣介質 SiO2 進行隔離的原理，原理分 析。其工藝與 pn 結隔離工藝相比有什么不同，這導致了在優(yōu)缺 點對比上有什么不同。對 SiO2 介質隔離工藝作了幾點說明中， 為什么要求隔離氧化前需對硅片進行嚴格的厚度分檔，為什么要 求原始硅片兩面必須嚴格平行，有關刻槽深度給出的四個影響因 素是如何決定刻槽深度的，為什么采用二氧化硅和鋁膜雙層掩蔽 膜工藝進行掩蔽刻槽。V 型槽介質隔離工藝與 SiO2 介質隔離工 藝性能的對比，顯現(xiàn)各自的特點。 基本概念：無 基本要求：清楚的知道采用反向 pn 結實現(xiàn)隔離的原理，能夠進 行能原理分析。從 pn 結隔離工藝工藝結構分析入手，知道為什 么其工藝特點是采用了 p 型襯底、采用了 n 型外延層和采用了高 濃度 p 型隔離墻。清楚了解在 pn 結隔離工藝中為什么要求隔離 擴散擴穿外延層，知道其隔離擴散深度是如何考慮的。知道對隔 離擴散是否擴穿外延層是如何測量的，了解其測量的原理。知道 對隔離性能是如何測量的，了解其測量的原理。清楚的知道采用 絕緣介質 SiO2 進行隔離的原理，能夠進行原理分析。清楚 SiO2 介質隔離工藝與 pn 結隔離工藝相比有什么不同，知道這導致了 在優(yōu)缺點對比上有哪些不同。知道對 SiO2 介質隔離工藝作的幾 點說明，了解為什么要求隔離氧化前需對硅片進行嚴格的厚度分 檔，了解為什么要求原始硅片兩面必須嚴格平行，知道有關刻槽 深度給出的四個影響因素是如何決定刻槽深度的，清楚為什么采 用二氧化硅和鋁膜雙層掩蔽膜工藝進行掩蔽刻槽。了解 V 型槽 介質隔離工藝與 SiO2 介質隔離工藝性能的對比，知道對比中如 何顯現(xiàn)各自的特點。

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第七章 隔離工藝與原理作業(yè) 思考題 3 題 第八章 表面鈍化工藝及原理 （5 學時） §8.1 概述 0.5 學時 課程內容： 1 器件進行表面鈍化的必要性 1.1 早期制造的器件電性能的劣化現(xiàn)象 1.1.1 劣化現(xiàn)象 1.1.2 導致器件失效的主要參數(shù) 1.2 器件電性能劣化的原因在器件表面 2 表面鈍化及其發(fā)展 2.1 表面鈍化及表面鈍化工藝 2.2 表面鈍化的發(fā)展 2.2.1 表面鈍化工藝的發(fā)展 2.2.2 表面鈍化理論的發(fā)展 課程重點：本節(jié)討論了表面鈍化、表面鈍化工藝、表面鈍化理 論。首先介紹了在器件制造的早期，器件的性能劣化現(xiàn)象十分嚴 重，電老化后的失效率高達百分之六十以上；而導致失效的主要 參數(shù)是漏電流變大、電流放大系數(shù)變低、擊穿電壓蠕變。對器件 的結構分析和對失效參數(shù)的分析可知， 器件電性能劣化的原因 在器件表面； 在器件制造的早期，表面無強勁的保護措施， 器 件表面極易受到周圍氣氛的影響、 極易受到周圍雜質氣氛的沾 污、 極易與周圍化學氣氛發(fā)生反應；這些導致了器件表面能態(tài) 發(fā)生變化、導致了器件電學性能發(fā)生變化、導致了器件電性能穩(wěn) 定性和可靠性都很差。本節(jié)介紹了表面鈍化及其發(fā)展。介紹了表 面鈍化和表面鈍化工藝的定義，指出實施表面鈍化工藝對器件電 性能的影響；介紹了表面鈍化的發(fā)展，指出表面鈍化的發(fā)展包含 表面鈍化工藝的發(fā)展和表面鈍化理論的發(fā)展；而正是表面鈍化工 藝的發(fā)展促進了表面鈍化理論的發(fā)展；使表面鈍化理論發(fā)展為器 件表面分析理論和表面鈍化工藝的工藝鈍化理論兩個分支 課程難點：器件電性能劣化的現(xiàn)象，器件電性能劣化現(xiàn)象與器件 表面狀態(tài)的關系。表面鈍化的發(fā)展含義及內容。 基本概念： 1 鈍化-使化學性能遲鈍、不易發(fā)生化學反應。 2 活化-使化學性能活潑、易于發(fā)生化學反應。 3 器件表面鈍化-使器件表面不受外界影響的實施過程。

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4 表面鈍化工藝-去除表面缺陷、改善表面特性、形成器件表 面保護膜的工藝。 基本要求：要求知道器件電性能劣化的現(xiàn)象，清楚導致道器件電 性能劣化的各種電參數(shù)，了解器件電性能劣化現(xiàn)象與器件表面狀 態(tài)的關系；要求知道鈍化、器件表面鈍化、表面鈍化工藝的定 義，清楚器件表面鈍化實施對期間電性能帶來好處。要求清楚表 面鈍化的發(fā)展含義及內容；知道表面鈍化工藝的發(fā)展經歷了哪些 過程、現(xiàn)實狀況如何；知道表面鈍化理論的發(fā)展經歷了哪些過 程、現(xiàn)實狀況如何；清楚的知道表面鈍化理論的發(fā)展與表面鈍化 工藝發(fā)展的關系。 §8.2 二氧化硅-硅系統(tǒng)中的電荷 1.5 學時 課程內容： 1 電荷綜述 1.1 可動離子電荷 1.1.1 可動離子電荷的性質 1.1.2 可動離子電荷的來源 1.1.3 可動離子電荷在二氧化硅中的分布 1.2 固定氧化物電荷 1.2.1 固定氧化物電荷的分布 1.2.2 固定氧化物電荷的來源 1.2.3 固定氧化物電荷的性質 1.3 界面陷阱電荷 1.3.1 界面陷阱電荷的分布 1.3.2 界面陷阱電荷的來源 1.3.3 界面陷阱電荷的性質 1.4 氧化物外表面電荷 1.4.1 氧化物外表面電荷的分布 1.4.2 氧化物外表面電荷的來源 1.4.3 氧化物外表面電荷的性質 1.5 氧化物陷阱電荷 1.5.1 氧化物陷阱電荷的分布 1.5.2 氧化物陷阱電荷的來源 1.5.3 氧化物陷阱電荷的密度 2 二氧化硅中的電荷對器件性能的影響 2.1 具有使硅表面向 N 型轉化的趨勢 2.2 對 MOS 管和 MOSIC 性能的影響

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對雙極晶體管和雙極 IC 性能的影響 對二氧化硅本身性質的影響 預防措施 加強工藝衛(wèi)生防止鈉離子沾污 對操作人員嚴格要求 采用無鈉工具和無鈉工藝 采取工藝措施去除鈉離子 氧化后將二氧化硅腐蝕掉一百埃到二百埃 采用磷硅玻璃層提取鈉離子 采用摻氯氧化工藝 制造 MOS 器件或規(guī)模較大的集成電路時選用 （100）面晶片 課程重點：本節(jié)詳盡討論了二氧化硅-硅系統(tǒng)中的電荷，詳盡討 論了二氧化硅中的電荷對器件電性能的影響 ，以及如何采取措 施消除二氧化硅中的電荷對器件電性能的影響。本節(jié)首先給出了 二氧化硅中各種電荷的命名，對多種命名方法進行了歸類討論。 進行了電荷綜述，對二氧化硅中五種電荷進行了詳盡的討論；關 于可動離子電荷，指出：可動離子電荷絕大多數(shù)為金屬正離子電 荷；由于多種原因最重要的可動離子電荷是鈉離子；可動鈉離子 的來源是非常廣泛的（器件制造中的設備沾污；所用氣體、化學 試劑、器皿、去離子水的 純度；操作人員的沾污等）；而可動 鈉離子電荷在二氧化硅中的分布，是在二氧化硅-硅界面二氧化 硅一側。關于固定氧化物電荷，指出：固定氧化物電荷的分布， 是在二氧化硅-硅界面二氧化硅一側距界面一百埃到二百埃的范 圍內；固定氧化物電荷的來源是二氧化硅中過剩的硅離子（氧空 位）； 固定氧化物電荷最重要的性質是其為固定正電荷性質。 關于界面陷阱電荷，指出：界面陷阱電荷的分布，是在二氧化硅 -硅界面上；界面陷阱電荷的來源，是二氧化硅與硅結構的交界 處硅的剩余懸掛鍵；界面陷阱電荷最重要的性質是其為固定電 荷，且常表現(xiàn)為正電荷。關于氧化物外表面電荷，指出：氧化物 外表面電荷的分布，是在二氧化硅的外表面上；氧化物外表面電 荷的來源，是加工過程中的各種雜質沾污 ；氧化物外表面電荷 性質是，正離子沾污和負離子沾污具有同等幾率，不加外電場時 基本無影響。關于氧化物陷阱電荷，指出：氧化物陷阱電荷的分 布，在無外電場時是在二氧化硅中隨機分布的；氧化物陷阱電荷 的來源，是由于高能電子、離子、電磁輻射或其它輻射掃過帶有 二氧化硅的硅表面時產生的；氧化物陷阱電荷的性質是，輻射電 2.3 2.4 3 3.1 3.1.1 3.1.2 3.2 3.2.1 3.2.2 3.2.3 3.3

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荷成對產生、其密度視其作用方式和作用能量大小而定。介紹了 二氧化硅中的電荷對器件電性能的影響，指出：二氧化硅中的電 荷的綜合作用，具有使硅表面向 N 型轉化的趨勢；能對 MOS 管 和 MOSIC 性能造成很大的影響；能對雙極晶體管和雙極 IC 性 能造成很大的影響；能對二氧化硅本身性質造成影響，使其介電 強度下降，導致二氧化硅較低壓下?lián)舸�。介紹了防止二氧化硅中 的電荷對器件電性能影響的措施，提出了加強工藝衛(wèi)生防止鈉離 子沾污、采取工藝措施去除鈉離子和制造 MOS 器件或規(guī)模較大 的集成電路時選用（100）面晶片三大項措施。 課程難點：二氧化硅-硅系統(tǒng)中的電荷存在種類， 二氧化硅-硅 系統(tǒng)中的電荷的命名。關于可動離子電荷的性質、來源及其在 二氧化硅中的分布。關于固定氧化物電荷的性質、來源及其在 二氧化硅中的分布。關于界面陷阱電荷的性質、來源及其在 二 氧化硅中的分布。關于氧化物外表面電荷的性質、來源及其在 二氧化硅中的分布。關于氧化物陷阱電荷的性質、來源及其在 二氧化硅中的分布。二氧化硅-硅系統(tǒng)中的電荷存在，影響哪些 器件制造和器件的性質，是如何造成影響的。如何采取和采取什 么樣的措施去除二氧化硅-硅系統(tǒng)中的電荷對器件制造和器件的 性質造成的影響。 基本概念： 1 可動離子電荷-指二氧化硅中可動的電離正離子電荷。絕大 多數(shù)為金屬離子電荷和氫正離子。 2 固定氧化物電荷-指二氧化硅中過剩的硅離子或稱為氧空 位。為固定正電荷。 3 界面陷阱電荷-指二氧化硅中二氧化硅與硅結構的交界處硅 的剩余懸掛鍵。表現(xiàn)為電荷性質，常表現(xiàn)為正電荷性質。 4 氧化物外表面電荷-是指加工過程中的各種雜質沾污電離后 形成的電荷。正電荷和負電荷存在幾率相同。 5 氧化物陷阱電荷-是由于高能電子、離子、電磁輻射或其它 輻射掃過帶有二氧化硅的硅表面時，在二氧化硅中產生的電 荷。 基本要求：要求熟悉二氧化硅-硅系統(tǒng)中的電荷存在的種類， 知 道二氧化硅-硅系統(tǒng)中的電荷的命名、以及不同命名的對應關 系。清楚可動離子電荷的性質，知道可動離子電荷的構成，知道 為什么可動離子電荷多指鈉離子；知道可動鈉離子電荷的來源， 清楚可動鈉離子的來源是非常廣泛的，諸如器件制造中的設備沾 污，所用氣體、化學試劑、器皿、去離子水的 純度不夠造成的

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沾污，操作人員的操作過程沾污等；清楚的了解可動鈉離子在二 氧化硅中的分布，及其“可動”這一性質帶來的不良影響。清楚 關于固定氧化物電荷的性質；知道固定氧化物電荷的來源，了解 固定氧化物電荷的形成機理；清楚的了解固定氧化物電荷在二氧 化硅中的分布。清楚關于界面陷阱電荷的性質；清楚的了解界面 陷阱電荷的來源，了解界面陷阱電荷的形成機理；清楚的知道界 面陷阱電荷在二氧化硅中的分布。清楚關于氧化物外表面電荷的 性質；清楚的了解氧化物外表面電荷的來源，知道氧化物外表面 電荷的形成機理，了解氧化物外表面電荷對器件電性能造成影響 的條件；知道氧化物外表面電荷在二氧化硅外表面上的分布。清 楚關于氧化物陷阱電荷的性質；知道氧化物陷阱電荷的來源，了 解氧化物陷阱電荷的形成機理；清楚氧化物陷阱電荷在二氧化硅 中的分布，知道起密度與什么因素有關。知道二氧化硅-硅系統(tǒng) 中的電荷存在形式，能夠影響哪些器件制造和器件的性質，了解 是如何造成影響的。能夠知道如何采取措施和采取什么樣的措 施，以去除二氧化硅-硅系統(tǒng)中的電荷對器件制造和器件的性質 造成的影響，知道防止鈉離子沾污的各種措施、知道如何提取鈉 離子以防止沾污的各種措施、知道為什么制造 MOS 器件或規(guī)模 較大的集成電路時應選用（100）面晶片。 §8.3 表面鈍化工藝 課程內容： §8.3.1 氯化氫氧化法 1 氯化氫氧化工藝 1.1 鹽酸鼓泡法 1.2 氯化氫滲透法 1.3 硫酸脫水法 1.4 分子篩吸附法 1.4.1 分子篩飽和吸附氯化氫 1.4.2 氮氣流通分子篩攜氯化氫進入反應器 2 實際工藝過程及鈍化機理 2.1 實際工藝過程 2.1.1 鈍化系統(tǒng) 2.1.2 鈍化硅表面 2.2 鈍化機理 2.2.1 系統(tǒng)鈍化機理 2.2.2 二氧化硅-硅系統(tǒng)鈍化 3 學時

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2.3 氯化氫氧化應注意的問題 2.3.1 鈍化作用與氧化時氯化氫的濃度有關 2.3.2 氯化氫氧化膜生成后，不易再進行長時間的非含氯 氧化 2.3.3 該方法適用于干氧氧化 3 其它摻氯氧化工藝 3.0 有關其它摻氯氧化工藝 3.1 三氯乙烯氧化工藝 3.1.1 三氯乙烯氧化設備 3.1.2 三氯乙烯氧化工藝 3.2 三氯乙烯氧化的優(yōu)點 3.2.1 無腐蝕性 3.2.2 易于工藝控制 3.2.3 設備簡單 3.2.4 鈍化效果優(yōu)于氯化氫氧化 §8.3.2 1 1.1 1.2 1.2.1 1.2.2 1.2.3 2 2.1 2.1.1 2.1.2 2.1.3 2.2 2.2.1 2.2.2 2.2.3 2.2.4 2.3 2.3.1 2.3.2 2.3.3 磷硅玻璃鈍化法 磷硅玻璃結構及其鈍化機理 磷硅玻璃的結構 磷硅玻璃的鈍化機理 對鈉離子有阻擋作用 對鈉離子有固定作用 對鈉離子有提取作用 磷硅玻璃的制備工藝 磷蒸汽合金法 方法 反應過程 工藝特點 磷處理法 方法 典型設備 典型工藝 生成的磷硅玻璃膜厚要求 化學氣相淀積法 化學氣相淀積原理 化學氣相淀積設備-冷壁立式旋轉反應爐 典型工藝條件

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2.3.4 3 3.1 3.2 4 §8.3.3 1 1.1 1.1.1 1.1.2 1.1.3 1.2 1.2.1 1.2.2 1.3 1.3.1 1.3.2 2 2.1 2.2 2.3 2.3.1 2.3.2 2.4 2.5 2.6 2.7 3 §8.3.4 1 1.1 1.2 1.3 1.4 2

工藝特點 磷硅玻璃鈍化的優(yōu)缺點 磷硅玻璃鈍化的優(yōu)點（五條） 磷硅玻璃鈍化的缺點（三條） 采用多層介質結構 氮化硅鈍化法 氮化硅制備工藝 化學氣相淀積法（CVD）制備氮化硅 常壓化學氣相淀積法-APCVD 低壓化學氣相淀積法-LPCVD 等離子體化學氣相淀積法-PCVD CVD 制備氮化硅的原理 常用反應物 化學反應原理 注意事項 攜帶、保護氣體有選擇性 工藝過程中嚴防氧化氣氛進入 氮化硅的性質 結構致密、表面呈疏水性 掩蔽能力強、應用場合廣泛、工藝效果好 抗鈉離子能力強 有很強的阻擋鈉離子的能力 有提取鈉離子的能力 化學穩(wěn)定性好 介電性能好 高溫性能好 氮化硅-硅界面性質不好 器件工藝中采用雙層介質結構 三氧化二鋁鈍化法 三氧化二鋁的性質 抗輻射能力強 具有負電荷效應 結構致密、抗鈉離子能力較強 化學穩(wěn)定性好 三氧化二鋁膜的制備

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2.1 2.1.1 2.1.2 2.1.3 2.1.4 2.1.5 2.2 2.2.1 2.2.2 2.3 2.3.1 2.3.2 3 3.1 3.2 §8.3.5 1 1.1 1.1.1 1.1.2 1.1.3 1.2 1.3 1.3.1 1.3.2 1.3.3 2 2.1 2.1.1 2.1.2 2.2 2.3 2.3.1 2.3.2 2.3.3 3

可用方法 三氯化鋁水解法 鋁的有機化合物的熱分解法-采用異丙氧基鋁 反應濺射法（直流反應濺射法、高頻反應濺射法） 真空電子束蒸發(fā)法 陽極氧化法 有關三氯化鋁水解法 設備及典型工藝條件 反應原理 有關陽極氧化法 陽極氧化方法 工藝應用 應注意的問題 作為鈍化膜使用時須采用雙層介質結構 三氧化二鋁膜對鈉離子無固定和提取的作用 表面保護的幾種有機涂料 有機硅樹脂 有機硅樹脂的優(yōu)點 耐高溫 絕緣性好 憎水防潮化學穩(wěn)定性好 有機硅樹脂的種類 工藝應用 毛筆涂敷 有機硅樹脂膜的陰干 有機硅樹脂膜的溫烘 硅橡膠 硅橡膠的優(yōu)點 可耐高、低溫 粘附性好 硅橡膠的種類 工藝應用 毛筆涂敷 硅橡膠的陰干 硅橡膠的溫烘 聚酰亞銨膜（PI）

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3.1 聚酰亞銨膜的優(yōu)點 3.1.1 熱穩(wěn)定性好，可耐高、低溫 3.1.2 熱膨脹系數(shù)小 3.1.3 具有負電荷效應 3.1.4 有較強的抗輻射能力 3.1.5 電絕緣性好 3.1.6 物理、化學性能穩(wěn)定 3.1.7 較適于批量生產 3.2 工藝應用 3.2.1 涂敷聚酰胺酸 3.2.2 涂敷聚酰胺酸膜烘干 3.2.3 亞銨化 課程重點：本節(jié)介紹了表面鈍化工藝，指出表面鈍化工藝有：摻 氯氧化法、磷硅玻璃鈍化法、氮化硅鈍化法、三氧化二鋁鈍化 法、半絕緣多晶硅鈍化法、低壓化學氣相淀積鈍化法、金屬氧化 物鈍化法、有機聚合物鈍化法、玻璃鈍化法等數(shù)十種鈍化方法， 而本節(jié)介紹了其中幾種卓有成效的鈍化方法。有關氯化氫氧化 法，介紹了氯化氫氧化工藝，指出：根據(jù)氯化氫發(fā)生器的不同分 為鹽酸鼓泡法、 氯化氫滲透法、 硫酸脫水法和分子篩吸附法四 種方法；對實際工藝過程及鈍化機理進行了討論，指出實際工藝 過程是由鈍化系統(tǒng)和鈍化硅表面兩部分組成，因此鈍化機理也分 為系統(tǒng)鈍化機理和 二氧化硅-硅系統(tǒng)鈍化機理兩部分；本節(jié)還指 出了 氯化氫氧化應注意的問題，為實際工藝應用打好了基礎； 本節(jié)還介紹了其它摻氯氧化工藝，并對生成膜更加優(yōu)良的三氯乙 烯氧化工藝進行了討論。有關磷硅玻璃鈍化法，介紹了磷硅玻璃 結構及其鈍化機理，指出：磷硅玻璃中的負離子結構對對鈉離子 有阻擋作用、對鈉離子有固定作用 ，磷硅玻璃比二氧化硅高的 多的對鈉離子的溶解度（高 100 倍以上），使其有能從二氧化硅 中提取鈉離子的能力；討論了磷硅玻璃的制備工藝，介紹了常用 的磷蒸汽合金法、磷處理法和化學氣相淀積法（CVD），并表 明三種方法各有利弊；最后討論了磷硅玻璃鈍化的優(yōu)缺點，給出 了五條優(yōu)點和三條缺點，為克服其缺點，建議采用多層介質結 構。有關氮化硅鈍化法，介紹了氮化硅制備工藝，給出了幾種可 行的化學氣相淀積法（CVD）制備氮化硅方法，包括常壓化學 氣相淀積法（APCVD）、低壓化學氣相淀積法（LPCVD）和等 離子體化學氣相淀積法（PCVD）；介紹了 CVD 法制備氮化硅 的常用硅化物和氮化劑，討論了氮化硅制備的反應原理；討論了

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氮化硅的性質，指出：氮化硅具有結構致密、表面呈疏水性；掩 蔽能力強、應用場合廣泛、工藝效果好；抗鈉離子能力強（有很 強的阻擋鈉離子的能力、有提取鈉離子的能力）；化學穩(wěn)定性 好；介電性能好；高溫性能好六條較好的性質，也存在氮化硅硅界面性質不好的特點，因此建議當使用氮化硅膜作為鈍化膜 時，應采用氮化硅-二氧化硅的雙層介質結構。有關三氧化二鋁 鈍化法，首先介紹了三氧化二鋁的性質，指出：三氧化二鋁膜具 有上述鈍化膜所不具備的抗輻射能力強和具有負電荷效應兩個特 點，同時具有 結構致密、抗鈉離子能力較強和化學穩(wěn)定性好的 優(yōu)點，著使其在許多特殊器件制造中的到應用；討論了三氧化二 鋁膜的制備，在可用方法中介紹了三氯化鋁水解法、鋁的有機化 合物的熱分解法、反應濺射法（直流反應濺射法、高頻反應濺射 法）、 真空電子束蒸發(fā)法和陽極氧化法五種方法；重點討論了 有關三氯化鋁水解法的工藝內容，討論了三氯化鋁水解法制備三 氧化二鋁膜的設備及典型工藝條件、討論了三氯化鋁水解法制備 三氧化二鋁膜的化學反應原理；重點討論了有關陽極氧化法的工 藝內容，介紹了陽極氧化法制備三氧化二鋁膜的工藝方法，討論 了陽極氧化法制備三氧化二鋁膜的工藝應用；最后指出：由于 三氧化二鋁-硅界面有載流子的交換，則在應用三氧化二鋁膜作 為鈍化膜使用時須采用雙層介質結構（三氧化二鋁-二氧化 硅）；三氧化二鋁膜對鈉離子無固定和提取的作用，則在制備三 氧化二鋁膜之前應對襯底進行除鈉處理。有關器件制造中常用于 表面保護的幾種有機涂料，介紹了有機硅樹脂、 硅橡膠和聚酰 亞銨膜（PI）的應用，其中有機硅樹脂和硅橡膠膜從工藝制備和 性能上都差不多，硅橡膠工藝更簡單一點；聚酰亞銨膜（PI）的 應用性能更好，對其優(yōu)點指出：除具有熱穩(wěn)定性好、耐高低溫 （應用溫度從-200?C 至 400?C）；熱膨脹系數(shù)�。浑娊^緣性好； 物理、化學性能穩(wěn)定；較適于批量生產外，還具有負電荷效應和 較強的抗輻射能力等僅有三氧化二鋁膜才具有的特性，這拓寬了 聚酰亞銨膜（PI）的應用范圍。 課程難點：較成熟的各種表面鈍化工藝的定義及含義。氯化氫氧 化法中的氯化氫氧化工藝，氯化氫氧化工藝的四種工藝方法；氯 化氫氧化工藝的實際工藝過程、工藝條件及工藝要求；氯化氫對 系統(tǒng)進行處理和氯化氫氧化生成的含氯二氧化硅膜的鈍化機理 （系統(tǒng)鈍化機理和二氧化硅-硅系統(tǒng)鈍化機理）；有關其它摻氯 氧化工藝，特別是生成膜更加優(yōu)良的三氯乙烯氧化工藝的方法與 原理。磷硅玻璃鈍化法中的磷硅玻璃膜的制備工藝，常用的磷蒸

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汽合金法和磷處理法工藝過程、工藝條件、工藝要求和工藝的利 弊，有關化學氣相淀積法（CVD）制備磷硅玻璃膜的的工藝過 程、工藝條件、工藝要求和工藝的利弊；磷硅玻璃的結構及該結 構的鈍化機理，磷硅玻璃中的負離子結構對鈉離子有阻擋作用的 原理，磷硅玻璃中的負離子結構對鈉離子有固定作用的原理 ， 磷硅玻璃具有能從二氧化硅中提取鈉離子的能力的原理；磷硅玻 璃鈍化的優(yōu)缺點；為什么建議采用多層介質結構，多層介質結構 的構成原理。氮化硅鈍化法中的氮化硅膜制備工藝，幾種可行的 化學氣相淀積法（CVD）制備氮化硅膜方法[包括常壓化學氣相 淀積法（APCVD）、低壓化學氣相淀積法（LPCVD）和等離子 體化學氣相淀積法（PCVD）]各自的工藝特點；CVD 制備氮化 硅膜的化學反應原理；有關氮化硅的性質；為什么建議當使用氮 化硅膜作為鈍化膜時，應采用氮化硅-二氧化硅的雙層介質結 構。三氧化二鋁鈍化法中三氧化二鋁膜的制備的工藝，有關三氯 化鋁水解法、鋁的有機化合物的熱分解法、反應濺射法（直流反 應濺射法、高頻反應濺射法）、 真空電子束蒸發(fā)法和陽極氧化 法五種方法的各自的工藝特點；有關三氯化鋁水解法制備三氧化 二鋁膜的設備及典型工藝條件、三氯化鋁水解法制備三氧化二鋁 膜的化學反應原理；有關陽極氧化法制備三氧化二鋁膜的工藝方 法，陽極氧化法制備三氧化二鋁膜的工藝應用，為什么陽極氧化 法可取代鋁反刻工藝。對于三氧化二鋁的性質，有關三氧化二鋁 膜具有上述鈍化膜所不具備的抗輻射能力強和具有負電荷效應兩 個特點，這兩個特點在器件制造中帶來的好處；為什么在應用中 把三氧化二鋁膜作為鈍化膜使用時須采用雙層介質結構（三氧化 二鋁-二氧化硅）；為什么在制備三氧化二鋁膜之前應對襯底進 行除鈉處理。對常用于表面保護的幾種有機涂料，有關有機硅樹 脂和硅橡膠膜的工藝制備過程、工藝條件、工藝要求和兩工藝的 性能特點及區(qū)別；對于聚酰亞銨膜（PI）的應用，聚酰亞銨膜 （PI）的工藝制備過程、工藝條件、工藝要求，其膜的優(yōu)點具有 熱穩(wěn)定性好、耐高低溫（應用溫度從-200?C 至 400?C）；熱膨脹 系數(shù)��；電絕緣性好；物理、化學性能穩(wěn)定；較適于批量生產 外，還具有負電荷效應和 較強的抗輻射能力等僅有三氧化二鋁 膜才具有的特性。 基本概念： 1 摻氯氧化-熱氧化時，在干氧氧化氣氛中摻入一定比例的含 氯物質，進行二氧化硅生長的過程。

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2 氯化氫氧化-熱氧化時，在干氧氧化氣氛中摻入一定比例的 氯化氫，進行二氧化硅生長的過程。 3 氯化氫氧化層-摻氯化氫進行熱氧化生成的二氧化硅膜。 4 磷蒸汽合金法-在器件制備工藝中的鋁合金過程中加入磷的 氣氛，在合金的同時生成磷硅玻璃層的方法。 5 磷處理法-指在器件的發(fā)射區(qū)擴散完成后，再在表面二氧化 硅層上淀積五氧化二磷，以形成磷硅玻璃層的方法。 基本要求：要求熟悉較成熟的各種表面鈍化工藝的定義及含義。 要求清楚氯化氫氧化法中的氯化氫氧化工藝，熟悉氯化氫氧化工 藝的四種工藝方法，知道氯化氫氧化工藝的實際工藝過程、工藝 條件及工藝要求。知道氯化氫對系統(tǒng)進行處理的鈍化機理，清楚 的知道氯化氫氧化生成的含氯二氧化硅膜的鈍化機理。了解有關 其它摻氯氧化工藝，特別是對生成膜更加優(yōu)良的三氯乙烯氧化工 藝的方法、工藝原理及生成膜的性質更加熟悉。要求清楚磷硅玻 璃鈍化法中的磷硅玻璃膜的制備工藝，熟悉常用的磷蒸汽合金法 和磷處理法工藝過程、工藝條件、工藝要求和工藝的利弊，知道 有關化學氣相淀積法（CVD）制備磷硅玻璃膜的的工藝過程、 工藝條件、工藝要求和工藝的利弊，能夠根據(jù)要求選擇適當?shù)墓?藝。清楚的知道磷硅玻璃的結構及該結構的鈍化機理，知道磷硅 玻璃中的負離子結構對鈉離子有阻擋作用的原理，知道磷硅玻璃 中的負離子結構對鈉離子有固定作用的原理 ，知道磷硅玻璃為 什么具有能從二氧化硅中提取鈉離子的能力。了解磷硅玻璃鈍化 的優(yōu)缺點，知道為什么在將磷硅玻璃膜作為鈍化膜使用時，建議 采用多層介質結構，知道多層介質結構的構成原理，多層介質結 構中各層所起的作用。要求知道氮化硅鈍化法中的氮化硅膜制備 工藝，熟悉幾種可行的化學氣相淀積法（CVD）制備氮化硅膜 方法，知道各種方法各自的工藝特點，了解 CVD 制備氮化硅膜 的化學反應原理。清楚有關氮化硅的性質，知道為什么說氮化硅 膜是掩蔽雜質能力最強的鈍化膜，當用氮化硅膜作為大規(guī)模以上 集成電路制作的擴散掩蔽膜時會帶來什么好處，知道為什么建議 當使用氮化硅膜作為鈍化膜時，應采用氮化硅-二氧化硅的雙層 介質結構。熟悉三氧化二鋁鈍化法中三氧化二鋁膜的制備的工 藝，知道有關三氯化鋁水解法、鋁的有機化合物的熱分解法、反 應濺射法（直流反應濺射法、高頻反應濺射法）、 真空電子束 蒸發(fā)法和陽極氧化法五種方法的各自的工藝特點；清楚有關三氯 化鋁水解法制備三氧化二鋁膜的設備及典型工藝條件、三氯化鋁 水解法制備三氧化二鋁膜的化學反應原理；清楚有關陽極氧化法

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制備三氧化二鋁膜的工藝方法，了解陽極氧化法制備三氧化二鋁 膜的工藝應用，知道為什么陽極氧化法可取代鋁反刻工藝。了解 三氧化二鋁的性質，知道有關三氧化二鋁膜具有其它鈍化膜所不 具備的抗輻射能力強和具有負電荷效應兩個特點，清楚這兩個特 點在器件制造中帶來的好處；知道為什么在應用中把三氧化二鋁 膜作為鈍化膜使用時須采用雙層介質結構（三氧化二鋁-二氧化 硅）；知道為什么在制備三氧化二鋁膜之前應對襯底進行除鈉處 理的原因。要求了解常用于表面保護的幾種有機涂料，知道有關 有機硅樹脂膜和硅橡膠膜的工藝制備過程、工藝條件、工藝要 求，清楚有機硅樹脂膜和硅橡膠膜的工藝的性能特點及區(qū)別。知 道聚酰亞銨膜（PI）的應用，了解聚酰亞銨膜（PI）的工藝制備 過程、工藝條件、工藝要求。知道 PI 膜的優(yōu)點，包括具有熱穩(wěn) 定性好、耐高低溫（應用溫度從-200?C 至 400?C）；熱膨脹系數(shù) �。浑娊^緣性好；物理、化學性能穩(wěn)定；較適于批量生產等優(yōu) 點，知道 PI 膜具有的負電荷效應和 較強的抗輻射能力等僅有三 氧化二鋁膜才具有的特性。 第八章 表面鈍化工藝與原理作業(yè) 思考題 4 題 第九章 表面內電極接觸與互連 （3 學時） 課程內容： 1 電極接觸及表面內電極的制備要求 1.1 電極接觸 1.1.1 表面內電極接觸 1.1.2 表面內電極與外電極接觸 1.1.3 管芯背面與管座的接觸 1.2 表面內電極的制備要求 1.2.1 工藝應用性好 1.2.2 電極與電性區(qū)接觸為歐姆接觸 1.2.3 電極材料的電阻率低 1.2.4 電極材料與管芯表面粘附性好 1.2.5 表面電極完整性好 1.2.6 表面電極物理、化學穩(wěn)定性好 1.2.7 電極材料的熱、電穩(wěn)定性好 2 表面內電極與電性區(qū)間的歐姆接觸 2.1 歐姆接觸的基本原理 2.2 金-半的歐姆接觸方式

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2.2.1 2.2.2 2.2.3 3 3.1 3.1.1 3.1.1.1 3.1.1.2 3.1.1.3 3.1.1.4 3.1.1.5 3.1.2 3.1.2.1 3.1.2.2 3.1.2.3 3.1.2.4 3.2 3.2.1 3.2.1.1 3.2.1.2 3.2.2 3.2.2.1 3.2.2.2 3.2.2.3 3.3 3.3.1 3.3.1.1 3.3.1.2 3.3.2 3.3.2.1 3.3.2.2 3.3.2.3 3.3.2.4 4 4.1 4.1.1 4.1.2

低勢壘歐姆接觸 高復合歐姆接觸 重摻雜歐姆接觸 表面內電極的制備 電阻絲加熱真空蒸發(fā) 蒸發(fā)設備 真空蒸發(fā)室 抽真空設備 電阻絲加熱器 襯底加熱器 測真空設備 有關蒸發(fā)質量的討論 蒸發(fā)需在較高真空下進行 真空度與蒸發(fā)金屬膜的關系 蒸發(fā)金屬膜厚度及測定 真空蒸發(fā)存在的問題 電子束蒸發(fā) 電子束蒸發(fā)設備 蒸發(fā)源 置片底盤 電子束蒸發(fā)的優(yōu)點 蒸發(fā)獲得的金屬膜純度高 蒸發(fā)獲得的金屬膜厚度均勻性好 工作效率高 磁控濺射 磁控濺射設備 設備工作原理 設備特點 磁控濺射的優(yōu)點 可獲得比例精確的合金膜 可獲得多層金屬膜 可淀積難熔金屬 淀積膜均勻性、重復性及臺階覆蓋率好 多層電極 鋁電極易失效的原因 與鋁本身的性質有關 鋁的電遷移（電徙動）

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4.1.3 鋁與硅、二氧化硅的不良化學反應 4.2 解決電極失效的方法-采用多層電極 4.2.1 多層電極的結構 4.2.2 多層電極的材料要求 5 多層布線 5.1 集成電路對布線的要求 5.1.1 互連線盡量短 5.1.2 互連線電阻盡量低 5.1.3 互連線不能交叉 5.1.4 避免經過過薄的氧化層 5.1.5 內引線鍵合點分布均勻、合理 5.2 滿足要求的方法-多層布線 5.2.1 多層布線 5.2.2 多層布線的優(yōu)點 5.3 多層布線的介質和金屬 5.3.1 常用介質 5.3.2 常用金屬 5.4 影響多層布線的因素 5.4.1 要求互連孔刻透而不過蝕 5.4.2 要求層間絕緣性好 5.4.3 要求臺階覆蓋率好 課程重點：本章介紹了表面內電極接觸與互連中的有關表面內電 極與電性區(qū)的歐姆接觸、電極接觸制備、表面內電極的制備工 藝、多層電極和有關多層布線等方面的問題。介紹了電極接觸及 表面內電極的制備要求，對于電極接觸指出：器件制造中管芯電 極及與外部構件的連接有兩類接觸，一類為電極性接觸（歐姆接 觸）、另一類為非電極性接觸；器件制造所有的接觸均歸屬于這 兩類接觸；其中表面內電極接觸，不管分離器件還是集成電路均 為電極性接觸；而表面內電極與外電極（管腳）接觸，不管分離 器件還是集成電路均為電極性接觸；管芯背面與管座的接觸，對 分離器件要求為電極性接觸，對集成電路可為非電極性接觸。介 紹了表面內電極的制備要求，給出了七個要求，綜合這些要求認 為鋁是最符合要求的金屬。討論了歐姆接觸的基本原理及表面內 電極與電性區(qū)間的歐姆接觸的實現(xiàn)方式，給出了歐姆接觸的定 義，討論了其表達方式及歐姆接觸的基本原理；對表面內電極與 電性區(qū)間的歐姆接觸指出：這屬于金-半的歐姆接觸，實現(xiàn)的方 式有三種，一種是低勢壘歐姆接觸、另一種是高復合歐姆接觸、

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還有一種是重摻雜歐姆接觸。介紹了三種表面內電極的制備工 藝，第一種是電阻絲加熱真空蒸發(fā)，介紹了其真空蒸發(fā)設備、對 蒸發(fā)的質量進行了討論、還討論了真空蒸發(fā)存在的問題，由此引 入了后兩種制備工藝；第二種是電子束蒸發(fā)，介紹了電子束蒸發(fā) 設備、討論了電子束蒸發(fā)的優(yōu)點；第三種是磁控濺射，介紹了磁 控濺射設備、討論了磁控濺射的優(yōu)點。介紹了有關多層電極，其 中先介紹了鋁電極易失效的原因、指出采用單質金屬是不能起到 根本改善作用的、只有采用多層電極；介紹了多層電極的結構、 多層電極的每一層材料要求。介紹了有關多層布線，指出多層布 線是規(guī)模較大的集成電路的特有工藝；討論了多層布線的優(yōu)點； 介紹了常用于多層布線的介質和金屬；討論了影響多層布線質量 的因素。 課程難點：管芯電極及與外部構件的連接有哪兩類接觸、電極性 接觸是什么性質的接觸、非電極性接觸是什么性質的接觸；器件 制造所有的接觸均歸屬于這兩類接觸；關于表面內電極接觸，為 什么不管分離器件還是集成電路均為電極性接觸；而對表面內電 極與外電極（管腳）接觸，為什么也是不管分離器件還是集成電 路均為電極性接觸；有關管芯背面與管座的接觸，為什么對分離 器件要求為電極性接觸，而對集成電路可為非電極性接觸。有關 表面內電極的制備要求，為什么說鋁是最符合要求的金屬。有關 歐姆接觸的基本原理、歐姆接觸的定義、歐姆接觸的描述方式。 有關表面內電極與電性區(qū)間的歐姆接觸的實現(xiàn)方式，為什么說這 屬于金-半的歐姆接觸，實現(xiàn)的方式有哪三種，什么是低勢壘歐 姆接觸、什么是高復合歐姆接觸、什么是重摻雜歐姆接觸。有關 三種表面內電極的制備工藝，什么是電阻絲加熱真空蒸發(fā)，關于 其真空蒸發(fā)設備、對蒸發(fā)的質量進行了討論、還有真空蒸發(fā)存在 的問題；什么是電子束蒸發(fā)，關于電子束蒸發(fā)設備、電子束蒸發(fā) 具有什么優(yōu)點；什么是磁控濺射，有關磁控濺射設備、磁控濺射 具有什么優(yōu)點。有關多層電極，鋁電極易失效的原因是什么、為 什么采用單質金屬是不能起到根本改善作用的、采用的多層電極 具有什么形式；對于多層電極的結構，多層電極的每一層材料有 什么要求。有關多層布線，為什么說多層布線是規(guī)模較大的集成