《集成电路制造工艺原理》

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《集成电路制造工艺原理》 课程教学 教 案

山东大学信息科学与工程学院 电子科学与技术教研室(微电) 张 新

课程总体介绍： 1．课程性质及开课时间：本课程为电子科学与技术专业（微电 子技术方向和光电子技术方向）的专业选修课。本课程是半 导体集成电路、晶体管原理与设计和光集成电路等课程的前 修课程。本课程开课时间暂定在第五学期。 2．参考教材：《半导体器件工艺原理》 国防工业出版社 华中工学院、西北电讯工程学院合编 《半导体器件工艺原理》（上、下册） 国防工业出版社 成都电讯工程学院编著 《半导体器件工艺原理》上海科技出版社 《半导体器件制造工艺》上海科技出版社 《集成电路制造技术-原理与实践》 电子工业出版社 《超大规模集成电路技术基础》 电子工业出版社 《超大规模集成电路工艺原理-硅和砷化镓》 电子工业出版社
3． 目前实际教学学时数：课内课时 54 学时 4． 教学内容简介：本课程主要介绍了以硅外延平面工艺为基础

的，与微电子技术相关的器件（硅器件）、集成电路（硅集 成电路）的制造工艺原理和技术；介绍了与光电子技术相关 的器件（发光器件和激光器件）、集成电路（光集成电路） 的制造工艺原理，主要介绍了最典型的化合物半导体砷化镓 材料以及与光器件和光集成电路制造相关的工艺原理和技 术。 5． 教学课时安排：(按 54 学时) 课程介绍及绪论 2 学时 第一章 衬底材料及衬底制备 6 学时 第二章 外延工艺 8 学时 第三章 氧化工艺 7 学时 第四章 掺杂工艺 12 学时 第五章 光刻工艺 3 学时 第六章 制版工艺 3 学时 第七章 隔离工艺 3 学时 第八章 表面钝化工艺 5 学时 第九章 表面内电极与互连 3 学时 第十章 器件组装 2 学时

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课程教案: 课程介绍及序论 （ 2 学时） 内容： 课程介绍： 1 教学内容 1.1 与微电子技术相关的器件、集成电路的制造工艺原理 1.2 与光电子技术相关的器件、集成电路的制造 1.3 参考教材 2 教学课时安排 3 学习要求 序论： 课程内容： 1 半导体技术概况 1.1 半导体器件制造技术 1.1.1 半导体器件制造的工艺设计 1.1.2 工艺制造 1.1.3 工艺分析 1.1.4 质量控制 1.2 半导体器件制造的关键问题 1.2.1 工艺改革和新工艺的应用 1.2.2 环境条件改革和工艺条件优化 1.2.3 注重情报和产品结构的及时调整 1.2.4 工业化生产 2 典型硅外延平面器件管芯制造工艺流程及讨论 2.1 常规 npn 外延平面管管芯制造工艺流程 2.2 典型 pn 隔离集成电路管芯制造工艺流程 2.3 两工艺流程的讨论 2.3.1 有关说明 2.3.2 两工艺流程的区别及原因 课程重点：介绍了与电子科学与技术中的两个专业方向（微电子 技术方向和光电子技术方向）相关的制造业，指明该制造业是社 会的基础工业、是现代化的基础工业，是国家远景规划中置于首 位发展的工业。介绍了与微电子技术方向相关的分离器件（硅器 件 ）、集成电路（硅集成电路）的制造工艺原理的内容，指明 微电子技术从某种意义上是指大规模集成电路和超大规模集成电 路的制造技术。由于集成电路的制造技术是由分离器件的制造技 术发展起来的，则从制造工艺上看，两种工艺流程中绝大多数制

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造工艺是相通的，但集成电路制造技术中包含了分离器件制造所 没有的特殊工艺。介绍了与光电子技术方向相关的分离器件、集 成电路的制造工艺原理的内容。指明这些器件（发光器件和激光 器件）和集成电路（光集成电路）多是由化合物半导体为基础材 料的，最常用和最典型的是砷化镓材料，本课程简单介绍了砷化 镓材料及其制造器件时相关的工艺技术与原理。在课程介绍中， 指出了集成电路制造工艺原理的内容是随着半导体器件制造工艺 技术发展而发展的、是随着电子行业对半导体器件性能不断提高 的要求（小型化、微型化、集成化、以及高频特性、功率特性、 放大特性的提高）而不断充实的。综观其发展历程，由四十年代 末的合金工艺原理到五十年代初的合金扩散工艺原理，又由于硅 平面工艺的出现而发展为硅平面工艺原理、继而发展为硅外延平 面工艺原理，硅外延平面工艺是集成电路制造的基础工艺；在制 造分离器件和集成电路时，为提高器件和集成电路的可靠性、稳 定性，引入了若干有实效的保护器件表面的工艺，则加入了表面 钝化工艺原理的内容；在制造集成电路时，为实现集成电路中各 元器件间的电性隔离，引入了隔离墙的制造，则又加入了隔离工 艺原理的内容。因此，集成电路工艺原理=硅外延平面工艺原理 +表面钝化工艺原理+隔离工艺原理，而大规模至甚大规模集成 电路的制造工艺，只不过是在掺杂技术、光刻技术（制版技 术）、电极制造技术方面进行了技术改进而已。 介绍了半导体技术概况，指出半导体技术是由工艺设计、工艺制 造、工艺分析和质量控制四部分构成。工艺设计包含工艺参数设 计、工艺流程设计和工艺条件设计三部分内容，其设计过程是： 由器件的电学参数（分离器件电学参数和集成电路功能参数）参 照工艺水平进行结构参数的设计；然后进行理论验算（结构参数 能否达到器件的电学参数的要求）；验算合格，依据工艺原理和 原有工艺数据进行工艺设计。工艺制造包含工艺程序实施、工艺 设备、工艺改革三部分内容。工艺分析包含原始材料分析、外延 片质量分析、各工序片子参数分析和工艺条件分析等四部分内 容，工艺分析的目的是为了工艺改进。质量控制包含分离器件和 集成电路的失效机理研究、可靠性分析和工艺参数控制自动化三 部分内容。在介绍、讨论、分析的基础上，指明了半导体器件制 造中要注意的几个关键问题。介绍了以典型硅外延平面工艺为基 础的常规 npn 外延平面管管芯制造工艺流程和典型 pn 隔离集成 电路管芯制造工艺流程，并分析了两种工艺的共同处和不同处。

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课程难点：半导体器件制造的工艺设计所涉及的三部分内容中 工艺参数设计所包含的具体内容；工艺流程设计包含的具体内 容；工艺条件设计包含的具体内内容。工艺制造涉及的具体内 容，工艺线流程与各工序操作流程的区别。半导体器件制造的 工艺分析所涉及的四部分内容，进行原始材料分析、外延片质 量分析、各工序片子参数分析、工艺条件分析的意义何在；如 何对应器件的不合格性能参数，通过上述四项分析进行工艺改 进，从而得到合格性能参数。半导体器件制造的质量控制须做 哪些工作，为什么说通过质量控制，器件生产厂家可提高经济 效益、可提高自身产品的竞争能力、可提高产品的信誉度。什 么是工艺改革和新工艺的应用？什么是环境条件改革和工艺条 件优化？为什么要注重情报和及时调整产品结构？什么是工业 化大生产？这些问题为什么会成为半导体器件制造中的关键问 题？为什么说半导体器件制造有冗长的工艺流程？十几步的分 离器件制造工艺流程与二十几步的集成电路制造工艺流程有什 么区别？集成电路制造比分离器件制造多出了隔离制作和埋层 制作，各自有哪几步工艺构成？各起到什么作用？ 基本概念： 1 半导体器件-由半导体材料制成的分离器件和半导体集成电 路。 2 半导体分离器件-各种晶体三极管；各种晶体二极管；各种晶 体可控硅。 3 半导体集成电路-以半导体（硅）单晶为基片，以外延平面工 艺为基础工艺，将构成电路的各元器件制作于同一基片上，布 线连接构成的功能电路。 4 晶体三极管的电学参数-指放大倍数、结的击穿电压、管子的 工作电压、工作频率、工作功率、噪声系数等。 5 晶体三极管的结构参数-包括所用材料、电性区各层结构参 数、器件芯片尺寸、外延层结构参数和工艺片厚度等。 6 硅平面工艺-指由热氧化工艺、光刻工艺和扩散工艺为基础工 艺构成的近平面加工工艺。 7 硅外延平面工艺-外延工艺+硅平面工艺构成的器件制造工 艺。 基本要求：要求学生了解本课程的性质，知道学好集成电路制造 工艺原理对学习专业课的重要性。掌握半导体器件制造技术中所 涉及的四部分内容。了解工艺设计所涉及的三部分内容中工艺参 数设计所包含的具体内容；工艺流程设计包含的具体内容；工艺

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条件设计包含的具体内内容。了解工艺制造涉及的具体内容，知 道工艺线流程与各工序操作流程的区别是什么。了解半导体器件 制造的工艺分析所涉及的四个分析内容，知道进行原始材料分 析、外延片质量分析、各工序片子参数分析、工艺条件分析的指 导意义；能够对应器件的不合格性能参数，通过上述四项分析进 行工艺改进，从而得到合格性能参数。知道半导体器件制造的质 量控制须做哪些工作，能清楚知道通过质量控制，器件生产厂家 可提高经济效益、可提高自身产品的竞争能力、可提高产品的信 誉度的原因。知道什么是工艺改革和新工艺的应用？什么是环境 条件改革和工艺条件优化？为什么要注重情报和及时调整产品结 构？什么是工业化大生产？清楚这些问题为什么会成为半导体器 件制造中的关键问题？了解半导体器件制造有冗长的工艺流程， 分离器件制造工艺至少有十几步的工艺流程，集成电路制造工艺 至少有二十几步的制造工艺流程。知道集成电路制造比分离器件 制造多出了隔离制作和埋层制作两大部分，知道制作隔离区的目 的何在？制作埋层区的目的何在？清楚隔离制作有哪几步工艺构 成？知道隔离氧化、隔离光刻和隔离扩散工艺各自达到什目的； 清楚埋层制作有哪几步工艺构成？知道埋层氧化、埋层光刻和埋 层扩散工艺各自达到什目的。 绪论作业：思考题：2 个 第一章 衬底材料及衬底制备 §1.1 衬底半导体材料 3 学时 课程内容： 1 常用半导体材料及其特点 1.1 常用半导体材料 1.1.1 元素半导体材料 1.1.2 化合物半导体材料 1.2 硅材料的特点 1.2.1 价格低、纯度高 1.2.2 制成的器件能工作在较高温度下 1.2.3 电阻率选择范围宽 1.2.4 其特有的硅外延平面工艺 1.3 砷化镓材料的特点 1.3.1 载流子的低场迁移率高 1.3.2 禁带宽度更大 (6 学时)

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1.3.3 能带结构更接近跃迁型 2 硅、砷化镓的晶体结构及单晶硅体 2.1 硅的晶体结构及特点 2.1.1 硅的金刚石型晶胞结构 2.1.2 硅原子沿〈111〉向的排列规律 2.2 砷化镓的晶体结构及特点 2.2.1 砷化镓的闪锌矿型晶胞结构 2.2.2 砷化镓的〈111〉向六棱柱晶胞 2.2.3 砷化镓的〈111〉向特点 2.3 硅、砷化镓晶体的制备方法 2.3.1 硅单晶体的制备方法 2.3.2 砷化镓晶体的制备方法 2.4 单晶硅体 2.4.1 单晶硅体呈圆柱状 2.4.2 单晶硅体上具有生长晶棱 3 硅衬底材料的选择 3.1 硅衬底材料的结构参数 3.1.1 结晶质量 3.1.2 生长晶向 3.1.3 缺陷密度 3.2 硅衬底材料的物理参数 3.2.1 电阻率 3.2.2 少数载流子寿命 3.2.3 杂质（载流子）补偿度 3.3 硅衬底材料的电性参数 3.4 其它要注意的问题 3.4.1 电阻率不均匀性问题 3.4.2 重金属杂质和氧、碳含量问题 课程重点: 本节主要介绍了半导体器件（半导体分离器件和半 导体集成电路）制造中常用的半导体材料。在硅、锗元素半导 体材料中，普遍应用的是硅半导体材料；在锑化铟、磷化镓、 磷化铟、砷化镓等化合物半导体材料中，最常应用的是砷化镓 半导体材料。分别介绍了硅半导体材料和砷化镓半导体材料各 自的特点，相应的应用场合。讨论了硅半导体材料和砷化镓半 导体材料的晶体结构，从中可知，虽然硅晶体具有金刚石型晶 胞结构，而砷化镓晶体具有闪锌矿型晶胞结构，但从晶胞的构 成和某些性质有相似的地方，但 应注意其性质上的根本区

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别。由硅原子沿〈111〉向的排列规律可知，在一个硅晶体的 六棱柱晶胞中有七个相互平行的{111}面；而七个面构成的六 个面间有两种面间距，其中一个体现面间距大的特点，另一个 体现面间距小的特点；每一个{111}晶面具有相同的原子面密 度；原子平面间是靠共价键连接的，而六个面间有两种面间共 价键密度，在三个面间每个原子均为三键连接-体现面间价键 密度大的特点，在另三个面间每个原子均为单键连接-体现面 间价键密度小的特点。从结构中可知，面间价键密度小的面间 同时面间距大，而面间价键密度大的面间同时面间距小，由此 引入两个结论：面间价键密度小而同时面间距大的面间，极易 被分割，称为硅晶体的解理面；面间价键密度大同时面间距小 的面间，面间作用力极强，则被看作是不可分割的双层原子 面，即当一个面看待。砷化镓晶体中原子沿〈111〉向的排列 规律与硅晶体的相似，只不过砷面和镓面交替排列（四个砷面 夹着三个镓面或四个镓面夹着三个砷面）而已。还讨论了硅晶 体和砷化镓晶体的制备，硅单晶体通常采用直拉法或悬浮区熔 法进行生长；砷化镓晶体通常采用梯度凝固生长法或液封式直 拉法制备。本节还对半导体器件制造最常用的单晶硅体进行了 讨论，可知单晶硅体呈圆柱状，但在单晶硅体上存在与单晶生 长晶向相关的生长晶棱；因为与硅原子沿生长晶向排列有关， 沿不同晶向生长的单晶硅体上晶棱数目不同，晶棱对称程度也 不同。最后讨论了硅单晶的质量参数（硅衬底材料的选择）， 这对了解硅单晶材料的性能并进而在器件的生产中正确的选择 硅衬底材料是至关重要的。 课程难点：硅单晶的晶体结构及结构分析；砷化镓晶体的晶体 结构及结构分析。硅单晶的两种制备工艺及其工艺分析、工艺 过程讨论；砷化镓晶体的两种制备工艺及其工艺分析、工艺过 程讨论。硅单晶体的外部特征，导致硅单晶体外部特征与硅单 晶体内部结构（原子排列规律）的对应关系分析讨论。硅单晶 体的结构参数要求；物理参数要求和电性参数要求。 基本概念： 1 元素半导体材料-完全由一种元素构成的，具有半导体性质的 材料 。 2 化合物半导体材料-由两种或两种以上的元素构成的，具有半 导体性质的材料 。 3 面间共价键密度-在相邻原子面间任取一平行平面，单位面积 的共价键露头数。

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4 少子寿命-少数载流子寿命，它反映了少数载流子保持其电性 的时间长短，记为τ 。它与单晶体中的缺陷和重金属杂质的多 少有关。 5 补偿度-载流子补偿度（杂质补偿度），记为 M。由于半导体 中的杂质全部电离，则其反映了半导体材料中反型杂质的多 少。 基本要求：了解用于半导体器件制造的半导体材料的类型，了 解元素半导体材料的类型及构成，了解化合物半导体材料的类 型及构成。知道半导体器件制造中最常用的硅半导体材料的特 点，知道半导体光学器件制造中最常用的砷化镓半导体材料的 特点。清楚硅半导体晶体和砷化镓半导体晶体的晶体结构，以 及它们的结构特点；知道它们在结构上的相似处和不同处；知 道由硅半导体晶体结构分析引入的两个结论，并清楚它们对半 导体器件制造的指导意义。了解硅半导体单晶体是如何制备 的，清楚其不同的制备工艺；知道砷化镓半导体晶体是如何制 备的，及其了解各种制备工艺。清楚知道硅半导体单晶体的外 部特征，知道这些外部特征与晶体内部结构之间的密切联系。 知道如何进行硅衬底材料的选择，知道在硅单晶的质量参数中 结构参数包括哪一些、物理参数包括哪一些、电性参数是指什 么；对高要求和高性能的集成电路制造，还应注意哪些材料的 质量参数。 §1.2 硅单晶的定向 课程内容： 1 定向的方法 1.1 根据晶体生长的各向异性定向 1.2 根据晶体解理的各向异性定向 1.3 根据晶体腐蚀的各向异性定向 1.4 光图定向 1.5 x 光衍射定向 2 光图定向的方法与原理 2.1 显示晶面解理坑 2.2 晶面解理坑的结构与分布 2.3 光向与晶向 2.4 光图定向仪 2.5 光图定向 3. 光图定向器件生产中的应用 2 学时

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3.1 定向切割 3.2 定向划片及定位面的制造 课程重点：本节介绍了常规集成电路制造中硅单晶体定向。粗 略的可根据晶体生长的各向异性定向、根据晶体解理的各向异 性定向、根据晶体腐蚀的各向异性定向；较精确的可进行光图 定向；更精确的可进行 x 光衍射定向。本节主要介绍了常规集 成电路制造中最常用的光图定向，根据光图定向的三个必备条 件，进行了显示晶面解理坑的讨论；晶面解理坑的结构与分布 的讨论；平行光照射晶面解理坑后，得到的反射光象与晶体晶 向关系的讨论；讨论了常见的光图定向仪；并对光图定向的设 备要求和光图定向步骤进行了讨论。最后，讨论了光图定向在 常规集成电路制造中两种常见的应用，定向切割是在一定生长 晶向的硅单晶棒上切出所需晶面的硅单晶片；而定位面的制造 是为了适应器件生产中的定向划片，指出定向划片可以获得大 量完整的管芯，定位面为定向划片提供了划片的参考平面。 课程难点：为什么可根据晶体生长的各向异性、晶体解理的各 向异性、晶体腐蚀的各向异性进行定向，与晶体结构的关系如 何。在光图定向中，显示晶面解理坑采用了电化学腐蚀，腐蚀 前为什么要进行金刚砂研磨？在电化学腐蚀液中，晶格畸变区 和晶格完整区各具有不同的性质，进行了什么不同的化学反 应，其反应机理是什么。当在低指数晶面的晶片上制备晶面解 理坑时，获得的是以平行该低指数晶面的面为底、以{111}面 为侧面围成的平底锥坑，此类结构的形成机理及与晶体结构的 关系。光图定向中光象与晶向之间的一一对应关系。考虑定位 面划片时就能减少管芯的碎裂的理论依据。 基本概念： 1 光图定向-用平行光照射单晶体上的晶面解理坑，根据反射光 象判定、调正晶向的方法。 2 晶面解理坑-以低指数晶面围成的、与晶面（晶向）有一定对 应关系的晶面腐蚀坑。其侧面为解理面。 3 晶格畸变区-指晶格有损伤的或不完整的区域，该区域存在较 大的晶格内应力，内能大。 4 晶格完整区-指晶格结构完整或完美的区域，该区域晶格内应 力低，内能小。 5 反射光象-用平行光照射晶面解理坑 ，晶面解理坑某组平面对 光的反射而得到的光图（光象 ）。 6 定向切割-光图定向+垂直切割。

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7 定向划片-按规定沿解理向进行划 片的方法。 基本要求：了解硅单晶体定向的目的、可采用的方法、定向原 理。知道几种粗略定向方法的理论依据，较精确定向方法间的 比较。清楚光图定向的方法和原理，能通过合适方法得到晶面 解理坑、能通过一定手段得到反射光象、能由反射光象与晶体 晶向的关系分析判定晶向、当晶向有偏离时能通过调整光图调 正晶向。知道光图定向是如何在半导体器件制造中得到应用 的，知道光图定向在定向切割中所起的作用、知道光图定向如 何参与定位面的制作和定位面是如何在定向划片中起到作用 的。 §1.3 硅衬底制备工艺简介 课程内容： 1 硅单晶的切割 1.1 工艺作用 1.2 切割原理 1.3 切割设备 1.4 切割方法 1.5 切割要求 1.5.1 硅片厚度 1.5.2 硅片两面平行度 1.5.3 硅片厚度公差 1.6 注意事项 2 研磨工艺 2.1 研磨的作用 2.2 研磨的方法 2.2.1 单面研磨 2.2.2 双面研磨 2.3 研磨要求 2.4 影响研磨的因素 2.4.1 磨料的影响 2.4.2 磨盘压力的影响 3 抛光工艺 3.1 抛光的作用 3.2 抛光的要求 3.3 抛光的方法 3.3.1 机械抛光工艺 1 学时

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3.3.1.1 方法及原理 3.3.1.2 优缺点 3.3.1.3 适用范围 3.3.2 化学抛光工艺 3.3.2.1 原理 3.3.2.2 方法 3.3.2.3 优缺点 3.3.2.4 适用范围 3.3.3 化学机械抛光工艺 3.3.3.1 方法及原理 3.3.3.2 化学机械抛光种类 3.3.3.3 抛光过程分析 课程重点：本节简单介绍了衬底制备中切片、磨片和抛光三个 工艺的基本情况。关于硅单晶体的切割，讨论了该工艺的四个 作用：即决定了所切出的硅单晶片的晶向、晶片厚度、晶片平 行度和晶片翘度；讨论了切割原理：实际上是利用了刀片上的 金刚砂刀刃对硅单晶棒进行脆性磨削，由于切割刀片的高速旋 转和缓慢进刀，而使硅单晶棒变成了一片一片的硅单晶片；介 绍了两种切割设备，一种是多用于硅单晶片的切割的内圆切割 机，另一种是用于定位面切割的外圆切割机；最后还给出了硅 单晶体的切割的要求和注意事项。关于硅单晶片的研磨，讨论 了该工艺的四个作用：即去除切片造成的刀痕、调节硅单晶片 的厚度、提高硅单晶片的平行度和改善硅单晶片的平整度；讨 论了硅单晶片研磨的方法，根据设备的不同分为硅单晶片的单 面研磨和硅单晶片的双面研磨，其研磨机理是相同的；讨论了 影响硅单晶片研磨的因素，研磨质量主要取决于磨料的质量和 磨盘压力的大小。关于硅单晶片的抛光，讨论了该工艺的作 用，主要是去除磨片造成的与磨料粒度相当的损伤层，以获得 高洁净的、无损伤的、平整光滑的硅单晶片的镜面表面；讨论 了抛光工艺的三种抛光方法，即机械抛光、化学抛光和化学机 械抛光方法。机械抛光是采用更细的磨料在盖有抛光布的磨盘 上进行细磨，由于其工艺过程中无化学反应，则该工艺适用于 化合物半导体晶片的表面抛光；化学抛光是利用化学腐蚀的方 法对晶片表面进行抛光，它对待研磨片平整度要求较高，化学 抛光可分为液相抛光和气相抛光两种抛光方式，由于该抛光工 艺抛光速度快、效率高，则该工艺更适用于高硬度衬底表面的 抛光（如蓝宝石、尖晶石等）；化学机械抛光是硅单晶片抛光

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的常用工艺，该工艺综合了机械抛光、化学抛光两种方法的各 自的优点，从方法上看，是采用了机械抛光设备而加入了化学 抛光剂，化机抛光的种类可分为酸性抛光液抛光和碱性抛光液 抛光两种，酸性抛光液抛光有铬离子抛光和铜离子抛光两种方 式，碱性抛光液抛光为二氧化硅抛光、也分为胶体二氧化硅抛 光和悬浮二氧化硅抛光两种方式。 课程难点：硅单晶切割的方法与原理；硅单晶切割的要求和注 意事项。硅单晶片研磨的方法和原理；硅单晶片单面研磨方式 和双面研磨方式的区别；注意磨料质量和磨盘压力是如何影响 研磨质量的。硅单晶片的三种抛光方法各自的抛光原理与抛光 工艺；三种抛光方法各自的应用特点和应用范围。 基本概念： 1 晶片的平行度-指某晶片的厚度不均匀 的状况。 2 晶片的厚度公差-晶片与晶片之间厚度的差别。 3 晶片的单面研磨 -晶片的单面研磨指将晶片用石蜡粘在压块 上，在磨盘上加压对空面进行研磨的方法。 4 晶片的双面研磨 –指将晶片置于行星托片中，在上、下磨盘 中加压进行双面研磨的方法。 5 机械抛光-采用极细的磨料、在盖有细密抛光布的抛光盘上 对衬底表面进行细磨的工艺过程。 6 化学抛光-利用化学腐蚀的方法对衬底表面进行去损伤层处理 的过程。 7 化学机械抛光-采用机械抛光设备、加入化学抛光剂对衬底表 面损伤层进行处理的过程。 基本要求：熟知半导体集成电路制造对衬底片的要求，了解衬 底制备工艺是如何一步步达到以上要求的。清楚知道晶片切割 工艺的方法与原理，了解晶片切割工艺过程，知道晶片切割的 工艺要求和注意事项。清楚知道晶片研磨的工艺方法和工艺原 理，熟悉两种研磨方法，知道研磨工艺达到的目的和要求，能 分析影响研磨质量的各种因素。清楚知道晶片抛光的各种工艺 方法和工艺原理，能根据不同的待抛光衬底的实际状况选择合 适的抛光方式，合适的抛光方法。 第一章衬底材料及衬底制备作业 思考题 3 题+习题 3 题

第二章： 外延工艺原理

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§2.1 外延技术概述 1.5 学时 课程内容： 1 外延分类 1.1 由外延材料的名称不同分类 1.2 由外延层材料与衬底材料相同否分类 1.2.1 同质外延 1.2.2 异质外延 1.3 由器件作在外延层上还是衬底上分类 1.3.1 正外延 1.3.2 负外延（反外延） 1.4 由外延生长状态分类 1.4.1 液相外延 1.4.2 气相外延 1.4.3 分子束外延 1.5 由外延生长机构分类 1.5.1 直接外延 1.5.2 间接外延 2 外延技术简介 2.1 定义 2.1.1 外延技术 2.1.2 外延层 2.2 外延新技术 2.2.1 低温外延 2.2.2 变温外延 2.2.3 分步外延 2.2.4 分子束外延 3 集成电路制造中常见的外延工艺 3.1 硅外延工艺 3.1.1 典型外延装置 3.1.2 硅外延可进行的化学反应 3.2 砷化镓外延工艺 3.2.1 气相外延工艺 3.2.2 液相外延工艺 课程重点：本节介绍了什么是外延？外延技术解决了哪些器件 制造中的难题。介绍了外延技术的分类，由外延材料的不同可 分为硅外延、砷化镓外延等等；由外延层与衬底材料相同否可

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分为同质外延和异质外延；由在外延层上还是在衬底上制造器 件可分为正外延和负外延（反外延）；由外延的生长环境状态 可分为 液相外延、气相外延和分子束外延；由外延过程中的 生长机构可分为直接外延和间接外延。对外延技术做了简单的 介绍，给出了外延技术和外延层的定义；介绍了低温外延、变 温外延、分步外延和分子束外延几种较新的外延技术。对在集 成电路制造中常见的外延工艺做了概述。对硅外延工艺，介绍 了其典型外延装置，包括了卧式外延反应器装置、立式外延反 应器装置和桶式外延反应器装置；以氢气还原四氯化硅的典型 卧式外延反应器装置为例进行了设备介绍，该设备包含了气体 控制装置（气体纯化装置、硅化物源〈纯硅化物源和含杂硅化 物源〉、控制管道及装置等）、高（射）频加热装置（高 〈射〉频感应信号炉 、可通冷却水的铜感应线圈、靠产生涡 流加热的石墨基座）、测温装置及石英管构成的反应器；对硅 外延可进行的化学反应进行了讨论，包括氢气还原法中的四氯 化硅氢气还原法、三氯氢硅氢气还原法 以及热分解法中的二 氯氢硅热分解法、硅烷热分解法。对砷化镓外延工艺，主要介 绍了三类外延方法中常见的气相外延工艺和液相外延工艺，在 气相外延工艺中，讨论了卤化物外延工艺和氢化物外延工艺； 在液相外延工艺中，介绍了液相外延应注意的几个问题、介绍 了液相外延生长系统（水平生长系统和垂直生长系统），由于 水平生长系统较为常用，所以重点介绍了各种水平液相生长系 统。 课程难点：外延的定义、外延技术的定义、外延层的定义。在 外延分类中，按外延材料不同分类时所包含的种类及其定义； 按器件制作的层次不同分类时所包含的种类及其定义；按外延 外延层与衬底材料相同或不同分类时所包含的种类及其定义； 按外延生长环境状态不同分类时所包含的种类及其定义；按外 延生长机构不同分类时所包含的种类及其定义。外延技术解决 了半导体集成电路制造中哪些难题？是如何解决的。对于半导 体集成电路制造中常见的外延技术，关于硅外延技术的典型生 长装置、装置中的主要组成部分、外延中区别两类方式（氢气 还原方式、热分解方式）可进行的化学反应；关于砷化镓外延 技术的两种外延类型、气相外延工艺中的两种外延方法（卤化 物外延工艺、氢化物外延工艺）各自的工艺过程和化学反应状 况、液相外延工艺中应注意的问题和几种实际外延系统的外延 原理。

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基本概念： 1 外延-在一定条件下，通过一定方法获得所需原子，并使这些 原子有规则地排列在衬底上；在排列时控制有关工艺条件，使 排列的结果形成具有一定导电类型、一定电阻率、一定厚度。 晶格完美的新单晶层的过程。 2 硅外延-生长硅外延层的外延生长过程。 3 砷化镓外延-生长砷化镓外延层的外延生长过程。 4 同质外延-生长的外延层材料与衬底材料结构相同的外延生长 过程。 5 异质外延-生长的外延层材料与衬底材料结构不同的外延生长 过程。 6 正外延-在（外延/衬底）结构上制造器件时器件制造在外延 层上的前期外延生长过程。 7 负外延（反外延）-在（外延/衬底）结构上制造器件时器件 制造在衬底上的前期外延生长过程。 8 液相外延-衬底片的待生长面浸入外延生长的液体环境中生长 外延层的外延生长过程。 9 气相外延-在含有外延生长所需原子的化合物的气相环境中， 通过一定方法获取外延生长所需原子，使其按规定要求排列而 生成外延层的外延生长过程。 10 分子束外延-在高真空中，外延生长所需原子（无中间化学 反应过程）由源直接转移到待生长表面上，按规定要求排列生 成外延层的外延生长过程。 11 直接外延-整个外延层生长中无中间化学反应过程的外延生 长过程。 12 间接外延-外延所需的原子由含其基元的化合物经化学反应 得到，然后淀积、加接形成外延层的外延生长过程。 13 外延层-由原始衬底表面起始，沿其结晶轴向（垂直于衬底 表面的方向）平行向外延伸所生成的新单晶层。 14 外延技术-生长外延层的技术。 基本要求：了解外延技术解决了半导体分离器件和集成电路制 造中存在的哪些难题？为什么说外延技术解决了器件参数对材 料要求的矛盾、是什么矛盾、如何解决的？为什么说外延技术 提供了集成电路隔离的一种方法、什么方法？为什么说外延技 术为发光器件、光学器件的异质结形成提供了途径？要求知道 外延技术是如何分类的、各种分类中的外延是如何定义的？要 求能大致了解较新的外延技术。要求清楚的知道在集成电路制

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造中常用的硅外延工艺的典型外延装置和外延过程中的所有可 能的化学反应；要求清楚的知道在集成电路制造中常用于砷化 镓外延工艺中的液相外延的注意事项及液相外延反应系统、气 相外延的两种外延工艺及其外延过程中的所有化学反应。 §2.2 四氯化硅氢气还原法外延原理 课程内容： §2.2.1 四氯化硅的氢气还原法外延生长过程 1 化学原理 1.1 四氯化硅的氢气还原机理 1.1.1 为吸热反应 1.1.2 伴有有害副反应 1.1.3 整个反应过程分两步进行 1.2 反应步骤分析 1.2.1 四氯化硅质量转移到生长层表面 1.2.2 四氯化硅在生长层表面被吸附 1.2.3 在生长层表面上四氯化硅与氢气反应 1.2.4 副产物的排除 1.2.5 硅原子在生长层表面的加接 2 {111}面硅外延生长的结晶学原理 2.1 晶核的形成 2.1.1 结晶学核化理论 2.1.2 共价键理论 2.2 结晶体的形成 2.2.1 晶核沿六个[110]向和六个[112]向扩展 2.2.2 （111）面上的结晶体是六棱形的 2.2.3 （111）面上的六棱形结晶体是非对称的 2.3 生长面的平坦扩展 §2.2.2 外延系统及外延生长速率 1 外延系统的形态 1.1 外延系统的流体形态 1.1.1 流体的连续性 1.1.2 流体的粘滞性 1.2 流体的两种流动形态 1.2.1 流体的紊流态 1.2.2 流体的层流态 4.5 学时

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1.3 流体形态判据及外延系统中的流体流形 1.3.1 平板雷诺数 1.3.2 流体流形判定 1.3.3 外延系统中的流体形态 2 外延系统中的附面层概念 2.1 速度附面层 2.1.1 实际外延系统近似 2.1.2 速度附面层定义 2.1.3 速度附面层的厚度表达式 2.2 质量附面层 2.2.1 质量附面层定义 2.2.2 质量附面的厚度表达式 3 外延生长速率 3.1 外延生长模型的建立 3.2 外延生长速率 3.2.1 外延生长速率的表达式 3.2.2 两种极限条件下的外延生长速率 4 影响外延生长速率的诸因素 4.1 与温度的关系 4.1.1 化学反应速率常数与温度的关系 4.1.2 气相质量转移系数与温度的关系 4.1.3 实际外延温度的选择 4.2 与反应剂浓度的关系 4.3 与气体流量的关系 4.4 与衬底片位置量的关系 5 改善外延生长前后不均匀的工艺措施 5.1 适当增大混合气体的流量 5.2 使基座相对气流倾斜一小角度 课程重点：本节以四氯化硅的氢气还原法外延生长作为重点， 讨论了在{111}面上进行硅外延的所有化学反应机理和结晶生长 原理。根据分析可知：整个外延过程实际上是外延生长的化学反 应过程与外延生长的结晶过程的连续地、不断地、重复进行的综 合过程。本节讨论了外延生长的化学反应原理。由化学反应方程 式分析可知：四氯化硅的氢气还原反应是一个吸热反应，只有当 外延生长温度大于一千度时，才有明显的化学反应速率，才不影 响外延生长的进行；四氯化硅的氢气还原反应伴有若干副反应， 这些副反应是指反应剂四氯化硅和反应副产物氯化氢对生长层

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（衬底）的腐蚀反应，副反应的存在和加强显然会影响和严重影 响外延生长速率，本节介绍了这些影响、并对保正外延向正方向 进行提出了调控措施；由对化学反应模式分析可知：外延生长的 化学反应过程是由两步完成的，其基于化学反应的分子碰撞理 论。本节对化学反应的反应步骤进行了分析，它包含了反应剂四 氯化硅由气相向生长层表面的质量转移、反应剂四氯化硅在生长 层表面被吸附、在生长层表面反应剂四氯化硅与还原剂氢气反 应、反应生成的副产物的排出和反应生成的高能、游离态硅原子 的淀积、加接等若干过程，而高能、游离态硅原子的如何淀积、 加接是外延生长的结晶学原理。本节介绍了外延生长的结晶学过 程和结晶学原理，其结晶学过程是由化学反应获得的高能、游离 态硅原子→淀积于衬底表面上→在表面上移动希望按衬底晶格加 接→首先形成若干分立的（具有原子〈双层原子面-不可分割〉 厚度的）晶核→随其它硅原子在晶核上加接、晶核扩大→形成若 干分立（非对称六棱形的）结晶体→随其它硅原子在结晶体上加 接、结晶体扩大→若干分立的结晶体连成一片→形成一层（具有 原子厚度的）新单晶层→再在新单晶层形成若干分立的（具有原 子厚度的）晶核→再晶核扩大→?→形成一定厚度的外延新单晶 层；基于上述外延生长的结晶学过程本节就为什么首先形成晶 核、形成的晶核为什么是分立的、形成晶核的理论、如何由晶核 形成结晶体、结晶体形成受到的结晶学上的限制、为什么在{111} 面上的结晶体是非对称六棱形的等等结晶学问题和原理进行了讨 论。本节还对 外延系统及外延生长速率进行了介绍和讨论。关 于外延生长系统，对典型的卧式外延生长反应器系统进行了形态 讨论，指出外延生长反应系统是一个流体系统、介绍了流体的两 个性质、给出了流体的两种流动形态、流体形态判据和判定、以 及对实际外延系统中的流体形态进行了讨论，在本部分讨论中涉 及了部分流体力学的内容。为了更好的讨论外延生长速率，本节 还给出了附面层的概念，由于流体的粘滞性而导致外延基座上方 的流体流速存在变速的区域，由此引入了速度附面层的概念，同 时给出了速度附面层的厚度表达式；由于速度附面层的存在，导 致外延基座上方的极小区域内存在反应剂浓度的变化，由此引入 了质量附面层的概念，同时给出了质量附面层的厚度表达式。在 外延生长速率的讨论中，建立了外延生长模型、由模型讨论得到 了外延生长速率的表达式、对外延生长速率的表达式进行了极限 分析；讨论了影响外延生长速率的温度因素、反应剂浓度因素、 混合气体流量因素、以及在外延生长系统中，衬底片位置量的变

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化外延生长速率的影响；为了改善外延生长前后不均匀的现象， 本节给出了两个工艺措施。 课程难点：首先要对外延生长过程有一个整体的概念。在{111} 面上进行四氯化硅的氢气还原外延生长的化学反应原理，其反应 过程、反应中的状态、反应中的步骤、化学反应的正反应和副反 应（包含逆反应）。四氯化硅的氢气还原外延生长的结晶学原 理，其外延生长的结晶过程、结晶学的成核理论（结晶学理论和 共价键理论）、晶核扩展理论、结晶体的形成、结晶体扩展理 论、以及外延层的厚度长成和平坦扩展理论。实际卧式外延反应 系统的分析，为流体系统、具有流体的两个特性、流体的两种流 动形态、流体流形的判据和判定、实际外延系统的流体流形。外 延生长系统中两个附面层的定义、表达式及对外延生长的指导意 义。外延模型的建立、理解和分析；外延模型对推导外延生长速 率的指导意义；应用外延生长速率简化表达式的极限条件分析； 影响外延生长速率的各种因素讨论及分析。 基本概念： 1 外延生长过程-外延化学反应过程与外延结晶过程的连续、不 断、重复进行的全过程。 2 歧化特性-指一种物质在同一个反应中既起氧化剂的作用又起 还原剂作用的性质。 3 歧化反应-符合歧化特性的化学反应。 4 表面吸附-指固体表面对气相物质的吸引、固定。 5 流体的粘滞性-当流体饶流固体表面时，由于分子（原子）间 的作用力（吸引力），使原来等速流进的流体在固体表面上方 出现非等速流进的的现象，称为粘滞现象；流体的这种性质称 为粘滞性。 6 流体的连续性-指流体是由无数连续运动的微团构成，在自然 界无间断点的性质。 7 流体的紊流态-指流体中连续运动的微团运动处于杂乱无章的 状态，也称湍流态。 8 流体的层流态-指流体中连续运动的微团运动有序，形成彼此 互不干扰的流线（流层）的状态。 9 速度附面层-由于流体的粘滞作用，而使外延平板基座上方流 体流速分布受到干扰的区域。由于该区域中的流体流速滞慢于 层外，也称为滞流层。 10 质量附面层-外延平板基座上方、速度附面层内，反应剂浓 度（质量）有较大变化的区域。

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11 反应剂的气相质量转移系数-单位时间内，由气相到达单位 面积表面的反应剂粒子数。 12 自掺杂效应——指在外延过程中，气氛对衬底表面的腐蚀而 使主气流中杂质浓度起变化，从而造成前、后硅片的掺杂浓度 不同的现象。 基本要求：熟知外延生长过程的定义，知道外延生长过程是由 外延化学反应过程与外延结晶过程的连续、不断、重复进行构 成的。知道在{111}面上进行四氯化硅的氢气还原外延生长的 化学反应原理，其反应过程、反应中的状态、反应中的步骤、 化学反应的正反应和副反应（包含逆反应）；知道化学反应的 副反应（包含逆反应）对外延生长的不利影响，以及是如何影 响的；清楚为什么该外延生长的化学反应不能一步进行，而两 步进行的可能性更大；清楚最可能的第二步反应是歧化反应， 歧化反应是如何定义的；清楚的知道外延生长的化学反应步 骤，知道每一步的具体内容；清楚副产物不能及时排出系统对 外延带来得弊端。知道四氯化硅的氢气还原外延生长的结晶学 原理，了解其外延生长的结晶过程，是如何由化学反应得到的 高能、游离态硅原子通过加接而形成一层外延层完美表面的， 而一定厚度的外延层是如何获得的；知道结晶学的成核理论， 从结晶学理论是如何根据原子团半径来决定成核条件的、从共 价键理论又是如何表明单原子直接加接和双原子同时加接不能 形成稳定晶核的，而形成稳定晶核至少需要三个或三个以上的 原子同时加接；清楚晶核扩展理论，知道为什么在晶核上单原 子直接加接和双原子同时加接均能形成稳定的加接，而使晶核 得到扩展；知道结晶体的形成、结晶体扩展理论，清楚为什么 由于原子在晶核上加接、沿六个[110]向和六个[112]向扩展的 结果是形成六棱结晶体，而且该六棱结晶体还是非对称的；知 道外延层的平坦扩展理论和厚度长成理论，即知道为什么不会 在没长平的外延层表面上形成新的晶核，知道外延生长结晶过 程重复不断进行即可获得所要求厚度的外延层。知道外延生长 的动力学原理，即由此进行外延系统分析和外延模型的建立、 分析，从而得到外延生长速率表达式。关于外延系统分析，知 道为什么实际外延生长系统是一个流体系统，流体具有的粘滞 性和连续性的具体含义及对外延过程的指导意义；知道流体可 能存在的两种流动形态，清楚哪一种流动形态是外延工艺所希 望的，而实际外延系统中的流动形态是怎样的；关于外延系统 中的附面层概念，知道为什么要引入速度附面层概念，速度附

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面层是如何定义的，速度附面层的厚度表达式；知道为什么要 引入质量附面层概念，质量附面层是如何定义的，为什么说是 质量附面层是由于速度附面层的存在而出现的，质量附面层的 厚度表达式，为什么说是质量附面层厚度是速度附面层厚度的 函数。关于外延模型的建立、分析和外延生长速率，能够根据 实际外延生长系统建立可用的外延生长模型，其中有可分析的 外延层次关系，能够通过分析讨论得到外延生长速率表达式； 清楚在什么极限条件下可采用不同的简化外延生长速率表达 式；知道影响外延生长速率的各种工艺因素，以及它们是如何 对外延生长速率造成影响的；对外延生长的前后不均匀性，能 够采取适当工艺措施克服之。 §2.3 外延辅助工艺 1 学时 课程内容： 1 氯化氢抛光工艺 1.1 抛光目的 1.2 氯化氢抛光工艺 1.2.1 氯化氢抛光方法 1.2.2 氯化氢抛光步骤 1.3 腐蚀反应和腐蚀速率 1.3.1 腐蚀反应 1.3.2 有关腐蚀速率 1.4 讨论 1.4.1 腐蚀速率与氯化氢气体分压有关 1.4.2 腐蚀速率与温度关系不明显 1.4.3 在一定温度下，应用氯化氢气体分压有最大值限制 1.4.4 有关其它抛光工艺 2 外延掺杂工艺 2.1 掺杂工艺原理 2.1.1 外延掺杂是与外延同时进行的 2.1.2 掺杂动力学原理 2.2 外延层中的掺杂浓度 2.3 掺杂方法 2.3.1 液相掺杂 2.3.2 气相掺杂 课程重点：本节介绍了外延辅助工艺，包括外延生长前的对衬 底表面常用的氯化氢抛光工艺和为了保证外延层所要求的电性

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能而进行的外延掺杂工艺。关于氯化氢抛光工艺，主要介绍了 对衬底表面进行抛光处理的必要性以及抛光达到的目的；重点 讨论了工艺，其中涉及了氯化氢抛光的方法和氯化氢抛光的工 艺步骤；对氯化氢抛光的腐蚀反应和腐蚀速率进行了较详细的 分析；最后，对氯化氢抛光的腐蚀速率与各种因素的关系进行 了讨论；还强调指出氯化氢抛光工艺是一种气相化学抛光，除 了氯化氢气氛外，其它如溴化氢、碘化氢、三氯乙烯、六氟化 硫及溴气等也可以作为抛光气氛-这就形成了其它抛光工艺。 关于外延掺杂工艺，首先介绍了半导体集成电路制造对外延层 的电性要求；介绍了外延掺杂原理；重点讨论了外延层中的掺 杂浓度，讨论中，首先建立了掺杂模型，根据对模型的分析， 得到了与反应剂气体分压和掺杂剂气体分压有关的掺杂浓度表 达式；介绍了液相掺杂和气相掺杂两种掺杂方法，并指出了它 们各自的控制掺杂手段。 课程难点：氯化氢抛光工艺中，通过抛光是如何可以达到高洁 净的、无损伤的、新鲜的待生长表面的；氯化氢抛光步骤中各 步的工艺控制条件；化学气相抛光的温度控制特点；抛光腐蚀 速率表达式用外延生长速率表达式表达时，式中各因子的含义 发生了什么变化；腐蚀速率在低蚀率和高蚀率时的极限分析及 在中等蚀率时的表达式分析；实际工艺中，氯化氢气体分压的 选择。在外延掺杂工艺中，注意 其掺杂原理与一般的合金掺杂 和扩散掺杂有不同处，杂质是在外延过程中加入到外延层晶格 点阵上的；由于掺杂与外延同时进行，则掺杂动力学原理与外 延动力学原理极其相似，只不过杂质在加入到外延层晶格点阵 上后，有一个离化的事实；外延掺杂模型的建立和分析，注意 单位时间内，由于掺杂而导致的掺杂剂粒子流密度的消耗既与 外延层中的掺杂浓度有关、又与外延生长速率有关；有关液相 掺杂和气相掺杂两种掺杂方法的对比、各自对掺杂浓度工艺控 制等。 基本要求：了解由抛光工艺和外延掺杂工艺构成的外延辅助工 艺。对氯化氢抛光工艺，要求清楚的知道采用抛光工艺的目 的；氯化氢抛光工艺的工艺方法，掌握氯化氢抛光的工艺步 骤，知道氯化氢抛光工艺与外延工艺是在一个反应系统中、并 且氯化氢抛光工艺与外延生长工艺可连续不间断进行；了解氯 化氢抛光是化学气相抛光，掌握其腐蚀反应控制条件；应知道 氯化氢抛光工艺中的化学反应实际上是外延生长反应的逆反 应，因此，抛光腐蚀速率表达式可用外延生长速率表达式描

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述，但应清楚同一个式子表达的意思是完全不同的；了解在低 蚀率和高蚀率时的极限条件下，抛光腐蚀速率与氯化氢气体分 压的不同关系；应掌握实际氯化氢抛光工艺的氯化氢气体分压 的选择。对于外延掺杂工艺，应知道半导体集成电路制造对外 延层的电性要求，即具有准确的导电类型、具有精确的电阻 率；知道如何选择外延掺杂的掺杂剂；清楚外延掺杂原理，从 动力学原理能分析掺杂与外延的相同处和不同处；能建立起外 延掺杂模型，并对该模型进行正确的分析讨论，从而得到外延 掺杂浓度表达式；能清楚的知道液相掺杂和气相掺杂两种掺杂 方法各自的特点，当使用它们掺杂时，各自对掺杂浓度的工艺 控制。 §2.4 外延层质量参数及检测简介 0.5 学时 课程内容： 1 外延层质量参数 1.1 外延层电阻率ρ epi 1.2 外延层的杂质浓度分布 1.3 外延层厚度 1.4 少数载流子寿命 1.5 外延层中的缺陷 1.5.1 表面缺陷 1.5.2 体内缺陷 2 外延层质量参数的检验 2.1 ρ epi 的检验 2.1.1 三探针法测ρ epi-对（外延层/衬底）导电类型相同者 2.1.2 四探针法测ρ epi-对（外延层/衬底）导电类型相异者 2.2 用电容-电压法测外延层中的杂质浓度分布 2.3 外延层厚度检验 2.3.1 可用的方法 2.3.2 用层错法测量外延层厚度 2.4 外延层中的缺陷检验 2.4.1 采用显微观测法检验表面缺陷 2.4.2 采用先化学腐蚀、后显微观测法检验体内缺陷 课程重点：本节简单介绍了外延层质量参数及外延层质量参数 的检验。关于外延层质量参数介绍了外延层电阻率、外延层中 的杂质浓度分布、外延层厚度、外延层中的少数载流子寿命、

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外延层中的缺陷五类；关于外延层质量参数的检验，给出了除 少数载流子寿命检验之外的四类、八种检测方法。 课程难点：注意外延层电阻率ρ epi 以及与外延层中掺入杂质总 量的关系，在何条件下可认为与杂质浓度有关；注意外延层中 的杂质浓度分布，以及理想时其分布应为常量分布，而实际上 在两个界面附近应为变化分布的特点；注意外延层厚度，以及 厚度的选择决定于制造不同晶体管和集成电路外延层厚度的要 求；注意外延层中少数载流子寿命，以及它与外延层中非需要 杂质含量的关系；注意外延层中的缺陷、以及缺陷的类型，特 别是体内缺陷（结构缺陷）位错和层错的特点。关于各类质量 参数的测量方法，以及它们的专一性和对应性。 基本要求：要求熟知外延层的质量参数，包括外延层电阻率 ρ epi，以及与外延层中掺入杂质总量的关系，在认为外延层中掺 杂浓度恒定条件下，可认为与掺入杂质浓度有关；要求了解外 延层中的杂质浓度分布，知道一般把界面看作是理想界面时， 认为外延层中的杂质浓度分布为恒定值，而实际上在界面附近 由于存在杂质的流入或流出，使界面附近的杂质浓度分布不为 恒定值；要求知道在选择外延层厚度时，如何考虑不同的晶体 管制造和不同的集成电路制造对这一参数的要求；了解外延层 中少数载流子寿命，以及它与外延层中非需要杂质含量的关 系；熟知外延层中的缺陷类型，知道外延层表面缺陷的种类、 知道外延层体内缺陷的种类，知道外延层体内缺陷位错和层错 各自的生长或生成环境。要求熟知外延层的质量参数的检测， 要求会使用适当的方法去检验各种外延层的质量参数。 §2.5 有关外延层层错 课程内容： 1 外延层层错 1.1 外延层层错的形成模式 1.2 外延层层错的结构 1.3 外延层层错的腐蚀形貌 1.3.1 外延层层错是面缺陷 1.3.2 腐蚀时在缺陷处体现优先腐蚀 1.4 几点说明 1.4.1 层错的腐蚀形貌并非一定是完整图形 1.4.2 层错的腐蚀形貌图形可能大小不一 1.4.3 不同器件制造对层错密度的要求 0.5 学时

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2 外延层层错产生的原因及对器件性能的影响 2.1 外延层层错产生原因 2.1.1 衬底的表面质量 2.1.2 外延用的气体纯度 2.1.3 外延工艺条件控制 2.1.4 外延系统的清洁度 2.2 外延层层错对器件制造及参数的影响 2.2.1 杂质沿层错有增强扩散的作用 2.2.2 层错处易吸附杂质 2.2.3 外延层层错影响器件制造的稳定性和工艺质量的稳 定性 课程重点：本节介绍了〈111〉向硅外延过程中形成的外延层 层错，指出其形成模式为硅原子按层排列的次序发生错乱而导 致的缺陷；对所讨论的外延层层错的结构，指出是以{111}面 围成的四面体结构；由于外延层层错是面缺陷，其晶格键的失 配仅发生在所围成的三个面上（四面体内是完美结构、四面体 外也是完美结构），而化学腐蚀时在缺陷处导致优先腐蚀，则 对所讨论的外延层层错的表面腐蚀形貌为三条槽沟围城的正三 角形；对外延层层错的表面腐蚀形貌作了两点说明，其一是由 于外延生长时生长速率可能不均匀，而导致某些层错面被淹 没，则腐蚀后的外延层层错的表面图形形貌可能有不完整的， 其二是外延层层错不一定都起始于衬底表面，则腐蚀后的外延 层层错的表面图形可能大小不一，但起始于衬底表面的外延层 层错的表面图形最大（如上一节介绍，利用该图形进行外延层 厚度的测量）；给出了分离器件制造和集成电路制造对层错密 度的要求。本节介绍了外延层层错产生的原因及外延层层错的 存在对器件性能的影响，指出凡是能产生一个错排原子的因素 都是外延层层错产生的原因，诸如衬底表面的质量不合格、外 延用的气体纯度不合格、外延时工艺条件控制出现失当以及外 延系统的清洁度达不到器件生产要求等，都将导致外延层的层 错产生；对于外延层层错的存在对器件性能的影响，指出由于 杂质沿层错有增强扩散的作用，对外延层层错穿过结的情况， 将导致结的伏安特性曲线变软、导致浅结器件的集电区与发射 区的穿通，指出由于层错处易吸附杂质的作用而导致电阻率的 局部降落，还指出由于外延层层错存在的随机性，将导致影响 器件制造的稳定性和工艺质量的稳定性。

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课程难点：〈111〉向硅外延过程中形成的外延层层错，其形 成模式与硅原子按层排列的次序发生错乱的关系；所讨论的外 延层层错的结构与以{111}面围成的四面体结构有如何的对应 关系；外延层层错的表面形貌与化学腐蚀时在外延层层错面的 缺陷处导致优先腐蚀的对应关系；为什么外延生长时的生长速 率的不均匀，可导致某些层错面被淹没，而使外延层层错的表 面图形形貌出现不完整的图形形貌，这些不完整的外延层层错 的图形形貌也是层错；为什么外延层层错不一定都起始于衬底 表面可导致腐蚀后的外延层层错的表面图形出现大小不一的状 况，如何理解起始于衬底表面的外延层层错的表面图形最大这 一事实；为什么分离器件制造和集成电路制造对层错密度的要 求不同。关于外延层层错产生的原因及外延层层错的存在对器 件性能的影响。指为什么凡是能产生一个错排原子的因素都是 外延层层错产生的原因，在器件生产工艺中都有哪些因素；外 延层层错的存在如何对器件性能造成影响，器件性能与杂质沿 层错有增强扩散的作用以及层错处易吸附杂质的作用有什么关 系；为什么说由于外延层层错存在将影响器件制造的稳定性和 工艺质量的稳定性。 基本要求：要求了解〈111〉向硅外延过程中形成的外延层层 错，清楚其形成模式为硅原子按层排列的次序发生错乱时而导 致的缺陷；对所讨论的外延层层错的结构，清楚的知道是以 {111}面围成的四面体结构；了解外延层层错是面缺陷，其晶 格键的失配仅发生在所围成的三个面上（四面体内是完美结 构、四面体外也是完美结构），而化学腐蚀时在缺陷处导致优 先腐蚀，则知道对所讨论的外延层层错的表面形貌为三条槽沟 围城的正三角形；了解对外延层层错的表面腐蚀形貌作的两点 说明，知道由于外延生长时生长速率可能不均匀，而导致某些 层错面被淹没，则腐蚀后的外延层层错的表面图形形貌可能有 不完整的，还知道外延层层错不一定都起始于衬底表面，则腐 蚀后的外延层层错的表面图形可能大小不一，但起始于衬底表 面的外延层层错的表面图形最大，会利用该图形进行外延层厚 度的测定；清楚的知道分离器件制造和集成电路制造对层错密 度的要求有什么不同，而为什么集成电路制造对层错密度的要 求更高。清楚外延层层错产生的原因及外延层层错的存在对器 件性能的影响。知道凡是能产生一个错排原子的因素都是外延 层层错产生的原因，能够列举导致外延层层错产生的所有因 素，比如衬底表面的质量不合格、外延用的气体纯度不合格、

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外延时工艺条件控制出现失当以及外延系统的清洁度达不到器 件生产要求等引起的外延层的层错产生；知道外延层层错的存 在对器件性能的影响，了解外延层层错在工艺制造中可能产生 影响原因，诸如杂质沿层错有增强扩散的作用，这对外延层层 错穿过结的情况，将导致结的伏安特性曲线变软、导致浅结器 件的集电区与发射区的穿通；了解由于层错处易吸附杂质的作 用而导致电阻率的局部降落的原因；还必须知道由于外延层层 错存在的随机性，将导致影响器件制造的稳定性和工艺质量的 稳定性的事实与原因。 第二章 外延工艺原理作业： 思考题 5 个，习题 5 个

第三章： 氧化工艺

（7 学时）

§3.1 二氧化硅膜的结构及其性质 3 学时 课程内容： §3.1.1 二氧化硅膜的结构 1 二氧化硅膜的基本结构单元 2 基本结构单元的连接形式 3 二氧化硅的结构形式分类 3.1 结晶形二氧化硅 3.2 无定形二氧化硅 §3.1.2 无定形二氧化硅的结构及特征 1 无定形二氧化硅的结构 1.1 结构松散、存在不均匀不规则的结构空隙 1.2 无定形二氧化硅中存在大量非桥联氧原子 2 无定形二氧化硅的特征 2.1 无定形二氧化硅的密度小 2.2 无定形二氧化硅无固定熔点 2.3 无定形二氧化硅的网络结合强度弱 2.4 无定形二氧化硅中极易引入杂质 2.4.1 本征无定形二氧化硅 2.4.2 非本征无定形二氧化硅 3 杂质在二氧化硅中的作用 3.1 两类杂质的定义

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3.1.1 网络形成剂 3.1.2 网络改变剂 3.2 网络改变剂在二氧化硅中的作用 3.2.1 使非桥联氧原子数目增加 3.2.2 影响器件电性能的可靠性及稳定性 3.3 网络形成剂在二氧化硅中的作用 3.3.1 网络形成剂硼在二氧化硅中的作用 3.3.2 网络形成剂磷在二氧化硅中的作用 §3.1.3 二氧化硅膜的性质 1 二氧化硅膜的物理性质 1.1 为无色透明的固体 1.2 热膨胀系数小 1.3 软化温度为 1500 度 1.4 电阻率随制备方法不同而异 1.5 介电强度大 1.6 折射率为 1.46 1.7 密度为(2.0-2.3)g/立方厘米 1.8 杂质扩散系数随杂质不同而不同、随温度变化而 变化 2 杂质在二氧化硅中的扩散 2.1 在杂质进入的区域形成玻璃相 2.2 混合玻璃相的作用 3 二氧化硅膜的化学性质 3.1 化学稳定性好 3.2 氢氟酸对二氧化硅有腐蚀反应 3.3 二氧化硅有不良反应 4 二氧化硅-硅界面特性 4.1 二氧化硅生成时对界面杂质再分布的影响 4.1.1 杂质在界面的分凝效应 4.1.2 分凝效应的描述 4.1.3 分凝效应在工艺中的应用 4.2 二氧化硅生成后对 p 型硅表面的反型效应 4.2.1 实际器件中出现的反型结构 4.2.2 器件结构中出现 p 型硅表面的反型的条件 4.2.3 器件表面的反型对器件性能的影响 4.2.4 控制反型沟道形成的措施

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课程重点：本节前强调了氧化过程是制备二氧化硅膜的过程； 氧化工艺是制备二氧化硅膜的工艺；从工艺看，有热生长氧化工 艺、低温淀积氧化工艺以及其它氧化工艺；不同的氧化工艺方法 所制备的二氧化硅膜的质量不同，而二氧化硅膜的质量将影响其 掩蔽扩散的能力、将影响器件的可靠性和稳定性、将影响器件的 电性能、将对器件的制造工艺有影响。为清楚二氧化硅膜的质 量，本节介绍了二氧化硅膜的结构及二氧化硅膜的物理性质、二 氧化硅膜的化学性质、二氧化硅膜掩蔽杂质扩散的性质、 二氧 化硅-硅界面的性质。关于二氧化硅膜的结构，主要介绍了二氧 化硅膜的基本结构单元；由二氧化硅膜的基本结构单元间连接构 成的二氧化硅网络，其中由于基本单元连接的不同，二氧化硅网 络又分为结晶形二氧化硅和无定形二氧化硅。对用于半导体器件 制造中的无定形二氧化硅进行了分析和特性分析，其中，对于无 定形二氧化硅结构指出：该二氧化硅结构松散、存在不均匀不规 则的结构空隙、且存在大量非桥联氧原子；对于无定形二氧化硅 特性分析指出：无定形二氧化硅密度小、无定形二氧化硅无固定 熔点、无定形二氧化硅网络结合强度弱和在无定形二氧化硅中极 易引入杂质；由含杂和不含杂，把无定形二氧化硅又分为本征无 定形二氧化硅（不含杂的无定形二氧化硅）和非本征无定形二氧 化硅（含杂的无定形二氧化硅）两种。对于非本征无定形二氧化 硅，首先指明杂质是以杂质氧化物的形式进入二氧化硅中的，杂 质在二氧化硅中都是电离的，然后根据杂质在二氧化硅中位置的 不同定义了两类杂质并讨论了它们的作用。对于两类杂质的定义 指出：杂质离子在二氧化硅中能取代硅离子位置的称为网络形成 剂，杂质离子在二氧化硅中仅占据网络空隙的称为网络改变剂。 对于两类杂质在二氧化硅中的作用指出：网络改变剂多为金属离 子，它们在二氧化硅中的作用是使网络中非桥联氧原子数目增 加、网络强度变弱、金属离子的可动性使得器件的电性能不可靠 和不稳定；网络形成剂多为三、五族的掺杂杂质，它们在二氧化 硅中的作用恰恰相反，即三族杂质（硼）在二氧化硅中取代硅离 子位置后，使非桥联氧原子数目减少、网络强度变强、同时引入 了负电离中心，而五族杂质（磷）在二氧化硅中取代硅离子位置 后，使非桥联氧原子数目增加、网络强度变弱、同时引入了正电 离中心。本节还介绍了二氧化硅膜的性质。在物理性质介绍中给 出了二氧化硅膜的外部形态、热膨胀性质、软化温度、电阻率与 制备工艺的关系、介电强度状况、折射率、密度及杂质在二氧化 硅中的扩散系数等八条性质；在化学性质介绍中，讨论了二氧化

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硅膜化学稳定性质（不与绝大部分酸、碱起反应）、二氧化硅膜 的可加工性质（仅氢氟酸能很好的腐蚀二氧化硅）和二氧化硅膜 与金属电极的不良反应（在较高温度下）。为了清楚二氧化硅掩 蔽扩散的作用，讨论了杂质在二氧化硅中的行为，指出：在有杂 质氧化物进入的二氧化硅区域中形成混合玻璃相、由于混合玻璃 相与二氧化硅边界极其清晰-认为是混合玻璃相限制了杂质在二 氧化硅中的运动速度（有屏蔽杂质的能力）。结合实际工艺中的 问题讨论了二氧化硅-硅界面特性，其中包括杂质在二氧化硅-硅 界面的分凝效应和二氧化硅中的电荷引起的 p 型硅表面的反型效 应。关于杂质在二氧化硅-硅界面的分凝效应，首先给出了分凝 效应的定义，进而讨论了如何描述分凝效应，最后对分凝效应在 器件制造中的应用作了介绍；关于二氧化硅中的电荷引起的 p 型 硅表面的反型效应，首先指出在二氧化硅-硅界面的二氧化硅中 存在大量正电荷，这必然对 p 型硅表面具有削弱、耗尽和反型的 作用，然后讨论了实际器件中可能出现反型的结构（包括 npn 和 pnp 两种结构），进而给出了 p 型硅表面的反型条件（不满足条 件不反型），讨论了器件的 p 型硅表面反型对性能带来的影响， 提出了控制使 p 型硅表面不反型的几个工艺措施。 课程难点：二氧化硅膜的质量对哪些器件制造工艺及器件电性 能有影响，与二氧化硅膜制备工艺有什么关系。二氧化硅膜的质 量是如何与二氧化硅膜结构、二氧化硅膜性质密切相关的。从二 氧化硅膜结构看，二氧化硅基本单元的基本结构结构形式、基本 单元之间是如何连接的、连接组合状态的如何不同使二氧硅分为 结晶形二氧化硅和无定形二氧化硅。从器件制造中所用的无定形 二氧化硅膜结构看，其具有的特点；这些特点使无定形二氧化硅 具有了的某些特征，而这些特征如何使无定形二氧化硅分为本征 无定形二氧化硅和非本征无定形二氧化硅。非本征无定形二氧化 硅定义，杂质在二氧化硅中的作用、、网络改变剂的定义、网络 改变剂在二氧化硅中的作用、不同的网络形成剂在二氧化硅中的 不同作用。二氧化硅膜性质中，其物理性质包含的内容，与掩蔽 扩散有关的杂质在二氧化硅中扩散系数的性质；二氧化硅能掩蔽 杂质扩散的实质是什么，杂质进入的二氧化硅区域形成的混合玻 璃相、混合玻璃相的作用、能掩蔽某种杂质扩散的最小膜厚度的 求取公式；其化学性质包含的内容，二氧化硅的化学稳定性和工 艺可操作性如何对器件制造工艺有好处；其二氧化硅-硅界面的 界面效应，分凝效应的定义、分凝效应的描述、分凝效应的工艺 应用和二氧化硅中的电荷引起的 p 型硅表面的反型效应原因、理

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论分析、实际器件中出现的反型结构、能导致 p 型硅表面的反型 的条件、p 型硅表面的反型对器件性能造成的影响以及控制表面 反型沟道的各种工艺措施。 基本概念： 1 氧化-在衬底（硅片）表面制备一层二氧化硅膜的过程（热生 长、反应淀积、阳极氧化等等）。 2 氧化工艺-能够在衬底（硅片）表面制备一层二氧化硅膜的工 艺方法。 3 结晶形二氧化硅-由硅氧四面体基本单元整齐的、规则的、周 期性的、重复延伸排列而成的二氧化硅。 4 无定形二氧化硅-由硅氧四面体基本单元无序排列而成的二氧 化硅。 5 桥联氧原子-属于两个硅氧四面体（硅原子）所有的氧原子。 6 非桥联氧原子-仅属于一个硅氧四面体（硅原子）所有的氧原 子。 7 本征无定形二氧化硅-无杂质引入的无定形二氧化硅。 8 非本征无定形二氧化硅-有杂质引入的无定形二氧化硅。 9 网络形成剂-其杂质离子在二氧化硅网络中能取代硅离子的位 置而形成玻璃结构的杂质类。 10 网络改变剂-其杂质离子在二氧化硅网络中仅占据网络空隙 （孔洞）的杂质类。 11 硼硅玻璃-有掺杂剂三氧化二硼掺入的二氧化硅区域中的混 合玻璃结构。 12 磷硅玻璃-有掺杂剂五氧化二磷掺入的二氧化硅区域中的混 合玻璃结构。 13 分凝效应-由于杂质在硅和二氧化硅中的溶解度不同、扩散 系数不同等原因，而使得在二氧化硅的生长过程中影响了二氧 化硅-硅界面两侧杂质再分布的现象。 14 表面反型效应-由于衬底外表面的电性原因，造成的衬底表 面导电类型与原导电类型相反的现象。 基本要求：要求知道氧化和氧化工艺的定义，知道二氧化硅膜的 质量对器件制造工艺和器件性能有什么影响。要求清楚二氧化硅 膜的质量不同决定于二氧化硅的不同结构和性质，因此要求知 道，构成二氧化硅网络的基本单元结构、基本单元的连接形式、 由于基本单元的连接组合状态不同可构成的结晶形二氧化硅和无 定形二氧化硅、结晶形二氧化硅和无定形二氧化硅各自的定义； 要求知道器件制造中常用的、器件制造中制备的二氧化硅均为无

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定形二氧化硅；要求清楚无定形二氧化硅结构特点以及带入的基 本特征，知道由基本特征导致的本征无定形二氧化硅和非本征无 定形二氧化硅的定义及分类；清楚杂质在二氧化硅中的作用，知 道网络形成剂的定义、网络形成剂的构成、不同网络形成剂在二 氧化硅中的不同作用、及知道网络改变剂的定义、网络改变剂的 构成、网络改变剂在二氧化硅中的作用；知道器件制造中常用 的、器件制造中制备的二氧化硅均为非本征无定形二氧化硅。要 求清楚的知道非本征无定形二氧化硅膜的各种性质，了解二氧化 硅膜的八条物理性质、特别要注意其中与制备二氧化硅工艺有关 的几条性质（电阻率随制备方法不同而异、介电强度随制造工艺 不同而不同、杂质在二氧化硅中的扩散系数随杂质不同而不同且 随温度变化而变化）；了解二氧化硅膜的三条化学性质、特别了 解二氧化硅化学性能的稳定性与可工艺加工性的结合对器件制造 带来得好处、了解二氧化硅与铝电极的不良反应可能带来得问题 及发生不良反应的条件；要求清楚的知道二氧化硅对某些杂质能 起到掩蔽扩散作用的实质，清楚混合玻璃相结构的定义及其如何 使 二氧化硅对某些杂质能起到掩蔽扩散作用的；知道在二氧化 硅-硅界面存在的界面效应，清楚分凝效应的定义、分凝效应的 描述、分凝效应的工艺应用和二氧化硅中的电荷引起的 p 型硅表 面反型效应的原因、理论分析、实际器件中出现的反型结构、能 导致 p 型硅表面反型的条件、p 型硅表面的反型对器件性能造成 的影响以及控制表面反型沟道的各种工艺措施；知道硅表面的反 型效应的定义及为什么一般不能造成 n 型表面反型的原因。 §3.2 常见的氧化方法及原理 课程内容： 1 热生长氧化法 1.1 热生长氧化方法 1.1.1 干氧氧化法 1.1.2 水汽氧化法 1.1.3 湿氧氧化法 1.2 各种氧化方法的特点 1.2.1 干氧氧化法的特点 1.2.2 水汽氧化法的特点 1.2.3 湿氧氧化法的特点 1.3 热生长氧化机理 1.3.1 干氧氧化的氧化机理 2 学时

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1.3.2 水汽氧化的氧化机理 1.3.3 湿氧氧化的氧化机理 1.4 热生长氧化规律 2 热分解淀积法 2.1 热分解淀积氧化的基本方法 2.2 含氧硅化物热分解淀积法 2.3 硅烷热分解氧化解淀积法 2.4 低温热分解淀积法二氧化硅的生长规律 2.5 热分解淀积法的特点 2.5.1 优点 2.5.2 缺点及改进 课程重点: 本节介绍了各种氧化方法，重点介绍了常见的热生 长氧化（热氧化）法和热分解淀积氧化（低温淀积、低温氧化） 法。对热生长氧化，介绍了热生长氧化（干氧氧化、水汽氧化、 湿氧氧化）的各种工艺方法；介绍了各种热生长氧化（干氧氧 化、水汽氧化、湿氧氧化）的氧化速率特点和生成的二氧化硅膜 质量的特点；介绍了热生长氧化的氧化机理（不管何种热生长氧 化在整个热生长氧化过程中均存在初始氧化和加厚氧化两个过 程）；介绍了热生长氧化的氧化规律（在高温和长时间氧化条件 下，符合抛物线规律）。对热分解淀积氧化，介绍了热分解淀积 氧化的基本方法（含氧硅化物热分解淀积法和硅烷热分解氧化淀 积法）；介绍了含氧硅化物热分解淀积法的含氧硅化物源、介绍 了其中四乙烷氧基硅烷的热分解机理、四乙烷氧基硅烷的热分解 淀积的设备及使用条件、介绍了硅烷热分解氧化淀积法（分解、 氧化）生成二氧化硅的机理、介绍了硅烷热分解氧化淀积法的优 缺点、对低温热分解淀积法二氧化硅的生长规律进行了讨论并给 出了生长规律表达式、介绍了硅烷热分解氧化淀积法的优缺点。 课程难点：热生长氧化的各种工艺方法分类及特点。各种热生长 氧化工艺生成的二氧化硅膜的区别及对器件制造的指导意义，各 种热生长氧化工艺生成二氧化硅膜速度的区别及对器件制造的指 导意义。热生长氧化的氧化机理，干氧氧化在整个热生长氧化过 程中存在的初始氧化（氧化反应和过程），加厚氧化过程又分为 哪两步（氧气在二氧化硅中的扩散理论和在二氧化硅-硅界面的 反应理论）；水汽氧化在整个热生长氧化过程中存在的初始氧化 （氧化反应和过程），加厚氧化过程又分为哪两步（水汽在二氧 化硅中的扩散理论和在二氧化硅-硅界面的反应理论）。热生长 氧化的生成膜厚度与氧化时间符合抛物线关系规律的条件，该热

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生长规律与理论的对应。热分解淀积氧化的两种基本方法；含氧 硅化物热分解淀积二氧化硅的基本理论；硅烷热分解氧化淀积二 氧化硅的基本理论；热分解淀积氧化的生长规律及对应理论；分 解淀积氧化的优缺点、优点在器件制造中可得到的应用、对缺点 可采取的改善措施。 基本概念： 1 干氧氧化-氧化气氛为干燥、纯净的氧气的制备二氧化硅的热 生长氧化过程。 2 水汽氧化-氧化气氛为纯净水蒸汽的制备二氧化硅的热生长氧 化过程。 3 湿氧氧化-氧化气氛为既有纯净水蒸汽又有纯净氧气的制备二 氧化硅的热生长氧化过程。 4 热分解氧化-在分解温度下，利用化合物分解和重新组合生成 二氧化硅，然后使二氧化硅淀积在衬底表面上形成一定厚度 的二氧化硅层的方法。 基本要求：要求知道热生长氧化可分为哪几种工艺方法。各种工 艺的工艺特点是什么，有什么区别；各种工艺生成二氧化硅膜的 结构特点是什么，有什么区别；各种工艺生成二氧化硅膜时的速 度特点是什么，有什么区别。要求掌握各种热生长氧化的氧化机 理，其中了解干氧氧化的两步氧化机理与水汽氧化的两步氧化机 理有什么相同处和不同处。要求知道热生长氧化的生长规律，清 楚热生长氧化的生成膜厚度与氧化时间符合抛物线关系规律的条 件及原因。要求熟悉热分解淀积氧化的两种较典型的制备二氧化 硅膜的方法，知道它们的工艺机理，了解两种工艺方法的生长规 律，能够知道在什么条件下可采用热分解淀积氧化法制备二氧化 硅膜，能够采取适当措施对热分解淀积氧化法制备的二氧化硅膜 松散的缺点进行改善。 §3.3 热氧化工艺及生长原理讨论 课程内容： 1 热氧化工艺 1.1 实际热氧化工艺选择 1.1.1 对热氧化工艺的要求 1.1.2 实际热氧化工艺 1.2 典型工艺条件 1.3 典型工艺设备和工艺流程 1.3.1 典型工艺设备 3 学时

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1.3.2 典型工艺流程 2 热氧化的动力学分析 2.1 动力学模型的建立 2.1.1 氧化剂由气相输运到气相-二氧化硅界面 2.1.2 氧化剂进入二氧化硅中，穿透二氧化硅层到达二氧化 硅-硅界面 2.1.3 氧化剂在二氧化硅-硅界面上与硅反应生成新的二氧化 硅 2.2 各过程的物理分析及其表达式 2.2.1 对过程 1 的分析 2.2.2 对过程 2 的分析 2.2.3 对过程 3 的分析 2.3 氧化过程的平衡状态分析 2.3.1 各过程的联系 2.3.2 平衡状态分析 2.3.3 讨论 3 热氧化生长速率及二氧化硅厚度表达式 3.1 热氧化生长速率及一般生长规律表达式 3.1.1 热氧化生长速率 3.1.2 一般生长规律表达式 3.1.3 讨论 3.2 氧化层厚度表达式及讨论 3.2.1 氧化层厚度表达式 3.2.2 极限条件下氧化层厚度表达式简化及讨论 课程重点：本节介绍了热氧化工艺和热氧化生长二氧化硅的原 理。在热氧化工艺讨论中，实际热氧化工艺的选择是根据前述讨 论的各种热氧化方法的结构特点和工艺特点，对应矛盾的热氧化 工艺要求，即要求有较高的氧化速率（水汽或湿氧氧化速率高、 但生成的二氧化硅膜结构疏松且表面呈亲水性）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 合该要求，但其氧化速率最低），选择了干氧-湿氧-干氧的实际 热氧化工艺；介绍了典型热氧化工艺条件，热氧化自动满足高温 的条件，一般热氧化时间超过三十分钟；还介绍了典型工艺设备 和工艺流程。在热氧化生长二氧化硅的原理讨论中，首先建立了 热氧化模型，该模型是一个具有指导意义的一般模型，这是一个 处于氧化气氛中的表面上带有厚度为 Xo 二氧化硅膜的硅片，氧 化剂要与硅反应生成新二氧化硅则必须经历气相输运、扩散穿透

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原有二氧化硅层、与硅反应三个过程；通过各过程的分析、建立 关系式、过程平衡分析得到了与氧化速率有关的处于二氧化硅硅界面上的氧化剂浓度表达式，还对该式进行了极限分析；介绍 了热氧化生长速率的求取，介绍了一般生长规律表达式求取；由 一般生长规律表达式，通过数学运算求得氧化层厚度表达通式； 根据极限条件，进行了对氧化层厚度表达通式的简化。 课程难点：实际热氧化工艺要求的矛盾，实际热氧化工艺选择如 何解决该矛盾。热氧化动力学模型的二维分析，构成动力学模型 的三个过程，各个过程的物理分析，各个过程的数学分析，各个 过程的平衡态内在联系分析。热氧化生长速率表达式的求取；一 般生长规律表达式求取；在一般生长规律表达式中原硅片表面上 带有的厚度为 Xo 二氧化硅是如何转化为时间量的，这对实际干 氧-湿氧-干氧的氧化工艺有什么指导意义。氧化层厚度表达通式 的求取，氧化层厚度表达通式简化的极限条件及对实际热氧化工 艺的指导意义。 基本要求：要求了解热氧化工艺要求与实际热氧化工艺选择的关 系，知道实际干氧-湿氧-干氧的氧化工艺如何解决了热氧化工艺 要求的矛盾。要求了解典型热氧化工艺条件，清楚对热氧化指导 意义。了解热氧化的典型工艺设备和工艺流程，能知道基本工作 原理。要求熟悉热氧化动力学模型，能对动力学模型的三个过程 进行物理分析和数学分析，能进行三个过程的平衡态内在联系分 析。能清楚热氧化生长速率表达式和一般生长规律表达式是如何 求得的，式中各项的物理意义。能应用氧化层厚度表达通式求取 某热氧化生长中和热氧化生长后的氧化层厚度，能根据极限条件 分析选用简化式。 第三章：氧化工艺作业 思考题 3 题+习题 5 题 第四章： 掺杂工艺及原理 §4.1 掺杂工艺概述 课程内容： 1 掺杂方法 1.1 合金掺杂法 1.2 扩散掺杂法 1.2.1 气-固扩散掺杂法 1.2.1.1 液态源掺杂 1.2.1.2 气态源掺杂 （12 学时） 1 学时

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1.2.1.3 固态源掺杂 1.2.2 固-固扩散掺杂法 1.3 离子注入掺杂法 2 扩散技术 2.1 扩散工艺对器件参数的可控性 2.1.1 可控制器件各区导电类型及电阻率大小 2.1.2 可控制获得平坦的 pn 结结面 2.1.3 可任意控制 pn 结结深和基区宽度 2.1.4 可控制和改善外引电性区的接触特性 2.2 扩散工艺的特点 2.2.1 控制因素多 2.2.2 与氧化、光刻配合可容易的实现定域扩散 2.2.3 工艺重复性好 2.2.4 工艺均匀性好 2.2.5 可大批量连续生产 3 有关半导体砷化镓中的掺杂 3.1 砷化镓的扩散系统及要解决的问题 3.1.1 砷化镓的扩散系统 3.1.2 砷化镓的扩散要解决的问题 3.2 可行的扩散工艺 3.2.1 闭管扩散工艺 3.2.2 开管扩散工艺 3.3 砷化镓中定域扩散的掩蔽膜选取 3.3.1 二氧化硅膜及其问题 3.3.2 磷硅玻璃膜及其问题 3.3.3 氮化硅膜及其问题 课程重点：本节介绍了掺杂工艺的最基本、最普遍的内容。首先 介绍了掺杂方法，其中包括常用于锗器件生产的合金掺杂法；常 用于锗器件、硅器件、砷化镓器件生产的扩散掺杂法；常用于硅 器件器件生产的离子注入掺杂法。在扩散掺杂法中，介绍了气固扩散掺杂法和固-固扩散掺杂法；气-固扩散掺杂法中介绍了常 用的液态源扩散掺杂、气态源扩散掺杂、固态源扩散掺杂方法。 对扩散技术作了说明，指出：通过扩散工艺可控制器件电性区导 电类型和导电类型的改变，可控制器件电性区电阻率的大小；通 过扩散工艺可获得平坦的 pn 结结面，以得到良好的单结特性； 通过扩散工艺可任意控制 pn 结结深和基区宽度，可获得所要求 的（不同的）器件放大特性、器件频率特性、器件功率特性等器

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件双结特性；通过扩散工艺可控制和改善外引电性区的接触特 性，主要指 n 区金-半间实现欧姆接触。介绍了扩散工艺的特 点，通过扩散工艺五个特点的讨论，可深切体会到扩散工艺的确 是一种器件生产中重要的、不可或缺的、功能十分良好的工艺。 本节还对砷化镓半导体中的掺杂做了介绍，对于砷化镓半导体的 扩散系统认为可采用与硅半导体掺杂近似的系统，只不过为了防 止砷化镓的分解和砷的挥发要对系统采取一些措施；介绍了几种 可行的工艺，首先指出在砷化镓中进行 p 型掺杂的常用杂质是锌 杂质 、进行 n 型掺杂的常用杂质是硫杂质或锡杂质，而后对闭 管扩散工艺和开管扩散工艺中的 p 型掺杂和 n 型掺杂进行了讨 论；最后对砷化镓半导体的扩散系统中掩蔽扩散的掩蔽膜进行了 讨论。 课程难点：锗器件生产中的合金掺杂法的常见工艺及掺杂原理。 常用于锗器件、硅器件、砷化镓器件生产中的扩散掺杂法的分 类；有关气-固扩散掺杂法中的液态源扩散常见的硅器件生产中 的 p 型和 n 型杂质扩散、气态源扩散常见的硅器件生产中的 p 型 和 n 型杂质扩散、固态源扩散常见的硅器件生产中的 p 型和 n 型 杂质扩散；有关固-固扩散掺杂法中的各种扩散方法。关于离子 注入掺杂法的基本内容。有关扩散技术的讨论，通过扩散工艺实 施可达到的工艺目的；扩散工艺的工艺特点以及其对器件制造的 实际意义。关于在砷化镓半导体中掺杂的讨论，常用的掺杂杂 质；常用的闭管扩散工艺及其系统讨论；常用的开管扩散工艺及 其系统讨论；有关砷化镓半导体的扩散系统中掩蔽扩散的掩蔽膜 的讨论。 基本概念： 1 掺杂-将所需要的杂质按要求的浓度和分布掺入到半导体材料 中的规定区域，以达到改变材料导电类型或电学性质的过程。 2 合金掺杂-通过杂质材料与半导体材料合金的方法实现掺杂的 过程。 3 扩散掺杂-依赖杂质的浓度梯度形成扩散掺杂的过程。 4 离子注入掺杂-杂质通过离化、加速形成高能离子流，靠能量 打入半导体材料的规定区域、活化形成杂质分布的过程。 基本要求：要求了解何谓掺杂，何谓合金掺杂，何谓扩散掺杂和 何谓离子注入掺杂。要求了解扩散掺杂工艺中的气-固扩散掺杂 方法，知道什么是气-固扩散的液态源扩散 ；知道什么是气-固扩 散的气态源扩散；知道什么是气-固扩散的固态源扩散；了解什 么是固-固扩散掺杂工艺；要求了解离子注入掺杂的工艺方法和

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定义。要求知道扩散技术的工艺作用和工艺特点，知道通过扩散 工艺可达到的工艺目的和可改善的工艺参数；了解有哪些扩散技 术的工艺特点使得扩散工艺成为引起人们注重的、器件制造的重 点工艺。清楚在砷化镓半导体中的掺杂，知道其掺杂系统及必须 对系统采取措施的原因；了解其可行的闭管扩散工艺及其系统讨 论 ；了解其可行的开管扩散工艺及其系统讨论 ；清楚其在砷化 镓半导体中掺杂的常用的掺杂杂质；知道在砷化镓半导体的扩散 系统中掩蔽扩散的各种掩蔽膜的性质及如何选择掩蔽扩散的掩蔽 膜。 §4.2 扩散原理 1 学时 课程内容： 1 扩散的实质 2 扩散系数 D 及讨论 2.1 扩散系数 D 与温度有关 2.2 扩散系数 D 与扩散杂质种类及扩散机构有关 当 Ns>ni 时，扩散系数 D 与表面杂质浓度 Ns，与衬 底杂质浓度 NB 有关 2.4 扩散系数 D 与衬底晶格完美性有关 2.5 扩散系数 D 与衬底取向有关 3 杂质扩散机构 3.1 间隙式扩散 3.2 替位式扩散 3.3 两种扩散机构的比较 3.3.1 两种扩散机构均遵从菲克第一定律 3.3.2 两种扩散机构的扩散系数 D 内涵不同 3.3.3 两种扩散机构的扩散系数 D 比较 3.4 金杂质的扩散机构 3.4.1 晶格不完美，而金的杂质浓度较低 3.4.2 晶格完美，而金的杂质浓度趋于饱和 3.4.3 一般情况 课程重点：本节介绍了扩散的实质，认为从热力学中总结出了 扩散的描述，即由于杂质浓度不均匀而产生的杂质定向运动和 由于温度分布不均匀而产生的热传导均可认为属于扩散；介绍 了杂质在半导体中扩散的定义；对菲克第一定律表达的的扩散 方程，说明是应用了热传导方程作为研究杂质在固体中扩散的 基础而推出的。本节介绍了扩散系数 D 的意义及表达式，讨 2.3

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论了表达式中各项的含义；说明了扩散系数 D 与温度存在的 关系、说明了扩散系数 D 与扩散杂质种类及扩散机构存在的 关系、说明了在特定条件下扩散系数 D 与表面杂质浓度 Ns 及 与衬底杂质浓度 NB 存在的关系、说明了扩散系数 D 与衬底晶 格完美性存在的关系、还说明了扩散系数 D 与衬底取向存在 的关系。本节介绍了杂质扩散的扩散机构，指明什么是间隙式 扩散，间隙式扩散的特点、间隙式扩散的杂质、进行了间隙式 扩散的扩散流表达式与菲克第一定律表达式的对比；指明什么 是替位式扩散，替位式扩散的特点、替位式扩散的杂质、进行 了替位式扩散的扩散流表达式与菲克第一定律表达式的对 比 ；进行了两种扩散机构的比较，进行了两种扩散机构的扩 散系数 D 的比较 ，清晰的比较结果判定了何种类型杂质为快 扩散杂质、何种类型杂质为慢扩散杂质。本节介绍了金杂质的 扩散机构，指出金杂质的扩散机构中既有间隙式扩散又有替位 式扩散；两种扩散机构的比重分配，既取决于衬底晶格的完美 程度又取决于金杂质在扩散系统中的浓度；说明了为什么一般 认为金杂质是快扩散杂质的原因。 课程难点：杂质由于浓度不均匀而在半导体中的扩散与温度不均 匀而引起的热传导之间的内在关系分析。菲克第一定律物理意义 及菲克第一定律物表达式的三维形式和一维形式。扩散系数 D 的物理意义及数学表达式；扩散系数 D 与各种因素的关系及其 分析。杂质在半导体中的两种扩散机构；间隙式扩散的定义，间 隙式扩散的特点、间隙式扩散的杂质、及如何进行间隙式扩散的 扩散流表达式与菲克第一定律表达式的对比；替位式扩散的定 义，替位式扩散的特点、替位式扩散的杂质、及如何进行替位式 扩散的扩散流表达式与菲克第一定律表达式的对比 ；两种扩散 机构相同点的比较，两种扩散机构的表达式相同而内涵不同的扩 散系数 D 的比较 分析。金杂质的扩散机构分析和讨论。 基本概念； 1 扩散-由于物体内部的杂质浓度或温度不均匀（物体中两相的 化学势不相等）而产生的一种使浓度或温度趋于均匀的定向 运动。 2 杂质在半导体中的扩散-由杂质浓度梯度引起的一种使杂质浓 度趋于均匀的杂质定向运动。 3 间隙式扩散-杂质进入晶体后，仅占据晶格间隙，在浓度梯度 作用下，从一个原子间隙到另一个相邻的原子间隙逐次跳跃前 进。每前进一个晶格间距，均必须克服一定的势垒能量。

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4 替位式扩散-杂质进入晶体后，占据晶格原子的原子空位（空 格点），在浓度梯度作用下，向邻近原子空位逐次跳跃前进。 每前进一步，均必须克服一定的势垒能量。 基本要求：要求知道扩散的实质是由热力学中总结出来的，由 于杂质浓度不均匀而产生的杂质定向运动和由于温度分布不均 匀而产生的热传导均可认为属于扩散；要求清楚杂质在半导体 中扩散的定义；要求了解菲克第一定律推出的扩散方程，是应 用了热传导方程作为研究杂质在固体中扩散的基础而推出的。 要求熟悉扩散系数 D 的意义及表达式，知道表达式中各项的 含义；要求知道扩散系数 D 与温度的关系、要求知道扩散系 数 D 与扩散杂质种类及扩散机构的关系、要求知道在特定条 件下扩散系数 D 与表面杂质浓度 Ns 及与衬底杂质浓度 NB 的关 系、要求知道扩散系数 D 与衬底晶格完美性的关系、要求知 道扩散系数 D 与衬底取向的关系。要求熟知杂质扩散的扩散 机构，知道什么是间隙式扩散，间隙式扩散的特点、间隙式扩 散的杂质、间隙式扩散的扩散流表达式与菲克第一定律的对 比；知道什么是替位式扩散，替位式扩散的特点、替位式扩散 的杂质、替位式扩散的扩散流表达式与菲克第一定律的对 比 ；要求清楚两种扩散机构的比较，要求清楚两种扩散机构 的扩散系数 D 的比较 ，要求能由比较结果判定何种类型为快 扩散杂质、何种类型为慢扩散杂质。应清楚金杂质的扩散机构 中既有间隙式扩散又有替位式扩散；两种扩散机构的比重分 配，既取决于衬底晶格的完美程度又取决于金杂质的在扩散系 统中的浓度；清楚一般认为金杂质是快扩散杂质的原因。 §4.3 扩散方程及扩散杂质分布 2 学时 课程内容： 1 扩散方程 1.1 平面器件扩散状态近似 1.2 扩散方程的建立 2 两步扩散工艺及其特点 2.1 两步扩散工艺 2.1.1 预淀积扩散 2.1.2 再分布扩散 2.2 两步扩散工艺各自的特点及相应的初始、边界条件 2.2.1 预淀积扩散的工艺特点及相应的初始、边界条件 2.2.2 再分布扩散的工艺特点及相应的初始、边界条件

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3 恒定表面源扩散的杂质分布 3.1 杂质分布表达式 3.2 余误差分布的讨论 3.2.1 扩入硅体内的杂质总量 3.2.2 杂质在硅中的固溶度 4 有限表面源扩散的杂质分布 4.1 杂质分布表达式 4.2 高斯分布的讨论 5 实际分布与理论分布的差异 5.1 工艺因素的影响 5.1.1 扩散温度波动的影响 5.1.2 扩散时间波动的影响 5.1.3 衬底质量的影响 5.2 理论近似与实际状态的差异 5.2.1 推导余误差分布时的近似 5.2.2 推导高斯分布时的近似 5.3 体内效应对扩散分布的影响 5.3.1 杂质分凝效应的影响 5.3.2 场助效应的影响 5.3.3 其它体内效应的影响 课程重点：本节介绍了扩散方程的求取，首先进行了平面器件一 维扩散状态的近似；通过对一块正在扩散中的半导体的分析，利 用原子守恒定率建立了扩散方程，给出了扩散方程的物理意义。 介绍了两步扩散工艺及两步扩散工艺各自的特点，两步扩散工艺 分为预淀积扩散 和再分布扩散 两个独立的扩散过程；由预淀积 扩散的工艺特点（始终处于饱和杂质气氛中、在较低的扩散温度 下），分析给出了预淀积扩散的初始条件和边界条件；由再分布 扩散的工艺特点（扩散中无外来杂质气氛、在氧化气氛中进行、 在较高的扩散温度下），分析给出了再分布扩散的初始条件和边 界条件。用预淀积扩散的初始条件和边界条件求解扩散方程，得 到了预淀积扩散 （由于整个扩散过程中，其表面杂质浓度不 变，则称为 恒定表面源扩散）的扩散杂质分布表达式；由于该 表达式遵从余误差关系-称为余误差分布；对余误差分布的几个 工艺参量进行了讨论。用再分布扩散的初始条件和边界条件求解 扩散方程，得到了再分布扩散 （由于整个扩散过程中，其表面 杂质浓度随时间变化，则称为 有限表面源扩散）的扩散杂质分 布表达式；由于该表达式遵从高斯函数-称为高斯分布；对高斯

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分布的几个工艺参量进行了讨论。本节对实际分布与理论分布的 差异从原因到影响进行了分析讨论，介绍了各种工艺因素（温度 波动、时间波动、衬底质量）对造成实际分布与理论分布差异 的影响；介绍了理论推导时认为合理的近似造成的实际分布与理 论分布的差异；还介绍了各种体内效应造成的实际分布与理论分 布的差异。 课程难点：扩散模型的建立、模型分析及扩散方程的求取；扩散 方程的文字描述，扩散方程的物理意义。两步扩散工艺的构成， 预淀积扩散的工艺目的，再分布扩散的工艺目的；预淀积扩散的 工艺特点、特点分析及其对应的初始条件和边界条件，再分布扩 散的工艺特点、特点分析及其对应的初始条件和边界条件。恒定 表面源扩散的定解方程及其扩散杂质分布表达式；关于对余误差 分布的几个工艺参量进行的讨论，预淀积扩散后扩入硅体内的杂 质总量的表达式 求取及分析、关于杂质在硅中固溶度的含义及 其对工艺应用的指导意义。有限表面源扩散的定解方程及其扩散 杂质分布表达式；关于对高斯分布工艺参量进行的讨论 ，再分 布扩散后的表面杂质浓度 表达式、该浓度既与预淀积扩散工艺 条件有关又与再分布扩散工艺条件有关的分析；要获得满足器件 制造要求的再分布扩散后表面杂质浓度，应采取的工艺参量和工 艺条件的选取措施。现实存在的实际分布与理论分布有差异的原 因分析，各种工艺因素（温度波动、时间波动、衬底质量）对造 成实际分布与理论分布差异 的影响及其分析；理论推导时认为 合理的近似对造成实际分布与理论分布差异的影响及其分析；各 种体内效应对造成实际分布与理论分布差异的影响及其分析，杂 质分凝效应是如何对再分布扩散后的杂质分布造成影响的、场助 效应在扩散过程中的体现及该效应对扩散系数的影响、存在的其 它体内效应及其可能对造成实际分布与理论分布出现差异的影响 场合。 基本概念： 1 两步扩散工艺-整个扩散过程分两步（两个过程）进行的工艺 或要求的扩散参数由两个扩散过程达到的扩散工艺。 2 杂质在硅中的固溶度-在一定温度下，某杂质能溶入固体硅中 的最大溶解度的值。 3 场助效应-当具有不同迁移率的正、负荷电粒子同时向某方向 定向运动时，由于运动速度的不同产生间隔电场（自建电 场），该电场有助于运动慢的荷电粒子加速运动的现象。

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基本要求：了解在推导扩散方程时进行的扩散方向的一维近 似，一维近似条件；能够建立扩散模型，进行扩散分析，建立 量的关系，得到扩散方程；清楚扩散方程的含义及其物理意 义；熟悉什么是两步扩散工艺，构成两步扩散工艺的预淀积扩 散的工艺目的、再分布扩散的工艺目的；知道对应所要求的工 艺目的，预淀积扩散应具备什么工艺条件、有什么工艺特点， 与这些工艺特点相对应可分析出哪些边界条件和初始条件；知 道对应所要求的工艺目的，再分布扩散应具备什么工艺条件、 有什么工艺特点，与这些工艺特点相对应可分析出哪些边界条 件和初始条件。知道根据预淀积扩散的边界条件和初始条件求 解扩散方程可得到的扩散杂质分布的表达式，清楚其分布形式 的特点，能够对相应的工艺参量进行讨论。知道使用再分布扩 散的边界条件和初始条件求解扩散方程可得到的扩散杂质分布 的表达式，清楚其分布形式的特点，能够对相应的工艺参量进 行讨论。知道造成实际分布与理论分布出现差异的各种因素 （工艺因素、理论近似因素、体内效应因素），知道各种因素 各自造成什么影响，清楚这些差异在何条件下是可以容许的而 在何条件下是不可以容许必须修正的。 §4.4 扩散方法 2 学时 课程内容： 1 液态源磷扩散 1.1 三氯氧磷的性质 1.2 扩散反应机理 1.2.1 分解反应 1.2.2 扩散反应 1.2.3 系统中加入氧气可促进源的分解反应 1.3 扩散工艺系统和典型工艺 1.3.1 扩散工艺系统 1.3.2 扩散典型工艺 1.4 磷扩散的工艺要求 1.4.1 系统密闭性好、通风好 1.4.2 保持源温恒定 1.4.3 系统保持干燥 2 固态氮化硼源扩散 2.1 固态氮化硼源扩散的优点 2.1.1 操作方便

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2.1.2 装置简单 2.1.3 生产效率高 2.1.4 扩散参数均匀性好 2.1.5 扩散参数重复性好 2.2 氮化硼源的扩散工艺 2.2.1 箱式扩散装置的扩散工艺 2.2.2 直插列式装置的扩散工艺 2.3 固态氮化硼源扩散的扩散机理 2.3.1 烧源 2.3.2 装片 2.3.3 扩散 2.4 关于其它片状源扩散 2.4.1 片状三氧化二硼源扩散 2.4.2 片状磷源扩散 3 固-固扩散 3.1 常见的固-固扩散 3.1.1 金扩散 3.1.2 涂源扩散 3.1.3 低温淀积氧化物源扩散 3.2 扩散过程和扩散机理 3.2.1 扩散过程 3.2.2 扩散机理 3.2.3 固-固扩散与一般扩散工艺比较 3.3 扩散的杂质分布 3.3.1 表面杂质浓度 3.3.2 扩散杂质分布讨论 3.3.3 扩散结深 3.4 固-固扩散的优点 3.4.1 扩散过程中产生的晶格缺陷少 3.4.2 扩散后表面状态好 3.4.3 扩散均匀性、重复性好 3.4.4 表面浓度的可调范围宽 课程重点：本节介绍了硅器件和硅集成电路制造中的各种扩散工 艺方法。以三氯氧磷源扩散为例讨论了液态源扩散，讨论了该扩 散的扩散工艺系统；扩散典型工艺条件；扩散的反应机理和工艺 要求。以粉末状和片状氮化硼源的扩散为例讨论了固态氮化硼源 扩散，讨论了固态源扩散的优点；两种固态源扩散的工艺；固态

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源扩散的扩散反应机理等。讨论了固-固扩散工艺，介绍了几种 常见的固-固扩散工艺；介绍了固-固扩散的扩散过程和对应的扩 散反应机理、给出了固-固扩散与一般扩散工艺比较；讨论了扩 散的杂质分布及其工艺参量；介绍了固-固扩散工艺的优点。 课程难点：三氯氧磷源磷扩散中三氯氧磷源的性质、应注意的事 项；三氯氧磷源在扩散中的扩散反应机理；三氯氧磷源磷扩散的 扩散工艺系统及扩散工艺要求。有关固态氮化硼源扩散的粉末状 氮化硼源和片状氮化硼源两种扩散方法；两种固态源扩散的工艺 方法、工艺方法对比；粉末状氮化硼源和片状氮化硼源两种扩散 的实施工艺及其特点分析。有关固-固扩散工艺的几种常见的实 施工艺；固-固扩散的扩散过程及其对应的反应机理；固-固扩散 的扩散杂质分布与气-固扩散相比有什么特点；固-固扩散与气-固 扩散相比工艺特点和工艺参数形成特点；固-固扩散的优点理论 分析。 基本概念： 1 气态源扩散-杂质源为气态，稀释后挥发进入扩散系统的扩 散掺杂过程。 2 液态源扩散-杂质源为液态，由保护性气体携带进入扩散系 统的扩散掺杂过程。 3 固态源扩散-杂质源为固态，通入保护性气体，在扩散系统 中完成杂质由源到硅片表面的气相输运的扩散掺杂过程。 4 p 型杂质源-为受主型杂质源，杂质进入硅晶体中取代硅位置 后提供负电离中心和空穴。 5 n 型杂质源-为施主型杂质源，杂质进入硅晶体中取代硅位置 后提供正电离中心和电子。 6 固-固扩散-在硅片表面制备一层固态杂质源，通过加热处理 使杂质由固态杂质源直接向固体硅中扩散掺杂的过程。 基本要求：知道杂质源的各种组态，了解气态源扩散的定义，气 态源扩散的扩散工艺特点，气态源扩散的扩散反应机理；了解液 态源扩散的定义，液态源扩散的扩散工艺特点，液态源扩散的扩 散反应机理；了解固态源的气-固扩散的定义，固态源扩散两种 方式的各自的扩散工艺特点，固态源扩散的扩散反应机理；了解 固-固扩散扩散的定义，固-固扩散的扩散工艺特点，固-固扩散的 扩散反应机理，固-固扩散的扩散杂质分布与气-固扩散相比有什 么不同、对实际扩散工艺的实施有什么指导意义。 §4.5 扩散层质量参数及扩散工艺条件选择 3 学时

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课程内容： §4.5.1 扩散层质量参数 1 扩散结深 Xj 1.1 余误差分布的扩散结深 Xj 1.2 高斯分布的扩散结深 Xj 1.3 关于扩散结深 Xj 讨论 1.3.1 扩散结深 Xj 与表面杂质浓度和衬底杂质浓度的关系 1.3.2 扩散结深 Xj 与扩散时间的关系 1.3.3 扩散结深 Xj 与扩散温度的关系 1.4 基区和发射区扩散后的杂质分布曲线及载流子分布 曲线 1.5 扩散结深 Xj 的测定 2 扩散薄层电阻 RS（方块电阻） 2.1 扩散层方块电阻的定义 2.2 扩散薄层电阻的物理意义 2.3 扩散薄层电阻的测定 3 扩散表面杂质浓度 Ns 3.1 Ns 与 Xj 和扩散杂质总量 Q 共同决定一个杂质分布 3.2 Ns 与 Xj、Q 间的关系 4 电性参数 4.1 基区扩散后的电性参数 4.2 发射区扩散后的电性参数 §4.5.2 扩散工艺条件选择 1 掌握扩散工艺条件选择的重要性 1.1 新器件的研制需要选择工艺条件 1.2 对器件性能的改进需重新选择工艺条件 2 Xj 和 RS 修正 2.1 修正的原因 2.1.1 分凝效应的存在影响了 Q-必须修正 RS 2.1.2 再分布伴随二氧化硅生长，消耗掉一部分硅层-必须 修正 Xj 2.2 扩散结深 Xj 的修正 2.3 再分布后 RS 与 Q 的关系修正 3 预淀积扩散工艺条件选择 3.1 工艺条件选择 3.1.1 温度 T1 的选择 3.1.2 计算求出 t1

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3.2 预淀积扩散工艺条件选择时注意的问题 3.2.1 T1 不能选的太高 3.2.2 T1 不能选的太低 3.2.3 选择 T1 要考虑扩散的重复性 4 再分布扩散工艺条件选择 4.1 扩散工艺条件的确定 4.2 氧化时间的确定 5 仍然存在的问题 5.1 基区扩散后需泡除的硼硅玻璃薄层-Q 的变化 5.2 再分布过程中的杂质外扩散- Q 的变化 课程重点：本节介绍了扩散层质量参数及扩散工艺条件选择。有 关扩散层质量参数，介绍了扩散结深 Xj 和扩散薄层电阻 RS，以 及扩散表面杂质浓度 Ns。对于扩散结深 Xj，给出了扩散结深 Xj 定义，指明了计算 Xj 的特征关系式；对余误差分布的扩散结深 Xj 进行了推导；对高斯分布的扩散结深 Xj 进行了推导；对扩散 结深 Xj 进行了讨论，指明了 Xj 与 Ns 和 NB 的关系，指明了 Xj 与 扩散时间的关系，指明了 Xj 与 扩散温度的关系；给出了基区和 发射区扩散后的杂质分布曲线及载流子分布曲线，该曲线指明杂 质分布在硅体内任一点处为迭加关系、而载流子浓度由于电子空 穴的复合为相减的关系，在结处呈现载流子耗尽、载流子浓度为 零；简单介绍了扩散结深 Xj 测定。对于扩散薄层电阻 RS，给出 了扩散薄层电阻 RS 定义，由基本电阻公式推导出薄层电阻 RS 的 表达式；通过对表达式的分析，讨论了了薄层电阻 RS 的物理意 义。对于扩散表面杂质浓度 Ns，分析了 Ns 与 Q 的关系，分析了 Ns 与 Xj 的关系，指明 Ns 与 Xj 和 Q 共同决定一个扩散杂质分 布。最后简单介绍了扩散后的电性参数。在扩散工艺条件选择 中，指出了掌握扩散工艺条件选择的重要性，它是工艺实施前建 立的工艺实施依据，当然工艺条件不同工艺结果必然不同。为了 更精确的制定工艺条件，进行了前述参数的修正、以力争去除实 际分布与理论分布出现的差异；如 前所述，由于在再分布扩散 时伴随二氧化硅的生长，消耗掉了部分硅层，以此对扩散结深 Xj 进行修正；同理，预淀积扩散后含杂的部分硅层变成了二氧 化硅层，这使预淀积扩散在硅体内造成的杂质总量起了变化，以 此对扩散杂质总量 Q 进行修正。由修正后的参量，进行了预淀 积扩散工艺条件 T1 和 t1 的选择，进行了再分布扩散工艺条件 T2 和 t2 的选择（选择时应注意 t2 必须满足等于 t 干 1+ t 湿+ t 干 2）。

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最后指出了仍然存在的问题 ，并说明这些问题除在浅结器件中 考虑外，一般可不考虑。 课程难点：扩散结深 Xj 的定义、推导参照关系式、余误差分布 的扩散结深 Xj 公式的推导、高斯分布的扩散结深 Xj 公式的推 导，扩散结深 Xj 与各种因素的关系分析。扩散薄层电阻 RS（方 块电阻）的定义，推导出的与扩散薄层相关的扩散薄层电阻 RS 的公式、扩散薄层电阻 RS 的物理意义。扩散表面杂质浓度 Ns 的 定义、Ns 与 Q 的关系分析、Ns 与 Xj 的关系分析、Ns 与 Xj 和 Q 共同决定一个扩散杂质分布的分析。为什么在扩散工艺条件选择 前进行了对以前给出参数的修正，根据什么修正和如何修正，修 正后的参数发生的变化。根据什么参数进行了预淀积扩散工艺条 件 T1 和 t1 的选择，如何选择，选择中应注意的问题。根据什么 参数进行了再分布扩散工艺条件 T2 和 t2 的选择，如何选择，选 择中如何满足 t2 等于 t 干 1+ t 湿+ t 干 2，选择中应注意的问题。 基本概念： 1 扩散结深-扩散形成的 pn 结的深度。 2 扩散薄层电阻 RS（方块电阻）-表面为正方形的扩散薄层， 在电流平行于该正方形的某一边流过时所呈现出的电阻值。 3 扩散表面杂质浓度 Ns-指再分布扩散后的表面杂质浓度，即 为 Ns2。 基本要求：要求了解器件制造中扩散工艺形成的扩散层的所有质 量参数。包括知道扩散结深 Xj 的定义，推导扩散结深 Xj 公式时 的参照关系式（ pn 结 的重要性质）；能够进行余误差分布的扩 散结深 Xj 公式的推导；能够进行高斯分布的扩散结深 Xj 公式的 推导；会进行扩散结深 Xj 与各种因素的关系分析。包括知道扩 散薄层电阻 RS（方块电阻）的定义，能够推导出的与扩散薄层 相关的扩散薄层电阻 RS 的公式，清楚扩散薄层电阻 RS 的物理意 义。包括知道扩散表面杂质浓度 Ns 的定义，要求能在 Xj 一定时 进行 Ns 与 Q 的关系分析，要求能在 Q 一定时进行 Ns 与 Xj 的关 系分析，能清楚的知道为什么 Ns 与 Xj 和 Q 共同决定一个扩散杂 质分布、并能进行分析。要求能清楚的知道基区和发射区扩散后 的杂质分布曲线及载流子分布曲线，知道为什么两条曲线从形态 上是不同的，其含义是什么。要求知道在扩散工艺条件选择前为 什么 对以前给出的参数进行修正，能知道如何进行修正。能根 据修正后的扩散参数进行预淀积扩散工艺条件 T1 和 t1 的选择； 能根据修正后的扩散参数进行再分布扩散工艺条件 T2 和 t2 的选

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择，清楚选择中如何满足 t2 等于 t 干 1+ t 湿+ t 干 2，知道在不满足 时如何进行调整以得到满意的工艺条件。 §4.6 扩散引起的外延层-衬底界面的杂质再分布 1.5 学时 课程内容： 1 外延层-衬底界面的杂质再分布 1.1 界面的杂质再分布的条件 1.1.1 界面两侧存在杂质的浓度梯度 1.1.2 存在高温处理环境 1.2 界面杂质再分布的结果 1.2.1 同型外延结构 1.2.2 异型外延结构 2 常规器件结构中外延层-衬底界面的杂质分布 2.1 N ? /N ? (P ? /P ? )结构中外延层-衬底杂质分布 2.2 常规集成电路中 N ? /P ? ? 外延层-衬底界面的杂质分布 3 常规集成电路制造中外延层-衬底界面的杂质互扩散 3.1 外延层向衬底的推移 3.1.1 杂质分布的近似表达式 3.1.2 外延层向衬底的推移表达式及推移深度 3.1.3 工艺应用的意义 3.2 埋层的反扩散 3.2.1 扩散的近似分析 3.2.2 埋层上反扩散的杂质分布表达式 3.2.3 埋层上反扩散的深度表达式 3.2.4 在工艺中的应用 课程重点：本节介绍了由于杂质互扩散而使外延层-衬底界面两 侧的杂质出现重新再分布的事实，这改变了第二章给出的外延层 中杂质浓度恒定的说法，界面两侧杂质出现的重新再分布，将导 致外延层靠近外延层-衬底界面附近杂质浓度是变化的。讨论了 外延层-衬底界面的出现杂质再分布的条件。对必要的条件指 出：其一是界面两侧存在杂质的浓度梯度，其二是存在高温处理 环境。对应实际器件制造工艺的分析可知：不管是同型外延还是 异型外延它们的外延层-衬底界面两侧均存在杂质的浓度梯度； 而存在高温环境更是很多的，诸如外延过程中的高温环境、隔离 制造的高温环境（隔离氧化的高温、隔离预淀积扩散的高温、隔 离再分布扩散的高温）、器件基区制造的高温环境（基区制造氧 化的高温、基区制造预淀积扩散的高温、基区制造再分布扩散的

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高温）、器件发射区制造的高温环境（发射区制造预淀积扩散的 高温、发射区制造再分布扩散的高温）；这使得杂质互扩散而使 外延层-衬底界面两侧的杂质出现重新再分布是必然的。讨论了 界面杂质再分布的结果，指出结果总是使低杂质浓度一侧的杂质 浓度（同型）和性质（异型）起变化。介绍了 常规器件结构中 外延层-衬底界面的杂质分布，包括常见的分离器件的 N ? /N ? (P ? /P ? )结构中外延层-衬底杂质再分布、常规集成电路中 N ? /P ? ? 外延层-衬底界面的杂质再分布、常规集成电路制造中外 延层-衬底界面的杂质互扩散（外延层向衬底的推移、埋层的反 扩散）。 课程难点：外延层-衬底界面的杂质再分布是由扩散引起的；在 什么条件下才能出现外延层-衬底界面的杂质再分布的现象；界 面杂质再分布的结果分析；常见的分离器件的 N ? /N ? (P ? /P ? )结 构中外延层-衬底界面的杂质再分布的形式及其杂质再分布的结 果分析；常规集成电路中 N ? /P ? ? 外延层-衬底界面的杂质再分布 的形式及其杂质再分布的结果分析；常规集成电路制造中外延层 -埋层-衬底界面的埋层的反扩散的扩散形式、埋层上反扩散分 析、埋层下反扩散分析及埋层上反扩散时的表达式及其分析。 基本要求：要求知道为什么外延层-衬底界面的杂质再分布是由 扩散引起的。知道外延层-衬底界面的杂质再分布在什么条件下 才会发生，而这些条件与扩散所要求的条件是否一致。要求清楚 的知道外延层-衬底界面的杂质再分布的结果，知道在什么条件 下会使低杂质浓度一侧的杂质浓度起变化、如何起变化；知道在 什么条件下会使低杂质浓度一侧的性质起变化、起怎样的变 化 。要求熟悉常规器件结构中各种外延层-衬底界面的杂质的再 分布，知道它们的杂质分布形式有什么不同；各种杂质分布形式 的杂质分布表达式；能够进行各种杂质分布表达式的分析；能够 知道各种杂质分布形式在实际器件制造中的应用。 §4.7 离子注入简介 课程内容： 1 离子注入及其原理 1.1 离子注入掺杂 1.2 离子注入设备及工作原理 1.2.1 离子源 1.2.2 初聚系统 1.2.3 磁分析器 1.5 学时

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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 扫描器 偏束板 靶室 离子注入的杂质分布曲线 离子注入杂质分布的峰值在体内 峰值以内的杂质分布为高斯分布 晶格损伤及处理 晶格损伤 损伤原因 影响晶格畸变的因素 晶格损伤对器件性能的影响 晶格损伤的处理-退火工艺 退火的目的 退火的结果 退火的方法 离子注入优缺点 离子注入优点 离子注入缺点 离子注入的应用

第四章：掺杂工艺与原理作业 作业 1：思考题 4 个+习题 4 个 作业 2：思考题 2 个+习题 5 个 第五章 光刻工艺及原理 §5.1 光致抗蚀剂 课程内容： 1 光致抗蚀剂的特性 1.1 是一种有机高分子化合物 1.2 光致抗蚀剂的两种结构类型 1.2.1 线型结构 1.2.2 体型结构 1.3 光致抗蚀剂的性质 1.3.1 具有不同的溶解性 1.3.2 具有溶解性的转变性 1.3.3 具有耐酸碱性 （3 学时） 1 学时

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2 光刻胶 2.1 光刻胶的组成 2.2 光刻工艺对光刻胶的要求 2.2.1 涂敷方便 2.2.2 粘附性好 2.2.3 具有较高的分辨率 2.2.4 具有较高的感光度 2.2.5 显影质量好 2.2.6 抗蚀性能好 2.2.7 胶的稳定性好 3 光刻胶的配制 3.1 各组分的作用 3.1.1 感光树脂的作用 3.1.2 增感剂的作用 3.1.3 溶剂的作用及要求 3.1.4 稳定剂的作用及要求 3.2 配制方法 3.3 配制原则 3.3.1 选择适当的抗蚀剂、溶剂和增感剂 3.3.2 选择适当的配方 3.3.3 增感剂要适量 4 光刻胶的质量参数讨论 4.1 光刻胶的感光度 4.2 光刻胶的分辨率 4.3 光刻胶的粘附性 4.4 光刻胶的抗蚀性 5 负性光致抗蚀剂 5.1 负性光致抗蚀剂的特点 5.2 负性光致抗蚀剂的光化反应 5.3 负性胶的种类 5.3.1 聚肉桂酸酯类 5.3.2 聚烃类 5.3.3 聚酯类 5.4 负性光刻胶的工艺应用 5.4.1 各类胶的显影 5.4.2 各类胶的去胶 6 正性光致抗蚀剂

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6.1 正性光致抗蚀剂的特点 6.2 正性光致抗蚀剂的光化反应 6.3 正性胶的种类 6.4 正性光刻胶的工艺应用 6.4.1 胶的显影 6.4.2 胶的去胶 课程重点：本节介绍了在光刻工艺中起到重要作用的光刻胶。 首先介绍了光刻胶中起敏感的光化反应和抗蚀作用的光致抗蚀 剂，讨论了光致抗蚀剂的特性，指出：它是一种有机高分子化合 物；它具有线型结构和体型结构的两种结构类型；光致抗蚀剂的 性质为具有不同的溶解性、溶解性的转变性和耐酸碱性。本节重 点介绍了在器件制造过程中的光刻工艺中起到重要作用的光刻 胶，包括光刻胶的组成 （由感光树脂+溶剂 +增感剂+辅助剂构 成）；光刻工艺对光刻胶的要求（七项要求）。本节讨论了光刻 胶的配制，包括在光刻胶中构成光刻胶的各组分的作用（感光树 脂的作用、增感剂的作用、溶剂的作用、稳定剂〈辅助剂〉的作 用）；讨论了光刻胶的配制方法；讨论了光刻胶的配制原则（选 择适当的抗蚀剂、溶剂和增感剂；选择适当的配方和注意增感剂 的加入要适量）。对光刻胶的各种质量参数进行了讨论，包括光 刻胶的感光度的说明、定义式、定义式的讨论、加入增感剂后的 增感过程及原理；讨论了光刻胶的分辨率，包括分辨率的定义、 分辨率的定义式、分辨率定义式的的讨论、分辨率求取的例子； 讨论了光刻胶的粘附性，给出了光刻胶的粘附性说明、指出了与 光刻胶的粘附性相关的各种因素；讨论了光刻胶的抗蚀性，给出 了光刻胶的抗蚀性说明、指出了与光刻胶的抗蚀性相关的各种因 素。介绍了与器件制造应用密切相关的负性光致抗蚀剂，包括负 性光致抗蚀剂的特点（化学光敏性的特点）；负性光致抗蚀剂的 光化反应（可溶性胶光化反应后变为不溶性胶）；负性胶的种类 （聚肉桂酸酯类、 聚烃类和聚酯类三大类）；介绍了负性光刻 胶的工艺应用，包括各类负性光刻胶的的显影（不同类胶的不同 显影液的应用 ），各类负性光刻胶的的去胶（对于涂于不同衬 底上的胶采用不同的去胶方法）。介绍了与器件制造应用密切相 关的正性光致抗蚀剂，包括正性光致抗蚀剂的特点（化学光敏性 的特点）；正性光致抗蚀剂的光化反应（不溶性胶光化反应后变 为可溶性胶）；正性胶的种类（邻叠氮醌类）；介绍了正性光刻 胶的工艺应用，包括各类正性光刻胶的的显影（弱碱性显影液的

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应用 ），各类正性光刻胶的去胶（对于涂于不同衬底上的胶采 用不同的去胶方法）。 课程难点：与光刻工艺相关的各种名词的定义，光刻工艺在器件 制造中的重要性。有关光致抗蚀剂的说明；线型光致抗蚀剂的构 成与说明，体型光致抗蚀剂的构成与说明；光致抗蚀剂的三个性 质，及其是如何应用于器件制造中的。器件生产中所用的光刻 胶，光刻胶是如何由感光树脂、溶剂、增感剂和辅助剂构成的， 不同的感光树脂需配以不同的溶剂和增感剂 ，而这些不同的配 合构成不同的光刻胶；关于光刻工艺对光刻胶的七项要求，对于 光刻胶这些要求在器件生产中有什么实际意义。有关光刻胶的配 制，对四类构成材料各有什么要求；四类构成材料各起到什么作 用；光刻胶的配制方法和步骤；在 光刻胶的配制时应注意的问 题。关于光刻胶的各种质量参数进行的讨论，有关感光度的说 明、定义式、定义式的讨论、加入增感剂后的增感过程及增感原 理；有关分辨率，包括分辨率的定义、分辨率的定义式、分辨率 定义式的的讨论；有关光刻胶的粘附性，给出的光刻胶的粘附性 说明、及其与光刻胶的粘附性相关的各种因素；有关光刻胶的抗 蚀性，给出光刻胶的抗蚀性说明，及其与光刻胶的抗蚀性相关的 各种因素。 与器件制造的应用密切相关的负性光致抗蚀剂内 容，包括负性光致抗蚀剂的特点（化学光敏性的特点）；负性光 致抗蚀剂的光化反应（可溶性胶光化反应后变为不溶性胶）；负 性胶的种类（聚肉桂酸酯类、 聚烃类和聚酯类三大类）；有关 负性光刻胶的工艺应用，包括各类负性光刻胶的的显影（不同类 胶的不同显影液的应用 ），各类负性光刻胶的的去胶（对于涂 于不同衬底上的胶采用不同的去胶方法）。与器件制造的应用密 切相关的正性光致抗蚀剂，包括正性光致抗蚀剂的特点（化学光 敏性的特点）；正性光致抗蚀剂的光化反应（不溶性胶光化反应 后变为可溶性胶）；正性胶的种类（邻叠氮醌类）；有关正性光 刻胶的工艺应用，包括各类正性光刻胶的的显影（弱碱性显影液 的应用 ），各类正性光刻胶的去胶（对于涂于不同衬底上的胶 采用不同的去胶方法）。 基本概念： 1 光刻-利用光致抗蚀剂的光敏性和抗蚀性，配合光掩模版对 光透射的选择性，使用光学和化学的方法完成特定区域刻蚀 的过程（光刻=图形复印+定域刻蚀）。 2 光致抗蚀剂-对光敏感的具有抗蚀能力的高分子化合物。

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3 光掩模版-在光照时覆盖于光刻胶膜上，除特定区域外均对 光有掩蔽作用的图版。俗称光掩模或光刻版。 4 图形复印-以光刻版为模特经曝光、显影在衬底表面胶膜上 得到的与光刻版相应图形的过程。 5 定域刻蚀-以光刻胶膜为掩模，在一定的刻蚀条件下对无掩 模区域薄膜进行刻蚀以得到与胶膜图形相同薄膜图形的过 程。 6 感光度-表征光刻胶对光敏感的指标，记为。其与胶膜发生 溶变反应的最小曝光量成反比。 7 分辨率-每毫米宽度内最多可容纳的光刻出的可分辨线条 数。 基本要求：要求知道与光刻工艺相关的各种名词的定义，以及 光刻工艺在器件制造中的重要性。清楚有关光致抗蚀剂的说明， 其中包括线型光致抗蚀剂的构成与说明和体型光致抗蚀剂的构成 与说明。了解光致抗蚀剂的三个性质，及三个性质是如何应用于 器件制造中的。熟悉器件生产中所用的光刻胶，清楚光刻胶是如 何由感光树脂、溶剂、增感剂和辅助剂构成的，知道不同的感光 树脂需配以不同的溶剂和增感剂 ，而这些不同的配合构成不同 的光刻胶，这些不同的光刻胶在器件制造中有不同的应用。了解 关于光刻工艺对光刻胶的七项要求，知道光刻胶这些要求在器件 生产中有什么实际意义。要求熟悉有关光刻胶的配制，知道四类 构成光刻胶的材料各有什么要求和各起到什么作用，知道光刻胶 的配制方法和步骤，清楚在光刻胶的配制时应注意的问题。熟悉 所讨论的光刻胶的各种质量参数；知道有关感光度的说明、定义 式、定义式的讨论和加入增感剂后的增感过程及增感原理；知道 有关分辨率，包括分辨率的定义、分辨率的定义式、分辨率定义 式的的讨论；知道有关光刻胶的粘附性，熟悉给出的光刻胶的粘 附性说明、及其与光刻胶的粘附性相关的各种因素；知道有关光 刻胶的抗蚀性，熟悉给出光刻胶的抗蚀性说明，清楚与光刻胶的 抗蚀性相关的各种因素。要求知道与器件制造的应用密切相关的 负性光致抗蚀剂所有的内容，包括负性光致抗蚀剂化学光敏性的 特点；负性光致抗蚀剂的可溶性胶光化反应后变为不溶性胶的溶 变现象；负性胶的种类（聚肉桂酸酯类、 聚烃类和聚酯类三大 类）；清楚负性光刻胶的工艺应用特点，，包括各类负性光刻胶的 的显影（不同类胶的不同显影液的应用 ），各类负性光刻胶的 的去胶（对于涂于不同衬底上的胶采用不同的去胶方法）。要求 知道与器件制造应用密切相关的正性光致抗蚀剂，包括正性光致

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抗蚀剂化学光敏性的特点的特点；正性光致抗蚀剂的不溶性胶光 化反应后变为可溶性胶的溶变现象；正性胶的种类（邻叠氮醌 类）；清楚正性光刻胶的工艺应用，包括各类正性光刻胶的的显 影（弱碱性显影液的应用 ），各类正性光刻胶的去胶（对于涂 于不同衬底上的胶采用不同的去胶方法）。 §5.2 光刻工艺及其工艺要求 0.5 学时 课程内容： 1 光刻前的准备工作 1.1 准备要求 1.2 准备方法 1.2.1 光刻前待光刻片子置于干燥塔中 1.2.2 氧化片出炉后可立即送光刻工序涂胶 1.2.3 对氧化片可在涂胶前重吹段时间干氧（氧化温度） 1.2.4 涂胶前片子置于 80 度烘箱中烘 30 分钟 2 涂胶 2.1 涂胶的要求 2.2 涂胶的方法 2.2.1 旋转涂胶法 2.2.2 喷涂法 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 分钟-20 分钟 3.2.2 在红外烘箱中烘 3 分钟-5 分钟 4 曝光 4.1 曝光的要求 4.2 曝光的方法 5 显影 5.1 显影的要求 5.2 显影的方法 6 坚膜 6.1 坚膜的要求 6.2 坚膜的方法 6.2.1 置于恒温箱中，在 180 度烘 30 分钟左右 6.2.2 置于红外烘箱中烘 10 分钟左右

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7 腐蚀 7.1 腐蚀的要求 7.2 腐蚀的方法 7.2.1 腐蚀二氧化硅的方法 7.2.2 腐蚀铝电极的方法 8 去胶 8.1 去胶的要求 8.2 去胶的方法 课程重点：本节介绍了光刻工艺及对各光刻工艺步骤的要求。指 出光刻工艺步骤可分为八步，每一步均有各自的工艺要求。第一 步为光刻前的准备工作，该工艺步骤要求达到的目的是使衬底片 表面具有干燥、疏水特性，并给出了各种待光刻衬底片的表面处 理方法。第二步为涂胶工艺，该工艺步骤要求达到的目的是在衬 底片表面涂敷一层粘附性良好的、厚度均匀的、致密的连续性胶 膜，介绍了三种涂胶工艺的方法 。第三步为前烘工艺，该工艺 步骤要求达到的目的是使胶膜中的溶剂全部挥发、胶膜保持干 燥、以利于光化反应时反应充分，并给出了两种前烘的工艺方 法。第四步为曝光工艺，该工艺步骤要求达到的目的是使感光区 的胶膜发生光化反应、在显影时发生溶变，介绍了常见的紫外光 光刻机及其所进行的接触式、选择性、紫外光曝光工艺方法。 第五步为显影工艺，该工艺步骤要求达到的目的是在显影液中、 溶除要求去掉的胶膜部分（对负性光刻胶溶除未曝光部分，对正 性光刻胶溶除已曝光部分），各类胶的显影在本章第一节已作了 介绍。第六步为坚膜工艺，该工艺步骤要求达到的目的是去除在 显影过程中进入胶膜中的水分（显影液）、 使 保留的胶膜与衬 底表面牢固的粘附，介绍了两种坚膜工艺方法。第七步为腐蚀工 艺，该工艺步骤要求达到的目的是去除衬底表面无胶膜保护的薄 膜层，给出了腐蚀常见的两种薄膜层的方法、腐蚀二氧化硅时采 用氢氟酸缓冲液进行腐蚀（ 腐蚀条件是：在温度 30 度 -40 度 下 ， 时间适当）、腐蚀铝时采用热磷酸进行腐蚀（腐蚀条件 是：在温度 80 度下 ， 时间适当）。第八步为去胶工艺， 该工 艺步骤要求达到的目的是去除腐蚀时起保护作用的胶膜，去胶工 艺在本章第一节已作了介绍。 课程难点：无 基本概念：无 基本要求：要求对光刻工艺及对各光刻工艺步骤的要求非常清 楚。清楚光刻前的准备工作的目的和要求，知道能使衬底片表面

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具有干燥、疏水特性的各种方法，了解这些方法中的优劣状 况 ，能采用适当方法对衬底片表面进行处理。清楚涂胶工艺的 目的和要求，知道能在衬底片表面涂敷一层粘附性良好的、厚度 均匀的、致密的连续性胶膜的各种方法，能在工艺制造中选择适 当的方法。清楚前烘工艺的目的和要求，知道能使胶膜中的溶剂 全部挥发、胶膜保持干燥、以利于光化反应时反应充分的各种方 法，能在工艺制造中选择适当的方法。清楚曝光工艺的目的和要 求，知道能使感光区的胶膜发生光化反应、在显影时发生溶变的 方法，知道曝光工艺的工艺设备、常见的用紫外光光刻机进行的 接触式、选择性、紫外光曝光工艺方法。清楚显影工艺的目的和 要求，知道能对各种胶膜进行显影的不同方法，能在工艺制造中 选择适当的方法。清楚坚膜工艺的目的和要求，知道能去除在显 影过程中进入胶膜中的水分（显影液）、 使 保留的胶膜与衬底 表面牢固的粘附各种方法，能在工艺制造中选择适当的方法。清 楚腐蚀工艺的目的和要求，知道能去除衬底表面无胶膜保护的薄 膜层各种方法（对不同的衬底表面薄膜层的腐蚀，采用不同的腐 蚀液和不同的腐蚀工艺），能在工艺制造中对不同的衬底表面薄 膜层选择适当的腐蚀方法。清楚去胶工艺的目的和要求，知道能 去除腐蚀时起保护作用的胶膜各种工艺方法，能在工艺制造中对 应不同衬底表面薄膜层的性质选择适当的去胶方法。 §6.3 光刻缺陷及影响 0.25 学时 课程内容： 1 光刻工艺的质量要求 1.1 图形完整、尺寸准确、边缘整齐、陡直 1.2 图形内无针孔 1.3 图形外无小岛 1.4 套合精确、无污染 2 光刻缺陷的影响及形成原因 2.1 光刻缺陷及影响 2.1.1 浮胶及影响 2.1.2 毛刺、钻蚀及影响 2.1.3 针孔及影响 2.1.4 小岛及影响 2.2 光刻缺陷形成的原因 2.2.1 与衬底表面状况有关 2.2.2 与光刻胶的质量有关

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2.2.3 与光刻版的质量有关 2.2.4 与光刻工艺条件控制有关 课程重点：本节介绍了光刻缺陷及光刻缺陷的影响，讨论了光 刻缺陷的形成原因 。对于光刻缺陷本节给出了四种由光刻工 艺产生的缺陷，即浮胶、毛刺与钻蚀、针孔及小岛，并对四种 由光刻工艺产生的缺陷的存在对期间制造工艺及性能的影响进 行了讨论。本节讨论了光刻缺陷的形成原因，指出衬底表面状 况好坏、光刻胶的质量好坏、光刻版的质量好坏和光刻工艺条 件控制的适当否均会成为导致光刻缺陷的形成的原因 。 课程难点：光刻缺陷的形成与哪些衬底表面状况的好坏有关系， 什么关系。光刻缺陷的形成与哪些光刻胶质量的好坏有关系，什 么关系。光刻缺陷的形成与哪些光刻版质量的好坏有关系，什么 关系。光刻缺陷的形成与哪些光刻工艺条件控制的适当否有关 系，什么关系。 基本要求：要求了解光刻工艺实施的质量要求。要求了解在光刻 工艺实施过程中有哪些光刻缺陷的形成；知道什么是针孔、知道 什么是小岛、知道什么是浮胶、知道什么是毛刺与钻蚀。知道浮 胶、毛刺与钻蚀、针孔及小岛 这些光刻缺陷与哪些光刻工艺实 施的因素有关。 §6.4 其它光刻技术简介 0.25 学时 课程内容： 1 常规光刻技术存在的问题 1.1 常规曝光技术存在的问题 1.2 常规腐蚀技术存在的问题 2 其它曝光技术 2.1 投影曝光技术 2.2 电子束曝光技术 2.3 x 射线曝光技术 2.4 共模复印曝光技术 3 其它刻蚀技术 3.1 圆桶型等离子体刻蚀 3.2 平板型等离子体刻蚀技术 课程重点：本节介绍了其它光刻技术。首先讨论了上述几节介绍 的常规光刻技术存在的问题，如常规曝光技术存在的分辨率不 高、以及设备和接触变形问题；又如常规腐蚀技术存在的由于湿 法腐蚀引起的侧向腐蚀严重问题、钻蚀严重问题和手二氧化硅质

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量影响大问题等，这些问题对规模较大的集成电路制造或要求分 辨率较高的分离器件制造的成品率有非常大的影响。本节介绍了 解决上述问题的其它光刻工艺技术。为克服常规曝光技术存在的 问题，给出了投影曝光技术、电子束曝光技术、 x 射线曝光技 术和共模复印曝光技术，这些曝光技术都很好的解决了常规曝光 技术存在的各种问题。本节介绍了解决上述问题的其它刻蚀技 术，变湿法腐蚀为干法腐蚀，所述的两种等离子体刻蚀技术均很 好的克服了湿法腐蚀存在的各种问题。 课程难点：常规曝光技术存在的各种问题及其对器件制造的成品 率影响，相对应介绍的其它曝光技术如何很好的解决了常规曝光 技术存在的各种问题。常规腐蚀技术存在的各种问题及其对器件 制造的成品率影响 ，相对应介绍的其它腐蚀技术如何很好的解 决了湿法腐蚀技术存在的各种问题 。 基本概念：无 基本要求：要求清楚的知道常规光刻技术存在的问题 ，要求知 道：常规曝光技术存在一些什么问题，这些问题如何影响着规模 较大的集成电路制造或要求分辨率较高的分离器件制造的成品 率，所介绍的其它曝光技术如何很好的解决了常规曝光技术存在 的各种问题；要求知道：常规湿法腐蚀技术存在一些什么问题， 这些问题如何影响着规模较大的集成电路制造或要求分辨率较高 的分离器件制造的成品率，所介绍的其它腐蚀技术如何很好的解 决了常规曝光技术存在的各种问题；要求能根据实际器件制造的 要求，选择合适的曝光技术和腐蚀技术。 第五章 ：光刻工艺及原理作业 思考题 2 题+习题 2 题 第六章 制版工艺及原理 §6.1 光刻工艺对光刻版的质量要求 课程内容： 1 版的图形尺寸精确 2 版的套准误差小 3 版的黑白反差高 4 图形边缘光滑陡直无毛刺、过渡区小 4.1 过渡区定义和特点 4.2 过渡区产生的原因 4.3 过渡区造成的影响 (3 学时) 1 学时

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5 版面光洁无针孔、小岛及划痕 5.1 版面缺陷 5.2 版面缺陷的影响 6 版面耐磨、坚固、不变形 课程重点：本节前介绍了光刻版的质量在器件制造中的作用，指 出：对最简单的三极管制造至少需要四块光刻版，而常规集成电 路制造至少需要六块光刻版；每一块光刻版的质量均对器件制造 成品率有着很大的影响，而整套光刻版对器件制造成品率的综合 影响，是每一块光刻版对器件制造成品率影响的“与”关系。本 节介绍了光刻工艺对光刻版的质量要求。光刻工艺对光刻版的质 量六条要求之间也是“与”关系。 课程难点：光刻版的缺陷造成的器件的光刻成品率的含义及其关 系式，整套光刻版对器件制造成的光刻成品率的综合影响。要求 器件的图形质量与 光刻版图形质量的关系；光刻套合精度与光 刻版套合精度的关系；版的黑白反差的定义、含义及其要求；光 刻版图形的过渡区定义和特点、过渡区产生的原因、过渡区对器 件制造造成的影响；光刻版图形的缺陷有哪一些，它们对器件制 造造成的影响。 基本概念： 1 版的黑白反差-指版上的黑区与白区的光密度差。 2 版的过渡区-指版上的图形由充分黑到充分白或由充分白到充 分黑的过渡宽度。 3 版面针孔-指版面黑区上的一微米以上的白点。 4 版面小岛-指版面白区上的一微米以上的黑点。 5 版面划痕-指版面黑区上的严重的白色划道或挫伤。 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，知道光刻成品率与每一块光刻版缺陷密度的关系 式，若干次光刻总成品率与整套光刻版的每一块光刻版缺陷密度 的综合关系式。能够知道器件的图形质量参数一定，则应对光刻 版图形质量提出什么要求。能清楚的知道光刻套合精度与光刻版 套合精度的关系；知道版的黑白反差的定义、含义及其要求；知 道光刻版图形的过渡区定义和特点、过渡区产生的原因、过渡区 对器件制造造成的影响；知道光刻版图形的缺陷种类，了解它们 对器件制造造成的影响。 §6.2 常规制版工艺 课程内容： 0.5 学时

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1 常规制版工艺流程 2 制版工艺简介 2.1 原图绘制 2.1.1 总图绘制 2.1.2 原图刻制 2.2 初缩 2.3 精缩兼分步重复 2.4 生产版的复印 课程重点：本节介绍了常规制版工艺。介绍了常规制版工艺的 工艺流程，包括草图绘制、总图绘制（包含了按一定比例放大 的整套光刻版的所有图形）、原图刻制（分刻每一块光刻版的 版图-也称为分图刻制）、 初缩（将版图缩至中等尺寸）、 精缩兼分步重复（与生产版完全相同尺寸）、生产版的复印 （为了得到长寿命的光刻版）。对常规制版工艺中几个重要部 分诸如原图绘制、初缩、精缩兼分步重复和生产版的复印做了 较详细的介绍。 课程难点：常规制版工艺流程及其分析； 总图绘制的定义及 其所要做的工作；原图刻制的定义及其所要做的工作；初缩的 定义及其所要做的工作；精缩定义及其所要做的工作；分步重 复的定义及其所要做的工作；生产版的复印的定义及其所要做 的工作。 基本概念： 1 总图绘制-将设计图选择适当的放大比例（100-1000 倍）画在 标准方格坐标纸上（包含各次光刻版的所有图形）。 2 原图刻制-从总图上描刻出各次光刻版的原图红膜（与实际光 刻版图相比放大了适当的放大倍率）。 3 初缩-初步缩小。以各次光刻版的原图红膜为物，将原图缩至 中等尺寸。 4 精缩-精确缩小。以初缩版为物，进行进一步缩小照相，将版 图缩至生产用刻版图的尺寸。 5 分步重复-在一块版上制备出成千上万个相同光刻图形的过程 （要求版上有图形的面积大于衬底片面积）。 6 生产版的复印-采用精缩版为光掩模，在铬底版或氧化铁底版 上制备图形与精缩版相同的生产版的过程。 基本要求：掌握常规制版工艺流程，能够对制版工艺流程进行 分析。知道总图绘制是如何定义的，清楚总图绘制所要做的工 作。知道原图刻制是如何定义，，清楚原图刻制所要做的工

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作。知道初缩是如何定义，，清楚初缩所要做的工作。知道精 缩是如何定义，，清楚精缩所要做的工作。知道分步重复是如 何定义，，清楚分步重复所要做的工作和分步重复后对版的图 形要求。知道生产版的复印是如何定义，，清楚生产版的复印 所要做的工作。 §6.3 光刻底版及其制备 课程内容： 1 超微粒干版（乳胶版） 1.1 乳胶的成分与作用 1.1.1 乳化剂的成分与作用 1.1.2 分散介质的成分与作用 1.1.3 辅助剂的成分与作用 1.2 超微粒干版的制备工艺 1.2.1 制备工艺流程 1.2.2 工艺流程中的几点说明 2 铬版制备与复印 2.1 铬版的制备 2.1.1 蒸发制备铬版的条件 2.1.2 蒸发制备铬版的要求 2.2 铬版的复印 2.2.1 复印前的准备工作 2.2.2 复印工艺 2.3 铬版的优点 2.3.1 使用寿命长 2.3.2 分辨率大、反差大 2.3.3 化学稳定性好 3 氧化铁版的制备与复印 3.1 氧化铁版的优点 3.1.1 生产设备简单、操作方便 3.1.2 具有更高的分辨率 3.1.3 膜的结构比铬版更致密 3.1.4 耐磨性更强 3.1.5 可见光范围透明、紫外光范围不透明 3.1.6 为自动制版提供了途径 3.2 氧化铁版的制备 3.2.1 化学气相淀积法 1.5 学时

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3.2.2 涂敷分解淀积法 3.3 氧化铁版的复印 课程重点：本节介绍了用于制版工艺的三种光刻底版的定义和 具体的内容。关于超微粒干版的构成指出：是由玻璃基片加乳胶 涂敷构成的；介绍了构成的乳胶成分与作用，其中介绍了乳化剂 的成分与作用，指出：乳化剂是由硝酸银和卤化物组成、常用的 卤化物是溴化钾，而其作用是作为感光后发生光化反应的主体存 在；介绍了分散介质的成分与作用，指出：分散介质是由明胶构 成的，而其作用是在超微粒干版的制造过程中和制造完成后始终 起到分散、均匀乳化剂的作用；介绍了辅助剂的成分与作用，指 出：辅助剂是为改进超微粒干版性能而引入的，根据要求改进超 微粒干版的性能不同分为多种，诸如增感剂、防灰雾剂、坚膜剂 等等，不同成分则作用不同。关于超微粒干版的制备工艺，给出 了制备工艺流程并对制备工艺流程中的几个重要部分给出了说 明，诸如玻璃基片选择的重要性、如何防止卤化银颗粒长大、有 关流程中的两次冷冻工艺、切条水洗的作用以及抽滤的作用等。 本节介绍了铬版制备与复印；对于铬版的制备，指出是由玻璃基 片加铬膜构成的，而铬膜制备通常是由蒸发工艺完成的，讨论了 蒸发制备铬版的条件（诸如铬源的纯度要求、蒸发时真空度要 求、蒸发时玻璃基片要求），讨论了蒸发制备的铬版的要求；对 于铬版的复印，介绍了复印前的准备工作（划版、铬版的净化处 理、烘干处理等），讨论了铬版复印的工艺流程（涂胶、前烘、 曝光、显影、坚膜、腐蚀、去胶类似于光刻的工艺流程，只是曝 光是在复印机上完成的）；对于为什么采用铬版作为生产版，给 出了铬版的两条优点。本节介绍了氧化铁版的制备与复印，首先 介绍了氧化铁版的优点，给出了诸如生产设备简单操作方便、具 有更高的分辨率、膜的结构比铬版更致密、耐磨性更强、可见光 范围透明而紫外光范围不透明、为自动制版提供了途径六条优 点，其中具有更高的分辨率、可见光范围透明而紫外光范围不透 明、为自动制版提供了途径等优点为其在大规模集成电路制造中 的应用奠定了基础；介绍了氧化铁版的制备工艺，在可用的几种 方法中，讨论了常用的化学气相淀积法和涂敷分解淀积法制备氧 化铁版的工艺；讨论了氧化铁版的复印，指出：除其腐蚀方法不 同于铬版复印外，工艺过程与铬版复印完全相同。 课程难点： 用于制版工艺的三种光刻底版的定义、区别及其对 于各自应用于制版工艺的特殊意义。超微粒干版的构成；构成超 微粒干版中乳胶的各种成分；乳化剂在乳胶中起什么作用，乳化

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剂的成分构成，各种成分在乳化剂中各起什么作用，作用原理是 什么；分散介质在乳胶中起什么作用，分散介质的成分构成，明 胶在乳胶中如何在超微粒干版的制造过程中和制造完成后始终起 到分散、均匀乳化剂的作用的，作用原理是什么；辅助剂在乳胶 中起什么作用，辅助剂的构成与超微粒干版的待改善性能的关系 如何，其中增感剂的成分、作用及作用原理、防灰雾剂的成分、 作用及作用原理、坚膜剂的成分、作用及作用原理以及需提高分 辨率时可加入的辅助剂； 超微粒干版的制备工艺流程，工艺流 程中各步骤的作用， 各步骤的作用原理。铬版的构成，构成 铬 版的铬膜的制备工艺、制备工艺条件及其对制备出的铬膜的质量 要求；有关铬版的复印工艺及要求。氧化铁版的优点、哪些优点 使其在大规模集成电路制造中得到良好的应用，氧化铁版的构 成，构成氧化铁版的三氧化二铁膜的各种制备工艺、常用的不同 制备工艺条件及其对制备出的三氧化二铁膜的质量要求；有关氧 化铁版的复印工艺及要求。 基本概念： 1 超微粒干版-由乳化剂、分散介质和辅助剂构成的乳胶涂布 而成的感光性底版。其主要成分为明胶，则也称为明胶版。 2 铬版-由铬金属膜构成的非感光性底版。为金属膜版。 3 氧化铁版-由三氧化二铁膜构成的选择性感光性底版。为金 属氧化物膜版。 4 明胶-天然高分子化合物，分子量在一万到五万之间，能溶 于热水，溶化后为呈一定粘度的胶体。 5 划版-按光刻版的大小要求划开底版。 基本要求：要求清楚的知道用于制版工艺的三种光刻底版的定 义、区别及其对于各自应用于制版工艺的特殊意义。清楚知道超 微粒干版的构成，知道构成超微粒干版中乳胶的各种成分。清楚 知道乳化剂在乳胶中起什么作用，了解乳化剂的成分构成，知道 各种成分在乳化剂中各起什么作用，作用原理是什么。清楚知道 分散介质在乳胶中起什么作用，了解分散介质的成分构成，知道 明胶在乳胶中如何起到在超微粒干版的制造过程中和制造完成后 始终分散、均匀乳化剂的作用的，作用原理是什么。清楚知道辅 助剂在乳胶中起什么作用，知道辅助剂的构成与超微粒干版的待 改善性能的有什么关系，知道其中增感剂的成分、作用及作用原 理；知道防灰雾剂的成分、作用及作用原理；知道坚膜剂的成 分、作用及作用原理；以及知道需要提高分辨率时可加入什么辅 助剂。清楚 超微粒干版的制备工艺流程，知道工艺流程中各步

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骤的作用以及各步骤的作用原理。了解铬版是如何构成的，知道 构成 铬版的铬膜的制备工艺、制备工艺条件及其对制备出的铬 膜的质量要求。熟悉有关铬版的复印工艺及复印工艺要求。清楚 氧化铁版的优点、知道哪些优点使其在大规模集成电路制造中得 到了良好的应用。知道氧化铁版的构成，了解生成构成氧化铁版 的三氧化二铁膜的各种制备工艺、知道常用的各种制备工艺、制 备工艺条件及其对制备出的三氧化二铁膜膜的质量要求；清楚有 关氧化铁版的复印工艺及要求。 第六章 制版工艺与原理作业 思考题：3 题 第七章 隔离工艺与原理 （3 学时） §7.1 隔离 1 学时 课程内容： 1 隔离 1.1 隔离的必要性-集成电路的构成特点 1.1.1 各元器件制作于同一芯片上 1.1.2 若干元器件通过布线连接构成电路性能 1.1.3 电路性能要求各元器件不处于同一电性状态 1.2 考虑电性隔离的集成电路制造步骤 1.2.1 用绝缘物作隔离墙分割出隔离岛 1.2.2 在各隔离岛内制造响应的元器件 1.2.3 通过布线连接达到电路功能 1.3 隔离要求 1.3.1 隔离性能要好 1.3.2 工艺上具有可能性、简易性和相容性 1.3.3 隔离墙占有的实际面积要小 2 隔离种类 2.1 pn 结隔离 2.2 介质隔离 2.2.1 SiO2 介质隔离 2.2.1 V 型槽介质隔离 2.3 pn 结-介质混合隔离 2.3.1 等平面混合隔离 2.3.2 多孔硅氧化混合隔离 2.3.3 V 型槽混合隔离 3 隔离质量的影响

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3.1 3.1.1 3.1.2 3.2 3.2.1 3.2.2

隔离质量是保证集成电路性能的关键因素 各隔离墙必须同时起到隔离作用 所有隔离墙必须均具有高稳定和高可靠 隔离是提高集成度的关键因素 pn 结隔离工艺中隔离墙占有的实际面积分析 介质隔离工艺中隔离墙占有的实际面积分析

课程重点：本节介绍了隔离的有关基本知识。首先介绍了什么是 隔离，指出了隔离制造在集成电路制造中的必要性，由集成电路 的构成的三个特点（各元器件制作于同一芯片上、若干元器件通 过布线连接构成电路性能、电路性能要求各元器件不处于同一电 性状态），则必须进行隔离制造。叙述了考虑电性隔离的集成电 路制造步骤，指出：由于考虑了各元器件间电性隔离，则在元器 件布局时，必须考虑元器件间电性能是否相同，然后用绝缘物作 隔离墙分割出大小不一的隔离岛；再在各个隔离岛内排布元器件 （同态可同岛、异态必异岛）；布线连接各元器件达到电路功 能。讨论了隔离要求，提出了三个要求并进行了讨论；其一是隔 离性能要好，主要指隔离墙的漏电流要小、击穿电压要高、带入 的电容效应要小；其二是工艺上具有可能性、简易性和相容性， 可能性是指能用一定的工艺手段完成，是指工艺上的简单易操 作，相容性是指与现行的工艺（如硅外延平面工艺）能相容合； 其三是隔离墙占有的实际面积要小，这是提高集成度的要求。介 绍了隔离种类，总共介绍了 pn 结隔离、介质隔离（SiO2 介质隔 离、V 型槽介质隔离）和 pn 结-介质混合隔离（ 等平面混合隔 离、多孔硅氧化混合隔离、V 型槽混合隔离）三类六种隔离方 式，并对各种方式进行了讨论。 本节还介绍了隔离质量对集成 电路制造的影响，指出：隔离质量是保证集成电路性能的关键因 素，这是指集成电路中各隔离墙必须同时起到隔离作用、 所有 隔离墙必须均具有高稳定和高可靠；隔离是提高集成度的关键因 素，这是指集成电路制造中不同的隔离工艺隔离墙占有的实际面 积不同、则对集成度影响不同，对 pn 结隔离工艺中隔离墙占有 的实际面积和介质隔离工艺中隔离墙占有的实际面积进行了对比 分析。 课程难点：什么是隔离、隔离制造在集成电路制造中的必要性、 如何进行考虑电性隔离的集成电路制造步骤的安排、隔离制造有 什么性能要求。隔离方法有几种、常用的又有几种。隔离制造的

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质量是如何影响集成电路制造和性能的。 基本概念： 1 隔离-指集成电路制造中使在电性能上需要隔离的元器件实现 绝缘隔离的过程。 2 隔离墙-指集成电路制造中制造的使元器件在电性能上实现绝 缘隔离的绝缘物。 3 隔离岛-指集成电路制造中被绝缘物隔离开来的用于制造器件 的电性区。 4 pn 结隔离-利用反向 pn 结的大电阻特性作为绝缘物实现的电 性区之间的电性隔离过程。 5 介质隔离-用绝缘介质作为绝缘物实现的电性区之间的电性隔 离过程。 6 SiO2 介质隔离-用绝缘 SiO2 介质作为绝缘物实现的电性区之 间的电性隔离过程。 7 pn 结-介质混合隔离-实现的电性区之间的电性隔离的绝缘物 既有反向 pn 结又有绝缘介质的隔离过程。 基本要求：要求知道什么是隔离的定义、含义。清楚隔离制造在 集成电路制造中的必要性，为什么说不解决隔离问题集成电路制 造就是一句空话。能够进行考虑电性隔离的集成电路制造步骤的 安排，知道如何进行电性区的划分、如何在各个电性区内合理安 排元器件、如何通过布线构成集成电路的功能。清楚的了解隔离 制造有什么性能要求，对隔离墙的性能要求有哪些、对制造隔离 墙的制造工艺要求有哪些。清楚隔离方法有几类多少种，熟悉常 用的有几种。清楚的知道隔离制造的质量是如何影响集成电路制 造和性能的，知道隔离墙的质量是如何影响集成电路制造和性能 的、清楚为何说隔离是提高集成度的关键因素。 §7.2 隔离工艺 课程内容： 1 pn 结隔离工艺 1.1 pn 结隔离原理 1.1.1 采用了 p 型衬底 1.1.2 采用了 n 型外延层 1.1.3 采用了高浓度 p 型隔离墙 1.2 pn 结隔离工艺流程 1.3 pn 结隔离工艺的几点说明 1.3.1 有关隔离扩散深度 2 学时

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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

对是否扩穿外延层的测定 隔离墙击穿电压及隔离特性判定 pn 结隔离的优缺点 pn 结隔离的优点 pn 结隔离的缺点 SiO2 介质隔离工艺 SiO2 介质隔离原理 SiO2 介质隔离工艺流程 SiO2 介质隔离工艺的几点说明 隔离氧化前需对硅片进行严格的厚度分档 原始硅片两面必须严格平行 刻槽深度考虑 刻槽采用的双层掩蔽膜工艺 V 型槽介质隔离工艺简介 隔构结构 V 型槽介质隔离工艺流程 V 型槽介质隔离工艺特点

课程重点：本节介绍了几种常见的隔离工艺、隔离原理及它们的 隔离特点。介绍了 pn 结隔离工艺，讨论了采用反向 pn 结隔离的 原理，其工艺特点是采用了 p 型衬底 、采用了 n 型外延层、采 用了高浓度 p 型隔离墙 。 介绍了 pn 结工艺流程，由工艺流程 可以看出隔离制造采用了隔离氧化、隔离光课和隔离扩散三步工 艺。对 pn 结隔离工艺作了几点说明，指出有关扩穿外延层的隔 离扩散深度，必须考虑外延层向衬底的推移深度；有关对是否扩 穿外延层的测定，是分别在衬底-隔离墙之间加正负和负正电 压、测其电阻值来判定的；有关隔离墙击穿电压及隔离特性判 定，则是在相邻的两隔离岛上加电压进行测量的。介绍了 pn 结 隔离的优缺点，给出了三条优点、四条缺点。介绍了 SiO2 介质 隔离工艺，讨论了采用绝缘介质 SiO2 进行隔离的原理。介绍了 SiO2 介质隔离工艺流程，由工艺流程可以看出隔离制造采用了与 平面工艺基本不相容的工艺技术来形成隔离墙的，在工艺流程中 出现了象刻槽、多晶硅生长、两次不同的研磨等特殊工艺。对 SiO2 介质隔离工艺作了几点说明，指出由于要进行两次研磨则要 求隔离氧化前需对硅片进行严格的厚度分档、以使各片研磨效果 相同；同理，要求原始硅片两面必须严格平行、以使各片本身各 图形的的研磨效果相同；有关刻槽深度，给出了四个影响因素；

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由于刻槽深度较大，指出需采用二氧化硅和铝膜双层掩蔽膜工艺 进行掩蔽刻槽。介绍了 SiO2 介质隔离的优缺点，给出了四条优 点、五条缺点。对 V 型槽介质隔离工艺进行了简单介绍，从结 构和工艺流程看均与 SiO2 介质隔离相似，不同的是由于用 （100）面晶片取代了（111）面晶片，其结构由 U 型槽介质隔 离变为 V 型槽介质隔离，是隔离墙实际占据面积减小，集成度 得到提高。 课程难点：采用反向 pn 结实现隔离的原理，原理分析。从 pn 结 隔离工艺工艺结构分析，为什么其工艺特点是采用了 p 型衬底、 采用了 n 型外延层和采用了高浓度 p 型隔离墙。在 pn 结隔离工 艺中为什么要求隔离扩散扩穿外延层，其隔离扩散深度是如何考 虑的。对隔离扩散是否扩穿外延层的测量及其原理。对隔离性能 的测量及其原理。采用绝缘介质 SiO2 进行隔离的原理，原理分 析。其工艺与 pn 结隔离工艺相比有什么不同，这导致了在优缺 点对比上有什么不同。对 SiO2 介质隔离工艺作了几点说明中， 为什么要求隔离氧化前需对硅片进行严格的厚度分档，为什么要 求原始硅片两面必须严格平行，有关刻槽深度给出的四个影响因 素是如何决定刻槽深度的，为什么采用二氧化硅和铝膜双层掩蔽 膜工艺进行掩蔽刻槽。V 型槽介质隔离工艺与 SiO2 介质隔离工 艺性能的对比，显现各自的特点。 基本概念：无 基本要求：清楚的知道采用反向 pn 结实现隔离的原理，能够进 行能原理分析。从 pn 结隔离工艺工艺结构分析入手，知道为什 么其工艺特点是采用了 p 型衬底、采用了 n 型外延层和采用了高 浓度 p 型隔离墙。清楚了解在 pn 结隔离工艺中为什么要求隔离 扩散扩穿外延层，知道其隔离扩散深度是如何考虑的。知道对隔 离扩散是否扩穿外延层是如何测量的，了解其测量的原理。知道 对隔离性能是如何测量的，了解其测量的原理。清楚的知道采用 绝缘介质 SiO2 进行隔离的原理，能够进行原理分析。清楚 SiO2 介质隔离工艺与 pn 结隔离工艺相比有什么不同，知道这导致了 在优缺点对比上有哪些不同。知道对 SiO2 介质隔离工艺作的几 点说明，了解为什么要求隔离氧化前需对硅片进行严格的厚度分 档，了解为什么要求原始硅片两面必须严格平行，知道有关刻槽 深度给出的四个影响因素是如何决定刻槽深度的，清楚为什么采 用二氧化硅和铝膜双层掩蔽膜工艺进行掩蔽刻槽。了解 V 型槽 介质隔离工艺与 SiO2 介质隔离工艺性能的对比，知道对比中如 何显现各自的特点。

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第七章 隔离工艺与原理作业 思考题 3 题 第八章 表面钝化工艺及原理 （5 学时） §8.1 概述 0.5 学时 课程内容： 1 器件进行表面钝化的必要性 1.1 早期制造的器件电性能的劣化现象 1.1.1 劣化现象 1.1.2 导致器件失效的主要参数 1.2 器件电性能劣化的原因在器件表面 2 表面钝化及其发展 2.1 表面钝化及表面钝化工艺 2.2 表面钝化的发展 2.2.1 表面钝化工艺的发展 2.2.2 表面钝化理论的发展 课程重点：本节讨论了表面钝化、表面钝化工艺、表面钝化理 论。首先介绍了在器件制造的早期，器件的性能劣化现象十分严 重，电老化后的失效率高达百分之六十以上；而导致失效的主要 参数是漏电流变大、电流放大系数变低、击穿电压蠕变。对器件 的结构分析和对失效参数的分析可知， 器件电性能劣化的原因 在器件表面； 在器件制造的早期，表面无强劲的保护措施， 器 件表面极易受到周围气氛的影响、 极易受到周围杂质气氛的沾 污、 极易与周围化学气氛发生反应；这些导致了器件表面能态 发生变化、导致了器件电学性能发生变化、导致了器件电性能稳 定性和可靠性都很差。本节介绍了表面钝化及其发展。介绍了表 面钝化和表面钝化工艺的定义，指出实施表面钝化工艺对器件电 性能的影响；介绍了表面钝化的发展，指出表面钝化的发展包含 表面钝化工艺的发展和表面钝化理论的发展；而正是表面钝化工 艺的发展促进了表面钝化理论的发展；使表面钝化理论发展为器 件表面分析理论和表面钝化工艺的工艺钝化理论两个分支 课程难点：器件电性能劣化的现象，器件电性能劣化现象与器件 表面状态的关系。表面钝化的发展含义及内容。 基本概念： 1 钝化-使化学性能迟钝、不易发生化学反应。 2 活化-使化学性能活泼、易于发生化学反应。 3 器件表面钝化-使器件表面不受外界影响的实施过程。

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4 表面钝化工艺-去除表面缺陷、改善表面特性、形成器件表 面保护膜的工艺。 基本要求：要求知道器件电性能劣化的现象，清楚导致道器件电 性能劣化的各种电参数，了解器件电性能劣化现象与器件表面状 态的关系；要求知道钝化、器件表面钝化、表面钝化工艺的定 义，清楚器件表面钝化实施对期间电性能带来好处。要求清楚表 面钝化的发展含义及内容；知道表面钝化工艺的发展经历了哪些 过程、现实状况如何；知道表面钝化理论的发展经历了哪些过 程、现实状况如何；清楚的知道表面钝化理论的发展与表面钝化 工艺发展的关系。 §8.2 二氧化硅-硅系统中的电荷 1.5 学时 课程内容： 1 电荷综述 1.1 可动离子电荷 1.1.1 可动离子电荷的性质 1.1.2 可动离子电荷的来源 1.1.3 可动离子电荷在二氧化硅中的分布 1.2 固定氧化物电荷 1.2.1 固定氧化物电荷的分布 1.2.2 固定氧化物电荷的来源 1.2.3 固定氧化物电荷的性质 1.3 界面陷阱电荷 1.3.1 界面陷阱电荷的分布 1.3.2 界面陷阱电荷的来源 1.3.3 界面陷阱电荷的性质 1.4 氧化物外表面电荷 1.4.1 氧化物外表面电荷的分布 1.4.2 氧化物外表面电荷的来源 1.4.3 氧化物外表面电荷的性质 1.5 氧化物陷阱电荷 1.5.1 氧化物陷阱电荷的分布 1.5.2 氧化物陷阱电荷的来源 1.5.3 氧化物陷阱电荷的密度 2 二氧化硅中的电荷对器件性能的影响 2.1 具有使硅表面向 N 型转化的趋势 2.2 对 MOS 管和 MOSIC 性能的影响

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对双极晶体管和双极 IC 性能的影响 对二氧化硅本身性质的影响 预防措施 加强工艺卫生防止钠离子沾污 对操作人员严格要求 采用无钠工具和无钠工艺 采取工艺措施去除钠离子 氧化后将二氧化硅腐蚀掉一百埃到二百埃 采用磷硅玻璃层提取钠离子 采用掺氯氧化工艺 制造 MOS 器件或规模较大的集成电路时选用 （100）面晶片 课程重点：本节详尽讨论了二氧化硅-硅系统中的电荷，详尽讨 论了二氧化硅中的电荷对器件电性能的影响 ，以及如何采取措 施消除二氧化硅中的电荷对器件电性能的影响。本节首先给出了 二氧化硅中各种电荷的命名，对多种命名方法进行了归类讨论。 进行了电荷综述，对二氧化硅中五种电荷进行了详尽的讨论；关 于可动离子电荷，指出：可动离子电荷绝大多数为金属正离子电 荷；由于多种原因最重要的可动离子电荷是钠离子；可动钠离子 的来源是非常广泛的（器件制造中的设备沾污；所用气体、化学 试剂、器皿、去离子水的 纯度；操作人员的沾污等）；而可动 钠离子电荷在二氧化硅中的分布，是在二氧化硅-硅界面二氧化 硅一侧。关于固定氧化物电荷，指出：固定氧化物电荷的分布， 是在二氧化硅-硅界面二氧化硅一侧距界面一百埃到二百埃的范 围内；固定氧化物电荷的来源是二氧化硅中过剩的硅离子（氧空 位）； 固定氧化物电荷最重要的性质是其为固定正电荷性质。 关于界面陷阱电荷，指出：界面陷阱电荷的分布，是在二氧化硅 -硅界面上；界面陷阱电荷的来源，是二氧化硅与硅结构的交界 处硅的剩余悬挂键；界面陷阱电荷最重要的性质是其为固定电 荷，且常表现为正电荷。关于氧化物外表面电荷，指出：氧化物 外表面电荷的分布，是在二氧化硅的外表面上；氧化物外表面电 荷的来源，是加工过程中的各种杂质沾污 ；氧化物外表面电荷 性质是，正离子沾污和负离子沾污具有同等几率，不加外电场时 基本无影响。关于氧化物陷阱电荷，指出：氧化物陷阱电荷的分 布，在无外电场时是在二氧化硅中随机分布的；氧化物陷阱电荷 的来源，是由于高能电子、离子、电磁辐射或其它辐射扫过带有 二氧化硅的硅表面时产生的；氧化物陷阱电荷的性质是，辐射电 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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荷成对产生、其密度视其作用方式和作用能量大小而定。介绍了 二氧化硅中的电荷对器件电性能的影响，指出：二氧化硅中的电 荷的综合作用，具有使硅表面向 N 型转化的趋势；能对 MOS 管 和 MOSIC 性能造成很大的影响；能对双极晶体管和双极 IC 性 能造成很大的影响；能对二氧化硅本身性质造成影响，使其介电 强度下降，导致二氧化硅较低压下击穿。介绍了防止二氧化硅中 的电荷对器件电性能影响的措施，提出了加强工艺卫生防止钠离 子沾污、采取工艺措施去除钠离子和制造 MOS 器件或规模较大 的集成电路时选用（100）面晶片三大项措施。 课程难点：二氧化硅-硅系统中的电荷存在种类， 二氧化硅-硅 系统中的电荷的命名。关于可动离子电荷的性质、来源及其在 二氧化硅中的分布。关于固定氧化物电荷的性质、来源及其在 二氧化硅中的分布。关于界面陷阱电荷的性质、来源及其在 二 氧化硅中的分布。关于氧化物外表面电荷的性质、来源及其在 二氧化硅中的分布。关于氧化物陷阱电荷的性质、来源及其在 二氧化硅中的分布。二氧化硅-硅系统中的电荷存在，影响哪些 器件制造和器件的性质，是如何造成影响的。如何采取和采取什 么样的措施去除二氧化硅-硅系统中的电荷对器件制造和器件的 性质造成的影响。 基本概念： 1 可动离子电荷-指二氧化硅中可动的电离正离子电荷。绝大 多数为金属离子电荷和氢正离子。 2 固定氧化物电荷-指二氧化硅中过剩的硅离子或称为氧空 位。为固定正电荷。 3 界面陷阱电荷-指二氧化硅中二氧化硅与硅结构的交界处硅 的剩余悬挂键。表现为电荷性质，常表现为正电荷性质。 4 氧化物外表面电荷-是指加工过程中的各种杂质沾污电离后 形成的电荷。正电荷和负电荷存在几率相同。 5 氧化物陷阱电荷-是由于高能电子、离子、电磁辐射或其它 辐射扫过带有二氧化硅的硅表面时，在二氧化硅中产生的电 荷。 基本要求：要求熟悉二氧化硅-硅系统中的电荷存在的种类， 知 道二氧化硅-硅系统中的电荷的命名、以及不同命名的对应关 系。清楚可动离子电荷的性质，知道可动离子电荷的构成，知道 为什么可动离子电荷多指钠离子；知道可动钠离子电荷的来源， 清楚可动钠离子的来源是非常广泛的，诸如器件制造中的设备沾 污，所用气体、化学试剂、器皿、去离子水的 纯度不够造成的

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沾污，操作人员的操作过程沾污等；清楚的了解可动钠离子在二 氧化硅中的分布，及其“可动”这一性质带来的不良影响。清楚 关于固定氧化物电荷的性质；知道固定氧化物电荷的来源，了解 固定氧化物电荷的形成机理；清楚的了解固定氧化物电荷在二氧 化硅中的分布。清楚关于界面陷阱电荷的性质；清楚的了解界面 陷阱电荷的来源，了解界面陷阱电荷的形成机理；清楚的知道界 面陷阱电荷在二氧化硅中的分布。清楚关于氧化物外表面电荷的 性质；清楚的了解氧化物外表面电荷的来源，知道氧化物外表面 电荷的形成机理，了解氧化物外表面电荷对器件电性能造成影响 的条件；知道氧化物外表面电荷在二氧化硅外表面上的分布。清 楚关于氧化物陷阱电荷的性质；知道氧化物陷阱电荷的来源，了 解氧化物陷阱电荷的形成机理；清楚氧化物陷阱电荷在二氧化硅 中的分布，知道起密度与什么因素有关。知道二氧化硅-硅系统 中的电荷存在形式，能够影响哪些器件制造和器件的性质，了解 是如何造成影响的。能够知道如何采取措施和采取什么样的措 施，以去除二氧化硅-硅系统中的电荷对器件制造和器件的性质 造成的影响，知道防止钠离子沾污的各种措施、知道如何提取钠 离子以防止沾污的各种措施、知道为什么制造 MOS 器件或规模 较大的集成电路时应选用（100）面晶片。 §8.3 表面钝化工艺 课程内容： §8.3.1 氯化氢氧化法 1 氯化氢氧化工艺 1.1 盐酸鼓泡法 1.2 氯化氢渗透法 1.3 硫酸脱水法 1.4 分子筛吸附法 1.4.1 分子筛饱和吸附氯化氢 1.4.2 氮气流通分子筛携氯化氢进入反应器 2 实际工艺过程及钝化机理 2.1 实际工艺过程 2.1.1 钝化系统 2.1.2 钝化硅表面 2.2 钝化机理 2.2.1 系统钝化机理 2.2.2 二氧化硅-硅系统钝化 3 学时

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2.3 氯化氢氧化应注意的问题 2.3.1 钝化作用与氧化时氯化氢的浓度有关 2.3.2 氯化氢氧化膜生成后，不易再进行长时间的非含氯 氧化 2.3.3 该方法适用于干氧氧化 3 其它掺氯氧化工艺 3.0 有关其它掺氯氧化工艺 3.1 三氯乙烯氧化工艺 3.1.1 三氯乙烯氧化设备 3.1.2 三氯乙烯氧化工艺 3.2 三氯乙烯氧化的优点 3.2.1 无腐蚀性 3.2.2 易于工艺控制 3.2.3 设备简单 3.2.4 钝化效果优于氯化氢氧化 §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 磷硅玻璃钝化法 磷硅玻璃结构及其钝化机理 磷硅玻璃的结构 磷硅玻璃的钝化机理 对钠离子有阻挡作用 对钠离子有固定作用 对钠离子有提取作用 磷硅玻璃的制备工艺 磷蒸汽合金法 方法 反应过程 工艺特点 磷处理法 方法 典型设备 典型工艺 生成的磷硅玻璃膜厚要求 化学气相淀积法 化学气相淀积原理 化学气相淀积设备-冷壁立式旋转反应炉 典型工艺条件

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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

工艺特点 磷硅玻璃钝化的优缺点 磷硅玻璃钝化的优点（五条） 磷硅玻璃钝化的缺点（三条） 采用多层介质结构 氮化硅钝化法 氮化硅制备工艺 化学气相淀积法（CVD）制备氮化硅 常压化学气相淀积法-APCVD 低压化学气相淀积法-LPCVD 等离子体化学气相淀积法-PCVD CVD 制备氮化硅的原理 常用反应物 化学反应原理 注意事项 携带、保护气体有选择性 工艺过程中严防氧化气氛进入 氮化硅的性质 结构致密、表面呈疏水性 掩蔽能力强、应用场合广泛、工艺效果好 抗钠离子能力强 有很强的阻挡钠离子的能力 有提取钠离子的能力 化学稳定性好 介电性能好 高温性能好 氮化硅-硅界面性质不好 器件工艺中采用双层介质结构 三氧化二铝钝化法 三氧化二铝的性质 抗辐射能力强 具有负电荷效应 结构致密、抗钠离子能力较强 化学稳定性好 三氧化二铝膜的制备

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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 三氯化铝水解法 铝的有机化合物的热分解法-采用异丙氧基铝 反应溅射法（直流反应溅射法、高频反应溅射法） 真空电子束蒸发法 阳极氧化法 有关三氯化铝水解法 设备及典型工艺条件 反应原理 有关阳极氧化法 阳极氧化方法 工艺应用 应注意的问题 作为钝化膜使用时须采用双层介质结构 三氧化二铝膜对钠离子无固定和提取的作用 表面保护的几种有机涂料 有机硅树脂 有机硅树脂的优点 耐高温 绝缘性好 憎水防潮化学稳定性好 有机硅树脂的种类 工艺应用 毛笔涂敷 有机硅树脂膜的阴干 有机硅树脂膜的温烘 硅橡胶 硅橡胶的优点 可耐高、低温 粘附性好 硅橡胶的种类 工艺应用 毛笔涂敷 硅橡胶的阴干 硅橡胶的温烘 聚酰亚铵膜（PI）

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3.1 聚酰亚铵膜的优点 3.1.1 热稳定性好，可耐高、低温 3.1.2 热膨胀系数小 3.1.3 具有负电荷效应 3.1.4 有较强的抗辐射能力 3.1.5 电绝缘性好 3.1.6 物理、化学性能稳定 3.1.7 较适于批量生产 3.2 工艺应用 3.2.1 涂敷聚酰胺酸 3.2.2 涂敷聚酰胺酸膜烘干 3.2.3 亚铵化 课程重点：本节介绍了表面钝化工艺，指出表面钝化工艺有：掺 氯氧化法、磷硅玻璃钝化法、氮化硅钝化法、三氧化二铝钝化 法、半绝缘多晶硅钝化法、低压化学气相淀积钝化法、金属氧化 物钝化法、有机聚合物钝化法、玻璃钝化法等数十种钝化方法， 而本节介绍了其中几种卓有成效的钝化方法。有关氯化氢氧化 法，介绍了氯化氢氧化工艺，指出：根据氯化氢发生器的不同分 为盐酸鼓泡法、 氯化氢渗透法、 硫酸脱水法和分子筛吸附法四 种方法；对实际工艺过程及钝化机理进行了讨论，指出实际工艺 过程是由钝化系统和钝化硅表面两部分组成，因此钝化机理也分 为系统钝化机理和 二氧化硅-硅系统钝化机理两部分；本节还指 出了 氯化氢氧化应注意的问题，为实际工艺应用打好了基础； 本节还介绍了其它掺氯氧化工艺，并对生成膜更加优良的三氯乙 烯氧化工艺进行了讨论。有关磷硅玻璃钝化法，介绍了磷硅玻璃 结构及其钝化机理，指出：磷硅玻璃中的负离子结构对对钠离子 有阻挡作用、对钠离子有固定作用 ，磷硅玻璃比二氧化硅高的 多的对钠离子的溶解度（高 100 倍以上），使其有能从二氧化硅 中提取钠离子的能力；讨论了磷硅玻璃的制备工艺，介绍了常用 的磷蒸汽合金法、磷处理法和化学气相淀积法（CVD），并表 明三种方法各有利弊；最后讨论了磷硅玻璃钝化的优缺点，给出 了五条优点和三条缺点，为克服其缺点，建议采用多层介质结 构。有关氮化硅钝化法，介绍了氮化硅制备工艺，给出了几种可 行的化学气相淀积法（CVD）制备氮化硅方法，包括常压化学 气相淀积法（APCVD）、低压化学气相淀积法（LPCVD）和等 离子体化学气相淀积法（PCVD）；介绍了 CVD 法制备氮化硅 的常用硅化物和氮化剂，讨论了氮化硅制备的反应原理；讨论了

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氮化硅的性质，指出：氮化硅具有结构致密、表面呈疏水性；掩 蔽能力强、应用场合广泛、工艺效果好；抗钠离子能力强（有很 强的阻挡钠离子的能力、有提取钠离子的能力）；化学稳定性 好；介电性能好；高温性能好六条较好的性质，也存在氮化硅硅界面性质不好的特点，因此建议当使用氮化硅膜作为钝化膜 时，应采用氮化硅-二氧化硅的双层介质结构。有关三氧化二铝 钝化法，首先介绍了三氧化二铝的性质，指出：三氧化二铝膜具 有上述钝化膜所不具备的抗辐射能力强和具有负电荷效应两个特 点，同时具有 结构致密、抗钠离子能力较强和化学稳定性好的 优点，着使其在许多特殊器件制造中的到应用；讨论了三氧化二 铝膜的制备，在可用方法中介绍了三氯化铝水解法、铝的有机化 合物的热分解法、反应溅射法（直流反应溅射法、高频反应溅射 法）、 真空电子束蒸发法和阳极氧化法五种方法；重点讨论了 有关三氯化铝水解法的工艺内容，讨论了三氯化铝水解法制备三 氧化二铝膜的设备及典型工艺条件、讨论了三氯化铝水解法制备 三氧化二铝膜的化学反应原理；重点讨论了有关阳极氧化法的工 艺内容，介绍了阳极氧化法制备三氧化二铝膜的工艺方法，讨论 了阳极氧化法制备三氧化二铝膜的工艺应用；最后指出：由于 三氧化二铝-硅界面有载流子的交换，则在应用三氧化二铝膜作 为钝化膜使用时须采用双层介质结构（三氧化二铝-二氧化 硅）；三氧化二铝膜对钠离子无固定和提取的作用，则在制备三 氧化二铝膜之前应对衬底进行除钠处理。有关器件制造中常用于 表面保护的几种有机涂料，介绍了有机硅树脂、 硅橡胶和聚酰 亚铵膜（PI）的应用，其中有机硅树脂和硅橡胶膜从工艺制备和 性能上都差不多，硅橡胶工艺更简单一点；聚酰亚铵膜（PI）的 应用性能更好，对其优点指出：除具有热稳定性好、耐高低温 （应用温度从-200?C 至 400?C）；热膨胀系数小；电绝缘性好； 物理、化学性能稳定；较适于批量生产外，还具有负电荷效应和 较强的抗辐射能力等仅有三氧化二铝膜才具有的特性，这拓宽了 聚酰亚铵膜（PI）的应用范围。 课程难点：较成熟的各种表面钝化工艺的定义及含义。氯化氢氧 化法中的氯化氢氧化工艺，氯化氢氧化工艺的四种工艺方法；氯 化氢氧化工艺的实际工艺过程、工艺条件及工艺要求；氯化氢对 系统进行处理和氯化氢氧化生成的含氯二氧化硅膜的钝化机理 （系统钝化机理和二氧化硅-硅系统钝化机理）；有关其它掺氯 氧化工艺，特别是生成膜更加优良的三氯乙烯氧化工艺的方法与 原理。磷硅玻璃钝化法中的磷硅玻璃膜的制备工艺，常用的磷蒸

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汽合金法和磷处理法工艺过程、工艺条件、工艺要求和工艺的利 弊，有关化学气相淀积法（CVD）制备磷硅玻璃膜的的工艺过 程、工艺条件、工艺要求和工艺的利弊；磷硅玻璃的结构及该结 构的钝化机理，磷硅玻璃中的负离子结构对钠离子有阻挡作用的 原理，磷硅玻璃中的负离子结构对钠离子有固定作用的原理 ， 磷硅玻璃具有能从二氧化硅中提取钠离子的能力的原理；磷硅玻 璃钝化的优缺点；为什么建议采用多层介质结构，多层介质结构 的构成原理。氮化硅钝化法中的氮化硅膜制备工艺，几种可行的 化学气相淀积法（CVD）制备氮化硅膜方法[包括常压化学气相 淀积法（APCVD）、低压化学气相淀积法（LPCVD）和等离子 体化学气相淀积法（PCVD）]各自的工艺特点；CVD 制备氮化 硅膜的化学反应原理；有关氮化硅的性质；为什么建议当使用氮 化硅膜作为钝化膜时，应采用氮化硅-二氧化硅的双层介质结 构。三氧化二铝钝化法中三氧化二铝膜的制备的工艺，有关三氯 化铝水解法、铝的有机化合物的热分解法、反应溅射法（直流反 应溅射法、高频反应溅射法）、 真空电子束蒸发法和阳极氧化 法五种方法的各自的工艺特点；有关三氯化铝水解法制备三氧化 二铝膜的设备及典型工艺条件、三氯化铝水解法制备三氧化二铝 膜的化学反应原理；有关阳极氧化法制备三氧化二铝膜的工艺方 法，阳极氧化法制备三氧化二铝膜的工艺应用，为什么阳极氧化 法可取代铝反刻工艺。对于三氧化二铝的性质，有关三氧化二铝 膜具有上述钝化膜所不具备的抗辐射能力强和具有负电荷效应两 个特点，这两个特点在器件制造中带来的好处；为什么在应用中 把三氧化二铝膜作为钝化膜使用时须采用双层介质结构（三氧化 二铝-二氧化硅）；为什么在制备三氧化二铝膜之前应对衬底进 行除钠处理。对常用于表面保护的几种有机涂料，有关有机硅树 脂和硅橡胶膜的工艺制备过程、工艺条件、工艺要求和两工艺的 性能特点及区别；对于聚酰亚铵膜（PI）的应用，聚酰亚铵膜 （PI）的工艺制备过程、工艺条件、工艺要求，其膜的优点具有 热稳定性好、耐高低温（应用温度从-200?C 至 400?C）；热膨胀 系数小；电绝缘性好；物理、化学性能稳定；较适于批量生产 外，还具有负电荷效应和 较强的抗辐射能力等仅有三氧化二铝 膜才具有的特性。 基本概念： 1 掺氯氧化-热氧化时，在干氧氧化气氛中掺入一定比例的含 氯物质，进行二氧化硅生长的过程。

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2 氯化氢氧化-热氧化时，在干氧氧化气氛中掺入一定比例的 氯化氢，进行二氧化硅生长的过程。 3 氯化氢氧化层-掺氯化氢进行热氧化生成的二氧化硅膜。 4 磷蒸汽合金法-在器件制备工艺中的铝合金过程中加入磷的 气氛，在合金的同时生成磷硅玻璃层的方法。 5 磷处理法-指在器件的发射区扩散完成后，再在表面二氧化 硅层上淀积五氧化二磷，以形成磷硅玻璃层的方法。 基本要求：要求熟悉较成熟的各种表面钝化工艺的定义及含义。 要求清楚氯化氢氧化法中的氯化氢氧化工艺，熟悉氯化氢氧化工 艺的四种工艺方法，知道氯化氢氧化工艺的实际工艺过程、工艺 条件及工艺要求。知道氯化氢对系统进行处理的钝化机理，清楚 的知道氯化氢氧化生成的含氯二氧化硅膜的钝化机理。了解有关 其它掺氯氧化工艺，特别是对生成膜更加优良的三氯乙烯氧化工 艺的方法、工艺原理及生成膜的性质更加熟悉。要求清楚磷硅玻 璃钝化法中的磷硅玻璃膜的制备工艺，熟悉常用的磷蒸汽合金法 和磷处理法工艺过程、工艺条件、工艺要求和工艺的利弊，知道 有关化学气相淀积法（CVD）制备磷硅玻璃膜的的工艺过程、 工艺条件、工艺要求和工艺的利弊，能够根据要求选择适当的工 艺。清楚的知道磷硅玻璃的结构及该结构的钝化机理，知道磷硅 玻璃中的负离子结构对钠离子有阻挡作用的原理，知道磷硅玻璃 中的负离子结构对钠离子有固定作用的原理 ，知道磷硅玻璃为 什么具有能从二氧化硅中提取钠离子的能力。了解磷硅玻璃钝化 的优缺点，知道为什么在将磷硅玻璃膜作为钝化膜使用时，建议 采用多层介质结构，知道多层介质结构的构成原理，多层介质结 构中各层所起的作用。要求知道氮化硅钝化法中的氮化硅膜制备 工艺，熟悉几种可行的化学气相淀积法（CVD）制备氮化硅膜 方法，知道各种方法各自的工艺特点，了解 CVD 制备氮化硅膜 的化学反应原理。清楚有关氮化硅的性质，知道为什么说氮化硅 膜是掩蔽杂质能力最强的钝化膜，当用氮化硅膜作为大规模以上 集成电路制作的扩散掩蔽膜时会带来什么好处，知道为什么建议 当使用氮化硅膜作为钝化膜时，应采用氮化硅-二氧化硅的双层 介质结构。熟悉三氧化二铝钝化法中三氧化二铝膜的制备的工 艺，知道有关三氯化铝水解法、铝的有机化合物的热分解法、反 应溅射法（直流反应溅射法、高频反应溅射法）、 真空电子束 蒸发法和阳极氧化法五种方法的各自的工艺特点；清楚有关三氯 化铝水解法制备三氧化二铝膜的设备及典型工艺条件、三氯化铝 水解法制备三氧化二铝膜的化学反应原理；清楚有关阳极氧化法

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制备三氧化二铝膜的工艺方法，了解阳极氧化法制备三氧化二铝 膜的工艺应用，知道为什么阳极氧化法可取代铝反刻工艺。了解 三氧化二铝的性质，知道有关三氧化二铝膜具有其它钝化膜所不 具备的抗辐射能力强和具有负电荷效应两个特点，清楚这两个特 点在器件制造中带来的好处；知道为什么在应用中把三氧化二铝 膜作为钝化膜使用时须采用双层介质结构（三氧化二铝-二氧化 硅）；知道为什么在制备三氧化二铝膜之前应对衬底进行除钠处 理的原因。要求了解常用于表面保护的几种有机涂料，知道有关 有机硅树脂膜和硅橡胶膜的工艺制备过程、工艺条件、工艺要 求，清楚有机硅树脂膜和硅橡胶膜的工艺的性能特点及区别。知 道聚酰亚铵膜（PI）的应用，了解聚酰亚铵膜（PI）的工艺制备 过程、工艺条件、工艺要求。知道 PI 膜的优点，包括具有热稳 定性好、耐高低温（应用温度从-200?C 至 400?C）；热膨胀系数 小；电绝缘性好；物理、化学性能稳定；较适于批量生产等优 点，知道 PI 膜具有的负电荷效应和 较强的抗辐射能力等仅有三 氧化二铝膜才具有的特性。 第八章 表面钝化工艺与原理作业 思考题 4 题 第九章 表面内电极接触与互连 （3 学时） 课程内容： 1 电极接触及表面内电极的制备要求 1.1 电极接触 1.1.1 表面内电极接触 1.1.2 表面内电极与外电极接触 1.1.3 管芯背面与管座的接触 1.2 表面内电极的制备要求 1.2.1 工艺应用性好 1.2.2 电极与电性区接触为欧姆接触 1.2.3 电极材料的电阻率低 1.2.4 电极材料与管芯表面粘附性好 1.2.5 表面电极完整性好 1.2.6 表面电极物理、化学稳定性好 1.2.7 电极材料的热、电稳定性好 2 表面内电极与电性区间的欧姆接触 2.1 欧姆接触的基本原理 2.2 金-半的欧姆接触方式

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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

低势垒欧姆接触 高复合欧姆接触 重掺杂欧姆接触 表面内电极的制备 电阻丝加热真空蒸发 蒸发设备 真空蒸发室 抽真空设备 电阻丝加热器 衬底加热器 测真空设备 有关蒸发质量的讨论 蒸发需在较高真空下进行 真空度与蒸发金属膜的关系 蒸发金属膜厚度及测定 真空蒸发存在的问题 电子束蒸发 电子束蒸发设备 蒸发源 置片底盘 电子束蒸发的优点 蒸发获得的金属膜纯度高 蒸发获得的金属膜厚度均匀性好 工作效率高 磁控溅射 磁控溅射设备 设备工作原理 设备特点 磁控溅射的优点 可获得比例精确的合金膜 可获得多层金属膜 可淀积难熔金属 淀积膜均匀性、重复性及台阶覆盖率好 多层电极 铝电极易失效的原因 与铝本身的性质有关 铝的电迁移（电徙动）

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4.1.3 铝与硅、二氧化硅的不良化学反应 4.2 解决电极失效的方法-采用多层电极 4.2.1 多层电极的结构 4.2.2 多层电极的材料要求 5 多层布线 5.1 集成电路对布线的要求 5.1.1 互连线尽量短 5.1.2 互连线电阻尽量低 5.1.3 互连线不能交叉 5.1.4 避免经过过薄的氧化层 5.1.5 内引线键合点分布均匀、合理 5.2 满足要求的方法-多层布线 5.2.1 多层布线 5.2.2 多层布线的优点 5.3 多层布线的介质和金属 5.3.1 常用介质 5.3.2 常用金属 5.4 影响多层布线的因素 5.4.1 要求互连孔刻透而不过蚀 5.4.2 要求层间绝缘性好 5.4.3 要求台阶覆盖率好 课程重点：本章介绍了表面内电极接触与互连中的有关表面内电 极与电性区的欧姆接触、电极接触制备、表面内电极的制备工 艺、多层电极和有关多层布线等方面的问题。介绍了电极接触及 表面内电极的制备要求，对于电极接触指出：器件制造中管芯电 极及与外部构件的连接有两类接触，一类为电极性接触（欧姆接 触）、另一类为非电极性接触；器件制造所有的接触均归属于这 两类接触；其中表面内电极接触，不管分离器件还是集成电路均 为电极性接触；而表面内电极与外电极（管脚）接触，不管分离 器件还是集成电路均为电极性接触；管芯背面与管座的接触，对 分离器件要求为电极性接触，对集成电路可为非电极性接触。介 绍了表面内电极的制备要求，给出了七个要求，综合这些要求认 为铝是最符合要求的金属。讨论了欧姆接触的基本原理及表面内 电极与电性区间的欧姆接触的实现方式，给出了欧姆接触的定 义，讨论了其表达方式及欧姆接触的基本原理；对表面内电极与 电性区间的欧姆接触指出：这属于金-半的欧姆接触，实现的方 式有三种，一种是低势垒欧姆接触、另一种是高复合欧姆接触、

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还有一种是重掺杂欧姆接触。介绍了三种表面内电极的制备工 艺，第一种是电阻丝加热真空蒸发，介绍了其真空蒸发设备、对 蒸发的质量进行了讨论、还讨论了真空蒸发存在的问题，由此引 入了后两种制备工艺；第二种是电子束蒸发，介绍了电子束蒸发 设备、讨论了电子束蒸发的优点；第三种是磁控溅射，介绍了磁 控溅射设备、讨论了磁控溅射的优点。介绍了有关多层电极，其 中先介绍了铝电极易失效的原因、指出采用单质金属是不能起到 根本改善作用的、只有采用多层电极；介绍了多层电极的结构、 多层电极的每一层材料要求。介绍了有关多层布线，指出多层布 线是规模较大的集成电路的特有工艺；讨论了多层布线的优点； 介绍了常用于多层布线的介质和金属；讨论了影响多层布线质量 的因素。 课程难点：管芯电极及与外部构件的连接有哪两类接触、电极性 接触是什么性质的接触、非电极性接触是什么性质的接触；器件 制造所有的接触均归属于这两类接触；关于表面内电极接触，为 什么不管分离器件还是集成电路均为电极性接触；而对表面内电 极与外电极（管脚）接触，为什么也是不管分离器件还是集成电 路均为电极性接触；有关管芯背面与管座的接触，为什么对分离 器件要求为电极性接触，而对集成电路可为非电极性接触。有关 表面内电极的制备要求，为什么说铝是最符合要求的金属。有关 欧姆接触的基本原理、欧姆接触的定义、欧姆接触的描述方式。 有关表面内电极与电性区间的欧姆接触的实现方式，为什么说这 属于金-半的欧姆接触，实现的方式有哪三种，什么是低势垒欧 姆接触、什么是高复合欧姆接触、什么是重掺杂欧姆接触。有关 三种表面内电极的制备工艺，什么是电阻丝加热真空蒸发，关于 其真空蒸发设备、对蒸发的质量进行了讨论、还有真空蒸发存在 的问题；什么是电子束蒸发，关于电子束蒸发设备、电子束蒸发 具有什么优点；什么是磁控溅射，有关磁控溅射设备、磁控溅射 具有什么优点。有关多层电极，铝电极易失效的原因是什么、为 什么采用单质金属是不能起到根本改善作用的、采用的多层电极 具有什么形式；对于多层电极的结构，多层电极的每一层材料有 什么要求。有关多层布线，为什么说多层布线是规模较大的集成