3集成电路基本工艺

1、集成电路设计基础集成电路设计基础第三章第三章 集成电路制造工艺集成电路制造工艺华南理工大学华南理工大学 电子与信息学院电子与信息学院广州集成电路设计中心广州集成电路设计中心殷瑞祥殷瑞祥 教授教授第第3章章 ic制造工艺制造工艺3.1 外延生长外延生长3.2 掩膜制作掩膜制作 3.3 光刻原理与流程光刻原理与流程3.4 氧化氧化3.5 淀积与刻蚀淀积与刻蚀3.6 掺杂原理与工艺掺杂原理与工艺2 关心每一步工艺对器件性能的影响，关心每一步工艺对器件性能的影响，读懂读懂pdkpdk，挖掘工艺潜力。，挖掘工艺潜力。3.1 3.1 外延生长外延生长(epitaxy)外延生长的目的外延生长的目的 半导体工

2、艺流程中的基片是抛光过的晶圆基片半导体工艺流程中的基片是抛光过的晶圆基片, ,直径在直径在5050到到300mm(2-12300mm(2-12英寸英寸) )之间之间, ,厚度约几百微米厚度约几百微米. . 外延的目的外延的目的用同质材料形成具有不同的掺杂种类及浓度用同质材料形成具有不同的掺杂种类及浓度, ,因而具有因而具有不同性能的晶体层不同性能的晶体层. . 外延也是制作不同材料系统的技术之一外延也是制作不同材料系统的技术之一. . 外延生长后的外延生长后的衬底适合于制作有各种要求的器件与衬底适合于制作有各种要求的器件与ic,ic,且可进行进一且可进行进一步处理步处理. . 不同的外延工艺可

3、制出不同的材料系统不同的外延工艺可制出不同的材料系统. .31.1.液态生长液态生长( (lpe: liquid phase lpe: liquid phase epitaxyepitaxy) ) lpe：在晶体衬底上用金属性溶液形成一个薄层。：在晶体衬底上用金属性溶液形成一个薄层。在加热过的饱和溶液里放上晶体在加热过的饱和溶液里放上晶体,再把溶液降温再把溶液降温,外延层便可形成在晶体表面。原因在于溶解度随外延层便可形成在晶体表面。原因在于溶解度随温度变化而变化。温度变化而变化。 lpe是最简单最廉价的外延生长方法是最简单最廉价的外延生长方法.在在iii/iv族族化合物器件制造中有广泛的应用化

4、合物器件制造中有广泛的应用.但其外延层的质但其外延层的质量不高量不高.尽管大部分尽管大部分algaas/gaas和和ingaasp/inp器件可用器件可用lpe来制作来制作, 目前目前, lpe逐渐被逐渐被vpe, movpe（金属有机物）（金属有机物）, mbe(分子束）法代替分子束）法代替.42.2.气相外延生长气相外延生长( (vpe:vpe: vapor phase epitaxy) ) vpe是指所有在气体环境下在晶体表面进行外延生长是指所有在气体环境下在晶体表面进行外延生长的技术的总称。在不同的的技术的总称。在不同的vpe技术里，卤素技术里，卤素(halogen)传递生长法在制作各

5、种材料的沉淀薄层中得到大量应传递生长法在制作各种材料的沉淀薄层中得到大量应用。任何把至少一种外延层生成元素以卤化物形式在用。任何把至少一种外延层生成元素以卤化物形式在衬底表面发生卤素析出反应从而形成外延层的过程都衬底表面发生卤素析出反应从而形成外延层的过程都可归入卤素传递法，它在半导体工业中有尤其重要的可归入卤素传递法，它在半导体工业中有尤其重要的地位（卤化反应）。用这种方法外延生长的基片，可地位（卤化反应）。用这种方法外延生长的基片，可制作出很多种器件，如制作出很多种器件，如gaas，gaasp，led管管，gaas微波二极管，大部分的微波二极管，大部分的si双极型管，双极型管，lsi及一些

6、及一些mos逻逻辑电路等。辑电路等。5sisi基片的卤素生长外延基片的卤素生长外延 在一个反应炉内的在一个反应炉内的siclsicl4 4/h/h2 2系统中实现：在水平系统中实现：在水平的外延生长炉中，的外延生长炉中，sisi基片放在石英管中的石墨板基片放在石英管中的石墨板上，上，siclsicl4 4，h h2 2及气态杂质原子通过反应管。在外及气态杂质原子通过反应管。在外延过程中，石墨板被石英管周围的射频线圈加热延过程中，石墨板被石英管周围的射频线圈加热到到 1 5 0 0 - 2 0 0 01 5 0 0 - 2 0 0 0 度 ， 在 高 温 作 用 下 ， 发 生度 ， 在 高 温

7、 作 用 下 ， 发 生siclsicl4 4+2h+2h2 2si+4hclsi+4hcl 的反应，释放出的的反应，释放出的sisi原子原子在基片表面形成单晶硅，典型的生长速度为在基片表面形成单晶硅，典型的生长速度为0.51 m/min.63.3.金属有机物气相外延生长金属有机物气相外延生长（movpe:movpe: metalorganic vapor phase epitaxy） iii-v-v材料的材料的movpemovpe中，所需要生长的中，所需要生长的iii，v v族元素的源材料以气体混和物的形式进入族元素的源材料以气体混和物的形式进入反应炉中已加热的生长区里，在那里进行热反应炉中

8、已加热的生长区里，在那里进行热分解与沉淀反应。分解与沉淀反应。 movpemovpe与其它与其它vpevpe不同之处在于它是一种冷不同之处在于它是一种冷壁工艺，只要将衬底控制到一定温度就行了。壁工艺，只要将衬底控制到一定温度就行了。74.分子束外延生长分子束外延生长 (mbe: molecular beam epitaxy) mbembe在超真空中进行，基本工艺流程包含产生轰在超真空中进行，基本工艺流程包含产生轰击衬底上生长区的击衬底上生长区的iii，v v族元素的分子束等。族元素的分子束等。mbembe几乎可以在几乎可以在gaasgaas基片上生长无限多的外延层。基片上生长无限多的外延层。这

9、种技术可以控制这种技术可以控制gaasgaas，algaasalgaas或或ingaasingaas上的生上的生长过程，还可以控制掺杂的深度和精度达到纳米长过程，还可以控制掺杂的深度和精度达到纳米极。经过极。经过mbembe法，衬底在垂直方向上的结构变化法，衬底在垂直方向上的结构变化具有特殊的物理属性。具有特殊的物理属性。 mbembe的不足之处在于产量低。的不足之处在于产量低。89英国vg semicom公司型号为v80s-si的mbe设备关键部分照片 实物实物第第3章章 ic制造工艺制造工艺3.1 外延生长外延生长3.2 掩膜制作掩膜制作 3.3 光刻原理与流程光刻原理与流程3.4 氧化氧

10、化3.5 淀积与刻蚀淀积与刻蚀3.6 掺杂原理与工艺掺杂原理与工艺10 关心每一步工艺对器件性能的影响，关心每一步工艺对器件性能的影响，读懂读懂pdkpdk，挖掘工艺潜力。，挖掘工艺潜力。3.2 3.2 掩膜掩膜( (mask)mask)的制版工艺的制版工艺1. 1. 掩膜制造掩膜制造 从物理上讲从物理上讲, ,任何半导体器件及任何半导体器件及icic都是一系列互相联都是一系列互相联系的基本单元的组合系的基本单元的组合, ,如导体如导体, ,半导体及在基片上不半导体及在基片上不同层上形成的不同尺寸的隔离材料等。要制作出这同层上形成的不同尺寸的隔离材料等。要制作出这些结构需要一套掩膜。一个光学掩

11、膜通常是一块涂些结构需要一套掩膜。一个光学掩膜通常是一块涂着特定图案铬薄层的石英玻璃片，一层掩膜对应一着特定图案铬薄层的石英玻璃片，一层掩膜对应一块块icic的一个工艺层。工艺流程中需要的一套掩膜必的一个工艺层。工艺流程中需要的一套掩膜必须在工艺流程开始之前制作出来。制作这套掩膜的须在工艺流程开始之前制作出来。制作这套掩膜的数据来自电路设计工程师给出的版图。数据来自电路设计工程师给出的版图。11120.18 m工艺结构工艺结构什么是掩膜？什么是掩膜？ 掩膜是用石英玻璃做成的均匀平坦的薄片，掩膜是用石英玻璃做成的均匀平坦的薄片，表面上涂一层表面上涂一层600 800nm厚的厚的cr层，使其层，使

12、其表面光洁度更高。称之为铬板，表面光洁度更高。称之为铬板，cr mask。13 整版及单片版掩膜整版及单片版掩膜 整版整版按统一的放大率印制，因此称为按统一的放大率印制，因此称为1 1x x掩膜掩膜。这种。这种掩膜在一次曝光中，对应着一个芯片阵列的掩膜在一次曝光中，对应着一个芯片阵列的所有电所有电路路的图形都被映射到基片的光刻胶上。的图形都被映射到基片的光刻胶上。 单片版单片版通常把实际电路放大通常把实际电路放大5 5或或1010倍，故称作倍，故称作5 5x x或或1010x x掩膜掩膜。这样的掩膜上的图案仅对应着基片上芯片。这样的掩膜上的图案仅对应着基片上芯片阵列中的阵列中的一个单元一个单元

13、。上面的图案可通过步进曝光机。上面的图案可通过步进曝光机映射到整个基片上。映射到整个基片上。14早期掩膜制作早期掩膜制作方法方法 人们先把版图人们先把版图(layout)分层画在纸上分层画在纸上, 每一层掩每一层掩膜膜有有一种图案一种图案。 画得很大画得很大, 50 50 cm2 或或100 100cm2, 贴在墙上贴在墙上, 用照相机拍照用照相机拍照。 然后缩小然后缩小10 20倍倍, 变为变为5 5 2.5x2.5 cm2 或或10 10 5 5 cm2的精细底片的精细底片。 这叫初缩这叫初缩。 将初缩版装入步进重复照相机将初缩版装入步进重复照相机, 进一步缩小到进一步缩小到2 2 cm2

14、或或3.5 3.5 cm2, 一步一幅印到铬一步一幅印到铬(cr)板上板上, 形成形成一个阵列一个阵列。1516waferic 、mask & wafer整版和整版和接触式接触式曝曝光光 在这种方法中在这种方法中, 掩膜和晶圆是一样大小的掩膜和晶圆是一样大小的. 对应于对应于3” 8”晶圆晶圆, 需要需要3” 8”掩膜掩膜. 不过晶圆是圆的不过晶圆是圆的, 掩膜是方的掩膜是方的 这样制作的掩膜图案失真较大这样制作的掩膜图案失真较大, 因为版图画在纸上因为版图画在纸上, 热胀冷缩热胀冷缩, 受潮起皱受潮起皱, 铺不平等铺不平等 初缩时初缩时, 照相机有失真照相机有失真 步进重复照相步进重

15、复照相, 同样有失真同样有失真 从从mask到晶圆上成像到晶圆上成像, 还有失真还有失真172. 图案发生器方法图案发生器方法(pg: pattern generator) 在在pg法中法中, 规定规定layout的基本图形为矩形的基本图形为矩形. 任何版任何版图都将分解成一系列各种图都将分解成一系列各种大小、不同位置和方向的大小、不同位置和方向的矩形条的组合矩形条的组合. 每个矩形条每个矩形条用用5个参数进行描述个参数进行描述:(x, y, a, w, h)18图案发生器方法图案发生器方法(续续) 利用这些数据控制下图所示的一套利用这些数据控制下图所示的一套制版制版装置。装置。193. x3

16、. x射线制版射线制版 由于由于x x射线具有较短的波长。它可用来制作更高分射线具有较短的波长。它可用来制作更高分辨率的掩膜版。辨率的掩膜版。x-rayx-ray掩膜版的衬底材料与光学版掩膜版的衬底材料与光学版不同，要求对不同，要求对x x射线透明，而不是可见光或紫外线，射线透明，而不是可见光或紫外线，它们常为它们常为sisi或或sisi的碳化物。而的碳化物。而auau的沉淀薄层可使得的沉淀薄层可使得掩膜版对掩膜版对x x射线不透明。射线不透明。x x射线可提高分辨率，但问射线可提高分辨率，但问题是要想控制好掩膜版上每一小块区域的扭曲度是题是要想控制好掩膜版上每一小块区域的扭曲度是很困难的。很

17、困难的。204. 电子束扫描法电子束扫描法(e-beam scanning) 采用电子束对抗蚀剂进行曝光，由于高速的电采用电子束对抗蚀剂进行曝光，由于高速的电子具有较小的波长，分辨率极高。先进的电子束扫子具有较小的波长，分辨率极高。先进的电子束扫描装置精度描装置精度5050nmnm，这意味着电子束的步进距离为这意味着电子束的步进距离为5050nmnm，轰击点的大小也为轰击点的大小也为5050nmnm。21电子束光刻装置电子束光刻装置: leica ebpg5000+22电子束制版电子束制版三部曲三部曲1) 1) 涂抗蚀剂涂抗蚀剂, ,抗蚀剂采用抗蚀剂采用pmma.pmma.2) 2) 电子束曝

18、光电子束曝光, ,曝光可用精密扫描仪，电子束制版曝光可用精密扫描仪，电子束制版的一个重要参数是电子束的亮度，或电子的剂的一个重要参数是电子束的亮度，或电子的剂量。量。3) 3) 显影显影: : 用二甲苯。二甲苯是一种较柔和的有弱用二甲苯。二甲苯是一种较柔和的有弱极性的显影剂，显像速率大约是极性的显影剂，显像速率大约是mibk/ipamibk/ipa的的1/81/8，用用ipaipa清洗可停止显像过程。清洗可停止显像过程。23电子束扫描法电子束扫描法(续续)电子束扫描装置的用途电子束扫描装置的用途: :制造掩膜和直写光刻。制造掩膜和直写光刻。电子束制版的优点：电子束制版的优点：高精度高精度电子束

19、制版的缺点：电子束制版的缺点：设备昂贵设备昂贵制版费用高制版费用高24第第3章章 ic制造工艺制造工艺3.1 外延生长外延生长3.2 掩膜制作掩膜制作 3.3 光刻原理与流程光刻原理与流程3.4 氧化氧化3.5 淀积与刻蚀淀积与刻蚀3.6 掺杂原理与工艺掺杂原理与工艺25 关心每一步工艺对器件性能的影响，关心每一步工艺对器件性能的影响，读懂读懂pdkpdk，挖掘工艺潜力。，挖掘工艺潜力。3.3 光刻原理与流程光刻原理与流程 在在icic的制造过程中，光刻是多次应用的重要工的制造过程中，光刻是多次应用的重要工序。其作用是把掩膜上的图型转换成晶圆上的序。其作用是把掩膜上的图型转换成晶圆上的器件结构

20、。器件结构。263.3.1 3.3.1 光刻光刻步骤步骤一、一、晶圆涂光刻胶晶圆涂光刻胶：n清洗晶圆，在清洗晶圆，在200200 c c温度下烘干温度下烘干1 1小时。目的是防止水汽引起光刻小时。目的是防止水汽引起光刻胶薄膜出现缺陷。胶薄膜出现缺陷。n待晶圆冷却下来，立即涂光刻胶。待晶圆冷却下来，立即涂光刻胶。n晶圆再烘，将溶剂蒸发掉，准备曝晶圆再烘，将溶剂蒸发掉，准备曝光光二、曝二、曝光光: : 光源可以是光源可以是可见光可见光, ,紫外线紫外线, , x x射线和电子束射线和电子束。 光量光量, 时间取决于光刻胶的型号，厚度和成像深度。时间取决于光刻胶的型号，厚度和成像深度。三、显影三、显

21、影: : 晶圆用真空吸盘吸牢，高速旋转，将显影液喷射到晶圆用真空吸盘吸牢，高速旋转，将显影液喷射到晶圆上。显影后，用清洁液喷洗。晶圆上。显影后，用清洁液喷洗。四、烘干四、烘干: : 将显影液和清洁液全部蒸发掉将显影液和清洁液全部蒸发掉。27正性胶与负性胶光刻图形的形成正性胶与负性胶光刻图形的形成28涂光刻胶的涂光刻胶的方法方法光刻胶通过过滤器滴入晶圆中央，被真空吸盘吸牢的晶光刻胶通过过滤器滴入晶圆中央，被真空吸盘吸牢的晶圆以圆以2000 2000 80008000转转/ /分钟的高速旋转，从而使光刻胶均匀分钟的高速旋转，从而使光刻胶均匀地涂在晶圆表面地涂在晶圆表面。293.3.2 3.3.2

22、曝光方式曝光方式1. 接触式接触式曝光曝光方式中，方式中，把掩膜把掩膜以以0.05 0.05 0.30.3atm atm 的压力的压力压在涂光刻胶的晶圆压在涂光刻胶的晶圆上，曝光光源上，曝光光源的波长在的波长在0.40.4 m m左右。左右。30曝光系统曝光系统31点光源产生的光经凹面镜反射得发散光束，再经透点光源产生的光经凹面镜反射得发散光束，再经透镜变成平行光束，经镜变成平行光束，经4545 折射后投射到工作台上。折射后投射到工作台上。接触式接触式曝光方式的图象偏差问题曝光方式的图象偏差问题 原因原因: :光束不平行，接触不密有间隙光束不平行，接触不密有间隙32举例:，y+2d=10m,

23、则有(y+2d)tg=0.5m掩膜和晶圆之间掩膜和晶圆之间实现理想实现理想接触的制约因素接触的制约因素 掩膜本身不平坦，掩膜本身不平坦， 晶圆表面有轻微凸凹，晶圆表面有轻微凸凹， 掩膜和晶圆之间有灰尘。掩膜和晶圆之间有灰尘。33接触式曝光方式的掩膜磨损问题接触式曝光方式的掩膜磨损问题掩膜和晶圆每次接触产生磨损，使掩膜可掩膜和晶圆每次接触产生磨损，使掩膜可使用次数受到限制。使用次数受到限制。非接触式光刻非接触式光刻 1.1.接近式接近式 接近式光刻系统中，接近式光刻系统中，掩膜和晶圆之间有掩膜和晶圆之间有20 50 m的的间隙间隙。这样，。这样，磨损问题可以解决。但磨损问题可以解决。但分辨率下降

24、，当分辨率下降，当时，时，无法工作。这是因为，无法工作。这是因为，根据惠更斯原理，小孔根据惠更斯原理，小孔成像，出现绕射，图形成像，出现绕射，图形发生畸变。发生畸变。34缩小投影缩小投影曝曝光系统光系统2.2.投影式投影式工作原理工作原理: 水银灯光源通过聚光镜投射在掩膜上。水银灯光源通过聚光镜投射在掩膜上。 掩膜比晶圆小，但比芯片大得多。在这个掩膜中，掩膜比晶圆小，但比芯片大得多。在这个掩膜中，含有一个芯片或几个芯片的图案，称之为母版，含有一个芯片或几个芯片的图案，称之为母版，即即 reticle。 光束通过掩膜后，进入一个缩小的透镜组，把光束通过掩膜后，进入一个缩小的透镜组，把 retic

25、le 上的图案，缩小上的图案，缩小510倍，在晶圆上成像。倍，在晶圆上成像。3536缩小投影曝光系统示意图缩小投影曝光系统示意图缩小投影缩小投影曝曝光系统的特点光系统的特点 由于一次由于一次曝曝光只有一个光只有一个reticle上的内容，也就是只上的内容，也就是只有一个或几个芯片，生产量不高。有一个或几个芯片，生产量不高。 由于一次由于一次曝曝光只有一个或几个芯片，要使全部晶圆光只有一个或几个芯片，要使全部晶圆面积面积曝曝光，就得步进。光，就得步进。 步进包括步进包括xy工作台的分别工作台的分别以芯片长度和宽度为步长的移动和以芯片长度和宽度为步长的移动和reticle内容的重内容的重复复曝曝光

26、。光。 投影方式分辨率高，且基片与掩膜间距较大投影方式分辨率高，且基片与掩膜间距较大, , 不存不存在掩膜磨损问题。在掩膜磨损问题。37第第3章章 ic制造工艺制造工艺3.1 外延生长外延生长3.2 掩膜制作掩膜制作 3.3 光刻原理与流程光刻原理与流程3.4 氧化氧化3.5 淀积与刻蚀淀积与刻蚀3.6 掺杂原理与工艺掺杂原理与工艺38 关心每一步工艺对器件性能的影响，关心每一步工艺对器件性能的影响，读懂读懂pdkpdk，挖掘工艺潜力。，挖掘工艺潜力。39除了作为栅的绝缘材料外，二氧化硅在很多制造工序除了作为栅的绝缘材料外，二氧化硅在很多制造工序中可以作为保护层。在器件之间的区域，也可以生成中

27、可以作为保护层。在器件之间的区域，也可以生成一层称为一层称为“场氧场氧”（foxfox）的厚）的厚siosio2 2层，使后面的工序层，使后面的工序可以在其上制作互连线。可以在其上制作互连线。场氧场氧第第3章章 ic制造工艺制造工艺3.1 外延生长外延生长3.2 掩膜制作掩膜制作 3.3 光刻原理与流程光刻原理与流程3.4 氧化氧化3.5 淀积与刻蚀淀积与刻蚀3.6 掺杂原理与工艺掺杂原理与工艺40 关心每一步工艺对器件性能的影响，关心每一步工艺对器件性能的影响，读懂读懂pdkpdk，挖掘工艺潜力。，挖掘工艺潜力。3.5 3.5 淀积与刻蚀淀积与刻蚀 器件的制造需要各种材料的淀积。这些材料包括

28、多晶硅、器件的制造需要各种材料的淀积。这些材料包括多晶硅、隔离互连层的绝缘材料以及作为互连的金属层。隔离互连层的绝缘材料以及作为互连的金属层。 刻蚀的作用刻蚀的作用: :制作不同的器件结构，如线条、接触孔、台式晶体管、制作不同的器件结构，如线条、接触孔、台式晶体管、凸纹、栅等。凸纹、栅等。 被刻蚀的材料被刻蚀的材料: :半导体，绝缘体，金属等。半导体，绝缘体，金属等。 刻蚀的两种方法：刻蚀的两种方法：湿法和干法湿法和干法41湿法刻蚀湿法刻蚀 首先要用适当首先要用适当( (包含有可以分解表面薄层的反应物包含有可以分解表面薄层的反应物) )的的溶液浸溶液浸润刻蚀面润刻蚀面，然后清除被分解的材料。如

29、，然后清除被分解的材料。如siosio2 2在室温下可被在室温下可被hfhf酸刻蚀。酸刻蚀。 湿法刻蚀在湿法刻蚀在vlsivlsi制造中的问题制造中的问题: :接触孔的面积变得越来越小接触孔的面积变得越来越小, , 抗蚀材料层中的小窗口会抗蚀材料层中的小窗口会由于毛细作用而使得接触孔不能被有效的浸润。由于毛细作用而使得接触孔不能被有效的浸润。是被分解的材料不能被有效的从反应区的小窗口内清除是被分解的材料不能被有效的从反应区的小窗口内清除出来。出来。42干法刻蚀干法刻蚀分为：等离子体刻蚀分为：等离子体刻蚀, ,反应离子刻蚀反应离子刻蚀rierie等等 rie rie发生在反应炉中，基片发生在反应

30、炉中，基片( (晶圆晶圆) )被放在一个已被用氮气清被放在一个已被用氮气清洗过的托盘上，然后，托盘被送洗过的托盘上，然后，托盘被送进刻蚀室中，在那里托盘被接在进刻蚀室中，在那里托盘被接在下方的电极上。刻蚀气体通过左下方的电极上。刻蚀气体通过左方的喷口进入刻蚀室。方的喷口进入刻蚀室。rierie的基的基板是带负电的。正离子受带负电板是带负电的。正离子受带负电的基板吸引，最终以近乎垂直的的基板吸引，最终以近乎垂直的方向射入晶体，从而使刻蚀具有方向射入晶体，从而使刻蚀具有良好的方向性。良好的方向性。43反应离子刻蚀rie第第3章章 ic制造工艺制造工艺3.1 外延生长外延生长3.2 掩膜制作掩膜制作

31、 3.3 光刻原理与流程光刻原理与流程3.4 氧化氧化3.5 淀积与刻蚀淀积与刻蚀3.6 掺杂原理与工艺掺杂原理与工艺44 关心每一步工艺对器件性能的影响，关心每一步工艺对器件性能的影响，读懂读懂pdkpdk，挖掘工艺潜力。，挖掘工艺潜力。3.6 3.6 掺杂原理与工艺掺杂原理与工艺掺杂目的掺杂目的掺杂的目的是以形成特定导电能力的材料区域掺杂的目的是以形成特定导电能力的材料区域, ,包括包括n n型型或或p p型半导体层和绝缘层。是制作各种半导体器件和型半导体层和绝缘层。是制作各种半导体器件和icic的基本工艺。的基本工艺。经过掺杂，原材料的部分原子被杂质原子代替。材料经过掺杂，原材料的部分原

32、子被杂质原子代替。材料的导电类型决定于杂质的化合价的导电类型决定于杂质的化合价掺杂可与外延生长同时进行，也可在其后，例如，双掺杂可与外延生长同时进行，也可在其后，例如，双极性硅极性硅icic的掺杂过程主要在外延之后，而大多数的掺杂过程主要在外延之后，而大多数gaasgaas及及inpinp器件和器件和icic的掺杂与外延同时进行。的掺杂与外延同时进行。451.1.热扩散掺杂热扩散掺杂 热扩散是最早也是最简单的掺杂工艺，主要用于热扩散是最早也是最简单的掺杂工艺，主要用于sisi工艺。施主杂质（五价元素工艺。施主杂质（五价元素) )用用p p，asas，受主杂质（三价受主杂质（三价元素元素) )可

33、用可用b b。要减少少数载流子的寿命，也可掺杂少量要减少少数载流子的寿命，也可掺杂少量的的auau。si0si02 2隔离层常被用作热扩散掺杂的掩膜。扩散过隔离层常被用作热扩散掺杂的掩膜。扩散过程中，温度与时间是两个关键参数。在生产双极型硅程中，温度与时间是两个关键参数。在生产双极型硅icic时，至少要时，至少要2 2次掺杂，一次是形成基区，另一次形成发射次掺杂，一次是形成基区，另一次形成发射区。在基片垂直方向上的掺杂浓度变化对于器件性能有区。在基片垂直方向上的掺杂浓度变化对于器件性能有重要意义。重要意义。462.2.离子注入法离子注入法 离子注入技术是离子注入技术是2020世纪世纪5050年代开始研究，年代开始研究，7070年代年代进入工业应用阶段的。随着进入工业应用阶段的。随着vlsivlsi超精细加工技术的进超精细加工技术的进展，现已成为各种半导体掺杂和注入隔离的主流技术。展，现已成为各种半导体掺杂和注入隔离的主流技术。47离子注入机离子注入机 离子注入机包含离子源