半导体工艺基础 第九章续 表面钝化概要
表面钝化工艺
表面钝化工艺surface passivation technology在半导体器件表面覆盖保护介质膜，以防止表面污染的工艺。
1959年，美国人M.M.阿塔拉研究了硅器件表面暴露在大气中的不稳定性问题，提出热生长二氧化硅(SiO2)膜具有良好的表面钝化效果。
此后，二氧化硅膜得到广泛应用。
60年代中期，人们发现二氧化硅膜不能完全阻挡有害杂质(如钠离子)向硅(Si)表面的扩散，严重影响MOS器件的稳定性。
以后研究出多种表面钝化膜生长工艺，其中以磷硅玻璃(PSG)、低温淀积二氧化硅、化学汽相淀积氮化硅(Si3N4)、三氧化二铝(Al2O3)和聚酰亚胺等最为适用。
直接同半导体接触的介质膜通常称为第一钝化层。
常用介质是热生长的二氧化硅膜。
在形成金属化层以前，在第一钝化层上再生长第二钝化层，主要由磷硅玻璃、低温淀积二氧化硅等构成，能吸收和阻挡钠离子向硅衬底扩散。
为使表面钝化保护作用更好并使金属化层不受机械擦伤，在金属化层上面再生长第三层钝化层。
这第三层介质膜可以是磷硅玻璃、低温淀积二氧化硅、化学气相淀积氮化硅、三氧化二铝或聚酰亚胺。
这种多层结构钝化，是现代微电子技术中广泛采用的方式。
对于钝化层的基本要求是：能长期阻止有害杂质对器件表面的沾污；热膨胀系数与硅衬底匹配；膜的生长温度低；钝化膜的组份和厚度均匀性好；针孔密度较低以及光刻后易于得到缓变的台阶。
磷硅玻璃及其生长工艺1964年，发现硅在热氧化过程中通入少量三氯氧磷蒸汽后生成的二氧化硅膜具有磷硅玻璃特性，能捕获钠离子和稳定钠离子的污染作用，大大改善了器件的稳定性。
适当增加磷的浓度还能降低膜的针孔密度，防止微裂，减少快态密度和平缓光刻台阶。
磷硅玻璃已成为重要的第二层钝化膜。
其不足之处是磷浓度较高时有极化和吸潮特性，浓度太低则不易达到流动和平缓台阶的作用。
另一种常用的生长磷硅玻璃的方法是化学汽相淀积法,即把磷烷PH3加到硅烷SiH4和氧的反应过程中，反应温度为400～500℃。
半导体工艺基础 第九章续 表面钝化
2、金属功函数、氧化硅中电荷对C-V特性的影响
§9.3 主要的钝化方法
一、集成电路钝化的一般步骤 典型集成电路制造过程中至少包含三个钝化工序步骤：
1 、衬底氧化层（特别是 MOS 集成电路中的栅氧化层）生 长过程中的钝化。
通常采用含氯氧化，或 HCl 处理氧化石英管。 2、衬底和金属化层之间或多层金属化层之间绝缘隔离氧化 层的钝化工艺。 通常采用磷硅玻璃钝化工艺，为降低回流温度，有时采用 硼磷硅玻璃钝化。 3、芯片的最终钝化层。 常采用SiO2+Si3N4(或Al2O3) 或磷硅玻璃。其中，SiO2 主要 用作为Si3N4 应力缓解层。
3、氧化物固定正电荷Qf 固定正电荷存在于SiO2中离Si-SiO2界面约20Å范围内。 （1）来源：由氧化过程中过剩硅（或氧空位）引起，其密度 与氧化温度、氧化气氛、冷却条件和退火处理有关。 （ 2 ）影响：因 Qf 是正电荷，将使 P 沟 MOS 器件的阈值增加， N道MOS器件的阈值降低；减小沟道载流子迁移率，影响MOS 器件的跨导；增大双极晶体管的噪声和漏电，影响击穿特性。 （3）控制氧化物固定正电荷的方法 （ a）氧化物固定正电荷与晶向有关： (111)>(110)>(100)， 因此MOS集成电路多采用(100)晶向。 （b）氧化温度愈高，氧扩散愈快，氧空位愈少；氧化速率 愈大时，氧空位愈多，固定电荷面密度愈大。采用高温干氧氧 化有助于降低Qf 。 （c）采用含氯氧化可降低Qf 。
0 ox Cox 式中， 是单位面积的 d
1 1 1 C Cox CD
氧化层电容，d是氧化层厚度， Cox与栅压V无关。CD 是单位 面积的半导体势垒电容。对于 确定的衬底掺杂浓度和氧化层 厚度，CD 是表面势s（也是栅 压V）的函数。因此总电容C也 是s 的函数。
半导体工艺基础之续表面钝化
半导体工艺基础之续表面钝化引言半导体材料的表面处理是半导体工艺中至关重要的一步。
表面钝化是一种常用的表面处理技术，它能够改善半导体材料的界面性能，提高器件的性能和可靠性。
本文将介绍半导体工艺中常用的续表面钝化技术及其原理。
1. 表面钝化的作用表面钝化是指在半导体材料表面形成一层薄膜，用以保护材料免受外界环境的侵蚀以及提高半导体器件的性能。
其作用主要包括以下几个方面： - 防止材料表面与环境中的杂质发生反应，保护材料免受氧化、腐蚀等侵蚀； - 调整表面能级，改善界面特性，减小材料表面缺陷的密度； - 提高器件的电性能，如增加载流子迁移率、减小串联电阻、降低接触电阻等。
2. 续表面钝化技术2.1 清洗技术在进行续表面钝化之前，首先需要对半导体材料表面进行清洗，去除表面的杂质和污染物，以确保续表面钝化膜的质量。
常用的清洗技术包括： - 碱性清洗：使用碱性溶液（如氢氧化钠溶液）进行清洗，去除表面有机污染物、无机盐等； - 酸性清洗：使用酸性溶液（如硝酸、盐酸等）进行清洗，去除金属离子、金属氧化物等； - 氢氟酸清洗：使用氢氟酸溶液进行清洗，去除半导体表面的氧化硅膜等。
2.2 氧化技术氧化是一种常用的续表面钝化技术，通过在半导体表面形成氧化物薄膜，起到保护和改善表面性能的作用。
常见的氧化技术包括： - 干氧化：在高温（800~1200℃）下，将半导体材料暴露在氧气或氧气与水蒸汽的混合气体中，使材料表面发生氧化反应，形成氧化硅膜（SiO2）； - 湿氧化：在高温（600~1000℃）下，将半导体材料暴露在水蒸汽环境中，使材料表面发生氧化反应，形成氧化硅膜； - 氧离子注入：通过氧离子轰击的方式，在半导体表面形成氧化硅膜； - 二次氧化：在已有氧化硅膜的基础上，再进行一次氧化处理，使氧化膜更加均匀致密。
2.3 硅氮化技术硅氮化是另一种常用的续表面钝化技术，它通过在半导体表面形成硅氮化薄膜，起到保护和改善表面性能的作用。
功率半导体器件表面钝化技术综述
P I ，glass f r i t ，e tc . F in a lly ，m a te ria ls such
as
B C B ，, - SiC
*H ，, - C *H ，w h ic h was n e w ly in tro d u c e d
tio n p ro c e s s ，and th e ir a p p lic a tio n prosjDect are d is c u s s e d .
erties and functions
of
various p a s iv a tio n
m aterials em ployed
in
these p a s iv a tio n
th e ir ty p ic a l data in th e structu re s o f p ow er devices are g iv e n ，in c lu d in g S i〇2 ，P S G ，S i3 N 4 ，S iO xN y ，A l2 〇3 ，S IP O S ，
(1. F a c u lty o f In fo rm a tio n E n g in e e rin g ，B e ijin g U n iv e rs ity o f T e c h n o lo g y ，B e ijin g 100124，C h in a ；
2. G lo b a l E n e rg y In te rc o n n e c tio n R esearch I n s titu te ，B e ijin g 102209，C h in a )
环境氛围的干扰、刺激、污 染 、渗透和变化等几乎不作
自1959年阿拉塔提出热生长二氧化硅膜具有良
半导体器件的钝化技术
半导体器件的钝化技术09023320 子腾09023307 邹骞09023308 峥09023319 骜目录1绪论 (1)2正文主体 (1)2.1钝化工艺及其对半导体器件参数的影响 (1)2.2制备钝化层的介质材料及其优缺点 (3) (3)3结论 (5)4主要参考文献…………………………………………………………………………………1绪论对于高性能高可靠性集成电路来说，表面钝化已成为不可缺少的工艺措施之一。
近二十年来，信息技术日新月异蓬勃发展。
二十一世纪，世界将全面进入信息时代，以信息技术为代表的高新技术形成的新经济模式，将在二十一世纪世界经济中起决定作用。
信息科技的发展在很大程度上依赖于微电子半导体技术的发展水平，其中（超）大规模集成电路技术（ULSI）是半导体关键的技术。
一个国家占领了信息技术的制高点，它将在二十一世纪获得经济上的主导地位。
摩尔定律——即集成电路的集成度每18个月翻一番，成本大幅下降，揭示了信息技术的指数发展规律，正在朝着高集成化、高速化和高质量化的方向发展。
表面钝化膜的种类很多，如氧化硅、氧化铝、氮化硅、磷硅玻璃、硼硅玻璃、半绝缘多晶硅等等，不同的介质薄膜具有不同的性质和用途。
总的来说，氮化硅薄膜是半导体集成电路中最具应用前景的表面钝化材料，发展低温的热CVD工艺来沉积氮化硅表面钝化膜是集成电路发展的必然趋势，而开发新的能满足低温沉积氮化硅薄膜的新的硅源、氮源前驱体是解决这一难题的有效方法。
接下来，我们小组将会在正文对于什么是钝化工艺，以及钝化层的制备两方面进行具体介绍。
2正文主体2.1钝化工艺及其对半导体器件参数的影响钝化工艺就是在半导体器件表面覆盖保护介质膜，以防止表面污染的工艺。
下文将对各主流钝化工艺进行介绍，并讨论其对半导体器件的影响在集成电路中，在一块单晶基片上需要组装很多器件，这些器件之间需要互相布线连接，而且随着集成度的提高和特征尺寸的减小，布线密度必须增加，所以用于器件之间以及布线之间电气隔离的绝缘钝化膜是非常重要的。
第9章_半导体工艺化学基础
9.3 纯水制备 9.3.1 纯水在半导体生产中的应用 天然水中含有很多杂质，可分为五大类。（1）电解质 （2）有机物（3）颗粒物质（4）微生物 （5）溶解气体 若用自来水清洗硅片等半导体材料时，这些有害杂质将 吸附在硅片表面上，使硅片沾污，使电路钝化，甚至短路， 因此改变装置的电特性及最终产品的性质。 纯水分为纯水和超纯水。纯水又称去离子水，即去掉阴、 阳离子和有机物等杂质的水。
3.离子交换装置系统 工业上制备纯水一般采用复床-混合床装置系统
1-强酸型阳离子交换柱 2-强碱型阴离子交换柱 3-强酸、强碱型混合离子交换柱
离子交换法制高纯水流程图
4.离子交换树脂的预处理 1）脱水树脂的食盐水处理 2）阳树脂的预处理 3）阴树脂的预处理 5.离子交换树脂的再生和贮存
9.3.3 水纯度的测量 水的纯度越高，水中含杂质离子的浓度越小，水的电阻 率就愈大，因此，一般可采用电导仪测定水的电阻率来检 查水的纯度。电阻率越高，水质越好。 1.静态测量法 2.流动测量法
9.4.2 发光二极管的制备 发光二极管的制造过程大体可分为三个阶段：前段、 中段、后段。前段工序主要完成晶圆制造和外延生长，中 段工序主要包括研磨、蒸镀、光刻、切式。 前段工序的第一步是制造半导体晶圆。晶圆制造完成 后，进行外延生长。外延就是在衬底上淀积一层薄的单晶 层，新淀积的这层称为外延层。 外延片完成后，进行中游制造。 中游成品完成后进入后段工序，把LED管芯进行封装。
3.络合剂在化学清洗中的作用 1）酸性和碱性过氧化氢洗液在清洗中的作用 （1）碱性过氧化氢清洗液（通称Ⅰ号洗液） 它是由纯水、过氧化氢（30％）、浓氨水（27％）按一 定比例混合而成的。它们的体积比是：H2O : H2O2 : NH3· H2O=5 : 1 : 1到5 : 2 : 1。 Ⅰ号过氧化氢洗液可除去抛光后硅片上残存的蜡、松香 及光刻工艺硅片表面上的光刻胶等有机物，还可除去硅片表 面Au、Ag、Cu、Ni等金属及金属离子
芯片_二氧化硅_钝化的作用_解释说明以及概述
芯片二氧化硅钝化的作用解释说明以及概述1. 引言1.1 概述本文旨在探讨芯片在制造过程中使用二氧化硅进行钝化的作用及其解释说明。
钝化是一种常见的表面处理技术，它可以提高芯片的稳定性、可靠性和性能。
而二氧化硅作为一种优秀的钝化材料，在芯片制造中扮演着重要角色。
通过深入了解钝化过程及其对芯片性能的影响，我们可以更好地实施芯片钝化，并评估其效果。
1.2 文章结构本文分为五个主要部分。
首先，在引言部分，我们将介绍本文内容的概述、文章结构以及目的，以便读者明确文章主题和组织逻辑。
然后，在“芯片与二氧化硅”部分，我们将讨论芯片的定义和应用，以及二氧化硅在芯片制造中的角色。
接下来，在“钝化过程及作用”部分，我们将详细解释钝化的定义、原理以及钝化对芯片性能产生的影响，并对钝化方法和技术发展进行概述。
第四部分，“芯片钝化的实施与效果评估方法”，我们将简介肖特基二极管结构设计与制备流程，并探讨钝化剂选择与处理工艺优化研究示例。
最后，在“结论与展望”部分，我们将总结芯片钝化的作用，并对面临的挑战和未来发展方向进行探讨。
1.3 目的本文的目的是提供关于芯片钝化及其在芯片制造中应用的深入解读。
通过提供详细的说明和概述，我们希望读者能够全面了解钝化过程以及钝化对芯片性能可能产生的影响。
同时，我们还将介绍一些实施芯片钝化和评估效果的方法，以帮助读者更好地理解和应用相关技术。
最后，我们还将探讨当前芯片钝化领域所面临的挑战，并展望其未来发展方向。
以上就是“1. 引言”部分内容的详细清晰描述，请根据需要进行适当修改和调整。
2. 芯片与二氧化硅2.1 芯片的定义和应用芯片是一种集成电路，它将多个电子元件（如晶体管、电阻器、电容器等）集成在一块小型的半导体材料上。
芯片通常由二氧化硅基底加上金属导线制成，具有微小尺寸和大量功能。
芯片广泛应用于计算机、手机、电视以及其他各种电子设备中。
2.2 二氧化硅在芯片制造中的角色二氧化硅在芯片制造过程中扮演着重要角色。
半导体器件的钝化技术
半导体器件的钝化技术09023320 李子腾09023307 邹骞09023308 刘峥09023319 沈骜目录1绪论 (1)2正文主体 (1)2.1钝化工艺及其对半导体器件参数的影响 (1)2.1.1钝化工艺的产生与发展 (2)2.1.2钝化工艺的分类 (2)2.1.3钝化工艺对器件的影响 (2)2.1.3.1低温淀积二氧化硅工艺 (2)2.1.3.2磷硅玻璃及其生长工艺 (2)2.1.3.3化学汽相淀积氮化硅生长工艺 (2)2.2制备钝化层的介质材料及其优缺点 (3)2.2.1SiO2钝化工艺 (3)2.2.2磷硅玻璃钝化工艺 (3)2.2.3Si3N4钝化工艺 (4)2.2.4Al2O3钝化工艺 (5)3结论 (5)4主要参考文献…………………………………………………………………………………1绪论对于高性能高可靠性集成电路来说，表面钝化已成为不可缺少的工艺措施之一。
近二十年来，信息技术日新月异蓬勃发展。
二十一世纪，世界将全面进入信息时代，以信息技术为代表的高新技术形成的新经济模式，将在二十一世纪世界经济中起决定作用。
信息科技的发展在很大程度上依赖于微电子半导体技术的发展水平，其中（超）大规模集成电路技术（ULSI）是半导体关键的技术。
一个国家占领了信息技术的制高点，它将在二十一世纪获得经济上的主导地位。
摩尔定律——即集成电路的集成度每18个月翻一番，成本大幅下降，揭示了信息技术的指数发展规律，正在朝着高集成化、高速化和高质量化的方向发展。
表面钝化膜的种类很多，如氧化硅、氧化铝、氮化硅、磷硅玻璃、硼硅玻璃、半绝缘多晶硅等等，不同的介质薄膜具有不同的性质和用途。
总的来说，氮化硅薄膜是半导体集成电路中最具应用前景的表面钝化材料，发展低温的热CVD工艺来沉积氮化硅表面钝化膜是集成电路发展的必然趋势，而开发新的能满足低温沉积氮化硅薄膜的新的硅源、氮源前驱体是解决这一难题的有效方法。
接下来，我们小组将会在正文对于什么是钝化工艺，以及钝化层的制备两方面进行具体介绍。
4.表面钝化
第四章 表面钝化太阳电池中的表面复合引起光生载流子的损失，导致太阳电池光电转换效率降低。
复合过程通过半导体禁带中的缺陷能级（表面态）发生。
关于半导体硅中非平衡载流子的复合机制，有许多专门研究的著述。
主要有Shockley ，Read 及Hall 独立地发展出来的以载流子通过缺陷能级复合的模型，通常称为Shockley-Read-Hall 理论（SRH 理论）。
后来Dhariwal 等人[28]通过引入弛豫时间拓展了标准的SRH 理论。
在下面的讨论中，将引用这些有关著述中的重要结论。
4.1 半导体硅中非平衡载流子的复合在一定温度下处于热平衡状态的半导体，载流子浓度是一定的。
这种处于热平衡状态下的载流子浓度，称为平衡载流子浓度。
热平衡状态下的电子浓度和空穴浓度分别用n 0和p 0表示，在非简并半导体中，它们之间有如下关系：2000exp i g c v n T k E N N p n =⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-= （4-1）本征载流子浓度n i 只是温度的函数。
（4-1）式是非简并半导体处于热平衡状态的判据。
当半导体受到外界作用（光、电或者其他形式的能量注入），有外界能量注入半导体时，如果注入能量大于半导体材料的能隙宽度，价带上的电子获得能量后就会跃迁到导带上，同时在价带上留下空穴（这个过程叫做产生）。
此时，载流子浓度发生改变而偏离了热平衡状态。
比平衡载流子多出来的这一部分载流子，叫做非平衡载流子，也叫做过剩载流子。
记为0n n n -=∆（4-2a ）p p p -=∆ (4-2b)热平衡状态下，n 型半导体中00p n>>，p 型半导体中00n p >>。
能带如图4.1所示。
图4-1 光照产生非平衡载流子当具有足够能量的光子)(g E h ≥ν照射到半导体上时，就能够把价带上的电子激发到 导带上去，产生电子—空穴对，使导带上比平衡时多出一部分电子n ∆，价带上比平衡时多出一部分空穴p ∆。
半导体工艺基础
x2 4 Dt
集成电路及微机械加工技术
25
重庆大学光电工程学院
有限源扩散的特点如下： （ 1）杂质分布：扩散时间越长，杂质扩散得越深，表面浓 度越低；扩散时间相同时，扩散温度越高，杂质扩散得也越深， 表面浓度下降得越多； （2）在整个扩散过程中，杂质总量 Q 保持不变。 （3）表面杂质浓度可控，任何 t 时刻的表面浓度为： Q N （ s t) Dt （4）结深： 根据 NB = N（xj , t），可求出结深为：
(四)、锑扩散
(五)、金扩散
集成电路及微机械加工技术
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重庆大学光电工程学院
§1.5 杂质扩散后结深和方块电阻的测量
(一)、结深的测量 测量结深的方法主要有磨角法、磨槽法和光干涉法。 1、磨角法 首先将扩散片磨成斜角（ 1 ~5 ），然后采用染色液对表
面染色以区分 N 区和 P 区的界面位置。常用的染色液是浓氢氟
B2O3的性质
集成电路及微机械加工技术
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4B + 3SiO2
重庆大学光电工程学院
(二)、磷扩散 磷扩散源很多，其共性在于先生成 P2O5 ，再与硅反应生 成单质磷向硅内扩散。 2P2O5 + 5Si 4P + 5SiO2 1、磷的固态源扩散 2、磷的液态源扩散 3、磷的气态源扩散 (三)、砷扩散
集成电路及微机械加工技术
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重庆大学光电工程学院
§1.3 扩散系数与扩散方程 （一）、费克第一定律——扩散定律
一维情况下，单位时间内垂直扩散通过单位面积的粒子 数——即扩散流密度jp( x, t )与粒子的浓度梯度成正比。
dN ( x, t ) j p ( x, t ) D dx
扩散系数D与温度T（K）之间有如下指数关系： D = D∞e —ΔE/kT
半导体工厂钝化处理流程
半导体工厂钝化处理流程As a semiconductor factory, the passivation process is one of the critical steps in the production of semiconductor devices. 钝化处理是在制造半导体器件过程中必不可少的关键步骤之一。
This process involves applying a thin layer of material, such as silicon dioxide or silicon nitride, to the surface of the semiconductor wafer to protect it from contamination and damage. 这个过程涉及向半导体晶圆表面施加一层薄薄的材料，比如二氧化硅或者氮化硅，以保护它免受污染和损坏。
Passivation also helps to improve the electrical performance and reliability of the semiconductor devices. 钝化还有助于提高半导体器件的电气性能和可靠性。
One of the key reasons for implementing the passivation process isto protect the semiconductor from environmental factors, such as moisture and contamination. 实施钝化处理的一个关键原因是为了保护半导体免受湿气和污染等环境因素的影响。
Without passivation, the exposed semiconductor surface is susceptible to corrosion and damage, which can negatively impact the performance and reliability of the devices. 没有钝化处理，暴露在外的半导体表面容易受到腐蚀和损坏，这会对器件的性能和可靠性产生负面影响。
半导体钝化层工艺
半导体钝化层工艺嘿，朋友们！今天咱来聊聊半导体钝化层工艺，这可真是个超级有趣又超级重要的玩意儿啊！你想想看，半导体就像是一个小世界，里面各种电子跑来跑去。
而这钝化层呢，就像是给这个小世界穿上了一层保护衣。
它就像是冬天里你穿的厚棉袄，能让半导体这个小家伙暖暖和和，不受外界的干扰和伤害。
这钝化层工艺啊，可不简单呢！就好像你要给一个宝贝小心翼翼地包装起来，不能有一点马虎。
首先呢，得选择合适的材料来做这层保护衣。
这就好比你挑衣服，得选舒服的、合适的，不然穿起来多别扭啊！而且这材料还得有各种好性能，能抗住各种折腾。
然后呢，就是怎么把这层保护衣给弄上去。
这可是个技术活，就跟你贴手机膜似的，得贴得平平整整，不能有气泡。
要是没弄好，那可就麻烦啦！半导体可能就没法好好工作啦。
这过程中还得注意好多细节呢！比如说温度啦、湿度啦，这些都能影响到钝化层的质量。
这就像你做饭，火候、调料都得掌握好，不然做出来的菜可就不好吃啦。
哎呀呀，你说这半导体钝化层工艺是不是很神奇？它能让那些小小的半导体器件变得更厉害，发挥出更大的作用。
就好像一个普通的人，经过一番精心打扮和培养，变得超级厉害，能做出很多了不起的事情。
你再想想，如果没有这钝化层，半导体得多脆弱啊！随便一点干扰可能就不行啦。
所以说啊，这钝化层工艺可真是太重要啦！它就像是一个幕后英雄，默默地守护着半导体，让它们能安心工作。
咱生活中的好多电子产品，可都离不开这半导体钝化层工艺呢！你手里的手机、电脑，家里的电视、冰箱，哪一个不是靠这小小的半导体在工作啊。
而这钝化层呢，就保证了它们能长时间稳定地运行。
总之呢，半导体钝化层工艺是个特别特别重要的东西，我们得好好重视它，好好研究它。
让它能更好地为我们的生活服务，让我们的生活变得更加美好和便利。
难道不是吗？原创不易，请尊重原创，谢谢!。
半导体工艺教案第九章(DOC)
第九章掺杂【教学目标与要求】1.理解掺杂的概念和方法2.了解扩散原理和扩散工艺3．熟悉离子注入和退火工艺4、了解掺杂的质量控制【教学重点与难点】扩散工艺、离子注入和退火工艺、质量控制【课程类型】【教学方法与手段】【学时分配】【教学内容及教学过程】9.1概述9.1.1掺杂概念在前面已经介绍了在半导体中哪怕引入一点点杂质也会大大改变半导体的导电性。
本章就要介绍给半导体引入指定杂质的工艺过程，也就是掺杂。
掺杂的目的就是改变半导体的导电类型，形成N型层或P型层，以形成PN 结和各种半导体器件，从而形成半导体集成电路；或改变材料的电导率。
经过掺杂，杂质原子将要代替原材料中的部分原子，材料的导电类型决定于杂质的化合价，如硅中掺入五价的磷（施主杂质）将成为N型半导体，掺入三价的硼（受主杂质）将成为P型半导体。
9.1.2掺杂的两种方法掺杂的方法有两种：热扩散和离子注入。
热扩散法是最早使用也是最简单的掺杂工艺，热扩散是利用高温驱动杂质进入半导体的晶格中，并使杂质在半导体衬底中扩散。
这种方法对温度和时间的依赖性很强。
于20世纪50年代开始研究，20世纪70年代进入工业应用阶段，随着VLSI超精细加工技术的发展，现已成为各种半导体掺杂和注入隔离的主流技术。
离子注入是通过把杂质离子变成高能离子来轰击衬底，从而把杂质注入到半导体衬底中的掺杂方法。
9.1.3掺杂工艺流程半导体制造中的污染无时无刻不在，所以掺杂之前要对衬底进行清洗等前处理。
大部分的掺杂是在半导体衬底中指定的区域掺杂——选择性掺杂，也就是有些区域需要掺杂，其他区域不掺杂。
怎样实现选择性掺杂呢？那就是在掺杂之前在半导体衬底表面生长一层掩蔽膜（这层掩蔽膜具有阻挡杂质向半导体衬底中扩散的能力），然后对掩蔽膜进行光刻和刻蚀，去掉衬底上面待掺杂区域的掩蔽膜，不掺杂区域的掩蔽膜要保留下来，得到选择扩散窗口。
然后放入高温扩散炉中进行掺杂，则在窗口区就可以向半导体衬底中扩散杂质，其他区域被掩蔽膜屏蔽，没有杂质进入，实现对半导体衬底中的选择性扩散。
半导体工艺基础
无规则运动
无规则运动
真性半导体：完全不含 外因性半导体：含Ⅲ族或 杂质原子的半导体 Ⅴ族杂质元素的半导体
低温 原子的振动
电子无规则运动
结果,载流子的移动度 变小,电阻上升
共价电子逸出晶体的同时产生 了电子－空穴对，既载流子。
本征半导体的电子密度n等于空 穴密度p
n=p=ni (ni:本征载流子密度)
11
《半导体制造》
掺杂P，就多出 一个电子，即 传导电子，此 时的P称为施主 杂质。
掺杂B，就缺少 一个电子，可 以等同于产生 一个空穴，此 时的B称为受主 杂质。
12
Semiconductor Manufacturing Basic
扩散 注入
载流子的产生
跳跃
可移动的领域 矮墙
高墙
阶梯
自己的房间
49
ALD (原子层沉积)
薄膜、高介电膜的形成技术
原料气体 惰性气体 氧化气体 惰性气体
表面上吸附原料 气体
生 由惰性气体替换 成 不要的原料气体 单
层 原料原子的氧化 膜
由惰性气体替换 氧化气体
可以利用重叠的方式来控制原子层, 从而成膜
可以实现不同膜的重叠
50
扩散
扩散就是由于浓度梯度的驱动,形成的原子移动
洗净 CMP
刻蚀 干刻 湿刻 去胶机
离子注入
掩膜版20张
光刻
涂胶 显影 溅射 SEM
光刻胶
5
6
《半导体制造》
第二章
扩散 注入
Semiconductor Manufacturing Basic
扩散 注入
半导体是什么？
电阻
良导体(金属） 柔软、不透明、重
半导体工艺要点
半导体⼯艺要点半导体⼯艺要点1、什么是集成电路通过⼀系列特定的加⼯⼯艺，将晶体管、⼆极管等有源器件和电阻、电容等⽆源器件，按照⼀定的电路互连，“集成”在⼀块半导体单晶⽚（如硅或砷化镓）上，封装在⼀个外壳内，执⾏特定电路或系统功能2、集成电路设计与制造的主要流程框架设计-掩模板-芯⽚制造-芯⽚功能检测-封装-测试3、集成电路发展的特点特征尺⼨越来越⼩硅圆⽚尺⼨越来越⼤芯⽚集成度越来越⼤时钟速度越来越⾼电源电压/单位功耗越来越低布线层数/I/0引脚越来越多4、摩尔定律集成电路芯⽚的集成度每三年提⾼4倍，⽽加⼯特征尺⼨(多晶硅栅长)摩尔定5、集成电路分类6、半导体公司中芯国际集成电路制造有限公司（SMIC）上海华虹(集团)有限公司上海先进半导体制造有限公司台积电(上海)有限公司上海宏⼒半导体制造有限公司TI 美国德州仪器7、直拉法⽣长单晶硅直拉法法是在盛有熔硅或锗的坩埚内，引⼊籽晶作为⾮均匀晶核，然后控制温度场，将籽晶旋转并缓慢向上提拉，晶体便在籽晶下按籽晶的⽅向长⼤。
1.籽晶熔接: 加⼤加热功率，使多晶硅完全熔化，并挥发⼀定时间后，将籽晶下降与液⾯接近，使籽晶预热⼏分钟，俗称“烤晶”，以除去表⾯挥发性杂质同时可减少热冲击2.引晶和缩颈：当温度稳定时，可将籽晶与熔体接触。
此时要控制好温度，当籽晶与熔体液⾯接触，浸润良好时，可开始缓慢提拉，随着籽晶上升硅在籽晶头部结晶，这⼀步骤叫“引晶”，⼜称“下种”。
“缩颈”是指在引晶后略为降低温度，提⾼拉速，拉⼀段直径⽐籽晶细的部分。
其⽬的是排除接触不良引起的多晶和尽量消除籽晶内原有位错的延伸。
颈⼀般要长于20mm3.放肩：缩颈⼯艺完成后，略降低温度，让晶体逐渐长⼤到所需的直径为⽌。
这称为“放肩”。
在放肩时可判别晶体是否是单晶，否则要将其熔掉重新引晶。
单晶体外形上的特征—棱的出现可帮助我们判别，<111>⽅向应有对称三条棱，<100>⽅向有对称的四条棱。
激光器腔面钝化和腔面光学讲解
高反膜的设计——多层高反膜
用高、低折射率nH和nL介质薄膜交替沉积，每层的光学厚度nHdH=nLdL= λ0/4
He、H、O等离子 注入，或者制备 SiO2等介质薄膜
该技术和杂质注入诱导无序技术联合 使用，达到实用化的要求
提高激光输出功率和激光损伤阈值
非吸收窗口技术
非吸收窗口技术是在腔面附近通过特殊处理后使得 腔面处材料的禁带宽度加宽，对应发射波长的腔面 形成透明区，抑制腔面的光吸收。改性的方法有很 多，主要包括：氮化处理技术、量子阱无序技术和 二次外延生长技术。
半导体激光器腔面光学膜的设计
➢介质膜的折射率低于衬底的 折射率时呈减反特性。
➢介质膜的折射率高于衬底的 折射率时呈高反特性
➢在介质膜光学厚度 nd 1 时
出现极大和极小值
4
不同折射率的单层介质膜的反射率特性曲线
高反膜的设计——单层高反膜
在折射率为 ng的基底上镀以光学厚度为 λ0/4 的高折射率（n1）的膜层 后，对于中心波长为λ0的光束，根据光学薄膜设计的相关理论，单层 膜和基底组合的导纳为n12/ng，垂直入射的反射率为:
氮气，Zn,Si离子 注入等，或者二 次外延宽禁带半 导体材料
二次外延生长工艺上，技术难度大， 重复性较差
离子辅助镀膜技术
离子辅助镀膜技术是在空气中解理半导体激光器芯 片后，利用低能离子束轰击半导体激光器腔面，除 去腔面的氧化物和腔面吸附的杂质，然后利用离子 辅助技术镀上腔面钝化膜和腔面光学膜
Ar、N2、H2、卤素 气体中的一种或 者混合气体
一般选用ZnSe或 Si、Ge、SiN、 AlN等材料
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西南科技大学理学院 2013.4. 15
§9.1 概述
一、钝化膜及介质膜的重要性和作用 1、改善半导体器件和集成电路参数
2、增强器件的稳定性和可靠性
二次钝化可强化器件的密封性，屏蔽外界杂质、离子电荷、 水汽等对器件的有害影响。 3、提高器件的封装成品率 钝化层为划片、装架、键合等后道工艺处理提供表面的机械 保护。 4、其它作用 钝化膜及介质膜还可兼作表面及多层布线的绝缘层。
2、对材料物理性质的要求 （1）低的内应力。高的张应力会使薄膜产生裂纹，高的压 应力使硅衬底翘曲变形。 （2）高度的结构完整性。针孔缺陷或小丘生长会有造成漏 电、短路、断路、给光刻造成困难等技术问题。 （3）良好的粘附性。对Si、金属等均有良好的粘附性。 3、对材料工艺化学性质的要求 （1）有良好的淀积性质，有均匀的膜厚和台阶覆盖性能， 适于批量生产。
（2）便于图形制作。能与光刻，特别是细线条光刻相容； 应有良好的腐蚀特性，包括能进行各向异性腐蚀，与衬底有良 好的选择性。 （3）可靠性好。包括可控的化学组分，高的纯度，良好的 抗湿性，不对金属产生腐蚀等。
三、钝化膜及介质膜的种类 钝化膜及介质膜可分为无机玻璃及有机高分子两大类。
无 机 玻 璃 氧化物 SiO2 , Al2O3 , TiO2 , ZrO2 , Fe2O3 , SixOy (SIPOS)
（1）来源：由氧化过程中的 Si/SiO2界面处的结构缺陷（如 图中的悬挂键、三价键）、界面附近氧化层中荷电离子的库仑 势、Si/SiO2界面附近半导体中的杂质（如Cu、Fe等）。 （2）影响：界面陷阱电荷影响 MOS器件的阈值电压、减小 MOS 器件沟道的载流子迁移率，影响 MOS 器件的跨导；增大 双极晶体管的结噪声和漏电，影响击穿特性。 （3）控制界面陷阱电荷的方法
二、对钝化膜及介质膜性质的一般要求 1、电气性能要求 （1）绝缘性能好。介电强度应大于5MV/cm； （2）介电常数小。除了作 MOS电容等电容介质外，介电常 数愈小，容性负载则愈小。
（ 3）能渗透氢。器件制作过程中，硅表面易产生界面态， 经H2 退火处理可消除。
（ 4）离子可控。在做栅介质时，希望能对正电荷或负电荷 进行有效控制，以便制作耗尽型或增强型器件。 （5）良好的抗辐射。防止或尽量减小辐射后氧化物电荷或 表面能态的产生，提高器件的稳定性和抗干扰能力。
硅酸盐
氮化物
PSG , BSG , BPSG
Si3N物
有机 高分 子 合成树脂
a-Si:H
聚酰亚胺类，聚硅氧烷类
合成橡胶
硅酮橡胶
§9.2 Si-SiO2系统
一、SiO2膜在半导体器件中的主要用途 1、SiO2膜用作选择扩散掩膜
利用SiO2对磷、硼、砷等杂质较强的掩蔽能力，通过在硅 上的二氧化硅层窗口区向硅中扩散杂质，可形成PN结。
3、氧化物固定正电荷Qf 固定正电荷存在于SiO2中离Si-SiO2界面约20Å范围内。 （1）来源：由氧化过程中过剩硅（或氧空位）引起，其密度 与氧化温度、氧化气氛、冷却条件和退火处理有关。 （ 2 ）影响：因 Qf 是正电荷，将使 P 沟 MOS 器件的阈值增加， N道MOS器件的阈值降低；减小沟道载流子迁移率，影响MOS 器件的跨导；增大双极晶体管的噪声和漏电，影响击穿特性。 （3）控制氧化物固定正电荷的方法 （ a）氧化物固定正电荷与晶向有关： (111)>(110)>(100)， 因此MOS集成电路多采用(100)晶向。 （b）氧化温度愈高，氧扩散愈快，氧空位愈少；氧化速率 愈大时，氧空位愈多，固定电荷面密度愈大。采用高温干氧氧 化有助于降低Qf 。 （c）采用含氯氧化可降低Qf 。
（ 1）来源：任何工艺中（氧化的石英炉管、蒸发电极等） 或材料、试剂和气氛均可引入可动离子的沾污。 （ 2 ）影响：可动正离子使硅表面趋于 N型，导致 MOS 器件 的阈值电压不稳定；导致 NPN晶体管漏电流增大，电流放大系 数减小。 （3）控制可动电荷的方法
（a）采用高洁净的工艺，采用高纯去离子水，MOS级的 试剂，超纯气体，高纯石英系统和器皿，钽丝蒸发和自动化操 作等。 （ b）磷处理，形成 PSG-SiO2 以吸除、钝化 SiO2 中的 Na+。
2、SiO2膜用作器件表面保护层和钝化层 （1）热生长SiO2电阻率在1015.cm以上，介电强度不低于 5106 V/cm,具有良好的绝缘性能，作表面一次钝化； （ 2 ）芯片金属布线完成后，用 CVD-SiO2 作器件的二次钝 化，其工艺温度不能超过布线金属与硅的合金温度。 3、作器件中的绝缘介质（隔离、绝缘栅、多层布线绝缘、 电容介质等） 4、离子注入中用作掩蔽层及缓冲介质层
二、Si-SiO2 系统中的电荷 1、可动离子电荷Qm 常规生长的热氧化SiO2中一般存在着1012~1014cm-2的可动正 离子，由碱金属离子及氢离子所引起，其中以Na+的影响最大。 Na+来源丰富且SiO2几乎不防Na+，Na+在SiO2的扩散系数和迁移 率都很大。在氧化膜生长过程中，Na+倾向于在SiO2表面附近积 累，在一定温度和偏压下，可在SiO2层中移动，对器件的稳定 性影响较大。
（a）界面陷阱密度与晶向有关： (111)>(110)>(100)，因此 MOS集成电路多采用(100)晶向（有较高的载流子表面迁移率）； 而双极型集成电路多选用(111)晶向。 （ b） 低 温 、 惰 性 气 体 退 火 ： 纯 H2 或 N2-H2 气 体 在 400~500℃退火处理，可使界面陷阱电荷降低 2~3数量级。原因 是氢在退火中与悬挂键结合，从而减少界面态。 （c）采用含氯氧化，可将界面陷阱电荷密度有效控制在 1010/cm2数量级。
（c）采用掺氯氧化，以减小Na+ 沾污，并可起钝化Na+ 的 作用。
2、Si-SiO2 界面陷阱电荷Qit（界面态）
指存在于Si-SiO2界面，能带处于硅禁带中，可以与价带或 导带交换电荷的那些陷阱能级或能量状态。靠近禁带中心的界 面态可作为复合中心或产生中心，靠近价带或导带的可作为陷 阱。界面陷阱电荷可以带正电或负电，也可以呈中性。