《集成电路工艺原理》PPT课件
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集成电路的基本制造工艺PPT培训课件
二氧化硅、氧化铝等是集成电路制造中常用的介质材料，用于隔离不同器件和层间绝缘。
氧化物
氮化硅、氮化硼等是具有高硬度、高熔点和高化学稳定性的介质材料，常用于保护和钝化表面。
氮化物
介质材料
金属材料
铜
铜是目前集成电路中主要的互连材料，具有低电阻、高可靠性等优点。
铝
铝是早期集成电路中常用的互连材料，具有成本低、延展性好等优点。
详细描述
集成电路的发展历程
集成电路的应用领域
总结词：集成电路的应用领域非常广泛，包括通信、计算机、消费电子、工业控制、医疗器械等。随着技术的不断发展，集成电路的应用领域还将不断扩大。
02
集成电路制造工艺流程
前道工艺流程
通过物理或化学气相沉积等方法在衬底上形成薄膜，作为集成电路的基本材料。
利用光刻胶和掩膜板，将设计好的电路图案转移到衬底上。
合金材料
金、银、铂等贵金属和铜、镍等贱金属的合金材料在集成电路制造中也有应用，用于提高器件性能和可靠性。
光刻胶是集成电路制造中最关键的材料之一，用于图形转移和掩膜。
光刻胶
研磨料用于表面处理和研磨，以实现平滑和洁净的表面。
研磨料
其他材料
04
集成电路制造设备与技术
光刻设备
用于将电路图案转移到晶圆片上，包括曝光机和光刻机等。
制造设备
随着集成电路的集成度不断提高，制程技术不断向纳米级别发展，目前已经达到纳米级别。
纳米制程技术
新型材料如碳纳米管、二维材料等在集成电路制造中的应用逐渐增多，为集成电路的发展提供了新的可能性。
新型材料应用
通过将多个芯片堆叠在一起，实现更高速的信号传输和更低的功耗，成为集成电路制造技术的重要发展方向。
集成电路制造工艺PPT课件
40
净化厂房
精选
41
芯片制造净化区域走廊
精选
42
投 影 式 光 刻 机
Here in the Fab Two Photolithography area we see one of
our 200mm 0.35 micron I-Line Steppers. this stepper can
image and align both 6 & 8精i选nch wafers.
精选
最快速度：2.4GHz
24
集成电路的分类
–器件结构类型 –集成度 –电路的功能 –应用领域
精选
25
按器件结构类型分类
• 双极集成电路：主要由双极型晶体管构成
–NPN型双极集成电路
–PNP型双极集成电路
• 金属-氧化物-半导体(MOS)集成电路：主要由 MOS晶体管(单极型晶体管)构成
–NMOS
and SemiTool in 1995. Again these are the world's first 300mm wet
process cassettes (that can be spin rin精s选e dried).
44
12 英 寸 氧 化 扩 散 炉
As we look in this window we see the World's First true 300mm production
精选
18
❖ 集成电路单片集成度和最小特征尺寸的发展曲线
精选
19
精选
20
发展 阶段
主要特征 元件数/芯片
特征线宽(um)
栅氧化层厚度 (nm)
第3章集成电路制造工艺ppt课件
2021/5/29
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集成电路设计原理
1.1.4 埋层的作用
1.减小串联电阻〔集成电路中的各个电极均从 上表面引出，外延层电阻率较大且路径较长。 2.减小寄生pnp晶体管的影响〔第二章介绍）
光P+刻胶
SiO2
EB C
N+ P
N+
N–-epi
钝化层
SiO 2
P+
P-Sub
N+埋层
EB C
N+ P N+
无生产线〔Fabless〕集成电路设计公司。
如美国有200多家、台湾有100多家这样的
设计公司。
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2
集成电路设计原理
引言
2. 代客户加工〔代工〕方式
芯片设计单位和工艺制造单位的分离，即 芯片设计单位可以不拥有生产线而存在和 发展，而芯片制造单位致力于工艺实现， 即代客户加工〔简称代工〕方式。
钝化层
E SiOB C SiO
光P+刻胶
N+
2
P
N+
2
P+
SiO2 N–-epi
EB C N+ P N+ P+
N–-
P-Sub
N+埋层
epi
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1.1.6 作业
集成电路设计原理
1 描述PN结隔离双极工艺的流程及光
刻掩膜版的作用；
2 说明埋层的作用。
注：下次上课时需要交前一次课的作 业，做为平时成绩的一部分。不能代交！
N–-
P+
epi
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集成电路设计原理
集成电路工艺原理PPT教案
第33页/共40页
g线和i线光刻胶的组成
（正胶－positive photoresist, DNQ）
a) 基底：树脂 是一种低分子量的酚醛树脂 (novolac, a polymer) 本身溶于显影液，溶解速率为15 nm/s。
b)光敏材料（PAC－photoactive compounds) 二氮醌 (diazoquinone, DQ)
或
NA聚光光路 S= NA投影光路
第29页/共40页
一般S＝0.5-0.7
特征尺寸大
特征尺寸小
2W 横坐标：归一化的空间频率，线条数/mm/截止频率
空间频率＝1/(2W), W是等宽光栅的线条宽度，2W即Pitch
按照瑞利判据归一化，即0＝1/R＝ NA/0.61 （截止频率）
31
第30页/共40页
例题：假定某种光刻胶可以MTF＝0.4分辨图形，如果曝光系统的NA＝0.35，＝ 436 nm（g-line），S＝0.5。则光刻分辨的最小尺寸为多少？如果采用i线光源呢？ 解：从图中可以知道：S＝0.5 ，MTF＝0.4，对应于=0.520。 ＝436 nm时，0＝NA/0.61＝0.35/(0.61×0.436)＝ 1.32/mm 即分辨率为每mm的0.686对（=0.520 ） 最小线条的分辨尺寸为0.73 mm或pitch＝1.46 mm 若＝365 nm（i-line），则分辨尺寸可减小为0.61 mm。 DOFg-line＝3.56 mm， DOFi-line＝2.98 mm（假定k2＝1）
掩模版制作
光刻机工作模式：
接触式，接近式，扫描式， 步进式，步进扫描式
R
k1
NA
DOF
k2
( NA)2
光源：g线、i线，DUV， 193DUV，VUV，EUV 汞灯、准分子激光、激光激 发Xe等离子体
g线和i线光刻胶的组成
（正胶－positive photoresist, DNQ）
a) 基底：树脂 是一种低分子量的酚醛树脂 (novolac, a polymer) 本身溶于显影液，溶解速率为15 nm/s。
b)光敏材料（PAC－photoactive compounds) 二氮醌 (diazoquinone, DQ)
或
NA聚光光路 S= NA投影光路
第29页/共40页
一般S＝0.5-0.7
特征尺寸大
特征尺寸小
2W 横坐标：归一化的空间频率，线条数/mm/截止频率
空间频率＝1/(2W), W是等宽光栅的线条宽度，2W即Pitch
按照瑞利判据归一化，即0＝1/R＝ NA/0.61 （截止频率）
31
第30页/共40页
例题：假定某种光刻胶可以MTF＝0.4分辨图形，如果曝光系统的NA＝0.35，＝ 436 nm（g-line），S＝0.5。则光刻分辨的最小尺寸为多少？如果采用i线光源呢？ 解：从图中可以知道：S＝0.5 ，MTF＝0.4，对应于=0.520。 ＝436 nm时，0＝NA/0.61＝0.35/(0.61×0.436)＝ 1.32/mm 即分辨率为每mm的0.686对（=0.520 ） 最小线条的分辨尺寸为0.73 mm或pitch＝1.46 mm 若＝365 nm（i-line），则分辨尺寸可减小为0.61 mm。 DOFg-line＝3.56 mm， DOFi-line＝2.98 mm（假定k2＝1）
掩模版制作
光刻机工作模式：
接触式，接近式，扫描式， 步进式，步进扫描式
R
k1
NA
DOF
k2
( NA)2
光源：g线、i线，DUV， 193DUV，VUV，EUV 汞灯、准分子激光、激光激 发Xe等离子体
第一章集成电路的基本制造工艺ppt课件
➢ 由于SOC（系统芯片）的出现，给IC设计者提出了 更高的要求，也面临着新的挑战：设计者不仅要懂系 统、电路，也要懂工艺、制造。
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
半导体材料：硅
扩散
➢ 替位式扩散：杂质离子占据硅原子的位：
Ⅲ、Ⅴ族元素
一般要在很高的温度(950～1280℃)下进行 磷、硼、砷等在二氧化硅层中的扩散系数
均远小于在硅中的扩散系数，可以利用氧 化层作为杂质扩散的掩蔽层。
➢ 间隙式扩散：杂质离子位于晶格间隙：
Na、K、Fe、Cu、Au 等元素 扩散系数要比替位式扩散大6～7个数量级
2(Dt) 2
其中，NT：预淀积后硅片表面浅层的P原子浓度
N T311 0 5 (1cm )
D：P的扩散系数 t ：扩散时间 x：扩散深度
只要控制NT 、T、t 三个因素就可以决定扩散深度及浓度。
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
集成电路芯片的显微照片
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
V ss
p o ly 栅
V dd 布 线 通 道 参考孔
N+
P+
有源区
集成电路的内部单元(俯视图)
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
半导体材料：硅
扩散
➢ 替位式扩散：杂质离子占据硅原子的位：
Ⅲ、Ⅴ族元素
一般要在很高的温度(950～1280℃)下进行 磷、硼、砷等在二氧化硅层中的扩散系数
均远小于在硅中的扩散系数，可以利用氧 化层作为杂质扩散的掩蔽层。
➢ 间隙式扩散：杂质离子位于晶格间隙：
Na、K、Fe、Cu、Au 等元素 扩散系数要比替位式扩散大6～7个数量级
2(Dt) 2
其中，NT：预淀积后硅片表面浅层的P原子浓度
N T311 0 5 (1cm )
D：P的扩散系数 t ：扩散时间 x：扩散深度
只要控制NT 、T、t 三个因素就可以决定扩散深度及浓度。
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
集成电路芯片的显微照片
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
V ss
p o ly 栅
V dd 布 线 通 道 参考孔
N+
P+
有源区
集成电路的内部单元(俯视图)
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
集成电路工艺简介课件
制程成本
随着制程技术的不断升级，制程成本也在不断攀升，需要寻 找更经济、更高效的制程方案。
制程良率挑战
缺陷控制
在集成电路制造中，缺陷控制是提高制程良率的关键，需要加强缺陷检测和分类，提高缺陷修复 效率。
工艺控制
工艺控制是提高制程良率的另一个关键因素，需要加强工艺参数的监控和控制，确保工艺的稳定 性和重复性。
。
02
光刻技术包括曝光、显影、去胶等步骤，其中 曝光是最核心的步骤。
04
光刻技术的分辨率和精度直接影响到集成电路的性 能和可靠性。
刻蚀技术
刻蚀技术是将硅片表面的材料去除或 刻入的过程，是实现电路图案转移的 关键步骤之一。
湿法刻蚀具有设备简单、操作方便等 优点，但各向同性刻蚀和侧壁腐蚀等 问题限制了其应用范围。
02
集成电路制造工艺流程
前段工艺流程
薄膜制备
通过物理或化学气相沉积等方法，在 硅片上形成一层或多层薄膜材料，如 氧化硅、氮化硅等。
刻蚀工艺
通过离子注入或扩散方法，将特定元 素引入硅片中，形成不同导电类型的 区域。
光刻工艺
通过光刻技术将设计好的电路图案转 移到光敏材料上，形成电路图形的掩 模版。
掺杂工艺
新设备的研发
新设备的研发是推动集成电路制造技 术发展的关键因素之一，如新型光刻 机、刻蚀机等。
05 案例分析
案例一：CMOS图像传感器制造工艺流程
衬底选择与准备
根据器件性能要求选择合适的衬底材料，并 进行表面处理，为后续工艺做准备。
掺杂与退火
为了调整材料性能，需要进行掺杂和退火处理。
薄膜沉积
在衬底上沉积所需厚度的薄膜，如光电转换层 、电极层等。
掺杂与注入技术可以分为扩散和注入 两种方法。
随着制程技术的不断升级，制程成本也在不断攀升，需要寻 找更经济、更高效的制程方案。
制程良率挑战
缺陷控制
在集成电路制造中，缺陷控制是提高制程良率的关键，需要加强缺陷检测和分类，提高缺陷修复 效率。
工艺控制
工艺控制是提高制程良率的另一个关键因素，需要加强工艺参数的监控和控制，确保工艺的稳定 性和重复性。
。
02
光刻技术包括曝光、显影、去胶等步骤，其中 曝光是最核心的步骤。
04
光刻技术的分辨率和精度直接影响到集成电路的性 能和可靠性。
刻蚀技术
刻蚀技术是将硅片表面的材料去除或 刻入的过程，是实现电路图案转移的 关键步骤之一。
湿法刻蚀具有设备简单、操作方便等 优点，但各向同性刻蚀和侧壁腐蚀等 问题限制了其应用范围。
02
集成电路制造工艺流程
前段工艺流程
薄膜制备
通过物理或化学气相沉积等方法，在 硅片上形成一层或多层薄膜材料，如 氧化硅、氮化硅等。
刻蚀工艺
通过离子注入或扩散方法，将特定元 素引入硅片中，形成不同导电类型的 区域。
光刻工艺
通过光刻技术将设计好的电路图案转 移到光敏材料上，形成电路图形的掩 模版。
掺杂工艺
新设备的研发
新设备的研发是推动集成电路制造技 术发展的关键因素之一，如新型光刻 机、刻蚀机等。
05 案例分析
案例一：CMOS图像传感器制造工艺流程
衬底选择与准备
根据器件性能要求选择合适的衬底材料，并 进行表面处理，为后续工艺做准备。
掺杂与退火
为了调整材料性能，需要进行掺杂和退火处理。
薄膜沉积
在衬底上沉积所需厚度的薄膜，如光电转换层 、电极层等。
掺杂与注入技术可以分为扩散和注入 两种方法。
现代集成电路制造工艺原理-第九章PPT课件
Learning Is To Achieve A Certain Goal And Work Hard, Is A Process To Overcome Various Difficulties For A Goal
金属钛淀积
钛充当了钨与二氧化硅间 的黏合剂
氮化钛淀积
TiN充当金属钨的扩散阻挡 层
钨淀积
钨能够无空洞地填充孔。 钨有良好的抛磨特性
磨抛钨
磨抛到局部互连介质层的 上表面
通孔1和钨塞1的形成-通孔1的形成
第一层层间介质氧化 物淀积
氧化物磨抛
磨抛后氧化层厚度约为 8000Å
第十层掩膜，第一层 层间介质刻蚀
提高金属叠加结构的稳 定性
淀积铝铜合金
99%的铝，1%的铜 提高铝的稳定性
淀积氮化钛
抗反射层
第十一层掩膜，金属刻 蚀
通孔2和钨塞2的形成-通孔2的形成
ILD-2间隙填充
高浓度等离子体化学 气相淀积
ILD-2氧化物淀积
等离子体增强化学汽 相淀积
ILD-2 氧化物平坦化 第十二层掩膜，ILD-
涂胶/显影设备&对准/曝光设备
首先对硅片进行预处理，涂胶、甩胶、烘干，然后将硅 片送入对准及曝光设备进行对准和曝光，最后回到涂胶/ 显影设备进行显影、清洗和再次烘干。
刻蚀
图9.5 干法等离子体刻蚀机示意图
刻蚀:在硅片上没有 光刻胶保护的地方 留下永久的图形。
常见工具
等离子体刻蚀机 等离子体去胶机 湿法清洗设备
第二层掩膜，p阱 注入
p阱注入（高能）
硼的原子量为11， 磷的原子量为31。 所以注入硼所需的 能量相当于注入磷 所需的能量的三分 之一
退火
浅槽隔离工艺-STI槽刻蚀
金属钛淀积
钛充当了钨与二氧化硅间 的黏合剂
氮化钛淀积
TiN充当金属钨的扩散阻挡 层
钨淀积
钨能够无空洞地填充孔。 钨有良好的抛磨特性
磨抛钨
磨抛到局部互连介质层的 上表面
通孔1和钨塞1的形成-通孔1的形成
第一层层间介质氧化 物淀积
氧化物磨抛
磨抛后氧化层厚度约为 8000Å
第十层掩膜，第一层 层间介质刻蚀
提高金属叠加结构的稳 定性
淀积铝铜合金
99%的铝，1%的铜 提高铝的稳定性
淀积氮化钛
抗反射层
第十一层掩膜，金属刻 蚀
通孔2和钨塞2的形成-通孔2的形成
ILD-2间隙填充
高浓度等离子体化学 气相淀积
ILD-2氧化物淀积
等离子体增强化学汽 相淀积
ILD-2 氧化物平坦化 第十二层掩膜，ILD-
涂胶/显影设备&对准/曝光设备
首先对硅片进行预处理，涂胶、甩胶、烘干，然后将硅 片送入对准及曝光设备进行对准和曝光，最后回到涂胶/ 显影设备进行显影、清洗和再次烘干。
刻蚀
图9.5 干法等离子体刻蚀机示意图
刻蚀:在硅片上没有 光刻胶保护的地方 留下永久的图形。
常见工具
等离子体刻蚀机 等离子体去胶机 湿法清洗设备
第二层掩膜，p阱 注入
p阱注入（高能）
硼的原子量为11， 磷的原子量为31。 所以注入硼所需的 能量相当于注入磷 所需的能量的三分 之一
退火
浅槽隔离工艺-STI槽刻蚀
《集成电路基本工艺》课件
硅片的表面质量对集成电路的性能也 有重要影响，需要保证表面平滑、无 缺陷。
掩膜版材料
掩膜版是集成电路制造中的重要材料之一，用于将设计 好的电路图形转移到硅片上。
掩膜版的精度和稳定性对集成电路的性能和可靠性有着 至关重要的影响，需要保证高精度和高质量。
掩膜版通常由石英、铬等材料制成，具有良好的耐腐蚀 性和透光性。
01
集成电路设计是整个集成电路工 艺流程的起点，它包括电路设计 、版图设计以及可靠性分析等环 节。
02
03
版图设计是将电路设计转化为可 以在硅片上实现的几何图形，这 一过程需要遵循一定的物理规则 和工艺条件。
04
集成电路制造
集成电路制造是将设计好的版图转移到硅片 上的过程，这一过程需要精确控制温度、压
化学机械抛光技术是一种将化学腐蚀和机械研磨 相结合的抛光技术。
化学机械抛光技术的关键在于抛光液的配方和抛 光工艺的参数控制，需要综合考虑腐蚀、研磨和 表面粗糙度等多个因素。
该技术在集成电路制造中用于实现硅片的平坦化 和表面处理，提高光刻、掺杂、刻蚀等工艺的精 度和效率。
随着集成电路技术的发展，对化学机械抛光技术 的要求也越来越高，需要不断改进和优化抛光液 的配方和工艺参数，以适应不断缩小的电路尺寸 和不断提高的加工效率需求。
它采用一定的工艺，把一个电路中所需的晶体管、电阻、电容和电感等元件及布 线互连一起，制作在一小块或几小块半导体晶片或介质基片上，然后封装在一个 管壳内，成为具有所需电路功能的微型结构。
集成电路发展历程
1947年：晶体管的 发明。
1960年：硅集成电 路。
1958年：第一块锗 合金集成电路。
集成电路发展历程
新工艺
新型工艺技术如纳米压印、电子束光刻、离 子注入等的研究和应用为集成电路制造提供 了更高的精度和效率。
掩膜版材料
掩膜版是集成电路制造中的重要材料之一，用于将设计 好的电路图形转移到硅片上。
掩膜版的精度和稳定性对集成电路的性能和可靠性有着 至关重要的影响，需要保证高精度和高质量。
掩膜版通常由石英、铬等材料制成，具有良好的耐腐蚀 性和透光性。
01
集成电路设计是整个集成电路工 艺流程的起点，它包括电路设计 、版图设计以及可靠性分析等环 节。
02
03
版图设计是将电路设计转化为可 以在硅片上实现的几何图形，这 一过程需要遵循一定的物理规则 和工艺条件。
04
集成电路制造
集成电路制造是将设计好的版图转移到硅片 上的过程，这一过程需要精确控制温度、压
化学机械抛光技术是一种将化学腐蚀和机械研磨 相结合的抛光技术。
化学机械抛光技术的关键在于抛光液的配方和抛 光工艺的参数控制，需要综合考虑腐蚀、研磨和 表面粗糙度等多个因素。
该技术在集成电路制造中用于实现硅片的平坦化 和表面处理，提高光刻、掺杂、刻蚀等工艺的精 度和效率。
随着集成电路技术的发展，对化学机械抛光技术 的要求也越来越高，需要不断改进和优化抛光液 的配方和工艺参数，以适应不断缩小的电路尺寸 和不断提高的加工效率需求。
它采用一定的工艺，把一个电路中所需的晶体管、电阻、电容和电感等元件及布 线互连一起，制作在一小块或几小块半导体晶片或介质基片上，然后封装在一个 管壳内，成为具有所需电路功能的微型结构。
集成电路发展历程
1947年：晶体管的 发明。
1960年：硅集成电 路。
1958年：第一块锗 合金集成电路。
集成电路发展历程
新工艺
新型工艺技术如纳米压印、电子束光刻、离 子注入等的研究和应用为集成电路制造提供 了更高的精度和效率。
集成电路工艺原理0ppt课件
10
2 材料生长与淀积
Si3N4的作用
芯片最终表面的保护层 形成高介电常数的绝缘层
Si3N4的制备
化学气相淀积(CVD)
3SiH4+4NH3 (气) (气)
Si3N4+12H2 (固) (气)
Si3N4
11
2 材料生长与淀积 多晶硅:特点与制备
多晶硅的特点
通过掺杂可以成为准导体 与二氧化硅结合良好 容易覆盖高熔点金属(如钛、钵、钨等) 电导率不如金属
26
3 光刻和刻蚀
淀积工艺
27
3 光刻和刻蚀
自对准工艺
28
4 CMOS工艺流程
N阱CMOS工艺流程
基本流程（1）
（a）有外延层的初始圆片 （b）在P-外延层中形成N阱
（c）用氮化物或氧化物确定有源区
29
4 CMOS工艺流程 基本流程（2）
（d）硅片刻蚀 （e）场氧生长 （f）表面去除氮化物或氧化物
外延生长
外延生长的目的
形成不同的掺杂种类 形成不同的掺杂浓度 形成不同的材料类型
外延生长的方法
化学气相淀积（CVD） 液态生长（LPE） 分子束外延生长(MBE) 金属有机物气相外延生长（MOVPE）
7
2 材料生长与淀积
SiO2:特点与作用
SiO2的特点
性能优良的绝缘体
与大多数材料（半导体、金属）附着性良好
在硅片上容易生长或淀积
SiO2的作用
栅氧：MOSFET栅电容介质 场氧：有源区之间的电隔离
层间介质：多层金属互连线之间的电隔离
对某些杂质起屏蔽作用,实现选择扩散
8
2 材料生长与淀积