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第三章扩散工艺
在前面“材料工艺”一章，我们就曾经讲过一种叫“三重扩散”的工艺，那是对衬底而言相同导电类型杂质扩散。这样的同质高浓度扩散，在晶体管制造中还常用来作欧姆接触，如做在基极电极引出处以降低接触电阻。除了改变杂质浓度，扩散的另一个也是更主要的一个作用，是在硅平面工艺中用来改变导电类型，制造PN结。
第一节扩散原理
扩散是一种普通的自然现象，有浓度梯度就有扩散。扩散运动是微观粒子原子或分子热运动的统计结果。在一定温度下杂质原子具有一定的能量，能够克服某种阻力进入半导体，并在其中作缓慢的迁移运动。
一. 扩散定义
在高温条件下，利用物质从高浓度向低浓度运动的特性，将杂质原子以一定的可控性掺入到半导体中，改变半导体基片或已扩散过的区域的导电类型或表面杂质浓度的半导体制造技术，称为扩散工艺。
二. 扩散机构
杂质向半导体扩散主要以两种形式进行：
1.替位式扩散
一定温度下构成晶体的原子围绕着自己的平衡位置不停地运动。其中总有一
些原子振动得较厉害，有足够的能量克服周围原子对它的束缚，跑到其它地方，而在原处留下一个“空位”。这时如有杂质原子进来，就会沿着这些空位进行扩散，这叫替位式扩散。硼（B）、磷（P）、砷（As）等属此种扩散。
2.间隙式扩散
构成晶体的原子间往往存在着很大间隙，有些杂质原子进入晶体后，就从这个原子间隙进入到另一个原子间隙，逐次跳跃前进。这种扩散称间隙式扩散。金、铜、银等属此种扩散。
三. 扩散方程
扩散运动总是从浓度高处向浓度低处移动。运动的快慢与温度、浓度梯度等有关。其运动规律可用扩散方程表示，具体数学表达式为：
—=D 2N （3-1）在一维情况下，即为：
(3-2)
式中：D为扩散系数，是描述杂质扩散运动快慢的一种物理量；N为杂质浓度；t 为扩散时间；x为扩散到硅中的距离。
四. 扩散系数杂质原子
扩散的速度同扩散杂质的种类和扩散温度有关。为了定量描述杂质
扩散速度，引入扩散系数D这个物理量，D越大扩散越快。其表达式为：
N (x, t) = N s・erfc
x
2、Dt (3-4
这里：D o――当温度为无穷大时，D的表现值，通常为常数；
K——玻尔兹曼常数，其值为8.023X 10-5ev/oK;
T――绝对温度，单位用“o K”表示；
E――有关扩散过程的激活能，实际上就是杂质原子扩散时所必须克服的某种势垒。
扩散系数除与杂质种类、扩散温度有关，还与扩散气氛、衬底晶向、晶格完整性、衬底材料、本体掺杂浓度N B及扩散杂质的表面浓度N s等有关。
五. 扩散杂质分布
在半导体器件制造中，虽然采用的扩散工艺各有不同，但都可以分为一步法扩散和二步法扩散。二步法扩散分预沉积和再分布两步。一步法与二步法中的预沉积属恒定表面源扩散。而二步法中的再扩散属限定表面源扩散。由于恒定源和限定源扩散两者的边界和初始条件不同，因而扩散方程有不同的解，杂质在硅中的分布状况也就不同。
1.恒定源扩散
在恒定源扩散过程中，硅片的表面与浓度始终不变的杂质(气相或固相)相接触，即在整个扩散过程中硅片的表面浓度N s保持恒定，故称为恒定源扩散。
恒定源扩散的杂质浓度分布的表达式是：
式中：N(x,t)表示杂质浓度随杂质原子进入硅体内的距离x及扩散时间t的变化关系；
N S为表面处的杂质浓度；
D为扩散系数。erfc为余误差函数。
因此恒定源扩散杂质浓度分布也称余误差分布。图3-1为恒定源扩散杂质分布示意图：
图3 - 定源扩散余谋羞分布
从图上可见，在不同扩散时间表面浓度N s的值不变。也就是说，N s与扩散时间无关，但与扩散杂质的种类、杂质在硅内的固溶度和扩散温度有关。硅片内的杂质浓度随时间增加而增加，随离开硅表面的距离增加而减少。图中N B为衬底原始杂质浓度，简称衬底浓度，其由单晶体拉制时杂质掺入量决定。
由恒定源扩散杂质分布表达式中可知道，当表面浓度N s、杂质扩散系数D
和扩散时间t三个量确定以后，硅片中的杂质浓度分布也就确定。经过恒定源扩散之后进入硅片单位面积内的杂质原子数量可由下式给出：
N(x,t ) Q _X
「Dt e4Dt(3 - 6)
式中：Q为单位面积内杂质原子数或杂质总量。
2•限定源扩散
在限定源扩散过程中，硅片内的杂质总量保持不变，它没有外来杂质的补充, 只依靠预沉积在硅片表面上的那一层数量有限的杂质原子向硅内继续进行扩散，这就叫
限定源扩散或有限源扩散。其杂质浓度分布表达式为：
2
式中的e盏为高斯函数，故这种杂质分布也叫高斯分布。
图3-2是限定源扩散杂质分布示意图。由于扩散过程中杂质总量保持不变，
图中各条曲线下面的面积相等。当扩散温度恒定时，随扩散时间t的增加，一方面杂质扩散进硅片内部的深度逐渐增加；另一方面，硅片表面的杂质浓度将不断下降。
图,2限定源扩散尚斯分布
在讨论限定源扩散，即两步法的再分布时，必须考虑的一个因素是分凝效应在“氧化工艺”中曾经分析过，由于热氧化，在再分布时杂质在硅片表面氧化层中会出现“吸硼排磷”现象，我们不能忽略这个因素；并且应当利用这些规律来精确的控制再分布的杂质表面浓度。
第二节扩散条件
扩散条件选择，主要包括扩散杂质源的选择和扩散工艺条件的确定两个方面。
一.扩散源的选择
选取什么种类的扩散杂质源，主要根据器件的制造方法和结构参数确定。具体选择还需要遵循如下原则：
1.导电类型与衬底相反；
2.先扩散的扩散系数要比后扩散的小；
3.杂质与掩模之间的配合要协调，扩散系数在硅中要比在掩模中大得多；
4.要选择容易获得高浓度、高蒸汽压、且使用周期长的杂质源；
5.在硅中的固溶度要高于所需要的表面杂质浓度；
此外如何使扩散结果具有良好的均匀性、 重 具体讲有：
对浅结器件一般选低些；对很深的 PN 结选
以有利于生产线的管 (3-7(3-8
(3-9e 为底的自然
6. 毒性小，便于工艺实施。
从杂质源的组成来看，有单元素、化合物和混合物等多种形式。从杂质源的 状态来看，有固态、液态、气态多种。
二.扩散条件的确定
扩散的目的在于形成一定的杂质分布，使器件具有合理的表面浓度和结深， 而这也是确定工艺条件的
主要依据。 复性也是选择工艺条件的
重要依据。 .温度 对扩散工艺参数有决定性影响。
高些。此外还需根据工艺要求实行不同工艺系列的标准化， 理。
2. 时间
调节工艺时间往往是调节工艺参数的主要手段，扩散时间的控制应尽量减少 人为的因素。
3 •气体流量
流量是由掺杂气体的类别和石英管直径确定的，只有使扩散的气氛为层流 型，才能保证工艺的稳定性，流量控制必须采用质量流量控制器 MFC 。
第三节扩散参数及测量
扩散工艺中有三个参数非常重要，它们是扩散结深、薄层电阻及表面浓度， 三者之间有着一个十分密切的有机联系。
一.扩散结深
结深就是PN 结所在的几何位置，它是P 型与N 型两种杂质浓度相等的地
方 到硅片表面的距离，用X J 表示，单位是微米（J
m 或"）其表达式为：
x i = A • Dt 式中A 是一个与N s 、N B 等有关的常数，对应不同的杂质浓度分布，其表达 式不同。
余误差分布时：
1 N B A = 2erfc - N S
高斯分布时:
1 A Af N s]
2 A = 2 n —
IL
N B 这里erfc -1为反余误差函数，可以查反余误差函数表。h 为以 对数，可以查自然对数表。
此外，A 也可以通过半导体手册 A 〜空 曲线表直接查出。
N B
实际生产中X j 直接通过测量显微镜测量。具体方法有磨角染色法、滚槽法、 阳极氧化法等。
二•方块电阻
R s = 7
X i
(3-10)
(3-12扩散层的方块电阻又叫薄层电阻，记作 R □或R s ,其表示表面为正方形的扩 散薄层在电流方向（平行于正方形的边）上所呈现的电阻。
由类似金属电阻公式R 「S 可推出薄层电阻表达式为:
式中：1、7分别为薄层电阻的平均电阻率和电导率。为区别于一般电阻，其单 位用Q / □表示。
由于：
_ 1
? -
(3-11)
q N(x)」 q 为电子电何量，
R s 可变换为：
N （x ）为平均杂质浓度，」为平均迁移率。 R s
1 — Xj q 」N (x) x i
式中：N （x ） • x j 为单位表面积扩散薄层内的净杂质总量 Q 。可见，方块电 阻与方块内净杂质总量成反比。方块电阻不仅十分直观地反映了杂质在扩散过程 中杂质总量的多少，还可以结合结深方便地算出扩散后的平均电阻率或平均电导 率。实际生产中，R s （R 口）用四探针测试仪测量。
三•表面杂质浓度
扩散后的表面杂质浓度N s 是半导体器件设计制造和特性分析的一个重要结 构参数，它可以采取放射性示踪技术通过一些专门测试仪器直接测量， 但是实际 生产中是先测出结深X j 和方块电阻R 口，再用计算法或图解法间接得出。
1 •计算法
若已知扩散预沉积杂质扩散系数为 D,扩散时间t 1，预沉积后表面浓度为 Ns 1，再扩散的扩散系数D 2,扩散时间t 2,忽略再分布时的杂质分凝效应，如何利 用有关公式，计算求出再扩散后表面杂质浓度 ^2?（提示：表面处x = 0）
计算步骤如下：
再扩散杂质浓度遵循了高斯分布。根据公式（3-6 ），且考虑到x=0，于是 有:? 由于忽略分凝效应，再扩散时杂质总量等于预沉积后的杂质总量。预沉积是
N S2 —N S2 兀 D 1t
1 :D2t
2 (3— 13)
(3-14
N B 恒定表面源扩散，根据公式（3-4 ）可知其扩散后进入硅片单位面积内杂质总量 为：？
代入上式即可得到
事实上表达式（3-13）也就是一个常用的扩散杂质浓度计算公式。 如果不忽 略表面氧化层分凝效应，则磷扩散时实际表面浓度应高于（3-13）计算结果；反 之若是硼扩散，实际表面浓度比计算数据要低。
2.图解法
半导体手册上都能方便地查到不同衬底杂质浓度 N B 下不同杂质分布的表面 浓度N s 与平均电导率匚的关系曲线
通过测出的R s 和x 能得到;「： 1
R s x j 衬底材料电阻率T 往往是已知的，从而可用手册上 T 〜N B 曲线查出衬底浓
度N B 。当然也可以根据经验公式:
(3-15)
算出N B 。有了二和N B ，只要知道杂质分布类型（恒定源还是限定源扩散），就 可以通过和已知衬底浓度 N B 相应的那组N s 〜匚曲线，查到从表面（x = 0 ）到 结（x = X j ）之间任意一点x 处的杂质浓度。
第四节扩散方法
扩散方法很多。常用的主要有：
I 液态源扩散
气一固扩散 ---- 粉态源扩散
——片状源扩散 扩散法：
— 乳胶源扩散 固一固扩散 —— CVD 掺杂
扩散
—— PVD 蒸发扩散
这是以扩散中杂质源与硅片（固态）表面接触时的最终状态是气态还是固态 来划分的。另外，按扩散系统来分，有开管式、闭管式和箱法三种；按杂质本来 形态分有固态源、液态源、气态源三种。生产中习惯以杂质源类型来称呼扩散方 法。
.气一固扩散
B 2O 3 - CO 2 H 2O
C ■ .................. 液态或固态扩散杂质源最终呈现气态， 与固态硅表面接触实现杂质扩散，叫 气一固扩散。
1 •液态源扩散
用保护性气体（如 N 2）通过液态源瓶（鼓泡或吹过表面）把杂质源蒸气带 入高温石英管中，经高温热分解同硅片表面发生反应，还原出杂质原子并向硅内 扩散。液态源扩散的优点是PN 结均匀平整，成本低，效率高，操作方便，重复 性好。通常液态源硼扩散，用硼酸三甲脂；液态源磷扩散，用三氯氧磷。它们的 反应方程式分别如下：
一个石英或硅制的箱内，在氮气保护下，源蒸气与硅反应生成含杂质的氧化层， 再进行高温杂质扩散。由于这种方法存在很大局限性，目前硼磷扩散都不用它。 双极电路隐埋扩散现在还用粉状源三氧化二锑（Sb 2O 3）。但也不再用“箱”法， 而改用双温区扩散系统，二步法扩散两个温区分别控制杂质蒸气压和主扩散， 所 以能使用纯Sb 2O 3粉状源而避免了箱法扩散中烧源的麻烦，杂质源置于低温区， Si 片放在高温区，预沉积时 N 2携带Sb 2O 3蒸气由低温区进入高温区沉积于硅片 表面，再进行反应生成锑向硅中扩散。再分布时将源舟取出。反应方程式为：
2SHO 3 3Si > 3SiO 2 4Sb “
（2）平面片状源
把片状杂质源（氮化硼片、硼或磷微晶璃片等）与硅片相间地放置在石英舟 的“ V ”型槽上，并保持平行，用高纯度的 N 2保护，利用杂质源表面。挥发出 来的杂质蒸气，浓度梯度，在高温下经过一系列化学反应，杂质原子向片内扩散， 形成PN 结。
二•固一固扩散
杂质源与硅片是固体与固体接触状态下进行扩散。在硅片表面沉积（化学气 相沉积CVD ;物理气相沉积PVD ）或者涂布一层杂质或掺杂氧化物，再通过高 温实现杂质向硅中的扩散。
（1） 低温沉积掺杂氧化层法（CVD 法）
分两步进行。第一步在硅片表面沉积。一层具有一定杂质含量的二氧化硅薄 膜作为第二步扩散时的杂质源；第二步是将已沉积过的硅片在高温下进行扩散。 由于沉积，掺杂氧化膜是在 400C 以下低温下完成，所以引进有害杂质 N a +等以 及缺陷的几率很小，因此这种方法也是完美单晶工艺（ PCT 或半完美单晶工艺 （1/2PCT ）的重要环节之一。
（2） 蒸发源扩散
采用物理气相沉积的方法，先在硅片背面蒸发上一层杂质源金，然后再放进 炉中扩散。这是开关晶体管的一道典型工艺，旨在减少晶体管集电区少子寿命， 缩短储存时间，提高开关速度。开关二极管以及双极型数字逻辑电路， 生产中也 普遍使用这种扩散。 5POC1 3— 600 C
以上》3PC13 P 2O 5
2P 2O 5+5Si 900
C 以上T 5SQ 2+4P 1 B(CH 30)3 _ 50° C 以上
2B 2O 3 3Si
500 C 以上》 3SiO 2 4B 0 2 •固态源扩散
（1）粉状源
这种扩散从扩散系统上看主要采取箱法扩散。待扩散的硅片与杂质源同放在
（3）二氧化硅乳胶源涂布扩散先在硅片表面涂敷一层含扩散杂质的乳胶状的源再进行扩散。这种方法只用一步扩散就可以同时达到所需的表面浓度和结深，具有浓度范围宽、高温时间短、离子沾污小、晶格完整性好的优点，同样具备PCT的工艺特征。
各种不同的扩散方法只是供源方式不同，其扩散主体系统是一样的。从设备上看，扩散与氧化的区别，差不多也只在此。因此，扩散系统装置，我们就不再介绍，以避免与氧化雷同。
第五节扩散质量及常见质量问题
扩散质量对半导体器件芯片的好坏有着决定性影响，其具体体现在表面质量、扩
散结深、方块电阻和表面杂质浓度几个方面。在第三节中我们曾经就x j ，
R□和N s进行了较为详细的介绍，下面对有关扩散工艺中常见的一些质量问题作些简要的阐述。
一．表面不良
1．合金点：主要原因是表面杂质浓度过高。
2．黑点或白雾：主要是酸性沾污、水气和颗粒沾污造成的。
3．表面凸起物：大多由较大颗粒经过高温处理后形成。
4．玻璃层：会造成光刻脱胶。扩散温度过高，时间过长造成。工艺过程中要控制好扩散温度、时间以及气体流量，并保证扩散前硅片表面干净干燥。
5．硅片表面滑移线或硅片弯曲：是由高温下的热应力引起，一般是由于进出舟速度过快、硅片间隔太小、石英舟开槽不适当等导致。
6．硅片表面划伤、表面缺损等：通常是由于工艺操作不当产生。二．方块电阻偏差
R□—定程度上反映了扩散到Si片中的杂质总量的多少，与器件特性密切相关。
携源N2中有较多的水份和氧气，Si片进炉前未烘干；杂质源中含水量较多，光刻没有刻干净，留有底膜，使扩散区域表面有氧化层影响了杂质扩散；扩散源使用时间过长，杂质量减少或源变质；扩散系统漏气或源蒸气饱和不充分；携源气体流量小而稀释气体流量大，使系统杂质蒸气压偏低；扩散温度偏低，扩散系数下降；扩散时间不足，扩散杂质总量不够等等原因会造成R□偏大。相反，杂
质蒸气压过大，温度偏高，时间过长会导致R□偏小。如果在预沉积时发现R□偏大或偏小，可在再扩散时通过适当改变通干氧、湿氧的先后次序或时间来进行调整，而这正是两步法扩散的一大优点。
三．结特性参数异常
扩散工艺过程中要测单结和双结特性。根据单结和双结测试情况及时改变工艺条件。测单结主要看反向击穿电压和反向漏电流；测双结主要为调电流放大参数h FE。
（1）PN 结的反向击穿电压和反向漏电流，是晶体管的两个重要参数；也是衡量扩散层质量的重要标准。它们是两个不同的物理概念，但实际上又是同一个东西，反向漏电大，PN 结击穿电压低。工艺中常见的不良反向击穿主要有：
背道击穿
表面缺陷过多或表面吸附了水份或其他离子，会使表面漏电增大。氧化时由于清洗不好，有一些金属离子进入氧化层，如钠离子，从而增加漏电降低击穿。二氧化硅表面吸附了气体或离子以及二氧化硅本身的缺陷如氧空位等，使得SiO2带上了电荷，形成了表面沟道效应，增大了反向漏电流。硅片表面上沾污有重金属杂质，在高温下，很快扩散进Si片体内，沉积在硅内的晶格缺陷中，引起电场集中，发生局部击穿现象，造成很大的反向漏电流。此外，如光刻时图形边缘不完整，出现尖峰毛刺，表面有合金点、破坏点，引起了纵向扩散不均匀，PN结出现尖峰会形成电场集中，击穿将首先发生在这些尖峰上。因此，制造良好的扩散表面，保持表面清洁，严格清洗工艺，保证扩散系统清洁，保证气体纯度高，扩散源质量好，采用低位错密度材料，提高光刻质量或者采取吸杂工艺等，都能起到改善器件击穿特性的作用。
（2）电流放大系数h FE是晶体管，同时也是扩散层的另一个重要参数。放大
过大过小都不能满足用户要求。影响放大的因素很多，如基区宽度，发射区与基区杂质浓度比，表面是否有沾污和复合等。减薄基区宽度能使放大提高。提高发射区浓度，降低基区浓度，从而增大浓度梯度，可以提高注入效率，减少复合，提高放大。此外，材料中的位错密度大，有害金属杂质多，会降低少子寿命，缩短载流子扩散长度，导致放大下降。
四•扩散均匀性和重复性
现在用户对半导体器件参数要求越来越苛刻。其中重要的一点，就是参数的一致性非常好，允许的技术指标范围非常窄。这就要求制造工艺，尤其是核心工艺扩散的均匀性、重复性要相当的好。
（1）均匀性指同一炉硅片中一片之内和各片之间技术参数基本在一个水平上，实际生产中造成硅片不均匀的原因主要有：
a.衬底材料本身参数的电阻率等不均匀。
b.扩散前硅片处理不好，硅片表面有局部的沾污或氧化物造成扩散进去的杂质原子的多少，结的深浅就与其他地方不一样。
c.杂质扩散系数和固溶度与温度有关，石英舟中各处的温度若有差异。就会影响扩散结果均匀性。
d.石英舟各处的杂质蒸气压不完全相同，同样也会导致扩散结果不均匀。
（2）重复性重复性不好是由于各次扩散过程中，炉温时间和石英管内杂质蒸
气压变化较大，以及清洁处理不当造成的，为此，除了精确控制炉温和时间外，还需要设法使得石英管内的杂质蒸气压保持均衡，通常采用的方法是每天第一次扩散前
将石英舟和石英管在源蒸气中饱和一定的时间，这在相当程度上可以解决重复性问题。
热处理工艺实践必备知识 2008-06-12 18:17 1.什么是热处理？热处理工艺中的三要素是什么？ 答：热处理是钢在固态下加热到预定的温度，保持一定的时间，然后以某种冷却方式冷却下来的一种加工工艺。其工艺过程是：加热-----保温------冷却。 热处理的目的是：改变钢的内部组织结构，从而改善工件的工艺性能、使用性能，挖掘钢材的潜力，延长零件的使用寿命，提高产品质量。节约材料和能源。 热处理工艺分为预备热处理（又称第一热处理）和最终热处理（又称第二热处理）。 将热加工之后为随后冷拔、冲压和切削加工或为最终热处理作好组织准备的热处理称为预备热处理。 在生产工艺流程中，工件经过切削加工等成形工艺而得到最终的形状和尺寸，再进行赋予工件所需要的使用性能的热处理称为最终热处理。 正确选择热处理工艺可以消除经过铸造、锻造、焊接等热加工工艺造成的各种缺陷，细化晶粒、消除偏析、降低内应力，使工件组织更加均匀。 热处理工艺过程的组织转变规律包括：钢件的加热转变，理论依据是铁碳相图；钢的冷却转变包括：珠光体转变、马氏体转变、贝氏体转变、回火转变，理论依据是CCT、TTT、以及淬透性曲线等， 根据钢的组织转变规律制订的具体热处理加热温度、保温时间、冷却方式等参数就是热处理工艺参数。 热处理工艺中的三要素就是：加热、保温和冷却。 2.热处理工艺过程和各个基本知识之间的关系是什么？ 答：
3.工件热处理时的三要素是什么 答：相同材料的零件，因其大小、形状不同，热处理的效果就不同。 （1）.尺寸效应：钢材的力学性能随其形状、尺寸的改变而变动。通常是尺寸愈大，在相同的冷却介质中热处理的淬透深度变浅，力学性能愈低。 （2）.质量效应：指零件的质量（重量）不同，热处理的最终结果不同，尤其在淬火工艺中表现最明显。通常工件直径越粗，越难以淬透。工件越大，淬火越难。质量不同造成的热处理结果差别就大。 质量效应是从工件大小的角度分析淬火效果。淬透性是从钢材的材料角度分析淬火效果。淬透性好的工件的质量效应就小，也就是说，淬透性能改善质量效应。 （3）.形状效应：指淬火效果受零件形状的影响，棒、板、球的形状不同，它们的淬火效果不同，此外，相同零件上的不同淬火部位的冷却方式有差异，淬火效果也不同。 工件的“尺寸、质量、形状”就是工件的三要素。 在编制热处理工艺规范时，热处理工艺三要素必须和热处理工件三要素结合起来，不能分割，参阅各种手册中热处理CCT、TTT等曲线时更不能忽略热处理工件的三要素。工件的表面和工件心部的加热、冷却中的温度差异。 4.热处理工艺人员和操作人员必备基础知识是什么？ 答：必须具备的基础知识包括： 1.铁碳相图、相图中的基本组织状态、铁碳合金的平衡转变过程、铁碳相图的应用范围； 2.连续加热时的组织转变；
《集成电路工艺基础》课程复习大纲 一、基本概念、基本知识及基本原理 第一讲引言 第一只晶体管/摩尔定律晶体管最小尺寸的极限/电子级多晶硅的纯度/1990s以后半导体行业的模式/什么是Foundry 第二讲硅片制备与高温工艺 Si集成电路芯片元素组成/硅的重要性/硅提纯 I的工艺步骤、化学反应式及纯度/直拉法的拉晶过程/直拉法的拉晶过程中收颈的作用/直拉法与区熔法的对比/定位边或定位槽的作用/外延的定义：外延、外延层、外延片、同质外延、异质外延/双极晶体管（电路）和CMOS器件（电路）中外延层的应用/Si外延的源材料/分子束外延（MBE）的特点/高温工艺设备小结/氧化膜在IC中的应用/各种氧化层在工艺中的应用、厚度及工艺/1号液和2号液的配方及作用/颗粒、有机粘污、无机粘污及本征氧化层的清洗/SiO2生长的迪尔-格罗夫模型/干氧氧化和湿氧氧化的特点与应用/掺氯氧化的作用/影响氧化速率的因素/Si-SiO2界面特性替位式扩散、间隙式扩散、扩散系数/两步扩散工艺/扩散的局限性与应用/离子注入后为什么要退火/RTP（快速热退火）的优点 第三讲薄膜淀积 真空蒸发法蒸发源加热方式/溅射的工作原理与特点/PVD 与 CVD对比/CVD氧化硅与热生长氧化硅对比/CVD介质薄膜的应用/CVD的基本过程/CVD生长的两种极限：表面反应控制与质量输运（传输）控制/CVD 的三种类型及各自的应用/CVD 淀积速率G与温度T的关系 第四讲离子注入 离子注入与热扩散的对比/离子注入的两种阻挡机制/离子注入分布与扩散分布的比较/避免沟道效应的方法/离子注入机的原理/离子注入工艺的应用及技术趋势/SOI圆片的制造：智能剥离与注氧隔离 第五讲光刻与刻蚀工艺（曝光、刻蚀） 光刻的需要及光刻三要素/正胶与负胶的比较/光刻工艺的10个步骤/前烘、后烘及坚膜工艺目的（作用）的比较/4种曝光机/分辨率与波长及NA的关系/如何提高分辨率？/移相掩模的原理与应用/两种紫外线和三种深紫外线的名称、波长及对应的最小特征尺寸/干法刻蚀与湿法刻蚀的对比/湿法刻蚀SiO2、Si、Poly-Si 及Si3N4的配方及反应式/干法刻蚀的原理与种类/干法刻蚀SiO2、Si、Poly-Si 及Si3N4的腐蚀剂/ 第六讲金属化与多层互连 金属化的应用、三种最常用的金属及三种不同的金属化方法/集成电路对金属化的基本要求/CMOS标准金属化：栅材料，接触孔（通孔）填充材料，阻挡层（势垒层）、黏附层、焊接层、及防反射层材料，互连材料，金半接触电极材料及工
半导体知识 半导体简介 顾名思义：常温下导电性能介于导体(conductor)与绝缘体(insulator)之间的材料，叫做半导体（semiconductor）． 物质存在的形式多种多样，固体、液体、气体、等离子体等等。我们通常把导电性和导电导热性差或不好的材料，如金刚石、人工晶体、琥珀、陶瓷等等，称为绝缘体。而把导电、导热都比较好的金属如金、银、铜、铁、锡、铝等称为导体。可以简单的把介于导体和绝缘体之间的材料称为半导体。与导体和绝缘体相比，半导体材料的发现是最晚的，直到20世纪30年代，当材料的提纯技术改进以后，半导体的存在才真正被学术界认可。 半导体的分类，按照其制造技术可以分为：集成电路器件，分立器件、光电半导体、逻辑IC、模拟IC、储存器等大类，一般来说这些还会被分成小类。此外还有以应用领域、设计方法等进行分类，最近虽然不常用，单还是按照IC、LSI、VLSI（超大LSI）及其规模进行分类的方法。此外，还有按照其所处理的信号，可以分成模拟、数字、模拟数字混成及功能进行分类的方法。 半导体定义 电阻率介于金属和绝缘体[1]之间并有负的电阻温度系数的物质。 半导体室温时电阻率约在10E-5～10E7欧·米之间，温度升高时电阻率指数则减小。 半导体材料很多，按化学成分可分为元素半导体和化合物半导体两大类。 锗和硅是最常用的元素半导体；化合物半导体包括Ⅲ-Ⅴ 族化合物（砷化镓、磷化镓等）、Ⅱ-Ⅵ族化合物( 硫化镉、硫化锌等)、氧化物(锰、铬、铁、铜的氧化物),以及由Ⅲ-Ⅴ族化合物和Ⅱ-Ⅵ族化合物组成的固溶体（镓铝砷、镓砷磷等）。除上述晶态半导体外，还有非晶态的玻璃半导体、有机半导体等。 半导体（东北方言）：意指半导体收音机，因收音机中的晶体管由半导体材料制成而得名。 本征半导体 不含杂质且无晶格缺陷的半导体称为本征半导体。在极低温度下，半导体的价带是满带(见能带理论)，受到热激发后，价带中的部分电子会越过禁带进入能量较高的空带，空带中存在电子后成为导带，价带中缺少一个电子后形成一个带正电的空位，称为空穴。导带中的电子和价带中的空穴合称电子 - 空穴对，均能自由移动，即载流子，它们在外电场作用下产生定向运动而形成宏观电流，分别称为电子导电和空穴导电。这种由于电子-空穴对的产生而形成的混合型导电称为本征导电。导带中的电子会落入空穴，电子-空穴对消失，称为复合。复合时释放出的能量变成电磁辐射（发光）或晶格的热振动能量（发热）。在一定温度下，电子 - 空穴对的产生和复合同时存在并达到动态平衡，此时半导体具有一定的载流子密度，从而具有一定的电阻率。温度升高时，将产生更多的电子 - 空穴对，载流子密度增加，电阻率减小。无晶格缺陷的纯净半导体的电阻率较大，实际应用不多。 半导体特点
扩散基本知识 一、半导体基本知识 太阳电池是用半导体材料硅做成的。容易导电的是导体，不易导电的是绝缘体，即不像导体那样容易导电又不像绝缘体那样不容易导电的物体叫半导体，譬如：锗、硅、砷化缘等。 世界上的物体都是由原子构成的，从原子排列的形式来看，可以把物体分成2大类，晶体和非晶体。晶体通常都有特殊的外形，它内部的原子按照一定的规律整齐地排列着；非晶体内部原子排列乱七八糟，没有规则；大多数半导体都是晶体。半导体材料硅是原子共价晶体，在晶体中，相邻原子之间是以共用电子结合起来的。硅是第四族元素，硅原子的电子层结构为2、8、4，它的最外层的四个电子是价电子。因此每个硅原子又分别与相邻的四个原子形成四个共价键，每个共价键都是相邻的两个原子分别提供一个价电子所组成的。 如果硅晶体纯度很高，不含别的杂质元素，而且晶体结构很完美，没有缺陷，这种半导体叫本征半导体，而且是单晶体。而多晶体是由许多小晶粒聚合起来组成的，每一晶体又由许多原子构成。原子在每一晶粒中作有规则的整齐排列，各个晶粒中原子的排列方式都是相同的。但在一块晶体中，各个晶粒的取向（方向）彼此不同，晶粒与晶粒之间并没有按照一定的规则排列，所以总的来看，原子的排列是杂乱无章的，这样的晶体，我们叫它多晶体。 半导体有很特别的性质：导电能力在不同的情况下会有非常大的差别。光照、温度变化、适当掺杂都会使半导体的导电能力显著增强，尤其利用掺杂的方法可以制造出五花八门的半导体器件。但掺杂是有选择的，只有加入一定种类和数量的杂质才能符合我们的要求。 我们重点看一下硼和磷这两种杂质元素。硼是第三族主族元素，硼原子的电子层结构为2、3，由于硼原子的最外电子层只有三个电子，比硅原子缺少一个最外层电子，因此当硼原子的三个最外层价电子与周围最邻近的三个硅原子的价电子结合成共价键时，在与第四个最邻近的硅原子方向留下一个空位。这个空位叫空穴，它可以接受从邻近硅原子上跳来的电子，形成电子的流动，参与导电。硼原子在硅晶体中起着接受电子的作用，所以叫硼原子为受主型杂质。掺有受主型杂质的半导体，其导电率主要是由空穴决定的，这种半导体又叫空穴型或P型半导体。 磷是周期表中第五族元素，磷原子的电子层结构为2、8、5，它的最外层的五个电子是价电子。由于磷原子比硅原子多一个最外层电子，因此当磷原子的四个价电子与周围最邻近的四个硅原子的价电子形成共价键后，还剩余一个价电子。这个价电子很容易成为晶体中的自由电子参与导电。磷原子在硅晶体中起施放电子的作用，所以叫磷原子为施主型杂质。掺有施主型杂质的半导体，其导电率主要是由电子决定的，这种半导体又叫电子型半导体或n型半导体。 二、扩散基本知识 我们知道，太阳能电池的心脏是一个PN结。我们需要强调指出，PN结是不能简单地用两块不同类型（p型和n型）的半导体接触在一起就能形成的。要制造一个PN结，必须使一块完整的半导体晶体的一部分是P型区域，另一部分是N型区域。也就是在晶体内部实现P型和N型半导体的接
第一章工艺和器件发展概述 1947年第一只具有放大作用的点接触晶体管问世，与电子管相比具有很多优点，引起人们广泛注意，在随后的十几年时间相继发明了各式各样晶体管(合金管、合金扩散管、台面管等)。1960年硅平面工艺和外延技术的出现，使半导器件的制造工艺获得重大突破。它为集成电路的制造开拓了广阔的途径，促进了半导体器件进一步向微型化、低功耗和高可靠性方向发展。集成度由SSI、MSI、LSI、VLSI步入了ULSI时代。 1957年第一只SCR问世以来功率器件也取得了长足的进步，相继推出了GTO(可关断晶闸管)TRIAC(双向晶闸管)和GTR(达林顿功率晶体管)这些都是双极型器件，它们共同优点是功率容量大，导通电阻小，缺点是存在少子贮存效应，开关速度低，电流驱动，驱动功率大，不易控制，七十年末由IR和GE公司发明了单极型功率器件功率MOSFET，立即受到制造厂和用户的重视。三年后西方15家大公司均掌握了功率MOSFET生产技术(VDMOS)，1983年诞生了IGBT双极型器件。半导体器件种类繁多，工艺有别，本次培训主要以外延平面工艺为主，介绍以下内容：单晶硅拉制及衬底制备、外延工艺、氧化工艺、扩散与离子注入工艺、光刻工艺、蒸发工艺、芯片组装工艺。 一、锗合金扩散晶体管制造工艺流程简介 合金扩散晶体管是五十年代中期发展起来的一种高频管。 工艺流程：切片→研磨、抛光、腐蚀→扩散(Sb扩)→装发射极(In合金)→真空烧结(500～550℃)→装基极及支架→烧结(H 2 )→点焊管座→拉丝→涂保护油→台面腐蚀 →去油清洗→管芯腐蚀→烘干→涂胶→封管 二、硅外延平面晶体管制造工艺流程(NPN型) 三、集成电路制造工艺流程 原始硅片 P型(衬底) ρ：8－13Ω·cm 晶面(111) 比平面晶体管多出工艺隐埋(埋层)扩散，隔离扩散。 四、肖特基二极管芯工艺 工艺势垒金属结温 V F I R V R 标准工艺 Mo-Si化合物 150℃低适中≤60V 830工艺 Pd-Si化合物+Mo 175℃高低≤200V Cr Cr-Si化合物+Mo 125℃很低高≤45V V V-Si化合物 100℃极低很高≤45V 管芯工艺流程见附图 五、IGBT工艺流程 IGBT、MOSFET芯片结构详见附图
材料表面及界面性能及处理方法 任何材料都有与外界接触表面或与其他材料区分的界面,材料的表界面在材料科学中占有重要的地位。材料的表面与其内部本体,无论在结构上还是在化学组成上都有明显的差别,这是因为材料内部原子受到周围原子的相互作用是相同的,而处在材料表面的原子所受到的力场却是不平衡的,因此产生了表面能。对于不同组分构成的复合材料,组分与组分之间可形成界面,某一组也可能富集在材料的表面上。即使是单组分的材料,由于内部存在的缺陷(如位错等)或者晶态的不同形成晶界,也可能在内部产生界面。材料的表面界面对材料整体性能具有决定性的影响,材料的腐蚀、老化、硬化、破坏、印刷、涂膜、黏结、复合等,无不与材料的表界面密切有关。 材料表面处理技术 表面处理是在基体材料表面上形成一层与基体的机械、物理和化学性能不同的表层的工艺方法。表面处理的目的是满足产品的耐蚀性、耐磨性、装饰或其他特种功能要求。一般国内所说的表面处理有两种解释，一种是狭义的表面处理，即只包括喷砂、喷丸等在内的即常说的前处理部分；另一种是广义的表面处理，即包括前处理、电镀、涂装、化学氧化、热喷涂等众多物理化学方法在内的工艺方法。我们所说的主要是广义的表面处理，即表面工程技术。 经表面预处理后，通过表面涂覆、表面改性或表面复合处理，改变固体金属表面或非表面的化学成分，组织结构，形态和(或)应力状态，以获得所需要表面性能的系统工程。 表面工程是表面经过预处理后，通过表面涂覆、表面改性或多种表面技术复合处理，改变固体金属表面或非金属表面的形态、化学成分、组织结构和应力状况，以获得表面所需性能的系统工程。表面工程技术是表面工程的核心和实质。 表面工程有多种技术方法，包括电镀、电刷镀、化学镀、涂装、粘结、热喷涂、热浸镀、化学气相沉积、表面热处理、表面激光改性、离子注入等。 1、气相沉积技术 气相沉积是利用气相中发生的物理、化学过程,在工件表面形成具有特殊性
Diver-in 扩散第七步知识介绍 杂质原子穿越硅结构的热扩散方式和载流子扩散的方式非常相似。由于较重的杂质原子和晶体结构结合的更牢固，所以为了获得适当的扩散率需要800℃到1250℃的高温。一旦杂质进入预期的节深度，wafer就要冷却下来，杂质原子也被固定到晶体结构中。用这种方法形成的掺杂区域叫做diffusion。 通常制作一个diffusion包括两个步骤：首先是沉积（或预沉积），然后是drive（或drive-in）。沉积指加热wafer，让它和外部的杂质原子源接触。其中的一些从源扩散到硅wafer的表面形成一浅层重掺杂区。然后移开外部杂质源，wafer被加热到一个更高的温度并保持一段时间。在沉积过程中引入的杂质向下运动，形成更深的但浓度降低的diffusion。如果要制作掺杂非常重的结，就不需要从wafer旁移开杂质源，沉积和接下来的drive就能合并成一个步骤。 在硅工艺中有4种广泛使用的杂质：硼，磷，砷和锑。（选这些杂质的原因是他们很容易离子化和溶于硅形成重掺杂diffusion。参见F.A. Trumbore, “Solid Solubilities of Impurity Elements in Germanium and Silicon,”Bell Syst. Tech. J., Vol. 39, #1, 1960, pp. 205-233.）只有硼是acceptor；其他三个都是donors。硼和磷扩散起来相对来说更快，
砷和锑扩散起来就慢了很多。砷和锑用在要求非常慢速的扩散场合-----比如，要制作非常浅的结的时候。即使硼和磷在温度低于800℃也不扩散，必须使用特别的高温扩散炉。 典型磷扩散设备长的fused silica管子穿过电炉，电炉能在管子的中部产生一个非常稳定的加热区。Wafer装上wafer boat后，通过控制插入速率的机构慢慢的被推进炉子。氮气加入有液体氯氧化磷（POCl3，通常叫做pockle）的瓶子。一小部分POCl3蒸发了，并由气流带到wafer。由POCl3分解出的磷原子扩散到氧化层，形成掺杂氧化物，它起到了沉积源的作用。当足够长时间沉积大量的杂质在硅上后，wafer撤出炉子并去除掺杂的氧化物（称为deglazing的过程）。Wafer然后装入到另一个炉子，他们被加热来驱使磷向下扩散形成需要的diffusion。如果要制作高浓度的磷diffusion，drive前的deglazing 就不需要了。只要对杂质源做适当的变化，这个设备就能用来扩散4种杂质中的任何一种。 已经有很多其他沉积源被发明出来了。气态的杂质比如乙硼烷（代替硼）或磷化氢（代替磷）可以直接注入到运送气流。放在硅wafer 之间的薄氮化硼圆片能作为硼的固体沉积源。在高温氧化环境中，从这些圆片中释放出的三氧化硼会接触到周围的wafer。其他不同的
扩散工艺知识 第三章扩散工艺 在前面“材料工艺”一章，我们就曾经讲过一种叫“三重扩散”的工艺，那是对衬底而言相同导电类型杂质扩散。这样的同质高浓度扩散，在 晶体管制造中还常用来作欧姆接触，如做在基极电极引出处以降低接触电阻。除了改变杂质浓度，扩散的另一个也是更主要的一个作用，是在硅平 面工艺中用来改变导电类型，制造PN结。 第一节扩散原理 扩散是一种普通的自然现象，有浓度梯度就有扩散。扩散运动是微观 粒子原子或分子热运动的统计结果。在一定温度下杂质原子具有一定的能量，能够克服某种阻力进入半导体，并在其中作缓慢的迁移运动。 一．扩散定义在高温条件下，利用物质从高浓度向低浓度运动的特性，将杂质原子以一定的可控性掺入到半导体中，改变半导体基片或已扩散过 的区域的导电类型或表面杂质浓度的半导体制造技术，称为扩散工艺。 二．扩散机构 杂质向半导体扩散主要以两种形式进行：1．替位式扩散 一定温度下构成晶体的原子围绕着自己的平衡位置不停地运动。其中 总有一些原子振动得较厉害，有足够的能量克服周围原子对它的束缚，跑 到其它地方，而在原处留下一个“空位”。这时如有杂质原子进来，就会 沿着这些空位进行扩散，这叫替位式扩散。硼（B）、磷（P）、砷（A） 等属此种扩散。 2．间隙式扩散
构成晶体的原子间往往存在着很大间隙，有些杂质原子进入晶体后，就从这个原子间隙进入到另一个原子间隙，逐次跳跃前进。这种扩散称间隙式扩散。金、铜、银等属此种扩散。 三．扩散方程 扩散运动总是从浓度高处向浓度低处移动。运动的快慢与温度、浓度梯度等有关。其运动规律可用扩散方程表示，具体数学表达式为： 在一维情况下，即为： ND2N（3-1）tN2ND2（3-2） t某式中：D为扩散系数，是描述杂质扩散运动快慢的一种物理量； N为杂质浓度；t为扩散时间； 某为扩散到硅中的距离。 四．扩散系数 杂质原子扩散的速度同扩散杂质的种类和扩散温度有关。为了定量描述杂质扩散速度，引入扩散系数D这个物理量，D越大扩散越快。其表达式为： DD0eEKT（3-3） 这里：D0——当温度为无穷大时，D的表现值，通常为常数； K——玻尔兹曼常数，其值为8.023某10-5ev/oK；T——绝对温度，单位用“oK”表示； E——有关扩散过程的激活能，实际上就是杂质原子扩散时所必须
直拉单晶工艺常识 硅的固态密度：克/cm,液态密度克/cm,呈灰色金属光泽，性质较脆，切割时易断裂，比重较小，硬度较大，属于非金属，是极为重要的半导体元素，液态时其表面张力较大，从液态到固态时体积膨胀较多。 氧在硅晶体中的分布是不均匀的，一般头部含量高，尾部含量低，晶体中心部位含量高，边缘含量低。 碳在晶体中的分布是中心部位低，边缘部位高。 电阻率：单位面积材料对于两平行平面垂直通过电流的阻力， 晶向：一簇晶列的取向。 母合金：生产上常常将掺杂纯元素“稀释”成硅熔体叫做母合金。 偏度：晶体自然中轴线与晶向之间的夹角度数。 空穴：半导体价带结构中一种流动的空位，其作用就像一具具有正效质量的正电子荷一样。 迁移率：载流子在单位电场强度作用下的平均漂移速度。 载流子：固体中一种能传输电荷的载体，又称电载流。 少数载流子寿命：在光电作用下，非平衡少数载流子由产生到复合存在的平均时间。
杂质分凝：在结晶过程中，由于杂质偏析，出现杂质分配现象叫杂质分凝。 扩散：物质内部热运动导致原子或分子迁移的过程。 热对流：液体或气体流过固体表面时，由于固体对液体或气体分子有吸附与摩擦作用，于是从固态表面带发挥或给于固体以热，这种传递热的方式叫热对流。 热应力：是压缩力，也可以叫拉伸力，要看液体中心部位对边缘部分的相对收缩或膨胀而定，大小取决于晶体的温场分布。 温度梯度：只温度在某方向的变化率用DT/DR表示，指某点的温度T 在R方向的变化率，在一定距离内某方向的温度相差越大，单位距离内温度变化越大，温度梯度也越大，反之越小。 对石英坩埚的质量要求：1.外观检查：无损伤，无裂纹，无明显划痕，无气泡，无杂质点，100%透明；2.耐高温：在1600°C下经16小时后不变形,不失透，经1500C硅液作用下无白点；3.纯度：%%，其中硼含量小于 10ppm； 4.直径公差土； 5.高度公差土 1 mm。 对高纯石墨的要求：纯度高，强度大，结构致密均匀，无孔洞，无裂纹，耐磨。 装料结束加热前应检查的项目：水路是否畅通，电气是否正常，机械震动是否正常，取光口是否对好。
二硼扩散岗位 二硼扩散岗位是一种在半导体制造中重要的工艺步骤，它通过将硼元素加入到硅晶体中，改变了硅的导电性能，从而实现了晶体管等器件的制备。本文将介绍二硼扩散岗位的工作原理、工艺过程和岗位要求。 二硼扩散岗位是半导体制造中的一个关键岗位，主要负责在硅晶体中扩散硼元素，以改变晶体的导电性能。硅晶体是制造集成电路的重要材料，其导电性能的调控对于器件功能的实现至关重要，而二硼扩散工艺就是用来实现这一目标的。 工作原理方面，二硼扩散是通过扩散炉来完成的。在扩散炉中，将硅晶体放置在高温环境中，同时将硼气体引入到炉内。在高温下，硼气体与硅表面发生化学反应，形成硼和硅的化合物。这些化合物被逐渐扩散到硅晶体内部，与硅晶体的晶格发生作用，改变了硅的导电性能。 工艺过程方面，二硼扩散有专门的工艺步骤。首先，需要对硅晶体进行预处理，包括去除表面氧化层、清洗和去除杂质等步骤。然后，将处理好的硅晶体放入到扩散炉中进行扩散。扩散的温度和时间需要严格控制，以确保硼元素能够均匀地扩散到晶体内部。最后，经过扩散的晶体会进行后续工艺步骤，如沉积膜、光刻和刻蚀等，最终制备出所需的器件。 二硼扩散岗位对于操作人员有一定的要求。首先，需要具备扎实的物理和化学知识，了解化学反应和扩散机理。其次，需要有严谨的工作态度和细致的操作习惯，因为扩散工艺对温度、
时间和气氛等参数的控制要求非常严格，稍有差错可能导致产品失效。此外，需要具备良好的团队合作意识，因为二硼扩散岗位通常是半导体制造中的一个环节，需要与其他岗位密切配合。 总结起来，二硼扩散岗位是半导体制造中关键的工艺步骤之一，通过将硼元素加入到硅晶体中，实现对导电性能的调控。二硼扩散岗位的工作原理是利用化学反应和扩散炉的工艺来实现的，而在具体操作上需要具备物理化学知识、严谨的工作态度和团队合作精神。随着半导体技术的不断发展，二硼扩散岗位在半导体制造中的地位将更加重要，对人才的需求也将不断增加。因此，对于从事半导体制造行业的人来说，学习二硼扩散工艺是一个值得推荐的方向。
(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利说明书 (10)申请公布号CN 114228209 A (43)申请公布日2022.03.25 (21)申请号CN202111608381.8 (22)申请日2021.12.20 (71)申请人常州顺唯尔材料科技有限公司 地址213025 江苏省常州市经开区龙锦路323号 (72)发明人韩雁喜 (74)专利代理机构11429 北京中济纬天专利代理有限公司 代理人祝亚京 (51)Int.CI B29D11/00(20060101) 权利要求说明书说明书幅图(54)发明名称 基于化学发泡剂的微发泡GPPS扩 散板生产工艺 (57)摘要 本发明公开了基于化学发泡剂的微 发泡GPPS扩散板生产工艺：包含以下步 骤：将GPPS母粒、化学发泡剂、扩散剂 搅拌均匀预混，其中化学发泡剂的质量百 分比为0.3%‑0.7%，扩散剂的质量百分比 为0.2%‑0.3%，预混时间为1‑3min；将 混合料加热至化学发泡剂的最佳分解温度
范围；将聚合料与化学发泡剂同时投入至 挤出机的进料端进行挤压，其中挤出机内 置多级加热装置；通过挤出机将聚合料挤 出至挤出模板、形成胚板料；将胚板料进 行多级辊压成预设厚度的产品板料。本发 明通过聚合物的高温对化学发泡剂进行加 热分解，化学发泡剂发泡产生的气泡融入 至聚合物的内部，当聚合物被高温挤出 时，内部的气泡会由于压力的释放迅速膨 大，在产品内部产生气泡，从而降低了产 品的密度。 法律状态 法律状态公告日法律状态信息法律状态 2022-03-25公开发明专利申请公布 2022-04-12实质审查的生效IPC(主分 类):B29D11/00专利申请 号:2021116083818申请 日:20211220 实质审查的生效
（19）中华人民共和国国家知识产权局 （12）发明专利申请 （10）申请公布号 CN102569532A （43）申请公布日 2012.07.11（21）申请号CN201210058534.0 （22）申请日2012.03.07 （71）申请人英利能源(中国)有限公司 地址071051 河北省保定市朝阳北大街3399号 （72）发明人胡海波;宋伟鹏;范志东;马桂艳;史金超;马红娜 （74）专利代理机构北京集佳知识产权代理有限公司 代理人逯长明 （51）Int.CI H01L31/18; 权利要求说明书说明书幅图 （54）发明名称 选择性发射极电池二次沉积扩散工艺 （57）摘要 本发明提供了一种选择性发射极电池二次 沉积扩散工艺，用于在晶硅太阳能电池硅片表面 进行磷源沉积，包括将所述晶硅太阳能电池硅片 置于第一预设温度环境中，通源、通氧至磷源沉 积到预设浓度。或者，将所述晶硅太阳能电池硅 片置于第三预设温度环境中，通源、通氧，以第 一预设温度推进至磷源沉积到预设浓度。当达到 预设浓度时，降温至第二预设温度后，继续通
源、通氧以进行磷源沉积，激光掺杂后得到二次 沉积后的晶硅太阳能电池。在降温后继续通源、 通氧，磷源会继续在硅片表面进行沉积，使得硅 片表面的磷源浓度提高，对表面磷源浓度较高的 晶硅太阳能电池硅片进行激光掺杂工艺，可以采 用较低的激光能量，得到符合要求的晶硅太阳能 电池。 法律状态 法律状态公告日法律状态信息法律状态 2012-07-11公开公开 2012-09-12实质审查的生效实质审查的生效 2017-03-01发明专利申请公布后的驳回发明专利申请公布后的驳回
主要考点 考点1：菲克第一定律 考点2：菲克第二定律 考点3：影响扩散速率的因素 考点4：扩散机制 考点5：上坡扩散 考点6：反应扩散 考点7：柯肯达尔效应 考点8：综合 考点1：菲克第一定律 例1（名词解释）：稳态扩散。 例2：写出菲克第一定律的数学表达式，并注明表达式中各参量的含义及单位。 例3：扩散第一定律的应用条件是什么？对于浓度梯度随时间变化的情况，能否应用用扩散第一定律？ 答：扩散第一定律应用条件为稳态扩散，即质量浓度不随时间而变化。非稳态扩散情况下通常也可应用扩散第一定律，但必须进行修正使之大致符合直线的情况下才可使用。 考点2：菲克第二定律 例1：考虑扩散系数为常量的半无限的一维扩散，保持扩散源的浓度为2C 不变；保持扩散介质中扩 散物质的初始浓度为1C ，且均匀分布。这时扩散介质中扩散物质的浓度随扩散时间和扩散距离的变 化可用下式来表示（ ）。 A ．()2,1exp 2C C x t ⎡⎤=-⎢⎥⎣⎦ B ．() 112,()1exp C x t C C C ⎡⎤=+--⎢⎥⎣ ⎦ C ．()1212,1exp 22C C C C C x t ⎡⎤--=+-⎢⎥⎣⎦ 例2：已知碳在γ-Fe 中的扩散常数50 2.010D -=⨯ 2m /s ，扩散激活能314010J/mol Q =⨯，要想得到与在927℃时渗碳10h 的相同厚度，则在870℃渗碳需要多长时间？（忽略不同温度下碳在γ-Fe 中溶解度的不同） 例3：生产中，在930℃对20号钢零件进行气体渗碳，渗碳碳势为1.2%，零件的技术要求是渗碳层含碳量不低于0.6%。（1）渗碳2h 后，估算渗碳层的深度？（2）若要求渗碳层的深度达到0.5mm ，渗碳时间应为多少小时？（930℃时碳在γ-Fe 中的扩散系数为1221610m /s -⨯） C C 1.0%w =，并将工件中碳浓度为C 0.4%w =处至表面的距离x 定义为渗碳层深度。已知渗碳1h 后，渗碳层深度为0.12mm ，若要求渗碳层深度达到0.48mm ，计算共需渗碳多长时间。
第三章扩散工艺 在前面“材料工艺”一章，我们就曾经讲过一种叫“三重扩散”的工艺，那是对衬底而言相同导电类型杂质扩散。这样的同质高浓度扩散，在晶体管制造中还常用来作欧姆接触，如做在基极电极引出处以降低接触电阻。除了改变杂质浓度，扩散的另一个也是更主要的一个作用，是在硅平面 工艺中用来改变导电类型，制造PN 结。 第一节 扩散原理 扩散是一种普通的自然现象，有浓度梯度就有扩散。扩散运动是微观粒子原子或分子热运动的统计结果。在一定温度下杂质原子具有一定的能量，能够克服某种阻力进入半导体，并在其中作缓 称为扩 As ） t 为扩散时间； x 为扩散到硅中的距离。 四．扩散系数 杂质原子扩散的速度同扩散杂质的种类和扩散温度有关。为了定量描述杂质扩散速度，引入扩 散系数D 这个物理量，D 越大扩散越快。其表达式为： KT E e D D ∆-=0（3-3） 这里：D 0——当温度为无穷大时，D 的表现值，通常为常数； K ——玻尔兹曼常数，其值为8.023×10-5ev/o K ； T ——绝对温度，单位用“o K ”表示；
E ∆——有关扩散过程的激活能，实际上就是杂质原子扩散时所必须克服的某种势垒。 扩散系数除与杂质种类、扩散温度有关，还与扩散气氛、衬底晶向、晶格完整性、衬底材料、 本体掺杂浓度N B 及扩散杂质的表面浓度N S 等有关。 五．扩散杂质分布 在半导体器件制造中，虽然采用的扩散工艺各有不同，但都可以分为一步法扩散和二步法扩散。二步法扩散分预沉积和再分布两步。一步法与二步法中的预沉积属恒定表面源扩散。而二步法中的再扩散属限定表面源扩散。由于恒定源和限定源扩散两者的边界和初始条件不同，因而扩 散方程有不同的解，杂质在硅中的分布状况也就不同。 1．恒定源扩散 在恒定源扩散过程中，硅片的表面与浓度始终不变的杂质（气相或固相）相接触，即在整个扩散过程中硅片的表面浓度N S 保持恒定，故称为恒定源扩散。恒定源扩散的杂质浓度分布的表达 式是： t 三个式中的e Dt x 42-为高斯函数，故这种杂质分布也叫高斯分布。 图3-2是限定源扩散杂质分布示意图。由于扩散过程中杂质总量保持不变，图中各条曲线下面的面积相等。当扩散温度恒定时，随扩散时间t 的增加，一方面杂质扩散进硅片内部的深度逐渐增 加；另一方面，硅片表面的杂质浓度将不断下降。 在讨论限定源扩散，即两步法的再分布时，必须考虑的一个因素是分凝效应。在“氧化工艺”中曾经分析过，由于热氧化，在再分布时杂质在硅片表面氧化层中会出现“吸硼排磷”现象，我们 不能忽略这个因素；并且应当利用这些规律来精确的控制再分布的杂质表面浓度。 第二节 扩散条件
PIE 1. 何谓PIE? PIE的主要工作是什幺? 答：Process Integration Engineer(工艺整合工程师), 主要工作是整合各部门的资源, 对工艺持续进行改善, 确保产品的良率（yield）稳定良好。 2. 200mm，300mm Wafer 代表何意义? 答：8吋硅片(wafer)直径为 200mm , 直径为 300mm硅片即12吋. 3. 目前中芯国际现有的三个工厂采用多少mm的硅片(wafer)工艺？未来北京的Fab4(四厂)采用多少mm的wafer工艺？ 答：当前1~3厂为200mm(8英寸)的wafer, 工艺水平已达0.13um工艺。未来北京厂工艺wafer 将使用300mm(12英寸)。 4. 我们为何需要300mm? 答：wafer size 变大，单一wafer 上的芯片数(chip)变多，单位成本降低 200→300 面积增加2.25倍,芯片数目约增加2.5倍 5. 所谓的0.13 um 的工艺能力(technology)代表的是什幺意义？ 答：是指工厂的工艺能力可以达到0.13 um的栅极线宽。当栅极的线宽做的越小时，整个器件就可以变的越小，工作速度也越快。 6. 从0.35um->0.25um->0.18um->0.15um->0.13um 的technology改变又代表的是什幺意义？ 答：栅极线的宽（该尺寸的大小代表半导体工艺水平的高低）做的越小时，工艺的难度便相对提高。从0.35um -> 0.25um -> 0.18um -> 0.15um -> 0.13um 代表着每一个阶段工艺能力的提升。 7. 一般的硅片(wafer)基材(substrate)可区分为N,P两种类型（type）,何谓 N, P-type wafer? 答：N-type wafer 是指掺杂 negative元素(5价电荷元素，例如：P、As)的硅片, P-type 的wafer 是指掺杂 positive 元素(3价电荷元素, 例如：B、In)的硅片。 8. 工厂中硅片（wafer）的制造过程可分哪几个工艺过程(module)？ 答：主要有四个部分：DIFF（扩散）、TF(薄膜)、PHOTO（光刻）、ETCH（刻蚀）。其中DIFF 又包括FURNACE(炉管)、WET(湿刻)、IMP(离子注入)、RTP(快速热处理)。TF 包括PVD(物理气相淀积)、CVD(化学气相淀积) 、CMP(化学机械研磨)。硅片的制造就是依据客户的要求，不断的在不同工艺过程（module）间重复进行的生产过程，最后再利用电性的测试，确保产品良好。 9. 一般硅片的制造常以几P几M 及光罩层数(mask layer)来代表硅片工艺的时间长短，请问几P几M及光罩层数(mask layer)代表什幺意义？ 答：几P几M代表硅片的制造有几层的Poly(多晶硅)和几层的metal(金属导线).一般0.15um 的逻辑产品为1P6M( 1层的Poly和6层的metal)。而 光罩层数（mask layer）代表硅片的制造必需经过几次的PHOTO（光刻）. 10. Wafer下线的第一道步骤是形成start oxide 和zero layer? 其中start oxide 的目的是为何？ 答：①不希望有机成分的光刻胶直接碰触Si 表面。 ②在laser刻号过程中,亦可避免被产生的粉尘污染。
浅谈塑料薄膜的热封工艺 热封强度即是平常由铜棒探测的封口牢度，正规的测试方法是测封口剥离强度，与复合膜剥离强度的测试方法一样。 一、热封机理 最常见的是扩散理论：认为热封制袋时在热量和压力的作用下，处于熔融状态的热封界面之间大分子互相渗透、扩散，从而使两个表面融结在一起。 二、热封工艺参数对热封强度的影响 ⑴热封温度制袋操作中，热封温度是影响封口牢度最主要的原因。树脂加热到一定温度，开始熔解，该点称熔点，热封必须在熔点以上进行，这是不言而喻的，但最佳温度取决于树脂融体的粘度。有资料表明，树脂热封时最佳黏度为108泊，相当于糊状的胶印油墨黏度，该点一般处于熔点至分解温度之间的三分之二处。当然，树脂牌号不同性能各异，例如LDPE树脂密度越大，熔融温度越高。聚乙烯密度0.92，熔融温度110度；密度0.94，熔融温度120度；熔融温度130度的聚乙烯密度为0.96，树脂密度越小，热封温度自然就越低。 熔体流动速率MFI更直接与热封性有关。LDPE国标GB11115―89规定代号为D的熔体流动速率测试条件为190度，2.16kg负荷。相同条件下，流动速度高的熔体黏度低这意味着达到热封黏度所需温度越低。一般吹膜树脂MFI为2，如2F2B，流延PE树脂的MFI为3，热封性比吹膜好。 以上谈的热封性与热封强度是有区别的。热封性能好指的是热封温度范围宽，要求的工艺条件不严格也能得到高的热封强度。HDPE热封强度高于LDPE，但LDPE的热封性却比HDPE好。LLRPE有良好的热封性能，特别是热封面污染严重也不影响热封性，同时热封强度也较高。 ⑵热封压力用黏合剂复合需要压力，热封也需一定的压力，正常的热封压力使已熔融的薄膜表面密切结合，而又让有一定黏度的熔融树脂能承受而不至压垮（变薄）。标准热封压力是2~3公斤/厘米2。烫刀宽度改变或制袋宽度改变会影响热封压力（压强），要注意调整，防止产生根切故障。 制袋机热封压力是通过压簧，汽缸产生，烫刀下部的硅橡胶软衬主要是为了纠正烫刀平整度误差和薄膜厚度偏差。硅橡胶的硬度对制袋压力有一定影响，同时对热封时间也有影响，这是下面要谈的。 ⑶热封时间它是指封口在烫刀下停留的时间，具体操作中表现为制袋速度。热量从烫刀传递到四氟乙烯编织布，再通过印刷基材到达热切层。在整个热封截
1.从广义的角度，材料定义为能够用以加工有用物质的物质。 2.材料分类： 按性能、使用用途分类：结构材料、功能材料 按化学组成和显微结构特点分类：金属材料、无机非金属材料、有机高分子材料、复合材料 3.无机非金属材料的定义：以某些元素的氧化物、碳化物、氮化物、卤素化合物、硼化物、及硅酸盐、铝酸盐、磷酸盐、硼酸盐和非氧化物等物质组成的材料，是除金属材料和有机高分子材料以外的所有材料的统称。 4.无机非金属材料的分类：胶凝材料、天然材料、玻璃、陶瓷 无机非金属材料的特性：具有复杂的晶体结构（7晶系，14中布拉菲格子）没有自由电子、高熔点、高硬度、较好的耐化学腐蚀性、绝大多数是绝缘体一般具有低导热性、大多数情况下变形微小。 5.无机非金属材料主要化学成分：CaO、SiO2、Al2O3、Na2O等 6.陶瓷成型在热加工之前；玻璃成型在热加工之后；水泥成型主要在使用时。 7.水泥煅烧；陶瓷烧结；玻璃熔融 8.胶凝材料定义：凡能在物理、化学作用下，从浆体变成坚固的石状体，并能胶结其他物料而具有一定机械强度的物质，统称为胶凝材料，又称胶结料。 9.胶凝材料分类： 按组成物质分类：有机胶凝材料、无机胶凝材料 10.水泥的定义：凡细磨成粉末状，加入适量水后成为塑性浆体，既能在空气中硬化，又能在水中硬化，并能将砂、石等散粒或纤维材料牢固地胶结在一起的水硬性胶凝材料，统称为水泥。 11.水泥的分类： 按用途和性能分类：通用水泥、专用水泥、特性水泥 按组成分类：硅酸盐水泥系列、铝酸盐水泥系列、氟铝酸盐水泥系列、硫铝酸盐水泥系列、铁铝酸盐水泥系列、其它:如无熟料、少熟料水泥
12.水泥的基本特性：水泥浆具有良好的可塑性，与其它材料混合后的混和物可拥有适宜的和易性。较强的适应性。较好的耐侵蚀、防辐射性能。硬化后的水泥浆体具有较高的强度，且强度随龄期的延长而逐渐增长。良好的耐久性。通过改变水泥的组成，可适当调整水泥的质量。可与纤维、聚合物等多种有机、无机材料匹配。制得各种水泥基复合材料，充分发挥材料潜能。 13.玻璃的定义：玻璃是由熔融物冷却、硬化而得到的非晶态固体。 14.玻璃的特性：透明，坚硬，良好的耐蚀、耐热、电学和光学性质；通过调整化学组成，并结合各种工艺方法可大幅度调整玻璃性能；能够用多种成型制成各种形状和大小的制品；通过焊接和粉末烧结等加工方法制成形状复杂、尺寸严格的器件。 15.玻璃的通性：各向同性、介稳性、无固定熔点、固态和熔融态间转化的渐变性和可逆性、性质随成分变化的连续性和渐变性。 16.玻璃的分类: 按组成分类:元素玻璃、氧化物玻璃、非氧化物玻璃 按用途分类:建筑玻璃、日用轻工玻璃、仪器玻璃、光学玻璃、电真空玻璃 按加工工艺分类：钢化玻璃、磨砂玻璃、喷砂玻璃、压花玻璃、夹层玻璃 按性能分类：光学特性玻璃、热学特性玻璃、耐高温玻璃；导电玻璃、半导体玻璃、超导玻璃；力学方面的高强玻璃、耐磨玻璃；化学稳定性方面的耐碱玻璃、耐酸玻璃等 17.陶瓷的定义：所述陶瓷是指以无机非金属天然矿物或化工产品为原料，经原料处理、成型、干燥、烧成等工序制成的产品，是陶器和瓷器的总称。 18.陶瓷的分类：按组成可分为硅酸盐陶瓷、氧化物陶瓷、非氧化物陶瓷；按性能可分为普通陶瓷、特种陶瓷；按用途可分为日用瓷、艺术瓷、建筑瓷、化工瓷等。 19.陶瓷的基本特性与特点： 陶瓷的显微结构由结晶相、气孔和玻璃相组成。 优点：较高的弹性模量、强度高，抗压强度远远大于抗拉强度、耐磨性能良好、好的耐久性、硬度高、优良的电绝缘性能脆性大，理论强度高，但实际强度较低。
半导体技术岗位面试真题及解析 含专业类面试问题和高频面试问题，共计25道 一、描述一下您理解的半导体器件的基本工作原理？ 考察点及参考回答： 一、对半导体器件基本工作原理的理解 1. 理解能力：面试者是否能准确、全面地描述半导体器件的工作原理，反映了其对基本概念的掌握程度。 2. 知识广度：面试者对半导体器件的工作原理涉及到的其他相关领域知识的了解程度，如物理学、电学等。 3. 逻辑分析能力：面试者描述工作原理时的逻辑性，是否能够从微观到宏观，从静态到动态，有理有据地分析。 参考回答： 半导体器件的基本工作原理主要基于半导体材料的特性，通过电子的流动和转化实现能量的转换和传输。以二极管为例，它基于PN结的单向导电性，当电流从高掺杂一方流向低掺杂一方时，形成内部电场，阻止电流反方向流动。而集成电路中的MOS管，则是通过控制源、栅极的电流来改变栅极下方的电子浓度，从而改变源端正、负电势差，实现开关作用。这些基本原理在许多电子设备中发挥着重要作用。 二、专业知识应用能力 面试者对于半导体器件的理解和掌握程度，体现了其对该专业领域的熟悉程度，以及对未来工作岗位的适应性。 三、了解前沿技术动态 面试者是否能对当前半导体技术的发展趋势有所了解，反映了其对行业动态的对接程度。 以上就是对这个问题的考察点的理解和参考回答。
二、请详细解释您如何使用半导体材料制造集成电路？ 考察点及参考回答： 一、技术理解能力 1. 半导体材料的特性和应用：面试者是否能详细解释半导体材料的性质，以及它们在集成电路制造中的重要性。 2. 制造流程的理解：面试者对集成电路制造流程的理解，包括但不限于光刻、掺杂、薄膜制备等步骤。 3. 专业知识应用能力：面试者是否能将所学的半导体材料和集成电路制造知识应用到实际问题中。 参考回答： 集成电路的制造主要分为以下几个步骤： 1. 制造半导体衬底：首先，我们需要制造出适合作为集成电路的半导体衬底，如硅片。 2. 制备薄膜：在衬底上，我们需要制备各种薄膜材料，如绝缘体、导体等，以构建电路。 3. 掺杂：通过改变半导体材料中的杂质含量，我们可以控制材料的导电性，从而实现不同的功能。 4. 光刻：使用光刻机，我们可以将电路图案转移到薄膜上，形成电路。 5. 测试和封装：最后，我们需要对集成电路进行测试和封装，以确保其性能和稳定性。这些步骤需要专业的知识和技能，需要深入学习和理解。 通过以上步骤，我们可以使用半导体材料制造出高性能的集成电路。这些集成电路在现代电子设备中发挥着至关重要的作用，如计算机、手机、电视等。因此，具备这些知识和技能对于半导体技术岗位来说是非常重要的。 三、您能描述一下集成电路中常见的电阻、电容、电感等元件及其在电路中的作用吗？ 考察点及参考回答：