材料課件第一章微電子技術(shù)中圖形加工的方法

第一章

微電子技術(shù)中圖形加工的一般方法在半導(dǎo)體發(fā)展的早期，首先使用的半導(dǎo)體材料是鍺，但它很快被硅取代了。因?yàn)楣柙诖髿庵醒趸梢孕纬梢粚咏Y(jié)力很強(qiáng)的透明的氧化硅(SiO2)薄膜，它可作硅表面的保護(hù)層；電路間的絕緣介質(zhì)，以及作雜質(zhì)擴(kuò)散的掩蔽膜。砷化鎵具有很高的遷移率，是一種重要的半導(dǎo)體材料。但由于砷化鎵在生長(zhǎng)大的單晶和形成絕緣層方面還存在某些技術(shù)問題，因此在目前的微電子學(xué)中占統(tǒng)治地位的半導(dǎo)體材料仍然是硅。第一節(jié)制造微細(xì)圖形的要求平面工藝是微細(xì)加工發(fā)展中的一個(gè)非常重要的工序，其基本制作工藝是在不同電特性的薄膜材料上加工所需要的圖形。每層薄膜上先形成晶體管、電容器和整流器等元件，最后將它們連接在一起，構(gòu)成了集成電路(IC)。每層薄膜有不同的電特性，可通過改變基片的性質(zhì)而得到，如摻雜和氧化，但也可以用蒸發(fā)和濺射的方法，在基片上沉積一層薄膜。通過光刻的方法產(chǎn)生所需要的圖形，即把設(shè)計(jì)好的圖形投影到涂有光刻膠的表面層上，使被曝光部分的光刻膠變成堅(jiān)硬的抗蝕劑層，而未被曝光的光刻膠則在某一溶劑中被溶解。

第二節(jié)外

延

“外延”是指在單晶襯底上生長(zhǎng)一層新單晶的技術(shù)。新單晶層的晶向取決于襯底(基片)，并由襯底向外延伸而成，故名“外延層”。外延生長(zhǎng)之所以重要，在于外延層中雜質(zhì)濃度可以方便地通過控制反應(yīng)氣流中的雜質(zhì)含量加以調(diào)節(jié)，而不依賴于襯底中的雜質(zhì)種類與摻雜水平。薄膜的摻雜可以是n型或p型。目前流行的外延生長(zhǎng)工藝有三種：氣相(VPE)、液相(LPE)和分子束外延(MBE)。硅氣相外延生長(zhǎng)系統(tǒng)

SiCl4+2H2=Si+4HCl硅氣相外延生長(zhǎng)系統(tǒng)，它包合裝有硅片的反應(yīng)器，采用氫氣作為載氣，控制SiCl4(四氯化硅)的濃度，然后輸送到反應(yīng)器。反應(yīng)器內(nèi)有一用射頻線圈加熱的石墨基座，其溫度通常在1000℃以上。置于石墨基座上的硅基片表面上，SiCl4與氫氣發(fā)生還原反應(yīng)而生成硅，并以單晶形式沉積在硅基片表面上。其基本反應(yīng)是SiCl4十2H2Si(固)十4HCl該反應(yīng)是可逆的，向右反應(yīng)產(chǎn)生硅外延膜，相反的反應(yīng)則使基片剝離或刻蝕。

圖2—2(b)表示外延膜的生長(zhǎng)速率與氣體中SiCl4濃度的關(guān)系。濃度定義為SiCl4分子數(shù)與氣體總分子數(shù)之比。由圖可見，生長(zhǎng)速率達(dá)到最大值后，隨著SiCl4的濃度增加而減少。這一現(xiàn)象是化學(xué)反應(yīng)引起的，即SiCl4十Si(固)→2SiCl2；因此，當(dāng)SiCl4濃度較高時(shí)就可能發(fā)生硅的刻蝕。在流動(dòng)氣體中引入雜質(zhì)原子可生長(zhǎng)摻雜的外延層，n型摻雜使用PH3(磷烷)，F(xiàn)型摻雜使用B2H3(乙硼烷)。四種不同外延層液相(LPE)生長(zhǎng)裝置在同一基片上沉積不同材料的多層膜，常采用LPE。圖2—3表示四種不同薄層外延生長(zhǎng)的LPE裝置。在工作時(shí)，移動(dòng)滑動(dòng)的溶液架以帶動(dòng)基片與溶液接觸。用這種方法可以制造膜層厚度小于1μm的不同材料(Ge-Si，GaAs-GaP的半導(dǎo)體。分子束外延MBE(分子束外延)是在超高真空(10-8～10-6Pa)條件下通過多極分子束與加熱的單晶片反應(yīng)而獲得結(jié)晶生長(zhǎng)膜的。圖2-4說明了這一過程，它表示分子束外延摻雜不同材料(如A1XGa1-XAs)的基本方法。每一爐子裝有一個(gè)坩堝，它們依次裝有希望得到薄膜的某些元素。爐溫的選擇是在熱能分子束的自由蒸汽產(chǎn)生的情況下，使材料的蒸汽壓足夠高。爐子按一定的要求排列，使束流分布與每個(gè)爐子的中心位置和基片交叉，則通過選擇合適的爐子和基片溫度，就可獲得所希望的化學(xué)外延膜。整個(gè)生長(zhǎng)工藝的附加控制可通過在每個(gè)爐子和基片之間分別插入光欄而獲得。由光欄的開、關(guān)可以讓任一束流到達(dá)基片，從而形成所需要的外延膜。MBE的一個(gè)顯著特點(diǎn)是生長(zhǎng)速率低，大約為1μm／h或單分子層／s，因此基片上的分子束流可以容易地用單分子層的數(shù)量調(diào)節(jié)。光欄的操作速度小于1s。在外延生長(zhǎng)技術(shù)中，分子束外延使微細(xì)加工在結(jié)構(gòu)清晰度方面，幾乎提高了兩個(gè)數(shù)量級(jí)。MBE一直被用來制備各種GaAs和AlxGa1-xAs器件薄膜和膜層結(jié)構(gòu)，如電容電壓可急劇變化的高可控的變?nèi)荻O管、碰撞雪崩渡越時(shí)間二極管、微波混合二極管、肖特基層場(chǎng)效應(yīng)晶體管、光波導(dǎo)、集成光學(xué)結(jié)構(gòu)等；對(duì)微波、光學(xué)固體器件及亞微米層結(jié)構(gòu)電路等固體電子學(xué)，MBE具有最大的影響，其工藝對(duì)平面和集成工藝也有十分重要的意義。第三節(jié)氧化通常將硅片在電阻爐中加熱到900～1200℃，讓氧氣流過硅表面，使氧氣與硅原子起化學(xué)反應(yīng)而制成Si02層。

干法氧化：Si(固)+O2→Si02(固)蒸汽流氧化：Si(固)+2H20→Si02(固)+2H2

熱氧氧化化過過程程第四四節(jié)節(jié)光光刻刻光刻刻是是一一種種圖圖像像復(fù)復(fù)印印與與刻刻蝕蝕(化學(xué)學(xué)的的、、物物理理的的或或兩兩者者兼兼而而有有之之)相結(jié)結(jié)合合的的綜綜合合性性技技術(shù)術(shù)。。它它先先用用照照相相復(fù)復(fù)印印的的方方法法，，將將光光刻刻掩掩模模的的圖圖形形精精確確地地復(fù)復(fù)印印到到涂涂有有待待刻刻蝕蝕材材料料(Si02、A1、多多晶晶硅硅等等薄薄膜膜)表面面的的光光刻刻膠膠上上面面，，然然后后在在光光刻刻膠膠的的保保護(hù)護(hù)下下對(duì)對(duì)待待刻刻材材料料進(jìn)進(jìn)行行選選擇擇性性刻刻蝕蝕，，從從而而在在待待刻刻材材料料上上得得到到所所需需要要的的圖圖形形。。微細(xì)細(xì)結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)加加工工所所使使用用的的光光刻刻類類型型光學(xué)學(xué)光光刻刻是是微微電電子子工工業(yè)業(yè)中中最最重重要要的的技技術(shù)術(shù)，，通通常常用用于于2～～3μμm線線寬寬的的制制造造。。電子子束束光光刻刻主主要要用用于于掩掩模模制制造造。。對(duì)對(duì)于于高高密密度度的的微微電電子子結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)，，電電子子背背散散射射使使它它的的實(shí)實(shí)際際線線寬寬下下限限限限制制在在0．．5μμm左左右右。。X射線線光刻刻所加加工的的線寬寬接近近百分分之幾幾微米米的量量級(jí)，，但需需要一一個(gè)復(fù)復(fù)雜的的吸收收掩模模和薄薄膜支支撐結(jié)結(jié)構(gòu)。。離子束束光刻刻提供供了圖圖形的的摻雜雜能力力，并并具有有很高高的分分辨率率(0．01μμm以以下)。掩模制制造一、制制版工工藝在制版版工藝藝中，，首先先需要要制造造一個(gè)個(gè)掩?；騻魉退鸵粋€(gè)個(gè)所需需要的的圖形形。掩模制制造從從一個(gè)個(gè)被稱稱作原原圖的的大尺尺寸布布線圖圖開始始接著用用照相相機(jī)拍拍照。。一般般初始始原圖圖尺寸寸是最最后電電路芯芯片的的500倍倍。2.5mm的芯芯片，，原圖圖可能能是125cm。成成功的的制版版工藝藝首先先將原原圖縮縮小為為1／／100，，然后后再縮縮小為為原圖圖的1／500，最后后精確確地印印在模模版上上。接觸曝光光刻膠膠涂在在氧化化物層層上，，如圖圖2—9(a)所示，，并將將它和和玻璃璃版接接觸，，然后后曝光光，如如圖2—9(b)所示。。在顯顯影工工藝中中，未未曝光光的涂涂層被被溶掉掉，這這樣便便在涂涂層中中留有有一個(gè)個(gè)窗口口，如如圖2—9(c)所示。。剩余余的光光刻膠膠涂層層具有有化學(xué)學(xué)穩(wěn)定定性，，以便便隔離離酸性性溶液液對(duì)氧氧化物物層的的刻蝕蝕，并并在氧氧化物物層中中產(chǎn)生生一窗窗口，，如圖圖2—9(d)所示示。。然然后后，，把把剩剩余余的的光光刻刻膠膠涂涂層層從從基基片片上上除除去去，，為為下下一一步步加加工工準(zhǔn)準(zhǔn)備備了了基基片片。。這這種種在在半半導(dǎo)導(dǎo)體體基基片片上上產(chǎn)產(chǎn)生生圖圖形形的的方方法法稱稱為為接接觸觸曝曝光光。。接接觸觸曝曝光光中中，，由由于于掩掩模模與與光光刻刻膠膠的的接接觸觸，，使使掩掩模模磨磨損損而而引引起起缺缺陷陷。。若若掩掩模模與與基基片片之之間間有有一一間間隔隔，，這這就就避避免免了了相相互互接接觸觸和和由由接接觸觸而而引引起起的的缺缺陷陷。。但但是是，，較較大大的的間間隔隔會(huì)會(huì)增增加加透透射射光光的的繞繞射射，，降降低低了了分分辨辨率率，，同同時(shí)時(shí)使使個(gè)個(gè)別別光光刻刻膠膠上上的的圖圖形形變變模模糊糊。。這這種種影影響響，，取取決決于于掩掩模模與與基基片片間間的的實(shí)實(shí)際際間間隔隔。?；狡秸榷鹊牡淖冏兓秃屠@繞射射效效應(yīng)應(yīng)，，通通常常把把可可見見光光的的非非接接觸觸曝曝光光限限制制到到特特征征尺尺寸寸為為7μm。二、投影復(fù)制制在投影復(fù)制中中，借助在掩掩模和基片之之間的高分辨辨率透鏡把光光掩模的圖形形直接投影在在基片的光刻刻膠上，掩模模壽命主要受受操作損傷的的限制。一種類型是用用單一光照射射整個(gè)基片，，掩模上的圖圖形通常與基基片(直徑5～10cm)上的圖形形具有相同的的尺寸。市售售1：1的投投影復(fù)制機(jī)在在2～3μm的范圍內(nèi)圖圖像清晰，其其對(duì)準(zhǔn)精度為為0．3～0．6μm。。另一類型是用用掩模產(chǎn)生的的圖形只對(duì)部部分基片曝光光，這時(shí)掩模模比投影圖形形大5或10倍。然后基基片步進(jìn)到一一個(gè)新的位置置，又對(duì)基片片的另一部分分曝光。通過過步進(jìn)重復(fù)，，整個(gè)基片就就完成了曝光光。步進(jìn)重復(fù)復(fù)系統(tǒng)為9～～8l步，分分辨率為1～～2μm，重重復(fù)精度約0．25～0．5μm。。三、電子束光光刻采用常用光刻刻工藝可形成成的最小線條條寬度畢竟受受光波長(zhǎng)的限限制，現(xiàn)行技技術(shù)通常能復(fù)復(fù)制幾微米的的元件，并有有可能把最小小尺寸降到1μm。由于電子束束和X射線的波長(zhǎng)為為毫微米(nm)甚至更小，故故利用它們可可產(chǎn)生極細(xì)的的線條。電子束光刻比比光學(xué)光刻有有吸引力，并并不只是因?yàn)闉樗ㄩL(zhǎng)短，，還因?yàn)樗杏腥缦聝?yōu)點(diǎn)：：(1)電子可可以成像，形形成圖形或小小點(diǎn)的尺寸可可≤0．01μm；而可可見光點(diǎn)則只只有0．5μμm。(2)通過靜靜電場(chǎng)或磁場(chǎng)場(chǎng)可使電子束束偏轉(zhuǎn)和進(jìn)行行速度調(diào)制。。(3)電子束束能量和涂敷敷在基片上的的光刻膠劑量量可精確控制制。電子束可以由由計(jì)算機(jī)程序序控制直接掃掃描而產(chǎn)生圖圖形，或通過過特別掩模的的電子圖像而而產(chǎn)生圖形。。來自電子束束源的電子可可形成一射束束，它在涂有有光刻膠的基基片上偏轉(zhuǎn)和和調(diào)制便可繪繪出所希望的的圖形。電子子可形成亞微微米點(diǎn)的圖像像，在小于10-7s的時(shí)間里，有有足夠的電流流使光刻膠曝曝光。電子束光刻系系統(tǒng)方框圖掃描系統(tǒng)有光柵掃描和矢量控制兩種系統(tǒng)。光光柵掃描系統(tǒng)統(tǒng)有順序地覆覆蓋著產(chǎn)生圖圖形的整個(gè)面面積，并根據(jù)據(jù)要記錄的圖圖形的需要，，調(diào)整電子束束的開或關(guān)；；矢量控制系系統(tǒng)則根據(jù)圖圖形的需要使使電子束偏轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)到確定的軌軌跡。與電子子束發(fā)生器有有關(guān)的電子光光學(xué)系統(tǒng)類似似于電子顯微微鏡，一般由由熱陰極的電電子源提供了了熱發(fā)射的自自由電子，這這些電子被靜靜電場(chǎng)加速和和電磁場(chǎng)聚焦焦，受靜電場(chǎng)場(chǎng)和電磁場(chǎng)的的偏轉(zhuǎn)和控制制，最后到達(dá)達(dá)基片，形成成清晰的圖形形。四、X射射線光刻刻掩模由X射線透透明膜片片組成，，膜片支支撐著一一個(gè)薄膜膜圖案，，圖案材材料對(duì)X射線具具有強(qiáng)的的吸收作作用。掩掩模放在在涂有對(duì)對(duì)X射線線敏感的的光刻膠膠的基片片上。由由聚焦電電子束產(chǎn)產(chǎn)生的遠(yuǎn)遠(yuǎn)“點(diǎn)””X射線線源照射射到掩模模上，吸吸收了X射線的的圖形被被投影到到聚合膜膜上。圖圖中給出出了半陰陰影δ，，它由X射線源源的實(shí)際際有限尺尺寸d產(chǎn)產(chǎn)生。在在任一給給定曝光光條件下下，可通通過適當(dāng)當(dāng)選擇s、d和和D，就就可按要要求使δδ減小。。圖2—12和圖2—13為制造微微米表面面圖形所所用的工工藝和光光刻后單單層及層層狀基片片的摻雜雜工藝。。曝光后后，顯影影除去的的或是曝曝光區(qū)(正性膠)或是非曝曝光區(qū)(負(fù)性膠)。因此，，在基片片表面上上留下了了明顯的的光刻膠膠圖形。。在光刻刻膠上形形成凹凸凸結(jié)構(gòu)后后，用下下述方法法之一加加工基片片：在基基片上刻刻蝕圖形形；生長(zhǎng)長(zhǎng)材料；；摻雜；；通過光光刻膠圖圖形的開開口位置置沉積材材料。由由于X射線波長(zhǎng)長(zhǎng)在10-3μm的數(shù)量級(jí)級(jí)，因此此衍射效效應(yīng)通常?？梢院龊雎?。第五節(jié)刻刻蝕蝕通過光刻刻工藝在在光刻膠膠上產(chǎn)生生圖形以以后，光光刻膠下下面的薄薄膜通常常采用刻刻蝕的方方法得到到圖形。。在微電電子技術(shù)術(shù)中，刻刻蝕包括括濕法和和干法。。濕法刻刻蝕通常常是指化化學(xué)刻蝕蝕，它是是利用材材料和刻刻蝕液的的化學(xué)反反應(yīng)進(jìn)行行加工的的，適用用于幾乎乎所有的的金屬、、玻璃、、塑料等等材料的的大批量量加工，，也適用用于硅、、鍺等半半導(dǎo)體材材料，以以及在玻玻璃上形形成的金金屬膜、、氧化膜膜等的微微細(xì)加工工，是應(yīng)應(yīng)用范圍圍很廣的的重要技技術(shù)。干干法刻蝕蝕是利用用活性氣氣體與材材料反應(yīng)應(yīng)而生成成揮發(fā)性性化合物物來進(jìn)行行的加工工，包括括離子刻刻蝕、等等離子刻刻蝕、反反應(yīng)等離離子刻蝕蝕等，它它是今后后微電子子技術(shù)中中一種非非常有用用的刻蝕蝕方法。。一、化學(xué)刻蝕蝕表2—2列出了微電子子工業(yè)中用于于薄膜材料的的典型刻蝕劑劑。濕化學(xué)法法或溶液刻蝕蝕法會(huì)產(chǎn)生一一些問題，如如光刻膠置于于加熱的酸液液中，常常失失去它對(duì)下面面薄膜的附著著力；在向下下刻蝕的同時(shí)時(shí)，也向著橫橫方向刻蝕，，即所謂“鉆鉆蝕”作用，，使加工的線線條變寬，這這對(duì)于刻蝕亞亞微米圖形就就失去了意義義。其次，由于存存在表面張力力的作用，溶溶劑刻蝕越來來越難以適應(yīng)應(yīng)高分辨率圖圖形的加工，，而干法刻蝕蝕正好彌補(bǔ)了了這些不足。。二、各向異性性刻蝕用化學(xué)試劑刻刻蝕單晶硅時(shí)時(shí)，不同晶面面的刻蝕速率率是不同的。。圖2—14為硅的金剛剛石立方結(jié)構(gòu)構(gòu)和它的兩個(gè)個(gè)面的密勒指指數(shù)。因硅<111>面面(圖2—14的c)比比硅<100>面(圖2—14的b)的排排列更緊密，，故其刻蝕速速率更低。這這一概念已被被用于三維結(jié)結(jié)構(gòu)的有源或或無源器件的的加工以及表表面器件的加加工。各向異性刻蝕蝕工藝與各向向異性刻蝕液液(專用于刻刻蝕硅的溶液液，由乙烯二二胺、鄰苯二二酚及水組成成，典型的組組成是17mL乙烯二胺胺、3g鄰苯苯二酚及8mL水，它可可阻止對(duì)重?fù)綋诫sp+硅的刻蝕)結(jié)結(jié)合，可以制制造薄膜型小小圓孔，如圖圖2—15所所示。當(dāng)雜質(zhì)質(zhì)濃度NA達(dá)到1019／cm3時(shí)，專用液中中的硅急劇下下降；當(dāng)NA＞7×1019／cm3時(shí)，刻蝕速率率達(dá)到零。在在專用液中刻刻蝕重?fù)诫sp+表面層的硅基基片時(shí)，末摻摻雜的硅被除除去p+膜被留下，其其厚度等于表表面層的深度度，而雜質(zhì)濃濃度NA＞7×1019／cm3。這一特性已已被用于制造造膜厚在1——10um之之間的不同結(jié)結(jié)構(gòu)的器件。。第六節(jié)摻雜摻雜是指用人人為的方法，，將所需的雜雜質(zhì)按要求的的濃度與分布布摻人半導(dǎo)體體等材料中，，以達(dá)到改變變材料電學(xué)性性質(zhì)和形成半半導(dǎo)體器件的的目的。利用用摻雜技術(shù)可可以制備p-n結(jié)、電阻阻器、歐歐姆接觸觸和互連連線等。。摻入雜雜質(zhì)的種種類、數(shù)數(shù)量及其其分布，，對(duì)部件件性能的的影響極極大，因因此必須須進(jìn)行精精確的控控制。摻雜方法法可分為為合金法法、擴(kuò)散散法和離離子注人人法。在在集成電電路制造造中，主主要采用用擴(kuò)散法法和離子子注入法法，圖2-16及表2—3對(duì)對(duì)采用用這兩種種工藝進(jìn)進(jìn)行摻雜雜時(shí)的均均勻性、、重復(fù)性性、污染染情況和和環(huán)境條條件等作作了比較較。一、擴(kuò)散散擴(kuò)散過程包括括兩個(gè)步步驟，首首先是通通過氣相相沉積或或涂覆的的方法，，在基片片表面上上覆蓋一一層所希希望的摻摻雜劑，，使基片片表面上上合有一一定量的的雜質(zhì)；；然后進(jìn)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)動(dòng)擴(kuò)散，，使雜質(zhì)質(zhì)原子向向晶體內(nèi)內(nèi)運(yùn)動(dòng)。。這就是是常說的的兩步擴(kuò)擴(kuò)散法。。前者稱稱為預(yù)沉積，后者稱稱為再分布。雜質(zhì)原原子分布布的形狀狀主要由由雜質(zhì)原原子在基基片表面面的狀況況而定，，而擴(kuò)散散深度主主要取決決于溫度度和擴(kuò)散散時(shí)間。。替位式擴(kuò)擴(kuò)散和間間隙式擴(kuò)擴(kuò)散擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)動(dòng)是微觀觀粒子(原子或分分子)熱運(yùn)動(dòng)的的統(tǒng)計(jì)結(jié)結(jié)果。在在一定溫溫度下雜雜質(zhì)原子子具有一一定的能能量，能能夠克服服某種阻阻力而進(jìn)進(jìn)入半導(dǎo)導(dǎo)體，并并在其中中作緩慢慢的遷移移運(yùn)動(dòng)。。這些雜雜質(zhì)原子子不是代代替硅原原子的位位置就是是處在晶晶體的間間隙中，，因此擴(kuò)擴(kuò)散也就就有替位式擴(kuò)擴(kuò)散和間隙式擴(kuò)擴(kuò)散兩種方式式，如圖圖2—17所示。替位式擴(kuò)擴(kuò)散。雜質(zhì)原原子通過過從一個(gè)個(gè)格點(diǎn)位位置跳到到下一個(gè)個(gè)格點(diǎn)位位置，替替代了原原來的晶晶格原子子而達(dá)到到在晶格格中移動(dòng)動(dòng)。為此此，要求求相鄰的的位置必必須是空空的，也也就是說說，要產(chǎn)產(chǎn)生替位位式擴(kuò)散散必須有有空位。。由于空空位的平平衡濃度度相當(dāng)?shù)偷?，故可可認(rèn)為替替位式擴(kuò)擴(kuò)散比間間隙式擴(kuò)擴(kuò)散慢得得多。實(shí)實(shí)際情況況確實(shí)如如此。間隙式擴(kuò)散。處于晶格原原子之間空位位的雜質(zhì)原于于稱為間隙原原子，雜質(zhì)原原子由一個(gè)間間隙位置跳到到下一個(gè)間隙隙位置而在晶晶格中移動(dòng)，，它們既可以以從格點(diǎn)位置置開始移動(dòng)，，也可以以從間隙位置置開始移動(dòng)，，最終可停在在兩種位置中中的一種位置置上。間隙式式擴(kuò)散要求雜雜質(zhì)從一個(gè)間間隙位置跳到到相鄰的另一一個(gè)間隙位置置，而且雜質(zhì)質(zhì)原子只有處處于間隙位置置時(shí)才能以顯顯著的速率在在晶體中移動(dòng)動(dòng)。二、離子注入入離子注入就是先將雜質(zhì)質(zhì)原子電離，，再由電場(chǎng)加加速，使其獲獲得很高的能能量(30—100KeV)，然后“注入入”到晶體中中，再經(jīng)過退退火使雜質(zhì)激激活而達(dá)到摻摻雜的目的。。離子注入多多用于淺結(jié)高高精度摻雜。。磁偏轉(zhuǎn)質(zhì)量量分析器(90°分析磁體)消消除了不需要要的某些離子子，經(jīng)偏轉(zhuǎn)與與聚焦后，離離子束瞄準(zhǔn)半半導(dǎo)體靶，使使高能離子滲滲透到半導(dǎo)體體表面。進(jìn)入入半導(dǎo)體內(nèi)的的高能離子與與靶原子核和和電子碰撞后后失去其能量量，最后靜止止下來。離子注入的優(yōu)優(yōu)點(diǎn)及其問題題離子注入的優(yōu)優(yōu)點(diǎn)是它具有有很好的可控控性和重復(fù)性性。通過測(cè)量量離子流和注注入時(shí)間，可可以確定硅中中雜質(zhì)離子的的數(shù)量，從而而改變雜質(zhì)的的濃度。因此此，通過調(diào)節(jié)節(jié)加速電壓來來控制雜質(zhì)分分布就可能優(yōu)優(yōu)于高溫?cái)U(kuò)散散。被加速的離子子與靶中的硅硅原子相碰，，可以把能量量傳給靶原子子，而當(dāng)靶原原子的能量足足夠大時(shí)則可可使其發(fā)生位位移。當(dāng)位移移原子的能量量足夠大時(shí)還還可使其他靶靶原子發(fā)生位位移，從而形形成一個(gè)碰撞撞與位移的級(jí)級(jí)鏈，造成晶晶體損傷。不不過，在低于于1000℃的溫度下讓讓晶片退火，，可消除大部部分損傷而恢恢復(fù)晶體的單單晶結(jié)構(gòu)，同同時(shí)使注入離離子激活(即運(yùn)動(dòng)到晶格格位置而產(chǎn)生生電活性的摻摻雜作用)。三、中子嬗變變摻雜技術(shù)(NTD)中子嬗變摻雜雜技術(shù)是另一種種非常吸引人人的摻雜方法法，最普通的的是用它進(jìn)行行磷摻雜而形形成均勻的n型材料。其基基本原理是由由于硅有三個(gè)個(gè)穩(wěn)定的同位位素28Si、29Si和30Si，它們分別為為92．21％、4．70％和3．02％，當(dāng)受到熱熱中子照射時(shí)時(shí)，其中只有有30Si捕獲中子才產(chǎn)產(chǎn)生放射性同同位素31Si，隨后31Si嬗變?yōu)榉€(wěn)定的的同位素31P，從而達(dá)到了了n型摻雜的目的的。這一過程程的摻雜核反反應(yīng)式為：30Si+n31Si31Si31P+β-31P+n32P32P32S+β-由此看到，31P也可以捕獲一一個(gè)中子而引引起32P的發(fā)射。由于于31Si的衰變壽命很很短，沒有顯顯示出殘余的的放射性，而而32P有中等的壽命命，故可導(dǎo)致致可測(cè)的放射射性劑量。當(dāng)當(dāng)然，32P的劑量主要取取決于31P產(chǎn)生的劑量，，它在一定程程度上取決于于中子流和硅硅中磷的最初初劑量。中子嬗變摻雜雜最顯著的優(yōu)優(yōu)點(diǎn)是均勻性性很好(可達(dá)土2％)，它不但可以以使高阻的懸懸浮區(qū)熔硅晶晶錠變成濃度度分布十分均均勻的n型(也可以實(shí)現(xiàn)p型)材料，而且可可以獲得非常常均勻的外延延層；其次是是易于正確地地監(jiān)控所引進(jìn)進(jìn)的裁流子數(shù)數(shù)目(準(zhǔn)確度為士5％)。由于通過核核反應(yīng)加工而而引進(jìn)了輻射射損傷，所以以還必須進(jìn)行行適當(dāng)?shù)耐嘶鸹?一般用500—900°C退火)，以便恢復(fù)其其晶格和電阻阻率。第七節(jié)連線材料和工工藝硅基片上的分分立元件被加加工出來后，，必須將元件件連接起來構(gòu)構(gòu)成集成電路路(