1、热氧化
1.1基本制备方法
（1）干氧氧化
干氧氧化得到的SiO2层表面为硅氧烷结构，其中氧原子呈桥联氧（即氧原子为两个硅原子所共有），故干氧氧化形成的SiO2层结构致密，均匀性、重复性好。同时，硅氧烷呈非极性，与光刻胶（非极性）黏附性良好，不易产生浮胶现象，光刻质量好。所以，与光刻胶相接触的氧化层最好是干氧形成的氧化层。
（2）水汽氧化
在反应室中通入水汽进行氧化。水汽来源于高纯去离子水汽化或氢气、氧气直接燃烧化合而成。水汽氧化得到的SiO2层表面为硅烷醇结构，其中氧原子呈非桥联氧（即氧原子只与一个硅原子相连接并没有形成氧桥），故水汽氧化形成的氧化层结构疏松，均匀性、重复性较差。同时硅烷醇结构中的羟基极易吸附水，吸附水后呈极性，不易与非极性光刻胶粘附，易产生浮胶现象，所以光刻质量较差。由于水汽在二氧化硅中的溶解度比干氧大许多，并且水汽氧化形成的氧化层结构疏松。所以，在相同的温度下，水汽氧化比干氧氧化快。
（3）湿氧氧化
湿氧氧化是指氧气在通入反应室之前，先通过加热的高纯去离子水，使氧气中携带一定量的水汽。水汽含量的多少由水浴温度和气流决定，饱和情况下，只与水浴温度有关。湿氧氧化兼有干氧氧化和水汽氧化两者的共同特点，湿氧氧化比干氧氧化速度快，但比水汽氧化速度慢；其氧化层质量也介于干氧氧化和水汽氧化之间。
（4）掺氯氧化
在干氧氧化时，加入少量氯气（Cl2）、氯化氢（HCl）、三氯乙烯（C2HCl3或TCE）或三氯乙烷（TCA）等含氯的气态物。在干氧氧化时，氯会结合到氧化层中，并集中分布在SiO2- Si界面附近，可使移到此处的Na+被陷住不动，从而使Na+丧失电活性和不稳定性。同时氯在Si-SiO2界面处以氯-硅- 氧复合体形式存在，中和了界面电荷，填补了氧空位，故可降低 SiO2层中的界面态密度，减少二氧化硅中的缺陷。另外，在高温下，氯气会与氧化炉中的许多杂质发生反应，生成挥发性的化合物而从氧化炉逸出。故掺氯氧化可吸收或提取氧化层下面硅中的杂质，减少复合中心，使少子寿命增加。氯还可以起反应催化作用，有利于提高氧化速度。
1.2特殊制备技术
（1）高压水汽氧化是指在10～25atm（1～2.5MPa）压强的密封系统中进行的水汽氧化。在该压力下，氧化温度可降到300～700℃，并能保证正常的氧化速率。采用这种高压水汽氧化法可将硅中的错位生长降到最小。
（2）低压氧化技术是指在压强低于1atm（0.1MPa）的密封系统中进行氧化，以形成氧化层厚度小于10nm的薄氧化层。此外，还可以采用低温氧化技术制备超薄氧化层。低温氧化技术是指将干氧氧化的温度降低到为800～1000℃。实验证明，在此温度范围内，氧化层厚度仍与时间成正比。通常还有2nm的初始氧化层（与天然氧化层厚度相当）。
1.3氧化层薄膜的主要用途
（1）栅氧氧化层
要求结构致密，所以，在干氧氧化后必须通过退火加密来实现。为了改善栅氧化层的质量，还可以采用掺氯氧化，以减小Na+污染，改善栅氧化层的质量。
（2）场氧化层
场氧化层厚度通常控制在0.5～2.0μm之间，并且对膜层的质量要求不是很高，故可采用干氧（掺氯）-湿氧-干氧交替的氧化方法。
（3）牺牲氧化层
为了避免沟道效应，并保护硅衬底，需要制作一层薄氧化层，在离子注入完成后，再去掉该氧化层，故称此氧化层为离子注入的牺牲氧化层。牺牲氧化层厚度通常在20～50nm之间，可采用物理气相淀积中的溅射法来制作一层无定形的SiO2层。此外，在沟槽栅结构中，为了去除沟槽刻蚀带来的损伤，可以在沟槽刻蚀后利用热氧化生长约100nm的牺牲氧化层，即将损伤的硅层变成氧化层，当牺牲氧化层被腐蚀掉时损伤也随之消除。
（4）垫氧化层
为了缓冲硅与氮化硅膜之间的应力，在淀积氮化硅膜之前，先在硅片上淀积一层10nm 的垫氧化层。
（5）侧墙氧化层在自对准多晶硅的硅化物工艺中，可以利用低压化学气相淀积（LPCVD）一层氧化层，然后通过刻蚀形成侧壁氧化层。
2、热扩散
2.1杂质分布
（1）恒定表面源扩散
恒定表面源扩散杂质是余误差分布，当温度T一定时，表面杂质浓度NS随着时间的延 长始终保持不变，结深xj逐渐增加，杂质剂量 Q0增大，杂质浓度梯度随时间或温度的增加而减小（曲线变缓）。恒定表面源缺点是，当杂质剂量过大时，易产生杂质沉积和缺陷（特别是采用固态源和液态源进行预淀积时）；其次，表面杂质浓度NS较高并保持不变，所以不能满足实际器件掺杂的需要。
（2）有限表面源扩散
高斯分布 
，式中表面浓度Ns可表示为
当温度T一定时，随时间t的延长，由于表面杂质总量Q0 保持不变，表面杂质浓度NS不断下降，结深xj随时间t增加而推进。有限表面源扩散的缺点是，要获得较低的表面杂质浓度NS，就要延长高温过程持续的时间，这会导致已扩杂质再分布，影响器件特性。
（3）两步扩散
杂质扩散浓度分布：
令两者的相对扩散长度，则当
（1）λt ≥4 时，预淀积起主要作用，杂质剖面呈余误差分布；
（2）λt ≤1/4 时，再分布起主要作用，杂质剖面呈高斯分布；
（3）1/4 < λt < 4时，两步扩散的最终分布可用史密斯（Smith）函数来表示。
2.2 P型扩散方法
硼（B）的固溶度较高，对高掺杂浓度的浅结，可采用硼固态陶瓷片扩散形成。由于Al 扩散时，杂质Al会与石英管壁反应导致表面杂质浓度降低，所以对低掺杂浓度的深结，常采用铝或镓的涂层、开管或闭管扩散来形成。但对高掺杂浓度的深结，则需采用硼-铝（B- Al）双质扩散才能同时满足结深和表面杂质浓度的要求。对低掺杂浓度的浅结，需采用特殊的硼扩散方法形成，如稀释的硼源涂层扩散等。
（1）双质扩散
对普通晶闸管而言，p基区较深，表面杂质浓度也较低，通常采用Al扩散或Ga- Al扩散均能满足要求。对GCT和GTO而言，由于J3的次表面杂质浓度要求比普通晶闸管高出 1个数量级，故需采用B-Al双质扩散来实现。高杂质浓度由B扩散表面杂质浓度决定，结深则由Al扩散深度决定。在通常使用的电阻率范围内，当硼的表面掺杂浓度在1018～1019 cm-3之间，硼在n型硅中的扩散结深大约为铝的一半，或者Al扩散的结深大约为B扩散结深的2.1倍。相比较而言，采用Ga-Al扩散可以获得比B-Al扩散更好的均匀性。但由于Ga 扩散后表面杂质浓度比B扩散低，故Ga-Al扩散虽然可获得更好的均匀性，但无法同时满足高表面杂质浓度和深结的要求。
（2）镓扩散
由于Ga在SiO2中的扩散系数比在硅中大(如1230℃时DSiO2≈10-9cm2/s，DSi≈10-12cm2/s），并且在Si-SiO2界面存在分凝效应（分凝系数<1），以及在硅中具有较高的固溶度(1250℃时NSol（SiO2）≈1016cm-3，NSol（S）≈1019 cm-3）等特性，因此可在SiO2膜的覆盖下进行开管Ga扩散。由于Ga 原子是通过Si-SiO2界面扩散，避免了外界一切沾污，可获得高质量的扩散表面，可以避免硅表面因Ga富集而形成的合金点、腐蚀坑、表面薄层电阻不均匀等弊端。
Ga闭管扩散是将杂质源（高纯镓或镓硅粉）和硅片放在一个小石英管内抽真空后封管，然后将小石英管放在扩散炉中进行扩散。由于高纯镓蒸气压极高，同时在高温下Ga与石英的化学反应极为微弱，一般扩散浓度都比较高。采用镓硅粉是为了稀释Ga源，降低Ga的蒸气压，以控制表面杂质浓度。镓硅粉扩散适应于低表面杂质浓度（1017 cm-3左右）的深扩散。闭管扩散的均匀性和重复性好，受外界影响小，适用于大面积的深扩散，但工艺操作复杂，需换石英管。
（3）选择性的深结扩散
由于Si3N4膜与Si之间会产生应力，导致Si3N4膜产生裂纹。所以，对于选择性的Al、 Ga扩散，可采用一种SiO2/Si3N4/SiO2复合膜来掩蔽，即在硅表面先热生长一层SiO2膜，然后再淀积一层Si3N4膜和另一层SiO2膜。在三层掩膜结构中，Si3N4膜起掩蔽作用，底层SiO2膜可缓解Si3N4与硅衬底之间的应力，避免Si3N4膜出现裂纹而导致掩蔽失效。最上层SiO2膜可防止气相Ga或Al原子在扩散期间与Si3N4膜发生反应。研究表明，在 1250℃下Ga和Al在Si3N4膜中的扩散系数分别是1.7×10-18 cm2/s和1.0×0-17cm2/s，利用这种复合掩蔽膜进行Ga和Al扩散，可得到结深超过100μm的选择性p扩散区。
（4）浅结扩散
对于p型的浅结扩散，如果掺杂浓度很高，可采用硼固态源扩散。硼源主要成分是氮化硼（BN）。如果掺杂浓度较低（如GCT结构中的透明阳极），除了采用离子注入与高温推进的方法来实现外，可采用稀释的三氧化二硼（B2O3）涂层低温扩散方法来制作透明阳极区，通过改变B2O3源饱和溶液的稀释比例可以控制扩散后的表面杂质浓度。表1给出了硼源稀释度与表面杂质浓度的关系。可见，当B2O3饱和溶液与稀释液的比例选为1:80时，可得到（3～4）×1018 cm - 3的表面杂质浓度。
表1 硼源稀释度与表面杂质浓度的关系
2.3 N型扩散方法
在电力半导体器件中，n型扩散通常采用三氯氧磷（POCl3）液态源两步扩散。由于磷的固溶度很高，对高掺杂浓度的浅结，采用磷预沉积即可；对高掺杂浓度的深结（如整流二极管和晶闸管的阴极区），采用磷预沉积和再分布。对低掺杂浓度的深结（如快恢复功率二极管和GCT的n场阻止层），需采用磷低温预沉积和高温长时间推进。为了改善n型掺杂均匀性，高掺杂质浓度的n扩散层也可采用片状固态磷源扩散来实现。
（1）液态源扩散
采用POCl3液态源进行两步扩散的预沉积，其表面杂质浓度主要取决于扩散炉中杂质蒸气压、POCl3源的分解能力及在硅中的最大溶解度。杂质蒸气压与携带源气体（通常为氮气）的流量、稀释源气体（通常为氮气及氧气）的流量及源温有关。由于杂质蒸气压对源温的变化极为敏感，为了便于控制，通常将POCl3源置于0℃的冰水中，使得杂质蒸气压仅取决于流量，同时在扩散炉中还通入适量氧气，以利于POCl3源的分解。为了获得扩散的重复性和均匀性，要求携带源的氮气流量为大流量（约200mL/min），这样可以使杂质蒸气压达到饱和状态，以提高磷扩散的表面杂质浓度。
采用POCl3预淀积时，必须通过氮气携带POCl3到达硅片表面，并在高温（＞600℃）下分解，反应生成的 P2O5在硅片表面与Si发生还原反应，生成P原子扩入硅片。此外， POCl3预淀积时，需通入适量的O2，以促进PCl5分解，防止其对硅片产生腐蚀。
（2）固态磷源扩散
固态磷源（PDS）是一种灰白色陶瓷圆片，直径为ϕ100～ϕ200mm，其活性成分为焦磷酸硅（SiP2O7）和焦磷酸锆（ZrP2O7）及二氧化硅（SiO2）按6∶3∶1比例形成的化合物。使用前只需一次高温活化，扩散时可以高温进出扩散炉。扩散温度范围为975～1025℃，可获得3～25Ω/ □的方块电阻。固态PDS磷源具有直径大、使用简便、扩散浓度高、使用寿命长（4～6Ω/□为120h）、工艺成本低等优点，还可以根据工艺参数选择不同规格的磷源片。
P2O5在358. 9℃ 时就可升华，使得炉管内充满饱和蒸气。PDS固态磷源片最理想的使用条件是在真空状态下，即炉管内不通气流。但在实际的开管中使用时，为了保护石英炉管，防止氧气（O2）与源片接触，须通入一定流量的氮气（N2）。
图1 PDS与POCl3工艺高温过程比较
用PDS进行预沉积时，当炉温升高到800℃后，将硅片缓慢推入恒温区，稳定10～15min 后，以一定的速率将炉温升高到恒温温度，恒温一段时间。然后以一定的速率降到800℃，再稳定10～15min后将硅片缓慢拉到炉口。待冷却至常温后取出石英舟，将PDS源片放入氮气烘箱中保存。相比较而言，POCl3预沉积时，石英舟进、出炉的温度仅为600℃，并在温度达到恒温温度时才开始通源。而PDS预沉积时石英舟进、出炉的温度为800℃，明显比 POCl3时高，并且PDS的活性成分在温度上升到875℃（未达到恒温温度975℃）时，就会发生分解反应。
PDS扩散所得到方块电阻近似环形分布，且硅片中心区域方块电阻最小，向边缘依次增大。因为PDS源扩散时的保护气体N2带走硅片边缘处的部分P2O5蒸气。
POCl3预淀积结果则与PDS的相反，中心方块电阻偏高、边缘杂质浓度高。这是由于扩散过程中N2携带POCl3从硅片边缘向中心漫延所致。
PDS源扩散的方块电阻平均值为6.939Ω/□，POCl3预淀积的方块电阻平均值为5.798 Ω/□。相比较而言，采用PDS预沉积的均匀性明显比POCl3的好，通过对N2流量的控制，可获得更均匀的杂质浓度分布及稍低的表面杂质浓度。
（3）倒扩散工艺
所谓的“倒扩散”工艺是指先进行n型磷扩散，然后再在正面进行p基区铝深扩散，同时n型缓冲层继续推进。由于铝扩散的表面浓度较低，对背面的n型缓冲层的补偿很小。尤其是对于n型低掺杂浓度的深结，如GCT的n场阻止（FS）层，浓度约1016数量级，厚度在20μm以上，采用 “倒扩散” 工艺则很容易实现。若采用常规工艺实现时需要严格控制掺杂剂量，并进行长时间的高温推进。可见，采用“倒扩散”工艺不仅可以避免磨片所带来的碎片率增加，而且可以避免长时间的高温过程导致芯片的性能劣化。