微電子器件與工藝課程設(shè)計(jì)--pnp雙極型晶體管的設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　目 錄</b></p><p>　　一·課程設(shè)計(jì)目的與任務(wù)……………………………………………………………1</p><p>　　二·設(shè)計(jì)的內(nèi)容………………………………………………………………………1 </p><p>　　三·設(shè)計(jì)的要求與數(shù)據(jù)……………………………………………………

2、…………1</p><p>　　四·物理參數(shù)設(shè)計(jì)……………………………………………………………………2</p><p>　　4.1各區(qū)摻雜濃度及相關(guān)參數(shù)的計(jì)算………………………………………………2</p><p>　　4.1.1各區(qū)摻雜濃度 ……………………………………………………………4</p><p>　　4.1.2遷移率………

3、………………………………………………………………4</p><p>　　4.1.3擴(kuò)散系數(shù)與電阻率………………………………………………………5</p><p>　　4.1.4少子壽命和擴(kuò)散長(zhǎng)度……………………………………………………5</p><p>　　4.2 集電區(qū)厚度Wc的選擇………………………………………………………6</p><p>

4、;　　4.3 基區(qū)寬度WB…………………………………………………………………7</p><p>　　4.5 擴(kuò)散結(jié)深的設(shè)計(jì)………………………………………………………………9</p><p>　　4.6 芯片厚度和質(zhì)量……………………………………………………………10</p><p>　　4.7 晶體管的橫向設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)參數(shù)的選擇……………………………………10<

5、/p><p>　　五、工藝參數(shù)設(shè)計(jì)……………………………………………………………………11</p><p>　　5.1 工藝部分雜質(zhì)參數(shù)…………………………………………………………12</p><p>　　5.2 基區(qū)相關(guān)參數(shù)的計(jì)算………………………………………………………14</p><p>　　5.3 發(fā)射區(qū)相關(guān)參數(shù)的計(jì)算…………………………

6、…………………………15</p><p>　　5.4 氧化時(shí)間的計(jì)算……………………………………………………………16</p><p>　　六、物理參數(shù)與工藝參數(shù)匯總………………………………………………………17</p><p>　　七、工藝流程圖………………………………………………………………………19</p><p>　　八、生產(chǎn)工藝流程

7、……………………………………………………………………23</p><p>　　九、版圖………………………………………………………………………………33</p><p>　　十、心得體會(huì)…………………………………………………………………………34</p><p>　　十一、參考文獻(xiàn)………………………………………………………………………35</p><

8、;p>　　PNP雙極型晶體管的設(shè)計(jì)</p><p>　　一、課程設(shè)計(jì)目的與任務(wù)</p><p>　　《微電子器件與工藝課程設(shè)計(jì)》是繼《微電子器件物理》、《微電子器件工藝》和《半導(dǎo)體物理》理論課之后開(kāi)出的有關(guān)微電子器件和工藝知識(shí)的綜合應(yīng)用的課程，使我們系統(tǒng)的掌握半導(dǎo)體器件，集成電路，半導(dǎo)體材料及工藝的有關(guān)知識(shí)的必不可少的重要環(huán)節(jié)。</p><p>　　目的是使我

9、們?cè)谑煜ぞw管基本理論和制造工藝的基礎(chǔ)上，掌握晶體管的設(shè)計(jì)方法。要求我們根據(jù)給定的晶體管電學(xué)參數(shù)的設(shè)計(jì)指標(biāo)，完成晶體管的縱向結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)→晶體管的圖形結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)→材料參數(shù)的選取和設(shè)計(jì)→制定實(shí)施工藝方案→晶體管各參數(shù)的檢測(cè)方法等設(shè)計(jì)過(guò)程的訓(xùn)練，為從事微電子器件設(shè)計(jì)、集成電路設(shè)計(jì)打下必要的基礎(chǔ)。</p><p><b>　　二、設(shè)計(jì)的內(nèi)容</b></p><p>　　設(shè)計(jì)一

10、個(gè)均勻摻雜的pn p型硅雙極晶體管，滿足T=300K時(shí)，基區(qū)摻雜濃度為NB=1016cm-3,`共發(fā)射極電流增益hfe=50。BVCEO=60V，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量減小基區(qū)寬度調(diào)制效應(yīng)的影響，假設(shè)經(jīng)驗(yàn)參數(shù)為年n=3)</p><p>　　三、設(shè)計(jì)的要求與數(shù)據(jù)</p><p>　　1．了解晶體管設(shè)計(jì)的一般步驟和設(shè)計(jì)原則</p><p>　　2．根據(jù)設(shè)計(jì)指標(biāo)選取材料，確定材料

11、參數(shù)，如發(fā)射區(qū)摻雜濃度NE, 基區(qū)摻雜濃度NB,集電區(qū)摻雜濃度NC, 根據(jù)各區(qū)的摻雜濃度確定少子的擴(kuò)散系數(shù)，遷移率，擴(kuò)散長(zhǎng)度和壽命等。</p><p>　　3．根據(jù)主要參數(shù)的設(shè)計(jì)指標(biāo)確定器件的縱向結(jié)構(gòu)參數(shù)，如集電區(qū)厚度Wc，基區(qū)寬度Wb，發(fā)射極寬度We和擴(kuò)散結(jié)深Xjc, 發(fā)射結(jié)結(jié)深Xje等。</p><p>　　4．根據(jù)擴(kuò)散結(jié)深Xjc, 發(fā)射結(jié)結(jié)深Xje等確定基區(qū)和發(fā)射區(qū)預(yù)擴(kuò)散和再擴(kuò)散的擴(kuò)

12、散溫度和擴(kuò)散時(shí)間；由擴(kuò)散時(shí)間確定氧化層的氧化溫度、氧化厚度和氧化時(shí)間。</p><p>　　5．根據(jù)設(shè)計(jì)指標(biāo)確定器件的圖形結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)器件的 圖形尺寸，繪制出基區(qū)、發(fā)射區(qū)和金屬接觸孔的光刻版圖。 </p><p>　　6. 根據(jù)現(xiàn)有工藝條件，制定詳細(xì)的工藝實(shí)施方案。</p><p><b>　　7．撰寫設(shè)計(jì)報(bào)告</b></p>

13、<p><b>　　四、物理參數(shù)設(shè)計(jì)</b></p><p>　　4.1 各區(qū)摻雜濃度及相關(guān)參數(shù)的計(jì)算</p><p>　　4.1.1各區(qū)摻雜濃度</p><p>　　本實(shí)驗(yàn)的晶體管的設(shè)計(jì)指標(biāo)：T=300K時(shí)，集電極--發(fā)射極BVCEO=60V。NB=1016cm-3。</p><p>　　對(duì)上表參數(shù)進(jìn)行仔細(xì)分

14、析后可發(fā)現(xiàn)，上述參數(shù)中，只有擊穿電壓主要由集電區(qū)電阻率決定。因此，集電區(qū)電阻率的最小值由擊穿電壓決定，在滿足擊穿電壓要求的前提下，盡量降低電阻率，并適當(dāng)調(diào)整其他參量，以滿足其他電學(xué)參數(shù)的要求。</p><p>　?。ā栋雽?dǎo)體器件物理》P141）</p><p><b>　　注：n取2~4.</b></p><p>　　圖1 擊穿電壓與雜質(zhì)濃度的

15、關(guān)系</p><p>　　因?yàn)楝F(xiàn)代工藝中多采用Si作為晶體管的襯底材料，根據(jù)要求=222.5V，讀出集電區(qū)的摻雜濃度為 。</p><p>　　一般的晶體管各區(qū)的濃度要滿足NE>>NB>NC，因此，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)可取:</p><p>　　(1) 集電區(qū)雜質(zhì)濃度?。骸?lt;/p><p>　?。?）基區(qū)雜質(zhì)濃度取 ：。</p&

16、gt;<p>　?。?）發(fā)射區(qū)雜質(zhì)濃度?。?。</p><p><b>　　4.1.2遷移率</b></p><p>　　圖2 遷移率與雜質(zhì)濃度的關(guān)系圖</p><p>　　通過(guò)圖2可以查出在300K時(shí)，集電區(qū)、基區(qū)和發(fā)射區(qū)各自的少子與多子的遷移率如下。</p><p>　　表1 各區(qū)少子和多子遷移率<

17、;/p><p>　　4.1.2擴(kuò)散系數(shù)與電阻率</p><p>　　根據(jù)公式可得少子的擴(kuò)散系數(shù)：</p><p>　　根據(jù)愛(ài)因斯坦關(guān)系式可以求出各區(qū)少子的擴(kuò)散系數(shù)</p><p>　　根據(jù)公式各區(qū)電阻率：</p><p>　?。ā栋雽?dǎo)體物理》P95）</p><p>　　4.1.3少子壽命和擴(kuò)散長(zhǎng)度

18、</p><p>　　圖3 P型硅中少子電子的壽命和擴(kuò)散長(zhǎng)度與參雜濃度的關(guān)系</p><p>　　圖4 P型硅中少子空穴的壽命和擴(kuò)散長(zhǎng)度與參雜濃度的關(guān)系</p><p>　　為得到較合理的基區(qū)準(zhǔn)中性寬度，少子壽命取如下經(jīng)驗(yàn)值：</p><p>　　注明：這里的少子壽命偏大，故取器件物理287頁(yè)的經(jīng)驗(yàn)值，為了方便得到較合理的基區(qū)準(zhǔn)中性寬度，所以

19、這里的少子壽命取值如下：</p><p>　　根據(jù)公式，得到擴(kuò)散長(zhǎng)度：</p><p>　　4.2 集電區(qū)寬度Wc的選擇</p><p>　　（1）集電區(qū)厚度的最小值</p><p>　　集電區(qū)厚度的最小值由擊穿電壓決定。通常為了滿足擊穿電壓的要求，集電區(qū)厚度WC必須大于擊穿電壓時(shí)的耗盡層寬度，即 (是集電區(qū)臨界擊穿時(shí)的耗盡層寬度）。對(duì)于

20、高壓器件，在擊穿電壓附近，集電結(jié)可用突變結(jié)耗盡層近似，因而:</p><p>　　而增大集電區(qū)厚度會(huì)使串聯(lián)電阻rcs增加，飽和壓降VCES增大。為了不增加串聯(lián)電阻又能提高二次擊穿耐量，故取。</p><p>　　4.3 基區(qū)寬度WB的選擇</p><p>　?。?）基區(qū)寬度的最大值</p><p>　　對(duì)于低頻管，與基區(qū)寬度有關(guān)的主要電學(xué)參

21、數(shù)是，因此低頻器件的基區(qū)寬度最大值由確定。當(dāng)發(fā)射效率1時(shí)，電流放大系數(shù)，為了使器件進(jìn)入大電流狀態(tài)時(shí)，電流放大系數(shù)仍能滿足要求，因而設(shè)計(jì)過(guò)程中取4。因此基區(qū)寬度的最大值可按下式估計(jì)</p><p>　　所以基區(qū)寬度的最大值為9.3um。</p><p>　　（2）基區(qū)寬度的最小值</p><p>　　為了保證器件正常工作，在正常工作電壓下基區(qū)絕對(duì)不能穿通。因此，對(duì)于高

22、耐壓器件，基區(qū)寬度的最小值由基區(qū)穿通電壓決定。當(dāng)是三極管的擊穿電壓是雪崩擊穿電壓和穿通電壓中較小的一個(gè)確定。</p><p><b>　　所以擊穿電壓為。</b></p><p>　　由上得當(dāng)沒(méi)有發(fā)生傳穿通時(shí)就發(fā)生了雪崩擊穿。</p><p>　　對(duì)于均勻基區(qū)晶體管，當(dāng)集電結(jié)電壓接近雪崩擊穿時(shí)，基區(qū)一側(cè)的耗盡層寬度為 :</p>

23、<p>　　所以基區(qū)寬度的取值范圍為：</p><p>　?。?）基區(qū)準(zhǔn)中性寬度的計(jì)算</p><p>　　與PN結(jié)二極管的分析類似，在平衡和標(biāo)準(zhǔn)工作條件下，BJT可以看成是由兩個(gè)獨(dú)立的PN結(jié)構(gòu)成，它在平衡時(shí)的結(jié)構(gòu)圖如下所示：</p><p>　　圖5 平衡條件下的pnp三極管的示意圖</p><p>　　具體來(lái)說(shuō)，由于，所以

24、E-B耗盡區(qū)寬度（）可近視看作全部位于基區(qū)內(nèi)，又由，得到大多數(shù)C-B耗盡區(qū)寬度（）位于集電區(qū)內(nèi)。因?yàn)镃-B結(jié)輕摻雜一側(cè)的摻雜濃度比E-B結(jié)輕摻雜一側(cè)的濃度低，所以＞。另外注意到是基區(qū)寬度，是基區(qū)中準(zhǔn)中性基區(qū)寬度；也就是說(shuō)，對(duì)于PNP晶體管，有：</p><p>　　其中和分別是位于N型區(qū)內(nèi)的E-B和C-B耗盡區(qū)寬度。在BJT分析中指的就是準(zhǔn)中性基區(qū)寬度。</p><p>　　E-B結(jié)的內(nèi)建

25、電勢(shì)：</p><p>　　C-B結(jié)的內(nèi)建電勢(shì)： </p><p>　　∵ 可以當(dāng)成單邊突變結(jié)處理</p><p>　　根據(jù)公式,E-B結(jié)在基區(qū)一邊的耗盡層寬度為：</p><p>　　根據(jù)公式,B-C結(jié)在基區(qū)一邊的耗盡層寬度為：</p><p><b>　　cm=0.66</b></

26、p><p>　　根據(jù)公式基區(qū)的準(zhǔn)中性寬度：</p><p>　　由上述可得基區(qū)總寬度：</p><p>　　滿足條件： ，這個(gè)寬度是允許的。</p><p><b>　　為方便計(jì)算與制作取</b></p><p>　　4.5 擴(kuò)散結(jié)深的設(shè)計(jì) </p><p>　　在晶體管的

27、電學(xué)參數(shù)中，擊穿電壓與結(jié)深關(guān)系最為密切，它隨結(jié)深變淺，曲率半徑減小而降低，因而為了提高擊穿電壓，要求擴(kuò)散結(jié)深一些。但另一方面，結(jié)深卻又受條寬限制，當(dāng)發(fā)射極條寬條件時(shí)，擴(kuò)散結(jié)面仍可近似當(dāng)做平面結(jié)。但當(dāng)SE隨著特征頻率的提高，基區(qū)寬度WB變窄而減小到不滿足SE>>Xj時(shí)，發(fā)射結(jié)變?yōu)樾D(zhuǎn)橢圓面旋轉(zhuǎn)橢圓面。發(fā)射結(jié)集電結(jié)兩個(gè)旋轉(zhuǎn)橢圓面之間的基區(qū)體積大于平面結(jié)之間的基區(qū)體積，因而基區(qū)積累電荷增多，基區(qū)渡越時(shí)間增長(zhǎng)。按照旋轉(zhuǎn)橢圓的關(guān)系，可

28、以解出當(dāng)SE與Xj接近時(shí)，有效特征頻率為 式中 ，因此，愈大，有效特征頻率愈低。圖4也明顯表明，越大，則基區(qū)積累電荷比平面結(jié)時(shí)增加越多。由于基區(qū)積累電荷增加，基區(qū)渡越時(shí)間增長(zhǎng)，有效特征頻率就下降，因此，通常選取</p><p>　　， 則：Xje＝WB＝7um</p><p>　　， 則：Xjc＝2WB＝14um</p><p>　　4.6 芯片厚度

29、和質(zhì)量的選擇</p><p>　　本設(shè)計(jì)選用的是電阻率為的P型硅，晶向是<111>。硅片厚度主要由集電結(jié)深、集電區(qū)厚度、襯底反擴(kuò)散層厚度決定。同時(shí)擴(kuò)散結(jié)深并不完全一致，在測(cè)量硅片厚度時(shí)也存在一定誤差。因此在選取硅片厚度時(shí)必須留有一定的的余量。襯底厚度要選擇適當(dāng)，若太薄，則易碎，且不易加工；若太厚，則芯片熱阻過(guò)大。因此，在工藝操作過(guò)程中，一般硅片的厚度都在300um以上，但最后要減薄到150～200um

30、。硅片的質(zhì)量指標(biāo)主要是要求厚度均勻，電阻率符合要求，以及材料結(jié)構(gòu)完整、缺陷少等。</p><p>　　4.7 晶體管的橫向設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)參數(shù)的設(shè)計(jì)</p><p><b>　　4.7.1橫向設(shè)計(jì)</b></p><p>　　進(jìn)行晶體管橫向設(shè)計(jì)的任務(wù)，是根據(jù)晶體管主要電學(xué)參數(shù)指標(biāo)的要求，選取合適的幾何圖形，確定圖形尺寸，繪制光刻版圖。晶體管的圖形結(jié)

31、構(gòu)種類繁多：從電極配置上區(qū)分，有延伸電極和非延伸電極之分；從圖形形狀看，有圓形、梳狀、網(wǎng)格、覆蓋、菱形等不同的幾何圖形。眾多的圖形結(jié)構(gòu)各有其特色。</p><p>　　此次設(shè)計(jì)的晶體管只是普通的晶體管，對(duì)圖形結(jié)構(gòu)沒(méi)有特別的要求，所以只是采用普通的單條形結(jié)構(gòu)。三極管剖面圖如圖6，三極管俯視圖如圖7 ？？？。區(qū)分結(jié)深與面積與基區(qū)寬度</p><p><b>　　圖6 三極管剖面圖&l

32、t;/b></p><p><b>　　圖6 三極管俯視圖</b></p><p>　　4.7.2 基區(qū)、發(fā)射區(qū)與集電區(qū)面積的計(jì)算</p><p>　　4.7.2.1 基區(qū)面積的設(shè)計(jì)</p><p>　　基區(qū)面積的上下限由晶體管的熱阻指標(biāo)決定，其上限由功率增益指標(biāo)決定。而下限值由下式?jīng)Q定：</p>&

33、lt;p>　　，其中w為管芯晶片的厚度，硅的熱導(dǎo)率κ=0.85W/℃?cm.</p><p>　　基區(qū)面積無(wú)特別要求，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)取有效的</p><p>　　4.7.2.2 發(fā)射區(qū)面積的設(shè)計(jì)</p><p>　　根據(jù)設(shè)計(jì)要求，涉及到集電極電流受基區(qū)電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)的限制。有公式：</p><p>　　由于題目沒(méi)有對(duì)面積作要求，取</p&

34、gt;<p>　　4.7.2.3 集電區(qū)面積的設(shè)計(jì)</p><p>　　（可以認(rèn)為是恒定的，但是實(shí)際上不是恒定的，如果要考慮實(shí)際情況就要看三極管的Ic-Uce曲線）</p><p>　　由最大飽和壓降VCES≤2V可得到：</p><p>　　其中、為臨界飽和時(shí)的結(jié)壓降，通常V，可以到《半導(dǎo)體物理學(xué)》第七版，電子工業(yè)出版社一書(shū)的124頁(yè)</p

35、><p>　　另外，為滿足散熱要求， AC要取大一些。</p><p>　　故最終決定的三個(gè)區(qū)的面積分別為：，</p><p><b>　　五、工藝參數(shù)設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　晶體管工藝概述</b></p><p>　　在集成電路工藝中，最早得到廣泛應(yīng)用的一種雙

36、極型工藝技術(shù)就是所謂的三重?cái)U(kuò)散方法，由于其成本低、工藝簡(jiǎn)單以及成品率高等優(yōu)點(diǎn)，這種技術(shù)直到今天在某些應(yīng)用領(lǐng)域中仍然在繼續(xù)使用。這個(gè)工藝流程只需七塊光刻掩模版，首先在N－襯底上生長(zhǎng)一層初始氧化層，并光刻出P＋保護(hù)環(huán)擴(kuò)散區(qū)窗口；保護(hù)環(huán)擴(kuò)散推進(jìn)完成后，去掉初始氧化層，重新生長(zhǎng)第二次氧化層，并光刻出集電區(qū)注入窗口；集電區(qū)注入推進(jìn)完成后，把二次氧化層去掉，再生長(zhǎng)第三次氧化層，并光刻出基區(qū)注入窗口；完成基區(qū)注入后，去掉三次氧化層，并對(duì)基區(qū)雜質(zhì)進(jìn)行退

37、火激活，然后生長(zhǎng)第四次氧化層，并光刻出發(fā)射區(qū)注入窗口；發(fā)射區(qū)注入完成后，再把四次氧化層去掉，并生長(zhǎng)最后一次氧化層，在這層氧化層上光刻出基極歐姆接觸區(qū)窗口；然后進(jìn)行基極歐姆接觸區(qū)的N+注入，并對(duì)基極歐姆接觸區(qū)和發(fā)射區(qū)注入層進(jìn)行最后一次退火激活；接下來(lái)沉積歐姆接觸區(qū)保護(hù)層、開(kāi)接觸孔、形成金屬化導(dǎo)電層并對(duì)其進(jìn)行光刻和刻蝕。在基本的三重?cái)U(kuò)散工藝技術(shù)基礎(chǔ)上所做的改進(jìn)之一就是增加一個(gè)集電區(qū)埋層，即位于集電區(qū)下面的一個(gè)重?fù)诫s的擴(kuò)散區(qū)，它可以使集電區(qū)的

38、串聯(lián)電阻大大減小。引入集電區(qū)埋層后意味著集電區(qū)本身必須通過(guò)外延技術(shù)在襯底上生長(zhǎng)</p><p>　　不同的制造工藝會(huì)產(chǎn)生不同的發(fā)射結(jié)寄生電容、發(fā)射結(jié)擊穿電壓及基區(qū)接觸電阻等。從歷史發(fā)展來(lái)看，雙極型晶體管的性能在很大程度上受其寄生參數(shù)的限制，在這些參數(shù)中最主要的是與歐姆接觸區(qū)或器件非本征區(qū)有關(guān)的結(jié)電容。三重?cái)U(kuò)散工藝或標(biāo)準(zhǔn)埋層集電區(qū)工藝具有較大的非本征電容。較為先進(jìn)的雙極型器件工藝則利用自對(duì)準(zhǔn)多晶硅結(jié)構(gòu)形成器件發(fā)射區(qū)

39、和基區(qū)的歐姆接觸，而金屬和多晶硅的接觸可以在較厚的場(chǎng)氧化層上制備形成，這樣就使器件的結(jié)面積大大縮小。此外，利用多晶硅形成發(fā)射區(qū)歐姆接觸，還可以使器件的本征電流增益有所增大。</p><p><b>　　工藝參數(shù)計(jì)算思路</b></p><p>　　計(jì)算思路：發(fā)射區(qū)擴(kuò)散時(shí)間氧化層厚度?在發(fā)射區(qū)擴(kuò)散時(shí)基區(qū)擴(kuò)散結(jié)深?基區(qū)擴(kuò)散時(shí)間?基區(qū)掩蔽層厚度?氧化時(shí)間。</p>

40、;<p>　　由于二次氧化，必須在考慮基區(qū)擴(kuò)散深度時(shí)須對(duì)發(fā)射區(qū)掩蔽層消耗的硅進(jìn)行補(bǔ)償（在前面計(jì)算已將它計(jì)算在內(nèi)了）。下表是計(jì)算擴(kuò)散系數(shù)過(guò)程中要用到的：</p><p>　　5.1 工藝部分雜質(zhì)參數(shù)</p><p>　　5.1 工藝部分雜質(zhì)參數(shù)</p><p>　　表2 硅中磷和硼的與激活能 </p><p>　　表3 二氧化

41、硅中磷和硼的與激活能</p><p>　　圖7硅中雜質(zhì)的固態(tài)溶解度</p><p>　　5.2 基區(qū)相關(guān)參數(shù)的計(jì)算</p><p>　　5.2.1 基區(qū)磷預(yù)擴(kuò)散時(shí)間</p><p>　　PNP基區(qū)的磷預(yù)擴(kuò)散的溫度取800℃，即1073K（規(guī)范取值到1120℃，但是這樣得不到合理的預(yù)擴(kuò)散時(shí)間，所以降低溫度來(lái)處理）</p>&l

42、t;p>　　由表3得磷在硅中的和激活能分別為:和3.66eV</p><p><b>　　擴(kuò)散系數(shù)：</b></p><p>　　通過(guò)單位表面積擴(kuò)散到硅片內(nèi)部的雜質(zhì)數(shù)量： </p><p>　　Xjc？？？？？？？</p><p>　　根據(jù)公式可解得在特定溫度下擴(kuò)散的時(shí)間：</p><p>

43、　　由圖7得在800℃時(shí)，磷在硅中的固溶度為：</p><p><b>　　所以表面濃度取</b></p><p>　　根據(jù)公式可解得在特定溫度下擴(kuò)散的時(shí)間：</p><p>　　解得t=799s=13.3min</p><p><b>　　氧化層厚度：</b></p><p&g

44、t;　　氧化層厚度的最小值由預(yù)擴(kuò)散（1073K）的時(shí)間t=799s來(lái)決定的，且服從余誤差分布，并根據(jù)假設(shè)可求</p><p>　　磷（P）在溫度1050℃時(shí)在中的擴(kuò)散系數(shù)：</p><p>　　由表3得B再Sio2中的 激活能</p><p><b>　　所以</b></p><p><b>　　解得：<

45、/b></p><p>　　考慮到生產(chǎn)實(shí)際情況，基區(qū)氧化層厚度取為6000</p><p><b>　　基區(qū)再擴(kuò)散的時(shí)間</b></p><p>　　PNP基區(qū)的磷再擴(kuò)散的溫度這里取1200℃，即1473K，則：</p><p>　　由于預(yù)擴(kuò)散的結(jié)深很淺，可將它忽略，故， </p><p>

46、　　由表2得P在Si中的 激活能</p><p><b>　　由再擴(kuò)散結(jié)深公式：</b></p><p><b>　　而且，</b></p><p>　　通過(guò)單位表面積擴(kuò)散到硅片內(nèi)部的雜質(zhì)數(shù)量：</p><p><b>　　整理得：</b></p><p&

47、gt;<b>　　化簡(jiǎn)得：</b></p><p>　　解得：t=53343=14.8h</p><p>　　5.3 發(fā)射區(qū)相關(guān)參數(shù)的計(jì)算過(guò)程</p><p>　　5.3.1 發(fā)射區(qū)預(yù)擴(kuò)散時(shí)間</p><p>　　PNP發(fā)射區(qū)的硼預(yù)擴(kuò)散的溫度這里取950℃，即1223K</p><p><

48、;b>　　單位面積雜質(zhì)濃度：</b></p><p>　　由圖7可知。在950℃時(shí)硼在硅中的固溶度為，即此處的 。</p><p>　　解得：t=3740S=62min</p><p>　　5.3.2 氧化層厚度</p><p>　　氧化層厚度的最小值由預(yù)擴(kuò)散（1223K）的時(shí)間t=3740s來(lái)決定的，且服從余誤差分布，并

49、根據(jù)假設(shè)可求 </p><p>　　硼（B）在溫度950℃時(shí)在中的擴(kuò)散系數(shù)：</p><p>　　由表3得B再Sio2中的 激活能</p><p><b>　　所以</b></p><p><b>　　解得：</b></p><p>　　考慮到生產(chǎn)實(shí)際情況，發(fā)射區(qū)氧化層厚度取

50、為7000???????NOT 6000?</p><p>　　5.3.3 發(fā)射區(qū)再擴(kuò)散的時(shí)間</p><p>　　PNP基區(qū)的磷再擴(kuò)散的溫度這里取1200℃，即1473K，則：</p><p>　　由于預(yù)擴(kuò)散的結(jié)深很淺，可將它忽略，故， </p><p>　　由表3得B在Si中的 激活能</p><p><

51、b>　　由再擴(kuò)散結(jié)深公式：</b></p><p><b>　　而且，</b></p><p>　　通過(guò)單位表面積擴(kuò)散到硅片內(nèi)部的雜質(zhì)數(shù)量：</p><p><b>　　整理得：</b></p><p><b>　　化簡(jiǎn)得：</b></p>&l

52、t;p>　　解得：t=21121s=5.8h</p><p>　　5.4 氧化時(shí)間的計(jì)算</p><p>　　5.4.1 基區(qū)氧化時(shí)間</p><p>　　由前面得出基區(qū)氧化層厚度是6000，可以采用干氧－濕氧－干氧的工藝,</p><p>　　將6000的氧化層的分配成如下的比例進(jìn)行氧化工藝：</p><p&g

53、t;　　干氧：濕氧：干氧=1：4：1</p><p>　　即先干氧1000（0.1um），再濕氧4000（0.4um），再干氧1000（0.1um）</p><p>　　取干氧和濕氧的氧化溫度為1200℃。</p><p>　　干氧氧化1000的氧化層厚度需要的時(shí)間為：</p><p>　　濕氧氧化4000的氧化層厚度需要的時(shí)間為：</

54、p><p>　　所以，基區(qū)總的氧化時(shí)間為：</p><p>　　圖8 氧化時(shí)間與氧化厚度的關(guān)系圖</p><p>　　5.4.2 發(fā)射區(qū)氧化時(shí)間</p><p>　　由前面得出發(fā)射區(qū)氧化層厚度是7000，可以采用干氧－濕氧－干氧的工藝,將7000的氧化層的分配成如下的比例進(jìn)行氧化工藝：</p><p>　　干氧：濕氧

55、：干氧=1：5：1</p><p>　　即先干氧1000（0.1um），再濕氧5000（0.5um），再干氧1000（0.1um）</p><p>　　取干氧和濕氧的氧化溫度為1200℃，由圖7可得出：</p><p>　　干氧氧化1000的氧化層厚度需要的時(shí)間為：</p><p>　　濕氧氧化5000的氧化層厚度需要的時(shí)間為：</p&

56、gt;<p>　　所以，發(fā)射區(qū)總的氧化時(shí)間為：</p><p>　　六、物理參數(shù)與工藝參數(shù)匯總</p><p>　　采用外延硅片，其襯底的電阻率為2.4的P型硅，選取<111>晶向。</p><p>　　表4：設(shè)計(jì)參數(shù)總結(jié)列表</p><p>　　表4 物理參數(shù)與工藝參數(shù)匯總表</p><p&g

57、t;<b>　　七、工藝流程圖</b></p><p>　　PNP晶體管生產(chǎn)總的工藝流程圖：</p><p>　　1.襯底材料的選擇與清洗</p><p>　　選取P型的拋光硅片做襯底材料,電阻率大約為2.4Ω·cm，厚度為幾百微米，晶向?yàn)?lt;111></p><p>　　用NH4OH:H2O2:H2

58、O=1:1:5的Ⅰ號(hào)洗液、HCl:H2O2:H2O=1:1:6的Ⅱ號(hào)洗液。先用去離子水清洗10min，再用以1號(hào)液清洗，煮沸后15min放在95 ℃烘干爐里烘干。</p><p>　　圖9：襯底材料的選擇與清洗</p><p><b>　　2.基區(qū)氧化</b></p><p><b>　　SiO2</b></p>

59、;<p>　　對(duì)清洗后的硅片進(jìn)行一次氧化，在溫度為1200℃時(shí)。采用干氧——濕氧——干氧的方法，干氧20.4min，濕氧16.2min，干氧20.4min，共氧化57min。大概生長(zhǎng)6000埃的氧化層。用比色法測(cè)量氧化層厚度。</p><p><b>　　在這里的作用？？？</b></p><p><b>　　圖10: 基區(qū)氧化</b&g

60、t;</p><p><b>　　3.光刻基區(qū)</b></p><p>　　SiO2 紫外光 SiO2</p><p>　　將氧化后得到的樣片進(jìn)行光刻，刻出磷擴(kuò)基區(qū)，</p><p>　　涂光刻膠1-2um，950到450轉(zhuǎn)/分鐘，</p><p>　　用紫外光曝光，

61、200W曝光25s,</p><p>　　100-140攝氏度堅(jiān)膜20-30分鐘, </p><p>　　用有機(jī)溶劑或者等離子體去膠，</p><p>　　面積為 AB=14x14=200um2</p><p><b>　　圖11: 基區(qū)氧化</b></p><p><b>　　4.基

62、區(qū)磷預(yù)擴(kuò)散</b></p><p>　　SiO2 P摻雜 SiO2</p><p><b>　　雜質(zhì)濃度：cm-3</b></p><p>　　預(yù)擴(kuò)散溫度：800℃</p><p>　　預(yù)擴(kuò)散時(shí)間：799s</p><p><b>　　圖12: 磷預(yù)擴(kuò)散<

63、;/b></p><p><b>　　5．去氧化膜</b></p><p>　　硅片用Ⅱ號(hào)洗液清洗10分鐘，沖洗干凈甩干，除去氧化膜。 </p><p><b>　　圖13: 去氧化膜</b></p><p>　　6．基區(qū)磷再擴(kuò)散與發(fā)射區(qū)氧化</p

64、><p>　　SiO2 </p><p>　　再擴(kuò)散溫度：1200℃</p><p>　　再擴(kuò)散時(shí)間：14.8h</p><p><b>　　結(jié)深：14um</b></p><p>　　氧化一層氧化膜作為掩蔽膜，干氧20.4min，濕氧24mi

65、n，干氧20.4min，共氧化57min。大概生長(zhǎng)7000 圖14:磷再擴(kuò)散與發(fā)射區(qū)氧化 埃的氧化層。用比色法測(cè)量氧化層厚度。</p><p><b>　　7.光刻發(fā)射區(qū)</b></p><p><b>　　紫外光</b></p><p>　　SiO2

66、 SiO2</p><p>　　將氧化后得到的樣片進(jìn)行光刻，刻出硼擴(kuò)發(fā)射區(qū)，</p><p>　　涂光刻膠1-2um，950到450轉(zhuǎn)/分鐘，</p><p>　　用紫外光曝光，200W曝光25s,</p><p>　　100-140攝氏度堅(jiān)膜20-30分鐘, </p><p>　　用有機(jī)溶劑或者等離子體去膠，<

67、;/p><p>　　圖15: 光刻發(fā)射區(qū) 面積為 AE=150um2（約12.2x12.2um）</p><p><b>　　8.磷預(yù)擴(kuò)散</b></p><p><b>　　硼預(yù)擴(kuò)散</b></p><p>　　SiO2 SiO2 </p

68、><p><b>　　雜質(zhì)濃度： </b></p><p>　　預(yù)擴(kuò)散溫度：950℃</p><p>　　預(yù)擴(kuò)散時(shí)間：3720s</p><p><b>　　圖16: 磷預(yù)擴(kuò)散</b></p><p><b>　　9.去氧化膜</b></p>

69、<p>　　硅片用Ⅱ號(hào)洗液清洗10分鐘，沖洗干凈甩干，除去氧化膜。</p><p><b>　　圖17: 去氧化膜</b></p><p><b>　　10.磷再擴(kuò)散</b></p><p>　　再擴(kuò)散溫度：1200℃</p><p>　　再擴(kuò)散時(shí)間： 5.8h</p>&l

70、t;p><b>　　結(jié)深: 7um </b></p><p><b>　　圖18: 磷再擴(kuò)散</b></p><p>　　11.沉積保護(hù)層（氧化）</p><p>　　沉積一層氧化層，保護(hù)晶體管各區(qū)雜質(zhì)濃度不變。干氧20.4min，濕氧24min，干氧20.4min，共氧化57min。大概生長(zhǎng)7000埃的氧化層。用比

71、色法測(cè)量氧化層厚度。</p><p>　　圖19: 沉積保護(hù)層（氧化）</p><p><b>　　12.光刻接觸孔</b></p><p><b>　　光刻引線孔。</b></p><p>　　圖20: 光刻接觸孔</p><p><b>　　13. 金屬化填充&

72、lt;/b></p><p>　　蒸鋁，用蒸發(fā)或?yàn)R射的方法在硅片表面淀積一層金屬鋁。使Al與接觸孔中的硅形成良好的歐姆接觸，在450℃、N2-H2氣氛下處理30分鐘；在低溫條件下(小于300℃)淀積氮化硅，刻蝕氮化硅，形成鈍化層。</p><p>　　圖21: 金屬化填充</p><p>　　14.光刻接觸電極

73、 </p><p>　　光刻鋁，按電路要求刻出相應(yīng)的鋁條形狀，完成電路中各元件之間的互連。</p><p>　　圖22: 光刻接觸電極</p><p><b>　　15.參數(shù)檢測(cè)</b></p><p>　　在晶體管圖示儀下測(cè)量輸出特性曲線，測(cè)出β、VCEO和VCBO ，驗(yàn)證參數(shù)的正確性</p&g

74、t;<p><b>　　圖23: 參數(shù)檢測(cè)</b></p><p><b>　　八、生產(chǎn)工藝流程</b></p><p><b>　　8.1 硅片清洗</b></p><p>　　半導(dǎo)體的重要特性之一是對(duì)雜質(zhì)十分敏感，微量的雜質(zhì)就會(huì)對(duì)半導(dǎo)體的物理性質(zhì)有所影響。而工藝中因化學(xué)試劑、生產(chǎn)工具

75、或者長(zhǎng)時(shí)間暴露在空氣等，都可能給硅片帶來(lái)明顯的雜質(zhì)沾污。</p><p>　　化學(xué)清洗是指清除吸附在半導(dǎo)體、金屬材料以及用具表面上的各種有害雜質(zhì)或油污，清洗的方法是利用各種化學(xué)試劑和有機(jī)溶劑與吸附在被清洗物體表面上的雜質(zhì)及油污發(fā)生化學(xué)反應(yīng)和溶解作用，或伴以超聲、加熱、抽真空等物理措施，使雜質(zhì)從被清洗物體的表面脫附，然后用大量高純冷熱去離子水沖洗，從而獲得潔凈的表面。</p><p>　　8

76、.1.2清洗過(guò)程用到的藥品</p><p>　　表5清洗過(guò)程用到的藥品</p><p>　　8.1.3 硅片襯底的清洗方法</p><p>　　1．配備NH4OH:H2O2:H2O=1:1:5 Ⅰ號(hào)洗液</p><p>　　2.將硅片放置在Ⅰ號(hào)洗液中，直至煮沸。</p><p>　　3.煮沸15min后取出</p

77、><p>　　4.用去離子水沖洗10min</p><p>　　8.2 熱氧化工藝</p><p>　　8.2.1 氧化原理</p><p>　　二氧化硅具有極穩(wěn)定的化學(xué)性和電絕緣性，可以用來(lái)作為器件的保護(hù)層和鈍化層，以及電性能的隔離、絕緣材料和電容器的介質(zhì)膜，而且對(duì)某些雜質(zhì)（如硼、磷、砷等）起到掩蔽作用。熱生長(zhǎng)制造二氧化硅工藝設(shè)備簡(jiǎn)單，操作

78、方便，SiO2膜較致密，所以采用熱氧化二氧化硅制備工藝。</p><p>　　熱氧化制備SiO2工藝就是在高溫和氧化物質(zhì)（氧氣或者水汽）存在條件下，在清潔的硅片表面上生長(zhǎng)出所需厚度的二氧化硅。在熱氧化的過(guò)程中，氧化反應(yīng)將在SiO2-Si界面處進(jìn)行，而不發(fā)生在SiO2層的外表層；Si與SiO2的界面會(huì)向硅內(nèi)部遷移，硅的熱氧化有一個(gè)潔凈的界面，使氧化劑中的沾污物留在SiO2的表面。生長(zhǎng)一個(gè)單位厚度的SiO2需要消耗0

79、.44個(gè)單位厚度的硅層。反應(yīng)方程式：O2+Si→SiO2；H2O+Si→SiO2+H2 </p><p>　　氧化方法分為水汽氧化、濕氧氧化和干氧氧化。而本實(shí)驗(yàn)，采用干氧——濕氧——干氧的方法，在溫度為1200℃下對(duì)清洗后的硅片進(jìn)行一次氧化。</p><p>　　干氧氧化：在高溫下氧直接與硅片反應(yīng)生長(zhǎng)二氧化硅的方法。爐內(nèi)氣體壓力應(yīng)比一個(gè)大氣壓稍高些以防止外部氣體污染。氧化膜致密性最好，針孔

80、密度小，薄膜表面干燥，均勻性和重復(fù)性好，掩蔽能力強(qiáng)，與光刻膠接觸良好、粘附好，光刻時(shí)不易產(chǎn)生浮膠，但是生長(zhǎng)速率最慢；反應(yīng)方程式：</p><p>　　濕氧氧化：將干燥純凈的氧氣在通入氧化爐前先經(jīng)過(guò)一個(gè)水浴瓶，使氧氣通過(guò)加熱的高純?nèi)ルx子水，攜帶一定量的水汽（水汽的含量由水浴溫度－通常95℃左右和氣流決定。水比氧在二氧化硅中有更高的擴(kuò)散系數(shù)和大得多的溶解度，所以濕氧氧化有較高的氧化速度。反應(yīng)方程式：</p>

81、;<p>　　8.2.2 氧化工藝步驟</p><p>　　（1）打開(kāi)氧化爐，設(shè)定溫度程序，該實(shí)驗(yàn)將溫度設(shè)在850℃。升溫速度為每分鐘5℃；氧氣流量2升/分鐘；</p><p>　?。?）將用I號(hào)液清洗好的硅片用鑷子夾住裝入石英舟，戴好耐高溫手套然后打開(kāi)凈化臺(tái)，用將石英舟推倒恒溫區(qū)（中部），并開(kāi)始升溫；</p><p>　　3）氧化溫度達(dá)到1200℃

82、后，設(shè)定氧氣流量3升/分鐘，并開(kāi)始計(jì)時(shí)，干氧20min24s。在開(kāi)始干氧的同時(shí)，將濕氧水壺加熱到95-98℃。</p><p>　　（4）干氧完成后，立即開(kāi)濕氧流量計(jì)，立即進(jìn)入濕氧氧化，同時(shí)關(guān)閉干氧流量計(jì)，濕氧16分鐘12秒；</p><p>　　（5）濕氧完成后，立即開(kāi)干氧流量計(jì)，同時(shí)關(guān)閉濕氧流量計(jì)，氧氣流量設(shè)定為3升/分鐘，干氧20分鐘24秒；</p><p>

83、　?。?）干氧完成后，關(guān)閉干氧流量計(jì)，打開(kāi)氮?dú)饬髁坑?jì)，設(shè)定氮?dú)饬髁繛?升/分鐘，并開(kāi)始降溫，降溫30分鐘（退火？？？？）</p><p>　?。?）打開(kāi)凈化臺(tái)，將石英舟拉出，用鑷子將硅片取下，并檢測(cè)氧化層表面狀況和厚度；</p><p>　?。?）關(guān)氧化爐，關(guān)氣體。</p><p>　　8.2.3 比色法測(cè)量氧化層厚度</p><p>　　測(cè)

84、量厚度的方法很多，有雙光干涉法、電容—壓電法、橢圓偏振光法、腐蝕法和比色法等。在精度不高時(shí)，可用比色法來(lái)簡(jiǎn)單判斷厚度。比色法是利用不同厚度的氧化膜在白光垂直照射下會(huì)呈現(xiàn)出不同顏色的干涉條紋，從而大致判斷氧化層的厚度。</p><p>　　表6 比色法測(cè)量氧化層厚度</p><p>　　8.3 第一次光刻工藝（基區(qū)光刻）</p><p>　　8.3.1 光刻原理&l

85、t;/p><p>　　光刻是一種復(fù)印圖象與化學(xué)腐蝕相結(jié)合的綜合性技術(shù)，它先采用照像復(fù)印的方法，將光刻掩模板上的圖形精確地復(fù)制在涂有光致抗蝕劑的SiO2 層或金屬蒸發(fā)層上，在適當(dāng)波長(zhǎng)光的照射下，光致抗證劑發(fā)生變化，從而提高了強(qiáng)度，不溶于某些有機(jī)溶劑中，未受光照射的部分光致抗蝕劑不發(fā)生變化，很容易被某些有機(jī)溶劑溶解。然后利用光致抗蝕劑的保護(hù)作用，對(duì)SiO2 層或金屬蒸發(fā)層進(jìn)行選擇性化學(xué)腐蝕，從而在SiO2 層或金屬層上得

86、到與光刻掩模板相對(duì)應(yīng)的圖形。</p><p>　　IC制造對(duì)光刻的基本要求：</p><p>　　1.高分辨率：線寬為光刻水平的標(biāo)志，代表IC的工藝水平。</p><p>　　2.高靈敏度（感光速度）的光刻膠：減少曝光所需時(shí)間,提高生產(chǎn)率。</p><p>　　3.低缺陷：提高成品率。如每次曝光成品率為90%，采用6次曝光，則管芯成品率

87、為（90％）6＝53%；如采用15次光刻則管芯成品率為（90％）15＝21%。</p><p>　　4.精密的套刻對(duì)準(zhǔn)：套刻誤差一般為線寬的±10%</p><p>　　集成電路所用的光刻膠有正膠和負(fù)膠兩種：正性光刻膠通常由堿溶性酚醛樹(shù)脂、光敏阻溶劑及溶劑等組成，光敏劑可使光刻膠在顯影液中溶解度減小，但曝光將使光敏阻溶劑分解，使光刻膠溶解度大大增加而被顯掉，未曝光部分由于溶

88、解度小而留下。負(fù)性光刻膠和正性光刻膠相反，負(fù)性光刻膠在曝光前能溶于顯影液，曝光后，由于光化反應(yīng)交鏈成難溶大分子而留下，未曝光部分溶于顯影液而去掉。</p><p><b>　　本次采用正光刻膠。</b></p><p>　　8.3.2 工藝步驟</p><p>　　8.3.2.1 準(zhǔn)備：</p><p>　　A) 開(kāi)前

89、烘，堅(jiān)膜烘箱，前烘溫度設(shè)定95℃，堅(jiān)膜溫度為120℃。</p><p>　　B) 涂膠前15分鐘開(kāi)啟圖膠凈化臺(tái)，并調(diào)整轉(zhuǎn)速至550轉(zhuǎn)/分鐘，。</p><p>　　C) 光刻前30分鐘，開(kāi)啟光刻機(jī)汞燈，光刻室用黃紙遮擋太陽(yáng)光。</p><p>　　D) 開(kāi)啟腐蝕恒溫槽，進(jìn)行40℃恒溫</p><p>　　E) 清洗膠瓶和吸管，并倒好光刻膠。&

90、lt;/p><p>　　F) 清洗掩膜版，并在凈化臺(tái)下吹干</p><p>　　8.3.2.2 涂膠：</p><p>　　利用旋轉(zhuǎn)法在SiO2 片和金屬蒸發(fā)層上，涂上一層粘附性好、厚度適當(dāng)、均勻的光刻膠。將清潔的 SiO2 片或金屬蒸發(fā)片整齊的排列在甩膠盤的邊緣上，然后用滴管滴上數(shù)滴光刻膠于片子上，利用慢速轉(zhuǎn)動(dòng)，涂膠時(shí)不要中斷。開(kāi)啟機(jī)器，利用轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的離心力，將片子

91、上多余的膠液甩掉，在光刻膠表面粘附能力和離心力的共同作用下形成厚度均勻的膠膜。涂膠時(shí)間約為 1 分鐘。</p><p>　　要求：厚度適當(dāng)（觀看膠膜條紋估計(jì)厚?。?，膠膜層均勻，粘附良好，表面無(wú)顆粒無(wú)劃痕。</p><p>　　8.3.2.3 前烘</p><p>　　將硅片放入鉛盒中，然后在紅外燈下烘焙，促使膠膜內(nèi)溶劑充分地?fù)]</p><p>

92、;　　發(fā)掉，使膠膜干燥，增加膠膜與SiO2 或金屬膜之間的粘附性和提高膠膜的耐磨</p><p>　　性，不沾污掩模板，只有干燥的光刻膠才能充分進(jìn)行光化學(xué)反應(yīng)。</p><p>　　（1）前烘時(shí)間：約15min</p><p>　?。?）前烘溫度：T＝95℃</p><p>　　8.3.2.4 對(duì)準(zhǔn)</p><p>　

93、　將掩膜版上在光刻機(jī)上，并進(jìn)行圖形套準(zhǔn)。</p><p>　　8.3.2.5 曝光</p><p>　　接觸式曝光法，在專用的光刻機(jī)上，它包括“定位”和“曝光”兩部分。</p><p>　?。?）預(yù)熱紫外光燈（高壓水銀燈）使光源穩(wěn)定</p><p>　?。?）將光刻掩模板安裝在支架上，使有圖形的玻璃面向下</p><p&g

94、t;　?。?）把涂有光刻膠的Si 片放在可微調(diào)的工作臺(tái)上膠面朝上</p><p>　?。?）在顯微鏡下仔細(xì)調(diào)節(jié)微動(dòng)裝置，使掩模板上的圖形與硅片相應(yīng)的位置準(zhǔn)確套合</p><p>　?。?）頂緊Si片和掩模板</p><p><b>　?。?）復(fù)查是否對(duì)準(zhǔn)</b></p><p>　　（7）曝光，約25s</p>

95、;<p><b>　?。?）取下片子。</b></p><p>　　8.3.2.6 顯影</p><p>　　此采用浸泡顯影，配備0.5%的NaOH作為顯影液，用鑷子將以曝光的硅片放在顯影液中不斷攪拌，直到出現(xiàn)明顯的圖像，馬上取出硅片。在顯微鏡下檢查是否合格，否則，返工。</p><p>　　檢查的內(nèi)容：a．圖形是否套刻準(zhǔn)確；b．

96、圖形邊緣是否整齊；c．是否有皺膠或膠膜發(fā)黑；d．有無(wú)浮膠；e．Si 片表面膠膜有無(wú)劃傷。</p><p>　　8.3.2.7 堅(jiān)膜</p><p>　　顯影時(shí)膠膜發(fā)生軟化、膨脹，顯影后必須進(jìn)行堅(jiān)固膠膜的工作，堅(jiān)固后可以使膠膜與SiO2 層或金屬蒸發(fā)層之間粘貼的更牢，以增強(qiáng)膠膜本身的抗蝕能力。</p><p>　　紅外燈烘箱內(nèi)烘栲 30min左右，T＝180℃<

97、;/p><p>　　8.3.2.8 腐蝕</p><p>　　選用適當(dāng)?shù)母g液，將無(wú)光刻膠復(fù)蓋的氧化層或金屬蒸發(fā)層腐蝕掉，而有光刻膠復(fù)蓋的區(qū)域保存下來(lái)。</p><p>　?。?）腐蝕液的配方與配制：</p><p>　　a．配方：選用氫氟酸緩沖劑：</p><p>　　氫氟酸﹕氟化銨﹕去離子水＝3（ml）﹕6（g）﹕lO

98、（ml）</p><p>　　氫氟酸－－腐蝕劑；氟化銨－－緩沖劑；去離子水—溶劑。</p><p>　　b．配制：先稱出氟化銨的重量，溶于去離子水中，攪拌使其混合均勻。</p><p>　?。?）SiO2 層的腐蝕時(shí)間和溫度選擇：</p><p>　　a.腐蝕溫度：T＝30~40℃</p><p>　　b.腐蝕時(shí)間：首

99、先觀看SiO2層顏色，根據(jù)辨色法初步判斷SiO2 層的厚度；然后放入腐蝕液中腐蝕，SiO2層在HF 酸緩沖液中的腐蝕速度是1000Å／分鐘,利用初步估計(jì)的SiO2層厚度與腐蝕速度之比確定腐蝕時(shí)間。腐蝕時(shí)間的長(zhǎng)短是根據(jù)：腐蝕速度、腐蝕液濃度、腐蝕液溫度。腐蝕時(shí)間約為30″~10′。</p><p>　?。?）腐蝕后的 SiO2 層要求：</p><p>　　a.邊緣整齊；b.圖形完

100、整干凈；c.圖形無(wú)畸變；d.無(wú)鉆蝕、浮膠、針孔等弊病。</p><p>　　8.3.2.9 去膠</p><p>　　去除復(fù)蓋在硅片表面的保護(hù)膠膜，一般使用III號(hào)液使其膠膜碳化脫落。用濃硫酸煮兩遍使膠膜碳化脫落，冷卻后用去離子水沖洗凈，最后檢查光刻質(zhì)量。</p><p>　　8.3.3 光刻工藝流程示意圖</p><p>　　圖24光刻工

101、藝流程示意圖</p><p><b>　　8.4 基區(qū)磷擴(kuò)散</b></p><p>　　8.4.1 預(yù)擴(kuò)散與再擴(kuò)散</p><p>　　擴(kuò)散是微觀粒子的一種極為普遍的熱運(yùn)動(dòng)形式，各種分離器件和集成電路制造中的固態(tài)擴(kuò)散工藝簡(jiǎn)稱擴(kuò)散，擴(kuò)散工藝是將一定數(shù)量的硼雜質(zhì)摻入到硅片晶體中，以改變硅片原來(lái)的電學(xué)性質(zhì)。</p><p>

102、　　實(shí)際中的擴(kuò)散，因?yàn)椴荒芡瑫r(shí)控制擴(kuò)散的總量與結(jié)深，所以要采用預(yù)擴(kuò)散和再擴(kuò)散兩個(gè)擴(kuò)散完成。</p><p>　　預(yù)擴(kuò)散是惰性氣氛下的恒定源擴(kuò)散，目的是在擴(kuò)散窗口硅表層擴(kuò)入總量一定的雜質(zhì)。預(yù)擴(kuò)散，一般預(yù)淀積溫度較低，時(shí)間也較短，氮?dú)獗Ｗo(hù)。預(yù)擴(kuò)散雜質(zhì)濃度分布方程為： </p><p>　　Ns表示恒定表面濃度（雜質(zhì)在預(yù)擴(kuò)散溫度的固溶度），D1為預(yù)擴(kuò)散溫度的擴(kuò)散系數(shù)，x表示由表面算起的垂直距離（

103、cm）,他為擴(kuò)散時(shí)間。此分布為余誤差分布。</p><p>　　再分布是氧氣氛或惰性氣氛下的有限源擴(kuò)散，將窗口雜質(zhì)再進(jìn)一步向片內(nèi)擴(kuò)散，目的是使雜質(zhì)在硅中具有一定的表面濃度Cs、分布C（x）、且達(dá)到一定的結(jié)深xj，有時(shí)還需生長(zhǎng)氧化層。再擴(kuò)散（主擴(kuò)散），溫度較高，時(shí)間也較長(zhǎng)。通氧氣，直接生長(zhǎng)氧化層。再擴(kuò)散為有限表面源擴(kuò)散，雜質(zhì)濃度分布方程為：</p><p>　　其中Q為擴(kuò)散入硅片雜質(zhì)總量：&

104、lt;/p><p>　　D2為主擴(kuò)散（再分布）溫度的擴(kuò)散系數(shù)。雜質(zhì)分布為高斯分布。</p><p>　　8.4.2 磷擴(kuò)散原理</p><p>　　反應(yīng)方程式：2P2O5 + 5Si → 4P + 5SiO2</p><p>　　選源：固態(tài)P2O5陶瓷片源使用最多，無(wú)須活化。 </p><p>　　特點(diǎn)：磷是n型替位雜

105、質(zhì)， B與Si原子半徑接近，雜質(zhì)濃度可達(dá)10^21/cm3，該濃度即為電活性濃度。</p><p>　　工藝：兩步工藝，預(yù)淀積為恒定源擴(kuò)散，用氮?dú)獗Ｗo(hù)，再分布有限源擴(kuò)散，生長(zhǎng)氧化層（干氧-濕氧-干氧）</p><p>　　8.4.3 工藝步驟</p><p>　　1、準(zhǔn)備：開(kāi)擴(kuò)散爐，溫度為750℃，氮?dú)饬髁?升/分鐘；清洗源瓶，并倒好固態(tài)P2O5陶瓷片源；開(kāi)涂源凈化

106、臺(tái)，并調(diào)整好涂源轉(zhuǎn)速。</p><p>　　2、硅片清洗：清洗硅片（見(jiàn)清洗工藝），并甩干（甩干比烘干的效果好）。</p><p>　　3、將硅片涂上固態(tài)P2O5陶瓷片源，并靜置10分鐘風(fēng)干。</p><p>　　4、將硅片裝在石英舟上，并將石英舟推到恒溫區(qū)。調(diào)節(jié)溫控器，使溫度達(dá)到預(yù)擴(kuò)散溫度800℃，并開(kāi)始計(jì)時(shí)，時(shí)間是928s（約15分鐘）。</p>&

107、lt;p>　　5、干氧完成后，通氮?dú)?升/分鐘，按工藝條件調(diào)節(jié)氮?dú)庋鯕獗壤缓?，開(kāi)通源閥，使通源流量達(dá)到工藝要求，并開(kāi)始計(jì)時(shí)。通源完成后關(guān)閉通源流量計(jì)，保持氮?dú)?、氧氣流量進(jìn)行吹氣，吹氣完成后，調(diào)整氮?dú)饬髁?升/分鐘，關(guān)閉氧氣流量計(jì)，同時(shí)調(diào)整擴(kuò)散爐溫控器，降溫30分鐘。拉出石英舟，取出硅片，用HF溶液（HF:H2O=1:1）漂去磷硅玻璃，去離子水沖洗干凈后，采用四探針?lè)z測(cè)R值：</p><p>　　四探針

108、法中探針等間距配置，有恒流源供給外側(cè)兩根探針一個(gè)小電流I，在內(nèi)部?jī)蓚€(gè)探針之間可以測(cè)到電壓V，對(duì)于厚度遠(yuǎn)小于直徑d的薄型半導(dǎo)體樣品來(lái)說(shuō)，電阻率可以由下式給出:</p><p>　　式中CF為修正因子，它與壁紙d/s有關(guān)，s為探針間距，當(dāng)d/s>20時(shí)，修正因子為4.54。</p><p>　　6、硅片用Ⅱ號(hào)洗液清洗10分鐘，沖洗干凈甩干，除去氧化膜。</p><p&

109、gt;　　7、將硅片裝入石英舟，并將石英舟推到恒溫區(qū)。調(diào)節(jié)溫控器，使溫度達(dá)到再擴(kuò)散溫度1250℃，調(diào)整氧氣流量3升/分鐘，并開(kāi)始計(jì)時(shí)，時(shí)間為？？？？小時(shí)。</p><p>　　8、調(diào)節(jié)氧氣調(diào)整氧氣流量為3升/分鐘，并開(kāi)始計(jì)時(shí)，干氧時(shí)間是20分鐘。在開(kāi)始干氧同時(shí)，將濕氧水壺加熱到95℃。</p><p>　　9、干氧完成后，開(kāi)濕氧流量計(jì)，立即進(jìn)入濕氧化。同時(shí)關(guān)閉干氧流量計(jì)，濕氧16分鐘。&l

110、t;/p><p>　　10、濕氧完成后，開(kāi)干氧流量計(jì)，調(diào)整氧氣流量3升/分鐘，同時(shí)關(guān)閉濕氧流量計(jì)，干氧時(shí)間是20分鐘。</p><p>　　11、干氧完成后，通氮?dú)?升/分鐘，根據(jù)工藝條件，確定氮?dú)鈺r(shí)間。</p><p>　　12、氮?dú)馔瓿珊螅贁U(kuò)散結(jié)束，調(diào)整溫控器降溫，氮?dú)饬髁坎蛔?，時(shí)間30分鐘。</p><p>　　13、降溫完成后，拉出石英

111、舟，取出硅片，檢測(cè)氧化層厚度、均勻性，漂去氧化層，沖洗干凈后，檢測(cè)R值（四探針?lè)ǎ?，結(jié)深(磨角法或者SEM法)，β值。</p><p>　　14、將擴(kuò)散后的硅片交光刻工藝，光刻完成后，檢測(cè)擊穿電壓、β值。</p><p>　　15、根據(jù)實(shí)測(cè)β值，與工藝要求進(jìn)行比較，如果不滿足工藝條件，重新計(jì)算再擴(kuò)散時(shí)間，并制定再擴(kuò)散工藝條件，至到達(dá)到設(shè)計(jì)要求。硼擴(kuò)散工藝結(jié)束。</p><

112、;p>　　8.5 第二次光刻工藝（發(fā)射區(qū)光刻）</p><p>　　在磷擴(kuò)散之后就形成了晶體管的基區(qū)，之后就要進(jìn)行二次光刻以便進(jìn)行發(fā)射區(qū)的硼擴(kuò)散，基本上二次光刻與一次光刻的過(guò)程是一樣的（除了光刻掩膜版外），只是二次光刻需要進(jìn)行對(duì)準(zhǔn)，并且相當(dāng)重要。</p><p>　　8.6 硼擴(kuò)散工藝(發(fā)射區(qū)擴(kuò)散)</p><p>　　8.6.1 硼擴(kuò)散原理</p>

113、;<p>　　反應(yīng)方程式：2B2O3 + 3Si → 4B +3SiO2 </p><p>　　選源：固態(tài)BN源使用最多，必須活化（活化：4BN + 3O2→2B2O3 + 2N2） </p><p>　　特點(diǎn)：B與Si原子半徑相差較大，有伴生應(yīng)力缺陷，能造成晶格損傷。硼在硅中的最大固溶度達(dá)4*10^20/cm3，但濃度在10^20/cm3以上有結(jié)團(tuán)現(xiàn)象。</p&g

114、t;<p>　　工藝:兩步工藝，預(yù)淀積為恒定源擴(kuò)散，用氮?dú)獗Ｗo(hù)，再分布有限源擴(kuò)散，生長(zhǎng)氧化層（干氧-濕氧-干氧）</p><p>　　8.6.2 硼擴(kuò)散工藝步驟</p><p>　　1、準(zhǔn)備：開(kāi)擴(kuò)散爐，溫度為800℃，氮?dú)饬髁?升/分鐘；清洗源瓶，并倒好硼源（固態(tài)源，由氧化硼與其他穩(wěn)定的氧化物壓制而成）；開(kāi)涂源凈化臺(tái)，并調(diào)整好涂源轉(zhuǎn)速。</p><p>

115、;　　2、硅片清洗：清洗硅片（見(jiàn)清洗工藝），并甩干。</p><p>　　3、將硅片涂上硼源，并靜置10分鐘風(fēng)干。</p><p>　　4、將硅片裝在石英舟上，并將石英舟推到恒溫區(qū)。調(diào)節(jié)溫控器，使溫度達(dá)到預(yù)擴(kuò)散溫度950℃，并開(kāi)始計(jì)時(shí)，時(shí)間是4294s（約71分鐘）。</p><p>　　5、干氧完成后，通氮?dú)?升/分鐘，按工藝條件調(diào)節(jié)氮?dú)庋鯕獗壤缓?，開(kāi)通源閥，

116、使通源流量達(dá)到工藝要求，并開(kāi)始計(jì)時(shí)。通源完成后關(guān)閉通源流量計(jì)，保持氮?dú)狻⒀鯕饬髁窟M(jìn)行吹氣，吹氣完成后，調(diào)整氮?dú)饬髁?升/分鐘，關(guān)閉氧氣流量計(jì)，同時(shí)調(diào)整擴(kuò)散爐溫控器，降溫30分鐘。拉出石英舟，取出硅片，用HF溶液（HF:H2O=1:1）漂去硼硅玻璃，去離子水沖洗干凈后，采用四探針?lè)z測(cè)方塊電阻。</p><p>　　6、硅片用Ⅱ號(hào)洗液清洗10分鐘，沖洗干凈甩干，除去氧化膜。</p><p>

117、　　7、將硅片裝入石英舟，并將石英舟推到恒溫區(qū)。調(diào)節(jié)溫控器，使溫度達(dá)到再擴(kuò)散溫度1250℃，調(diào)整氧氣流量3升/分鐘，并開(kāi)始計(jì)時(shí)，時(shí)間為？？？小時(shí)。</p><p>　　8、調(diào)節(jié)氧氣調(diào)整氧氣流量為3升/分鐘，并開(kāi)始計(jì)時(shí)，干氧時(shí)間是20分鐘。在開(kāi)始干氧同時(shí)，將濕氧水壺加熱到95℃。</p><p>　　9、干氧完成后，開(kāi)濕氧流量計(jì)，立即進(jìn)入濕氧化。同時(shí)關(guān)閉干氧流量計(jì)，濕氧16分鐘。</p

118、><p>　　10、濕氧完成后，開(kāi)干氧流量計(jì)，調(diào)整氧氣流量3升/分鐘，同時(shí)關(guān)閉濕氧流量計(jì)，干氧時(shí)間是20分鐘。</p><p>　　11、干氧完成后，通氮?dú)?升/分鐘，根據(jù)工藝條件，確定氮?dú)鈺r(shí)間。</p><p>　　12、氮?dú)馔瓿珊螅贁U(kuò)散結(jié)束，調(diào)整溫控器降溫，氮?dú)饬髁坎蛔儯瑫r(shí)間30分鐘。</p><p>　　13、降溫完成后，拉出石英舟，取出

119、硅片，檢測(cè)氧化層厚度、均勻性，漂去氧化層，沖洗干凈后，檢測(cè)R值（四探針?lè)ǎ?，結(jié)深(磨角法或者SEM法)，β值。</p><p>　　14、將擴(kuò)散后的硅片交光刻工藝，光刻完成后，檢測(cè)擊穿電壓、β值。</p><p>　　15、根據(jù)實(shí)測(cè)β值，與工藝要求進(jìn)行比較，如果不滿足工藝條件，重新計(jì)算再擴(kuò)散時(shí)間，并制定再擴(kuò)散工藝條件，至到達(dá)到設(shè)計(jì)要求。硼擴(kuò)散工藝結(jié)束。</p><p&g

120、t;　　8.7 光刻接觸孔、金屬化、光刻接觸電極和參數(shù)檢測(cè)</p><p>　　1、光刻引線孔,刻出發(fā)射極。</p><p>　　2、蒸鋁，用蒸發(fā)或?yàn)R射的方法在硅片表面淀積一層金屬鋁。使Al與接觸孔中的硅形成良好的歐姆接觸，在450℃、N2-H2氣氛下處理30分鐘；在低溫條件下(小于300℃)淀積氮化硅，刻蝕氮化硅，形成鈍化層。</p><p>　　3、光刻鋁，按電

121、路要求刻出相應(yīng)的鋁條形狀，完成電路中各元件之間的互連。</p><p>　　4、在晶體管圖示儀下測(cè)量輸出特性曲線，測(cè)出β、VCEO和VCBO ，驗(yàn)證參數(shù)的正確性。</p><p><b>　　九、版圖設(shè)計(jì)</b></p><p>　　本次試驗(yàn)為最簡(jiǎn)單的晶體生產(chǎn)，需要三塊掩膜版，我所設(shè)計(jì)的掩膜版是配合正膠使用的。</p><p