三極管npn課程設(shè)計(jì)報(bào)告

1、目錄1.課程設(shè)計(jì)目的與任務(wù)42.課程設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容42.1 npn雙極型晶體管的設(shè)計(jì)42.2課程設(shè)計(jì)的要求與數(shù)據(jù)43.課程設(shè)計(jì)原理43.1晶體管設(shè)計(jì)的一般步驟53.2晶體管設(shè)計(jì)的基本原則54.晶體管工藝參數(shù)設(shè)計(jì)64.1晶體管的縱向結(jié)構(gòu)參數(shù)計(jì)64.1.1 集電區(qū)雜質(zhì)濃度的確定64.1.2 基區(qū)及發(fā)射區(qū)雜質(zhì)濃度74.1.3 各區(qū)少子遷移率及擴(kuò)散系數(shù)的確定74.1.4 各區(qū)少子擴(kuò)散長度的計(jì)算84.1.5 集電區(qū)厚度的選擇94.1.6 基區(qū)寬度的計(jì)算94.1.7擴(kuò)散結(jié)深 124.1.8雜質(zhì)表面濃度 134.1.9 芯片厚度和質(zhì)量134.2 晶體管的橫向設(shè)計(jì)134 .2 .1 晶體管橫向結(jié)構(gòu)參數(shù)的選擇1

2、34.3 工藝參數(shù)計(jì)算144.3.1 晶體管工藝概述144.3.2基區(qū)硼預(yù)擴(kuò)時間154.3.3基級氧化層厚度164.3.4基區(qū)硼再擴(kuò)散時間計(jì)算164.3.5發(fā)射區(qū)預(yù)擴(kuò)散時間174.3.6發(fā)射區(qū)再擴(kuò)散的時間174.3.7基區(qū)氧化時間184.3.8發(fā)射級氧化層厚度184.4設(shè)計(jì)參數(shù)總結(jié)195.工藝流程圖206.生產(chǎn)工藝流程216.1 硅片清洗216.1.1 清洗原理216.1.2硅片清洗的一般程序216.2氧化工藝226.2.1 氧化原理226.2.2基區(qū)氧化的工藝步驟23 6.2.3測量氧化層厚度236.3 第一次光刻工藝（光刻基區(qū)）246.3.1 光刻原理246.3.2 工藝步驟246.4 基

3、區(qū)硼擴(kuò)散工藝266.4.1 硼擴(kuò)散原理266.4.2 硼擴(kuò)散工藝步驟266.5發(fā)射區(qū)氧化的工藝步驟266.6第二次光刻工藝（光刻發(fā)射區(qū)）276.7發(fā)射區(qū)磷的擴(kuò)散276.7.1 磷擴(kuò)散原理276.7.2 磷擴(kuò)散工藝步驟286.8引線孔氧化的工藝步驟296.9 第三次光刻（光刻引線孔）306.10引線孔金屬化316.10.1集成電路對金屬化材料特性的要求316.10.2金屬化步驟316.11光刻金屬電極327. 心得體會328. 參考文獻(xiàn)33微電子器件與工藝課程設(shè)計(jì)報(bào)告npn雙極型晶體管的設(shè)計(jì)1.課程設(shè)計(jì)目的與任務(wù)微電子器件與工藝課程設(shè)計(jì)是有關(guān)微電子器件和工藝知識的綜合應(yīng)用的課程，使我們系統(tǒng)的掌握

4、半導(dǎo)體器件，集成電路，半導(dǎo)體材料及工藝的有關(guān)知識的必不可少的重要環(huán)節(jié)。其目的是使我們在熟悉晶體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)等設(shè)計(jì)過程的訓(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)。2.課程設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容2.1 npn雙極型晶體管的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)一個均勻摻雜的npn型雙極晶體管，滿足T=300K時，共基極電流增益a=0.9920，BVCBO=90V, NB=1016cm-3。設(shè)計(jì)時應(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)。2.2課程設(shè)計(jì)的要

5、求與數(shù)據(jù)1了解晶體管設(shè)計(jì)的一般步驟和設(shè)計(jì)原則2根據(jù)設(shè)計(jì)指標(biāo)設(shè)計(jì)材料參數(shù)，包括發(fā)射區(qū)、基區(qū)和集電區(qū)摻雜濃度NE, NB,和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)散長度和壽命等。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)，包括集電區(qū)厚度Wc，基本寬度Wb，發(fā)射區(qū)寬度We和擴(kuò)散結(jié)深Xjc, 發(fā)射結(jié)結(jié)深Xje等。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)散溫度和擴(kuò)散時間；由擴(kuò)散時間確定氧化層的氧化溫度、氧化厚度和氧化時間。 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。 6. 根據(jù)現(xiàn)有工藝條件，制

6、定詳細(xì)的工藝實(shí)施方案。7撰寫設(shè)計(jì)報(bào)告3.課程設(shè)計(jì)原理晶體管的設(shè)計(jì)是有關(guān)晶體管物理知識的綜合應(yīng)用。晶體管的基本理論只能反映晶體管內(nèi)部的基本規(guī)律，而且這些規(guī)律往往是基于很多假設(shè)，并忽略了很多次要因素的情況下得到的，如工藝因素的影響，半導(dǎo)體材料的影響及雜質(zhì)濃度的具體分布形式等。因此，在進(jìn)行晶體管設(shè)計(jì)時必須從生產(chǎn)實(shí)踐中總結(jié)出經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)與基本的理論結(jié)合起來，經(jīng)過多次反復(fù)，才能得到切實(shí)可行的設(shè)計(jì)方案。同時，對有志從事半導(dǎo)體器件以及集成電路有關(guān)工作的工程技術(shù)人員來說，要系統(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，晶體管設(shè)計(jì)也是必不可少的重要環(huán)節(jié)。晶體管設(shè)計(jì)過程，實(shí)際上就是根據(jù)現(xiàn)有的工藝水平，材

7、料水平，設(shè)計(jì)水平和手段以及所掌握的晶體管的有關(guān)基本理論，將用戶提出的或預(yù)期要得到的技術(shù)指標(biāo)或功能要求，變成一個可實(shí)施的具體方案的過程。因此，設(shè)計(jì)者必須對當(dāng)前所能獲取的半導(dǎo)體材料的有關(guān)參數(shù)和工藝參數(shù)有充分的了解，并弄清晶體管的性能指標(biāo)參數(shù)與材料參數(shù)，工藝參數(shù)和器件幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)之間的相互關(guān)系，才可能得到設(shè)計(jì)所提出的要求。但是晶體管的種類繁多，性能指標(biāo)要求也就千差萬別，因此要將各類晶體管的設(shè)計(jì)都要講清楚是很難的，所以我們只能簡單介紹一下晶體管設(shè)計(jì)的一般步驟和基本原則。3.1晶體管設(shè)計(jì)的一般步驟晶體管設(shè)計(jì)可大致按下列步驟進(jìn)行：第一，根據(jù)預(yù)期指標(biāo)要求選定主要電學(xué)參數(shù)，如摻雜濃度確定主要電學(xué)參數(shù)的設(shè)計(jì)指標(biāo)

8、。第二，根據(jù)設(shè)計(jì)指標(biāo)的要求，了解同類產(chǎn)品的現(xiàn)有水平和工藝條件，結(jié)合設(shè)計(jì)指標(biāo)和生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行初步設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)內(nèi)容包括以下幾個方面：（1）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和擴(kuò)散結(jié)深Xj等。（2）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，繪制出光刻版圖。（3）根據(jù)設(shè)計(jì)指標(biāo)選取材料，確定材料參數(shù)，如電阻率r，位錯，壽命，晶向等。（4）根據(jù)現(xiàn)有工藝條件，制定實(shí)施工藝方案。（5）根據(jù)晶體管的類型進(jìn)行熱學(xué)設(shè)計(jì)，選擇分裝形式，選用合適的管殼和散熱方式等。第三，根據(jù)初步設(shè)計(jì)方案，對晶體管的電學(xué)驗(yàn)算，并在此基礎(chǔ)上對設(shè)計(jì)方案進(jìn)行綜合調(diào)整和修改。第四，根據(jù)初步設(shè)計(jì)方案

9、進(jìn)行小批測量試制，暴露問題，解決矛盾，修改和完善 設(shè)計(jì)方案。3.2晶體管設(shè)計(jì)的基本原則（1）全面權(quán)衡各電學(xué)參數(shù)間的關(guān)系，確定主要電學(xué)參數(shù)盡管晶體管的電學(xué)參數(shù)很多，但對于一類型的晶體管，其主要電學(xué)參數(shù)卻只有幾個，如對高頻大功率管，主要的電學(xué)參數(shù)是fT ， BVCBO， P CM和ICM等；而高速開關(guān)管的主要電學(xué)參數(shù)則為to n，toff，UBES和UCES。因此，在進(jìn)行設(shè)計(jì)時，必須全面權(quán)衡各電學(xué)參數(shù)間的關(guān)系，正確處理各參數(shù)間的矛盾。找出器件的主要電學(xué)參數(shù)，根據(jù)主要電學(xué)參數(shù)指標(biāo)進(jìn)行設(shè)計(jì)，然后再根據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐中取得的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，以滿足其他電學(xué)參數(shù)的要求。（2） 正確處理設(shè)計(jì)指標(biāo)和工藝條件之間的矛

10、盾，確定合適的工藝實(shí)施方案。任何一個好的設(shè)計(jì)方案都必須通過合適的工藝才能實(shí)現(xiàn)。因此，在設(shè)計(jì)中必須正確處理設(shè)計(jì)指標(biāo)和工藝條件之間的矛盾。設(shè)計(jì)前必須了解工藝水平和設(shè)備精度，結(jié)合工藝水平進(jìn)行合理設(shè)計(jì)。（3） 正確處理技術(shù)指標(biāo)的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)間的關(guān)系。設(shè)計(jì)中既要考慮高性能的技術(shù)指標(biāo)，也要考慮經(jīng)濟(jì)效益。否則，過高的追求高性能的技術(shù)指標(biāo)，將使成本過高。同時，在滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)的前提下，盡可能降低參數(shù)指標(biāo)水準(zhǔn)，便于降低對工藝的要求，提高產(chǎn)品成品率。（4） 在進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)時，一定要考慮器件的穩(wěn)定性和可靠性。4.晶體管工藝參數(shù)設(shè)計(jì)4.1 晶體管的縱向結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)雙極晶體管是由發(fā)射結(jié)和集電結(jié)兩個PN結(jié)組成的，晶體管的縱向結(jié)

11、構(gòu)就是指在垂直于兩個PN結(jié)面上的結(jié)構(gòu)。因此，縱向結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的任務(wù)有兩個：首先是選取縱向尺寸，即決定襯底厚度、集電區(qū)厚度、 基區(qū)厚度、 擴(kuò)散結(jié)深和等；其次是確定縱向雜質(zhì)濃度和雜質(zhì)分布，即確定集電區(qū)雜質(zhì)濃度、 襯底雜質(zhì)濃度、 表面濃,以及基區(qū)雜質(zhì)濃度分布等，并將上述參數(shù)轉(zhuǎn)換成生產(chǎn)中的工藝控制參數(shù)。4.1.1 集電區(qū)雜質(zhì)濃度的確定集電區(qū)厚度的最小值主要由擊穿電壓決定，最大值受集電區(qū)串聯(lián)電阻rcs的限制。對于Si器件擊穿電壓為 由此可得集電區(qū)雜質(zhì)濃度為：由設(shè)計(jì)的要求可知C-B結(jié)的擊穿電壓為：BVCBO=90V 根據(jù)公式,可算出集電區(qū)雜質(zhì)濃度：5.824×1015 cm34.1.2 基區(qū)及發(fā)射區(qū)

12、雜質(zhì)濃度一般的晶體管各區(qū)的濃度要滿足NE>>NB>NC，故4.1.3 各區(qū)少子遷移率及擴(kuò)散系數(shù)的確定圖1 遷移率與雜質(zhì)濃度的關(guān)系圖（1）少子遷移率少子的遷移率可以通過遷移率與雜質(zhì)濃度的關(guān)系圖查出來。此關(guān)系圖如圖1所示。通過圖2可以查出在300K時，集電區(qū)、基區(qū)和發(fā)射區(qū)各自的少子的遷移率如下。C區(qū)： cp= 443cm 2/v.s；B區(qū)： Bn=1248cm 2 /v.s；E區(qū)： Ep=132cm 2/v.s；各區(qū)的電阻率通過相對應(yīng)的濃度直接讀圖，如圖2 所示。圖2 電阻率與雜質(zhì)濃度的關(guān)系圖（半導(dǎo)體器件物理P109）可得襯底電阻率： (襯底) （2）各區(qū)少子擴(kuò)散系數(shù)的計(jì)算根據(jù)愛

13、因斯坦關(guān)系式: 半導(dǎo)體物理（第七版） P150C區(qū)：B區(qū)：E區(qū)：4.1.4 各區(qū)少子擴(kuò)散長度的計(jì)算由，其中少子壽命 ，4.1.5 集電區(qū)厚度的選擇（1）集電區(qū)厚度的最小值集電區(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的耗盡層寬度，即 > (是集電區(qū)臨界擊穿時的耗盡層寬度）。對于高壓器件，在擊穿電壓附近，集電結(jié)可用突變結(jié)耗盡層近似，因而（2）集電區(qū)厚度的最大值的最大值受串聯(lián)電阻的限制。增大集電區(qū)厚度會使串聯(lián)電阻增加，飽和壓降增大，因此的最大值受串聯(lián)電阻限制。考慮到實(shí)際情況最終確定。 4.1.6 基區(qū)寬度的計(jì)算（1）基區(qū)寬度的最大值對于低頻管，

14、與基區(qū)寬度有關(guān)的主要電學(xué)參數(shù)是b，因此低頻器件的基區(qū)寬度最大值由b確定。當(dāng)發(fā)射效率g»1時，電流放大系數(shù)。因此基區(qū)寬度的最大值可按下式估計(jì)： 為了使器件進(jìn)入大電流狀態(tài)時，電流放大系數(shù)仍能滿足要求， 因而設(shè)計(jì)過程中取l=4，將數(shù)據(jù)代入上式中得：所以基區(qū)寬度的最大值為10.2um。（2）基區(qū)寬度的最小值為了保證器件正常工作，在正常工作電壓下基區(qū)絕對不能穿通，確切的說，穿通指的是因?yàn)榛鶇^(qū)寬度調(diào)制效應(yīng)最終導(dǎo)致基區(qū)準(zhǔn)中性寬度W趨于0的物理狀態(tài)。也就是說，一般認(rèn)為當(dāng)E-B和C-B耗盡區(qū)在基區(qū)內(nèi)接觸在一起時就穿通了。一旦發(fā)生穿通，E-B和C-B結(jié)就靜電地聯(lián)系在一起。 （相關(guān)穿通內(nèi)容：半導(dǎo)體物理（第

15、7版）P295）。因此，對于高耐壓器件，基區(qū)寬度的最小值由基區(qū)穿通電壓決定。對于均勻基區(qū)晶體管，當(dāng)集電結(jié)電壓接近雪崩擊穿時，基區(qū)一側(cè)的耗盡層寬度為 所以基區(qū)寬度的取值范圍為：2.09um<WB<10.2um （3）基區(qū)準(zhǔn)中性寬度的計(jì)算根據(jù)設(shè)計(jì)要求給出的電流放大倍數(shù)=124以及公式可以求出基區(qū)的準(zhǔn)中性寬度。W=7.04um （滿足=56.9um>>W）（4）基區(qū)耗盡層寬度的計(jì)算E-B結(jié)基區(qū)邊的耗盡層寬度的計(jì)算先求出E-B結(jié)的內(nèi)建電勢再求出E-B結(jié)基區(qū)邊的耗盡層寬度 C-B結(jié)基區(qū)邊的耗盡層寬度的計(jì)算先求出C-B結(jié)的內(nèi)建電勢再求出C-B結(jié)基區(qū)邊的耗盡層寬度 (5)總的基區(qū)寬度

16、具體來說，由于，所以E-B耗盡區(qū)寬度（）可看作位于基區(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，W是基區(qū)中準(zhǔn)中性基區(qū)寬度，也就是說，對于PNP晶體管，有： ，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W指的就是準(zhǔn)中性基區(qū)寬度。WB=W+XnEB+XpCB7.04+0.332+0.184=7.56um符合之前計(jì)算出來的基區(qū)寬度的范圍，但是這樣的寬度相對應(yīng)的結(jié)深過大，故根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值W=8um特性頻率檢驗(yàn)計(jì)算：4.1.7擴(kuò)散結(jié)深在晶體管的電學(xué)參數(shù)中，擊穿電壓與結(jié)深關(guān)系最為密切，

17、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se>>Xj條件時，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fT的提高，基區(qū)寬度Wb變窄而減小到不滿足se>>Xj條件時，發(fā)射結(jié)變?yōu)樾D(zhuǎn)橢圓面，如圖2所示。發(fā)射結(jié)集電結(jié)兩個旋轉(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)渡越時間增長。按照旋轉(zhuǎn)橢圓的關(guān)系，可以解出當(dāng)se與Xj接近時，有效特征頻率為 ，式中。因此，愈大，有效特征頻率愈低。圖3也明顯表明，越大，則基區(qū)積累電荷比平面結(jié)時增加越多。由于基區(qū)積累電荷增加，基區(qū)渡越

18、時間增長，有效特征頻率就下降，因此，通常選取， 則：XjeWB8um， 則：Xjc2WB16um（由于二次氧化，在考慮基區(qū)擴(kuò)散深度時須對發(fā)射區(qū)掩蔽層消耗的硅進(jìn)行補(bǔ)償。集電結(jié)結(jié)深發(fā)射結(jié)結(jié)深基區(qū)寬度0.46發(fā)射區(qū)掩蔽層厚度。發(fā)射結(jié)結(jié)深12基區(qū)寬度。）對于低頻功率晶體管在保證發(fā)射結(jié)處的雜質(zhì)濃度梯度，即發(fā)射效率不致過低的前提下，基區(qū)寬度一般都取得很寬，因而發(fā)射結(jié)深也取得較大。圖3 發(fā)射極條寬對結(jié)面形狀的影響4.1.8雜質(zhì)表面濃度在縱向結(jié)構(gòu)尺寸選定的情況下，發(fā)射區(qū)和基區(qū)表面雜質(zhì)濃度及其雜質(zhì)分布的情況主要影響晶體管的發(fā)射效率g和基區(qū)電阻rb。減小基區(qū)電阻rb要求提高基區(qū)平均雜質(zhì)濃度NB和表面濃度NBS。同

19、時，提高基區(qū)平均雜質(zhì)濃度，也有利于減小基區(qū)寬變效應(yīng)和基區(qū)電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)。提高發(fā)射效率則要求減小，增大發(fā)射區(qū)和基區(qū)濃度差別。為了保證在大電流下，晶體管仍具有較高的發(fā)射效率，要求發(fā)射區(qū)和基區(qū)表面濃度相差兩個數(shù)量級以上，即。而發(fā)射區(qū)表面濃度由于受重?fù)诫s效應(yīng)限制，而不能無限提高，一般選取NES=5´1018cm-3左右，則NBS=5×1016 cm-34.1.9芯片厚度和質(zhì)量本設(shè)計(jì)選用的是電阻率為的n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。同時擴(kuò)散結(jié)深并不完全一致，在測量硅片厚度時也存在一定誤差。因此在選取硅片厚度時必須留有一定的

20、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，則芯片熱阻過大。本設(shè)計(jì)中不用外延，晶體管直接做在襯底上，厚度大概選擇200um。4.2 晶體管的橫向設(shè)計(jì)4 .2 .1 晶體管橫向結(jié)構(gòu)參數(shù)的選擇選取晶體管的橫向結(jié)構(gòu)參數(shù)，實(shí)際上就是設(shè)計(jì)光刻版圖。設(shè)計(jì)版圖前，首先必須對設(shè)計(jì)指標(biāo)進(jìn)行綜合分析，初步選定圖形結(jié)構(gòu)，然后分析電流容量和功率容量，確定分割單元基區(qū)的數(shù)目。采用分割基區(qū)的多單元結(jié)構(gòu)，有利于改善芯片的分布，減小熱阻和降低溫度。至于各單元的總體布局可以從熱阻和頻率特性兩方面考慮。從散熱角度考慮，單元數(shù)目可以多一些，單元之間的間距盡量大些。但從頻率角度考慮，單元的排列應(yīng)有利于內(nèi)引線的均勻

21、分布，有利于引線長度的縮短，以減小寄生參數(shù)。 圖4 三極管剖面圖 圖5 三極管俯視圖故最終決定的三個區(qū)的面積分別為，4.3 工藝參數(shù)計(jì)算4.3.1 晶體管工藝概述在集成電路工藝中，最早得到廣泛應(yīng)用的一種雙極型工藝技術(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。這個工藝流程只需七塊光刻掩模版，首先在N襯底上生長一層初始氧化層，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，再生長第三次氧化層，并光刻出基區(qū)注入窗口；完成基區(qū)注

22、入后，去掉三次氧化層，并對基區(qū)雜質(zhì)進(jìn)行退火激活，然后生長第四次氧化層，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；接下來沉積歐姆接觸區(qū)保護(hù)層、開接觸孔、形成金屬化導(dǎo)電層并對其進(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)之一就是增加一個集電區(qū)埋層，即位于集電區(qū)下面的一個重?fù)诫s的擴(kuò)散區(qū)，它可以使集電區(qū)的串聯(lián)電阻大大減小。引入集電區(qū)埋層后意味著集電區(qū)本身必須通過外延技術(shù)在襯底上生長出來，這項(xiàng)技術(shù)稱為“標(biāo)準(zhǔn)埋層集電區(qū)工藝（S

23、BC）”。不同的制造工藝會產(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準(zhǔn)多晶硅結(jié)構(gòu)形成器件發(fā)射區(qū)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。4.3.2基區(qū)硼預(yù)擴(kuò)時間 首先先列出表1，是計(jì)算擴(kuò)散系數(shù)時所需要用到的數(shù)據(jù)，如下表一所示。雜質(zhì)元素BP

24、D0/（cm2/s）0.763.85E/eV3.463.66表1：硼、磷元素在硅中的D0與激活能E注：適用溫度范圍（oC）為:8001350 基區(qū)硼的預(yù)擴(kuò)溫度為950 ，即1223K。擴(kuò)散系數(shù)： 通過單位表面積擴(kuò)散到硅片內(nèi)部的雜質(zhì)數(shù)量： 根據(jù)公式可解得在特定溫度下擴(kuò)散的時間：4.3.3基區(qū)硼擴(kuò)散需要的氧化層厚度雜質(zhì)元素磷（P）1.75硼（B）3.50表2：硼、磷元素在二氧化硅中磷和硼的與 為了便于后續(xù)的氧化時間的計(jì)算及濕法干法的分配，最終取基區(qū)磷擴(kuò)散需要的氧化層厚度為。4.3.4基區(qū)硼再擴(kuò)散時間計(jì)算 基區(qū)硼的預(yù)擴(kuò)溫度為950 ，即1223K。硅襯底中原有雜質(zhì)的濃度：硼在硅中的擴(kuò)散系數(shù)為： 由于

25、預(yù)擴(kuò)散的結(jié)深很淺，可將它忽略，故再擴(kuò)散結(jié)深：（2）又所以代入（2）式可得 化簡得解得基區(qū)磷主擴(kuò)時間為： t=11h4.3.5發(fā)射區(qū)預(yù)擴(kuò)散時間NPN發(fā)射區(qū)的磷預(yù)擴(kuò)散的溫度這里取950，即1223K由公式 其中 此處的 ，故 4.3.6發(fā)射區(qū)再擴(kuò)散的時間主擴(kuò)溫度取1200（1473K），此時有 由于預(yù)擴(kuò)散的結(jié)深很淺，可將它忽略，故，由再擴(kuò)散結(jié)深公式：， 而且 故可整理為： 即經(jīng)過化簡得， 得t=6.7h4.3.7基區(qū)氧化時間 由前面可知，基區(qū)的氧化層厚度是6000，由圖6氧化層厚度和氧化時間的關(guān)系圖， 根據(jù)合適的氧化時間，分配如下：干法：濕法：干法=1:4:1 1200干法氧化 20.4min此時

26、的厚度是10001200濕法氧化時間：16.2min此時的厚度是50001200干法氧化時間：20.4min此時的厚度是6000所以，總的氧化時間t=(20.4+16.2+20.4)min=57min=3420s 圖6 氧化層厚度與氧化時間的關(guān)系4.3.8發(fā)射區(qū)氧化層厚度氧化層厚度的最小值由預(yù)擴(kuò)散（1223K）的時間t=1730s來決定的，且服從余誤差分布，并根據(jù)假設(shè)可求 考慮到生產(chǎn)實(shí)際情況，發(fā)射區(qū)氧化層厚度取為7000以上已經(jīng)計(jì)算出發(fā)射區(qū)硼擴(kuò)散需要的氧化層厚度為。根據(jù)合適的氧化時間，將分配如下：干法：濕法：干法=1:5:1由圖9可以查得1200時：l 1200干法氧化 20.4min此時的厚

27、度是1000l 1200濕法氧化時間：24min此時的厚度是6000l 1200干法氧化時間：20.4min此時的厚度是7000所以發(fā)射區(qū)氧化需要的總時間為：20.4+24+20.4=64.8min4.4設(shè)計(jì)參數(shù)總結(jié)通過前面的分析、計(jì)算，初步確定了晶體管各部分的結(jié)構(gòu)數(shù)值，歸納出符合制作條件的NPN BJT相關(guān)參數(shù)如下： 參數(shù)發(fā)射區(qū)（E）基區(qū)（B）集電區(qū)（C）材料參數(shù)結(jié)構(gòu)參數(shù)16參數(shù)集電區(qū)（C）擴(kuò)散溫度和時間(s)預(yù)擴(kuò)散95029min95019.7min再擴(kuò)散12006.7h120011h氧化層厚 度70006000氧化時 間先干氧氧化20.4min；后濕氧氧化24min；再干氧氧化20.4m

28、in。先干氧氧化20.4min；后濕氧氧化16.2min；再干氧氧化20.4min。表3 總參數(shù)表5. 工藝流程圖NPN晶體管生產(chǎn)總的工藝流程圖：清洗工藝氧化光刻發(fā)射區(qū)金屬化氧化硼預(yù)擴(kuò)散磷預(yù)擴(kuò)散磷再擴(kuò)散氧化去硼硅玻璃光刻金屬孔光刻基區(qū)硼再擴(kuò)散去磷硅玻璃光刻金屬電極參數(shù)檢測6.生產(chǎn)工藝流程6.1 硅片清洗在晶體管和集成電路生產(chǎn)中，幾乎每道工藝有化學(xué)清洗的問題.化學(xué)清洗的好壞對器件性能有嚴(yán)重的影響，處理不當(dāng)，可使全部硅片報(bào)廢，做不出管子來，或使制造出來的器件性能低劣，穩(wěn)定性和可靠性很差。化學(xué)清洗是指清除吸附在半導(dǎo)體，金屬材料以及生產(chǎn)用具表面上的各種有害雜質(zhì)或油污的工藝。6.1.1清洗原理a. 表面

29、活性劑的增溶作用：表面活性劑濃度大于臨界膠束濃度時會在水溶液中形成膠束，能使不溶或微溶于水的有機(jī)物的溶解度顯著增大。b.表面活性劑的潤濕作用：固氣界面消失，形成固液界面c.起滲透作用；利用表面活性劑的潤濕性降低溶液的表面張力后，再由滲透劑的滲透作用將顆粒托起，包裹起來。具有極強(qiáng)滲透力的活性劑分子可深入硅片表面與吸附物之間，起劈開的作用，活性劑分子將顆粒托起并吸附于硅片表面上，降低表面能。顆粒周圍也吸附一層活性劑分子，防止顆粒再沉積。6.1.2硅片清洗的一般程序吸附在硅片表面的雜質(zhì)大體上可分為分子型，離子型和原子型三種，分子型雜質(zhì)粒子與硅片表面之間的吸附較弱，清除這些雜質(zhì)粒子比較容易.它們多屬油

30、脂類雜質(zhì)，具有疏水性的特點(diǎn)，這種雜質(zhì)的存在，對于清除離子型和原子型雜質(zhì)具有掩蔽作用，因此在對硅片清洗時首先要把它們清除，離子型和原子型吸附的雜質(zhì)屬于化學(xué)吸附雜質(zhì)，其吸附力都較強(qiáng)，因此在化學(xué)清洗時，一般都采用酸，堿溶液或堿性雙氧水先清除離子型吸附雜質(zhì)，然后用王水或酸性雙氧水再來清除殘存的離子型雜質(zhì)用原子型雜質(zhì)，最后用高純?nèi)ルx子水將硅片沖洗干凈，再加溫烘干就可得到潔凈表面的硅片。工藝程序：去分子-去離子-去原子-去離子水沖洗、烘干。硅片清洗液是指能夠除去硅片表面沾污物的化學(xué)試劑或幾種化學(xué)試劑配制的混合液。常用硅片清洗液有（表4）：名稱（表4）配方使用條件作用號洗液NH4OH:H2O2:H2O=1:

31、1:51:2:780±510min去油脂去光刻膠殘膜去金屬離子去金屬原子號洗液HCl:H2O2:H2O=1:1:61:2:880±510min去金屬離子去金屬原子號洗液H2SO4:H2O2=3:1120±101015min去油去臘去金屬離子去金屬原子6.2氧化工藝6.2.1氧化原理二氧化硅能夠緊緊地依附在硅襯底表面，具有極穩(wěn)定的化學(xué)性和電絕緣性，因此，二氧化硅可以用來作為器件的保護(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。二氧化硅的另一個重要性質(zhì)，對某些雜質(zhì)（如硼、磷、砷等）起到掩蔽作用，從而可以選擇擴(kuò)散；正是利用這一性質(zhì)，并結(jié)合光刻和擴(kuò)散工藝，才發(fā)

32、展起來平面工藝和超大規(guī)模集成電路。制備二氧化硅的方法很多，但熱氧化制備的二氧化硅掩蔽能力最強(qiáng)，是集成電路工藝最重要的工藝之一。由于熱生長制造工藝設(shè)備簡單，操作方便，SiO2膜較致密，所以采用熱氧化二氧化硅制備工藝。熱生長的方法是將硅片放入高溫爐內(nèi)，在氧氣氛中使硅片表面在氧化物質(zhì)作用下生長SiO2薄層，氧化氣氛可為水汽，濕氧或干氧。實(shí)驗(yàn)表明，水汽氧化法：生長速率最快，但生成的SiO2層結(jié)構(gòu)疏松，表面有斑點(diǎn)和缺陷，含水量多，對雜質(zhì)特別是磷的掩蔽以力較差，所以在器件生產(chǎn)上都不采用水汽氧化法。（1）干氧法: 生長速率最慢，但生成的SiO2膜結(jié)構(gòu)致密，干燥，均勻性和重復(fù)性好，掩蔽能力強(qiáng)，鈍化效果好，Si

33、O2膜表面與光刻膠接觸良好，光刻時不易浮膠。（2） 濕氧法:生長速率介于前兩者之間，生長速率可通過爐溫或水浴溫度進(jìn)行調(diào)整。使用靈活性大，濕氧法生長的SiO2膜，雖然致密性略差于干氧法生長的SiO2膜，但其掩蔽能力和鈍化效果都能滿足一般器件生產(chǎn)的要求，較突出的弱點(diǎn)是SiO2表面與光刻膠接觸不良，光刻時容易產(chǎn)生浮膠。生產(chǎn)中采用取長補(bǔ)短的方法，充分利用濕氧和干氧的優(yōu)點(diǎn)，采用干氧濕氧干氧交替的方法。根據(jù)迪爾和格羅夫模型，熱氧化過程須經(jīng)歷如下過程：（1）氧化劑從氣體內(nèi)部以擴(kuò)散形式穿過滯流層運(yùn)動到SiO2-氣體界面，其流密度用F1表示，流密度定義為單位時間通過單位面積的粒子數(shù)。（2）氧化劑以擴(kuò)散方式穿過S

34、iO2層（忽略漂移的影響），到過SiO2-Si界面，其流密度用F2表示。（3）氧化劑在Si表面與Si反應(yīng)生成SiO2，流密度用F3表示。（4）反應(yīng)的副產(chǎn)物離開界面。氧化的致密性和氧化層厚度與氧化氣氛（氧氣、水氣）、溫度和氣壓有密切關(guān)系。應(yīng)用于集成電路掩蔽的熱氧化工藝一般采用干氧濕氧干氧工藝制備。6.2.2基區(qū)氧化的工藝步驟1、開氧化爐，設(shè)定升溫程序，升溫速度不超過每分鐘5，以防止加熱電阻絲保護(hù)涂層脫落，并將溫度設(shè)定到800-950，開氧氣流量2升/分鐘。2、將清洗好的硅片裝入石英舟，然后，將石英舟推到恒溫區(qū)。并按照設(shè)定好的程序開始升溫。3、達(dá)到氧化溫度1200后，調(diào)整氧氣流量3升/分鐘，并開始

35、計(jì)時，干氧時間20.4分鐘。4、在開始干氧同時，將濕氧水壺加熱到9598。干氧完成后，開濕氧流量計(jì)，立即進(jìn)入濕氧化。同時關(guān)閉干氧流量計(jì)。濕氧時間16.2分鐘。5、濕氧完成，開干氧流量計(jì)，調(diào)整氧氣流量3升/分鐘，并開始計(jì)時，干氧時間20.4分鐘。6、干氧完成后，開氮?dú)饬髁坑?jì)，調(diào)整氮?dú)饬髁?升/分鐘，并開始降溫，降溫時間30分鐘。7、將石英舟拉出，并在凈化臺內(nèi)將硅片取出，用硅片清洗液進(jìn)行清洗，甩干，同時，檢測氧化層面狀況和厚度。8、關(guān)氧化爐，關(guān)氣體。6.2.3測量氧化層厚度測量厚度的方法很多，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，可用比色法來簡單判斷厚度。比色法是

36、利用不同厚度的氧化膜在白光垂直照射下會呈現(xiàn)出不同顏色的干涉條紋，從而大致判斷氧化層的厚度。顏色氧化膜厚度（埃）灰100黃褐300藍(lán)800紫1000275046506500深藍(lán)1500300049006800綠1850330056007200黃2100370056007500橙225040006000紅250043506250 6.3 第一次光刻工藝（光刻基區(qū)）6.3.1光刻原理光刻工藝是加工制造集成電路微圖形結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵工藝技術(shù)，起源于印刷技術(shù)中的照相制版。是在一個平面（硅片）上，加工形成微圖形。光刻工藝包括涂膠、曝光、顯影、腐蝕等工序。集成電路對光刻的基本要求有如下幾個方面：（1）高分辨率：一

37、個由10萬元件組成的集成電路，其圖形最小條寬約為3um，而由500萬元件組成的集成電路，其圖形最小條寬為1.5-2um，百萬以上元件組成的集成電路，其圖形最小條寬1um，因此，集成度提高則要求條寬越細(xì)，也就要求光刻技術(shù)的圖形分辨率越高。條寬是光刻水平的標(biāo)志，代表集成電路發(fā)展的水平。（2）高靈敏度：靈敏度是指光刻機(jī)的感光速度，集成電路要求產(chǎn)量要大，因此，曝光時間應(yīng)短，這就要求光刻膠的靈敏度要高。（3）低缺陷：如果一個集成電路芯片上出現(xiàn)一個缺陷，則整個芯片將失效，集成電路制造過程包含幾十道工序，其中光刻工序就有10多次，因此，要求光刻工藝缺陷盡量少，否則，就無法制造集成電路。（4）精密的套刻對準(zhǔn)：

38、集成電路的圖形結(jié)構(gòu)需要多此光刻完成，每次曝光都需要相互套準(zhǔn)，因此集成電路對光刻套準(zhǔn)要求非常高，其誤差允許為最小條寬的10%左右。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。由此完成圖形復(fù)制。本次采用正光刻膠。6.3.2工藝步驟（1) 準(zhǔn)備：1) 開前烘，堅(jiān)膜烘箱，前烘溫度設(shè)定95，堅(jiān)膜溫度為

39、135。2) 涂膠前15分鐘開啟圖膠凈化臺，調(diào)整轉(zhuǎn)速，以滿足生產(chǎn)要求。3) 光刻前30分鐘，開啟光刻機(jī)汞燈。4) 開啟腐蝕恒溫槽，溫度設(shè)定405) 清洗膠瓶和吸管，并倒好光刻膠。6) 清洗掩膜版（基區(qū)光刻掩膜版），并在凈化臺下吹干（2) 涂膠：光刻工藝采用旋轉(zhuǎn)涂膠法，涂膠前設(shè)定好予勻轉(zhuǎn)速和時間，甩干速度和時間。將氧化完成或擴(kuò)散完成的硅片放在涂膠頭上，滴上光刻膠進(jìn)行涂膠，要求膠面均勻、無缺陷、無未涂區(qū)域。(3) 前烘 將涂好光刻膠的硅片放入前烘烘箱，并計(jì)時，前烘完成后將硅片取出。（4) 對準(zhǔn) 將掩膜版上在光刻機(jī)上，并進(jìn)行圖形套準(zhǔn)。（5) 曝光 將套準(zhǔn)后的硅片頂緊，檢查套準(zhǔn)誤差、檢查曝光時間，確認(rèn)

40、無誤后，進(jìn)行曝光（紫外光曝光）。（6) 顯影此采用浸泡顯影，分別在1#顯影液，2#顯影液顯3-5分鐘，然后在定影液定影3-5分鐘，之后在甩干機(jī)中甩干，在顯微鏡下檢查是否合格，否則，返工。7) 堅(jiān)膜在顯影檢查合格后將硅片放入堅(jiān)膜烘箱進(jìn)行堅(jiān)膜，設(shè)定堅(jiān)膜時間。8) 腐蝕將堅(jiān)膜好的硅片準(zhǔn)備腐蝕，首先確認(rèn)氧化層厚度，計(jì)算腐蝕時間。然后進(jìn)行腐蝕（溶液是硝酸和氫氟酸），腐蝕后沖水10分鐘，甩干后在顯微鏡下檢查是否腐蝕干凈，若未腐蝕干凈繼續(xù)腐蝕。9) 去膠硅片腐蝕完成后，在3#液中將光刻膠去掉，并沖洗干凈，工藝結(jié)束。光刻基區(qū)域時掩膜板如圖7所示： 圖7 光刻基區(qū)域時掩膜板6.4 基區(qū)硼擴(kuò)散工藝6.4.1硼擴(kuò)散

41、原理擴(kuò)散是微觀粒子的一種極為普遍的熱運(yùn)動形式，各種分離器件和集成電路制造中的固態(tài)擴(kuò)散工藝簡稱擴(kuò)散，硼擴(kuò)散工藝是將一定數(shù)量的硼雜質(zhì)摻入到硅片晶體中，以改變硅片原來的電學(xué)性質(zhì)。硼擴(kuò)散是屬于替位式擴(kuò)散，采用預(yù)擴(kuò)散和再擴(kuò)散兩個擴(kuò)散完成。（1）預(yù)擴(kuò)散硼雜質(zhì)濃度分布方程為：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（cm）,他為擴(kuò)散時間。此分布為余誤差分布。（2）再擴(kuò)散（主擴(kuò)散）硼再擴(kuò)散為有限表面源擴(kuò)散，雜質(zhì)濃度分布方程為：其中Q為擴(kuò)散入硅片雜質(zhì)總量：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。6.4.2硼擴(kuò)散工藝步驟（1) 工藝準(zhǔn)備

42、1) 開擴(kuò)散爐，設(shè)定升溫程序，升溫速度不超過每分鐘5，以防止加熱電阻絲保護(hù)涂層脫落。并將溫度設(shè)定到800-950，開氮?dú)饬髁?升/分鐘。2) 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）。3) 開涂源凈化臺，并調(diào)整好涂源轉(zhuǎn)速。（2) 硅片清洗：清洗硅片（見清洗工藝），將清洗好的硅片甩干。（3) 將清洗干凈、甩干的硅片涂上硼源。（4) 從石英管中取出石英舟，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，并開始計(jì)時，時間是19.7分鐘。（5) 預(yù)擴(kuò)散完成后，拉出石英舟，取出硅片，漂去硼硅玻璃（用1:1的HF溶液進(jìn)行漂洗，直至硅片表面不沾水為

43、止，因?yàn)槎趸栌H水，而硅疏水），沖洗干凈。（6）將預(yù)擴(kuò)散硅片用2#液清洗，沖洗干凈甩干。（7）取出再擴(kuò)散石英舟，將甩干的硅片裝入石英舟，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1200，并開始計(jì)時，前面已算出再擴(kuò)散時間5.4小時。6.5發(fā)射區(qū)氧化的工藝步驟1、完成硼再擴(kuò)散后，將溫度降至1200，調(diào)整氧氣流量3升/分鐘，并開始計(jì)時，干氧時間20.4分鐘。2、在開始干氧同時，將濕氧水壺加熱到9598。干氧完成后，開濕氧流量計(jì)，立即進(jìn)入濕氧化。同時關(guān)閉干氧流量計(jì)。濕氧時間16.2分鐘。3、濕氧完成，開干氧流量計(jì)，調(diào)整氧氣流量3升/分鐘，并開始計(jì)時，干氧時間20.4分鐘。4、干氧完成后

44、，開氮?dú)饬髁坑?jì)，調(diào)整氮?dú)饬髁?升/分鐘，并開始降溫，降溫時間30分鐘。5、將石英舟拉出，并在凈化臺內(nèi)將硅片取出，沖洗干凈，同時，檢測氧化層面狀況和厚度。6、關(guān)氧化爐，關(guān)氣體。完成后的版圖如圖8所示：圖8 完成發(fā)射區(qū)氧化后的版圖6.6第二次光刻工藝（光刻發(fā)射區(qū)）工藝步驟與光刻基區(qū)的一樣，光刻發(fā)射區(qū)時掩膜板如圖9所示：圖9 光刻發(fā)射區(qū)時掩膜板6.7發(fā)射區(qū)磷的擴(kuò)散6.7.1磷擴(kuò)散原理擴(kuò)散是微觀粒子的一種極為普遍的熱運(yùn)動形式，各種分離器件和集成電路制造中的固態(tài)擴(kuò)散工藝簡稱擴(kuò)散，磷擴(kuò)散工藝是將一定數(shù)量的磷雜質(zhì)摻入到硅片晶體中，以改變硅片原來的電學(xué)性質(zhì)。磷擴(kuò)散是屬于替位式擴(kuò)散，采用預(yù)擴(kuò)散和再擴(kuò)散兩種擴(kuò)散法

45、：（1）預(yù)擴(kuò)散磷雜質(zhì)濃度分布方程為：，D1為預(yù)擴(kuò)散溫度的擴(kuò)散系數(shù)。（2）再擴(kuò)散（主擴(kuò)散）：磷再擴(kuò)散為有即源面擴(kuò)散，雜質(zhì)濃度分布方程為：，其中Q為擴(kuò)散入硅片雜質(zhì)的總量，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。6.7.2磷擴(kuò)散工藝步驟（1）準(zhǔn)備：開擴(kuò)散爐，并將溫度設(shè)定倒800-950，開氮?dú)饬髁?升/分鐘。本實(shí)驗(yàn)采用液態(tài)源擴(kuò)散，源溫用低溫恒溫槽保持在5以內(nèi)。（2）硅片清洗：清洗硅片（見清洗工藝）將清洗好的硅片甩干。（3）將清洗干凈、甩干的硅片涂上磷源。（4）從石英管中取出石英舟，將硅片裝上石英舟上，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，并開始計(jì)時29分鐘。

46、（5）預(yù)擴(kuò)完成后，拉出石英舟，取出硅片，漂去磷硅玻璃，（用1:1的HF溶液進(jìn)行漂洗，直至硅片表面不沾水為止，因?yàn)槎趸栌H水，而硅疏水），沖洗干凈。（6）將預(yù)擴(kuò)散硅片用2#液清洗，沖洗干凈甩干。（7）取出再擴(kuò)散石英舟，將甩干的硅片裝入石英舟，并將石英舟推到恒溫區(qū)，在1200再擴(kuò)散6.7小時。（8）主擴(kuò)散結(jié)束，調(diào)整溫控器降溫，氮?dú)饬髁坎蛔儯瑫r間30分鐘。（9）降溫完成后，拉出石英舟，取出硅片，檢測氧化層厚度、均勻性，漂去氧化層，沖洗干凈后，檢測R0值，結(jié)深，值，擊穿電壓。用四探針法進(jìn)行測量：四探針法中探針等間距配置，有恒流源供給外側(cè)兩根探針一個小電流I，在內(nèi)部兩個探針之間可以測到電壓V，對于厚度

47、遠(yuǎn)小于直徑d的薄型半導(dǎo)體樣品來說，電阻率可以由下式給出: 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，修正因 子為4.54。（10）根據(jù)實(shí)測值和擊穿電壓，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)散時間，并制定再擴(kuò)散工藝條件，至到達(dá)到設(shè)計(jì)要求。磷擴(kuò)散工藝實(shí)驗(yàn)結(jié)束。6.8引線孔氧化的工藝步驟（在Si表面淀積擴(kuò)散阻擋層，ptSi，pd2si，CoSi2等硅化物，從而改善Al/Si的接觸。）1、開氧化爐，設(shè)定升溫程序，升溫速度不超過每分鐘5，以防止加熱電阻絲保護(hù)涂層脫落，并將溫度設(shè)定到800-950，開氧氣流量2升/分鐘。2、將清洗好的硅片裝入石英舟，然后，將石英舟推到恒溫區(qū)。并按照設(shè)定好的程序開始升溫。3、達(dá)到氧化溫度1200后，調(diào)整氧氣流量3升/分鐘，并開始計(jì)時，干氧時間20.4分鐘。4、在開始干氧同時，將濕氧水壺加熱到9598。干氧完成后，開濕氧流量計(jì)，立即進(jìn)入濕氧化。同時關(guān)閉干氧流量計(jì)。濕氧時間16.2分鐘。5、濕氧完成，開