半導(dǎo)體工藝實(shí)習(xí)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)

1、目錄目錄1前言2原理篇3氧化5擴(kuò)散7光刻和刻蝕10薄膜淀積14操作篇16半導(dǎo)體工藝操作注意事項(xiàng)16實(shí)驗(yàn)設(shè)備、儀器和使用工具清單18NPN雙極性晶體管制備工藝流程卡19具體工藝條件和操作方法20設(shè)備篇23氧化擴(kuò)散爐23光刻機(jī)26真空鍍膜機(jī)33微控四探針測(cè)試儀35結(jié)深測(cè)試儀40晶體管測(cè)試儀46成績(jī)?cè)u(píng)定方法48前言硅平面制造工藝是當(dāng)代晶體管與集成電路制造的主要工藝方式。半導(dǎo)體工藝實(shí)習(xí)是電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)本科生必修的專業(yè)實(shí)驗(yàn)課程，通過(guò)實(shí)際操作硅平面工藝的多個(gè)基本步驟，掌握硅晶體管平面制造工藝過(guò)程的細(xì)節(jié)和所涉及到的原理和基本理論。熟悉常規(guī)雙極性晶體管和典型的集成電路平面制造工藝的全過(guò)程，了解集成電路設(shè)計(jì)

2、時(shí)應(yīng)考慮的工藝條件限制。本實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)以電子科學(xué)與技術(shù)微電子工藝實(shí)驗(yàn)室的設(shè)備和實(shí)驗(yàn)條件為硬件基礎(chǔ)，給出雙極性NPN晶體管的制備工藝流程，包括基本工藝原理，使用的設(shè)備介紹，具體的工藝流程和詳細(xì)的工藝條件、操作方法及測(cè)試檢測(cè)方法等。半導(dǎo)體工藝實(shí)習(xí)涉及很多實(shí)實(shí)在在的操作，受各種環(huán)境條件，外部因素的影響較多，本實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)僅能給出工藝步驟的原理和普遍現(xiàn)象，在實(shí)際操作中遇到的實(shí)際問(wèn)題還要具體分析找到解決方法。另外，由于作者對(duì)半導(dǎo)體工藝原理的理解和工藝步驟地具體操作不盡深刻和熟稔，指導(dǎo)書(shū)中有不妥甚或有錯(cuò)誤的地方，還請(qǐng)批評(píng)指正。在這感謝工藝實(shí)習(xí)基地的董利民老師，袁穎老師，胡曉玲老師和實(shí)驗(yàn)室其他多位老師的幫助和提

3、供的文獻(xiàn)資料。 實(shí)習(xí)基地建設(shè)教師 謝紅云 2007.8原理篇圖1.1是PNP晶體管和NPN晶體管的結(jié)構(gòu)示意圖。圖1.1 PNP晶體三極管和NPN晶體三極管以NPN晶體管為例，由晶體管的放大原理可知，若要晶體管正常工作需滿足以下2點(diǎn)：1.發(fā)射區(qū)(N區(qū))的電子濃度應(yīng)大于基區(qū)(P區(qū))的空穴濃度；2.基區(qū)要非常薄，僅具有幾微米的寬度；這樣在基區(qū)電子形成的擴(kuò)散流可以遠(yuǎn)大于空穴復(fù)合流，實(shí)現(xiàn)晶體管的放大功能。NPN晶體管的縱向結(jié)構(gòu)如圖1.2所示，給出了晶體管集電區(qū)、基區(qū)和發(fā)射區(qū)的雜質(zhì)濃度。圖1.2 NPN晶體管縱向結(jié)構(gòu)圖在硅平面工藝中，集電區(qū)、基區(qū)和發(fā)射區(qū)不同的雜質(zhì)濃度由高溫?zé)釘U(kuò)散完成，圖1.3是晶體管的剖

4、面圖。圖1.3 平面工藝制備晶體管與晶體管的平面工藝結(jié)構(gòu)有關(guān)的幾個(gè)要點(diǎn)：1. 高溫下氧化單晶硅片的表面，生成一層二氧化硅膜。而該膜在一定的高溫下、一定的時(shí)間內(nèi)，可阻止制造半導(dǎo)體器件所常用的幾種化學(xué)元素，如：硼、磷、砷、銻等（這被稱之為氧化工序）。2. 采用照相、復(fù)印、有選擇地保護(hù)某區(qū)域而腐蝕掉某區(qū)域的二氧化硅膜（這個(gè)過(guò)程被稱之為光刻過(guò)程），使得某區(qū)域允許雜質(zhì)進(jìn)入而某區(qū)域不允許雜質(zhì)進(jìn)入。3. 第二點(diǎn)思路由設(shè)計(jì)的具有光掩蔽功能的、被稱之為掩膜版的工具（全稱為光刻掩膜版）來(lái)輔助完成。4. 采用高溫?zé)釘U(kuò)散法將某種特定雜質(zhì)摻入某特定導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體內(nèi)部，并使局部區(qū)域反型，必須采用高濃度補(bǔ)償，如圖1.4所

5、示：圖1.4 高濃度補(bǔ)償擴(kuò)散雙極性晶體管的制備在集成電路工藝流程中具有代表性，包含了硅平面半導(dǎo)體工藝中的基本步驟：氧化、擴(kuò)散、光刻和刻蝕、薄膜淀積等。這一部分將分別介紹各個(gè)工藝步驟的基本原理，為實(shí)際操作做好理論準(zhǔn)備。氧化氧化工藝是制備二氧化硅膜的工藝。二氧化硅膜是半導(dǎo)體器件制備中常用的一種介質(zhì)膜。具有以下的特點(diǎn)：1.化學(xué)穩(wěn)定性極高，除氫氟酸外和別的酸不起作用；2.不溶于水；3.有掩蔽性質(zhì)，具有一定厚度的二氧化硅膜在一定溫度、一定時(shí)間內(nèi)能阻止4.硼、磷、砷等常作為半導(dǎo)體雜質(zhì)源的元素；5.具有絕緣性質(zhì)。因此在半導(dǎo)體器件中常用作以下的用途：雜質(zhì)擴(kuò)散掩蔽膜；器件表面保護(hù)或鈍化膜；電路隔離介質(zhì)或絕緣介質(zhì)

6、；電容介質(zhì)材料；MOS 管的絕緣柵材料等。二氧化硅膜的制備有熱生長(zhǎng)氧化工藝、低溫淀積氧化工藝以及其它氧化工藝。不同的氧化工藝方法所制備的二氧化硅膜的質(zhì)量不同，會(huì)影響其掩蔽擴(kuò)散的能力、器件的可靠性和穩(wěn)定性、電性能等。硅平面工藝中作為擴(kuò)散掩蔽膜的二氧化硅采用高溫?zé)嵘L(zhǎng)工藝制備，是我們實(shí)驗(yàn)的一個(gè)重要工藝步驟。高溫?zé)嵘L(zhǎng)二氧化硅，高溫氧化就是把襯底片置于1000以上的高溫下，通入氧化性氣體（如氧氣、水汽），使襯底表面的一層硅氧化成SiO2。高溫氧化分為：干氧氧化、濕氧氧化和水汽氧化三種： 1 干氧氧化-氧化氣氛為干燥、純凈的氧氣。 2 水汽氧化-氧化氣氛為純凈水蒸汽。 3 濕氧氧化-氧化氣氛為既有純凈

7、水蒸汽又有純凈氧氣。高溫氧化的機(jī)理，即化學(xué)反應(yīng)如下所示：氧化層形成后，氧原子必須穿過(guò)氧化層到達(dá)硅表面并在那里進(jìn)行反應(yīng)，化學(xué)反應(yīng)在 Si-SiO2 界面發(fā)生。完成這個(gè)過(guò)程必須經(jīng)過(guò)以下三個(gè)連續(xù)的步驟：1 氧化劑分子由汽相內(nèi)部遷移到汽相與氧化介質(zhì)膜界面處。2 氧化劑分子擴(kuò)散通過(guò)業(yè)已生成的初始氧化層。3 氧化劑分子到達(dá)初始氧化層與硅的界面處與硅繼續(xù)反應(yīng)。干氧氧化含有氧離子通過(guò)SiO2的擴(kuò)散和在Si-SiO2界面上與硅發(fā)生反應(yīng)這兩個(gè)過(guò)程。在高溫下界面化學(xué)反應(yīng)速度較快，而氧離子擴(kuò)散通過(guò)SiO2層的過(guò)程較慢，因此氧化速度將主要取決于氧化氧離子擴(kuò)散通過(guò)SiO2層的快慢。顯然，隨著氧化的進(jìn)行層將不斷增厚，氧化速

8、度也就越來(lái)越慢。而水汽氧化過(guò)程中SiO2層不斷遭受消弱，致使水分子在SiO2中擴(kuò)散也較快，因此水汽氧化的速度要比干氧氧化的速度快。由化學(xué)反應(yīng)引起的硅的消耗量，大約是最終氧化層厚度的44% ，如圖1.5所示。圖1.5 高溫氧化生長(zhǎng)SiO2膜在高溫氧化中，依據(jù)熱生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)和迪爾格羅夫模型，氧化層的厚度可以表示為：其中，A和B是與氧分子擴(kuò)散有關(guān)的常數(shù)，是時(shí)間常數(shù)。在氧化時(shí)間較短，SiO2層較薄時(shí)，表面化學(xué)反應(yīng)過(guò)程是主要的，SiO2層厚度將隨時(shí)間線性增加；在氧化時(shí)間較長(zhǎng)SiO2層較厚時(shí)，擴(kuò)散過(guò)程是主要的，SiO2層厚度將隨時(shí)間作拋物式增加。三種氧化方法比較如下：一般的講，水汽或濕氧氧化速率高、但生成的

9、二氧化硅膜結(jié)構(gòu)疏松且表面呈親水性，干氧氧化生成的二氧化硅膜干燥致密，但其氧化速率最低。實(shí)際熱氧化工藝的選擇是根據(jù)前述討論的各種熱氧化方法的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和工藝特點(diǎn)，對(duì)應(yīng)矛盾的熱氧化工藝要求，即要求有較高的氧化速率又要求生成干燥致密的呈疏水性的二氧化硅表面，選擇干氧-濕氧-干氧的實(shí)際熱氧化工藝。氧化完成后，根據(jù)芯片表面顏色大致可以判斷出氧化硅的厚度。因?yàn)椴煌穸鹊难趸鑼?duì)可見(jiàn)光的折射率不同，芯片表面氧化硅的顏色會(huì)隨著厚度的變化呈現(xiàn)周期性變化，下面是不同厚度對(duì)應(yīng)的大致顏色，可作為氧化層厚度的大致判斷依據(jù)。顏色氧化膜厚度（埃）灰100黃褐300藍(lán)800紫1000     &#

10、160;2750     4650      6500深藍(lán)1500      3000     4900      6800綠1850      3300     5600      7200黃2100      3700  &#

11、160;  5600      7500橙2250      4000     6000紅2500      4350     6250擴(kuò)散雙極性npn晶體管需要摻雜工藝獲得特定類型，如p型或n型半導(dǎo)體以形成pn結(jié)，通常通過(guò)擴(kuò)散或離子注入工藝實(shí)現(xiàn)。概念表述如下：1. 摻雜-將所需要的雜質(zhì)按要求的濃度和分布摻入到半導(dǎo)體材料中的規(guī)定區(qū)域，達(dá)到改變材料導(dǎo)電類型或電學(xué)性質(zhì)的過(guò)程。2.

12、擴(kuò)散摻雜-依賴雜質(zhì)的濃度梯度形成擴(kuò)散摻雜的過(guò)程。3. 離子注入摻雜-雜質(zhì)通過(guò)離化、加速形成高能離子流，靠能量打入半導(dǎo)體材料的規(guī)定區(qū)域、活化形成雜質(zhì)分布的過(guò)程。在傳統(tǒng)硅平面工藝中采用高溫?cái)U(kuò)散工藝實(shí)現(xiàn)特定類型特定濃度的摻雜。半導(dǎo)體雜質(zhì)的擴(kuò)散在800-1400溫度范圍內(nèi)進(jìn)行。從本質(zhì)上講，擴(kuò)散是微觀離子作無(wú)規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，這種運(yùn)動(dòng)是由離子濃度較高的地方向著濃度較低的地方進(jìn)行，而使得離子的分布趨于均勻。半導(dǎo)體中雜質(zhì)的擴(kuò)散有兩種機(jī)制：空位交換機(jī)制和填隙擴(kuò)散機(jī)制。雜質(zhì)原子從一個(gè)晶格位置移動(dòng)，如果相鄰的晶格位置是一個(gè)空位，雜質(zhì)原子占據(jù)空位，這稱為空位交換模式。若一個(gè)填隙原子從某位置移動(dòng)到另一個(gè)間隙中而不

13、占據(jù)一個(gè)晶格位置，這種機(jī)制稱為填隙擴(kuò)散機(jī)制。從理論上講，熱擴(kuò)散遵從費(fèi)克擴(kuò)散定理，費(fèi)克擴(kuò)散方程如下所示：擴(kuò)散系數(shù)D是表征擴(kuò)散行為的重要參量。擴(kuò)散系數(shù)是溫度的函數(shù)：可以看出擴(kuò)散系數(shù)與溫度是指數(shù)關(guān)系，因此擴(kuò)散工藝應(yīng)嚴(yán)格控制溫度以保證擴(kuò)散的質(zhì)量。另外，擴(kuò)散系數(shù)與雜質(zhì)種類和擴(kuò)散機(jī)構(gòu)有關(guān)，在特定條件下擴(kuò)散系數(shù)D還會(huì)受到表面雜質(zhì)濃度Ns、襯底雜質(zhì)濃度NB、襯底取向和襯底晶格等影響。費(fèi)克擴(kuò)散方程的物理意義：在熱擴(kuò)散過(guò)程中，擴(kuò)散由濃度梯度的存在而引發(fā)。在濃度梯度的作用下，將引起某位置點(diǎn)雜質(zhì)的積累或丟失。它們之間的相互制約關(guān)系均反映在擴(kuò)散方程中。對(duì)應(yīng)于不同的初始條件、邊界條件，將會(huì)對(duì)擴(kuò)散的動(dòng)態(tài)變化有不同的描述，則

14、會(huì)得到不同的擴(kuò)散方程的解。根據(jù)擴(kuò)散時(shí)半導(dǎo)體表面雜質(zhì)濃度變化的情況來(lái)區(qū)分，擴(kuò)散有兩類：恒定表面源擴(kuò)散和恒定雜質(zhì)總量擴(kuò)散。對(duì)于恒定表面源擴(kuò)散，其初始條件和邊界條件如下：初始條件：N(x，0)0；邊界條件：N(0，t)=Ns，N(，t)=0此時(shí)費(fèi)克擴(kuò)散方程的解：對(duì)于恒定表面源擴(kuò)散，在一定的、盡可能低的擴(kuò)散溫度和規(guī)定的擴(kuò)散時(shí)間下，被擴(kuò)散的硅片始終處于摻雜雜質(zhì)源的飽和氣氛之中?？梢韵胍?jiàn)，在該過(guò)程中（由于在盡可能低的溫度下），雜質(zhì)缺乏足夠的能量向硅體內(nèi)的縱深處擴(kuò)散，而更多地淀積在距表面（X=O處）十分有限的區(qū)域內(nèi)。此刻，硅體表面的最大表面濃度將恒定在當(dāng)前狀態(tài)下的特定雜質(zhì)在體內(nèi)的最大溶解度固體溶解度Ns上(

15、固體溶解度：在一定溫度下，某雜質(zhì)能溶入固體硅中的最大溶解度的值。)此時(shí)芯片內(nèi)雜質(zhì)滿足余誤差分布，如圖1.6所示。擴(kuò)散入芯片的雜質(zhì)總量表示為：圖1.6 恒定表面源擴(kuò)散的雜質(zhì)分布對(duì)于恒定雜質(zhì)總量擴(kuò)散，其初始條件和邊界條件如下：初始條件：N(x,0)0， x>h； N(x,0)=Q/h=Ns(0)；邊界條件：N(，t)=0此時(shí)費(fèi)克擴(kuò)散方程的解：對(duì)于恒定雜質(zhì)總量擴(kuò)散，已經(jīng)淀積在硅片表面的一定總量的雜質(zhì)將在濃度梯度的作用下，繼續(xù)向體內(nèi)縱深處擴(kuò)散。當(dāng)然，隨著雜質(zhì)向體內(nèi)縱深處的擴(kuò)散，雜質(zhì)的表面濃度也將由原預(yù)淀積時(shí)的固溶度值開(kāi)始下降。此時(shí)芯片內(nèi)雜質(zhì)分布滿足高斯分布，如圖1.7所示：圖1.7 恒定雜質(zhì)總量

16、擴(kuò)散的雜質(zhì)分布重要的是：恒定雜質(zhì)總量的擴(kuò)散工藝，雖然不再向系統(tǒng)提供雜質(zhì)氣氛，但提供氧化氣氛按氧化的模式推進(jìn)該熱驅(qū)動(dòng)過(guò)程，則在雜質(zhì)向體內(nèi)縱深處擴(kuò)散的同時(shí)，硅片的表面又生成了一層符合工藝要求的二氧化硅薄膜（該過(guò)程的時(shí)間應(yīng)首先滿足雜質(zhì)推移深度的要求，而Si02介質(zhì)膜的厚度可由干氧氧化與濕氧氧化的步序搭配來(lái)調(diào)節(jié)）。實(shí)際的芯片擴(kuò)散工藝通常采用兩步擴(kuò)散法：第一步：預(yù)擴(kuò)散或預(yù)淀積，采用恒定表面源擴(kuò)散方式，溫度低時(shí)間短，因而擴(kuò)散的很淺，可以認(rèn)為雜質(zhì)淀積在一薄層內(nèi)，可以很好控制雜質(zhì)總量Q。雜質(zhì)按余誤差函數(shù)形式分布。第二步：主擴(kuò)散或再分布，是將由預(yù)擴(kuò)散引入的雜質(zhì)作為擴(kuò)散源，在高溫下進(jìn)行擴(kuò)散，可以控制表面濃度和擴(kuò)散

17、深度。雜質(zhì)按高斯函數(shù)形式分布。圖1.8是預(yù)擴(kuò)散和主擴(kuò)散的雜質(zhì)分布圖。圖1.8 預(yù)擴(kuò)和主擴(kuò)后的雜質(zhì)分布圖擴(kuò)散深度和擴(kuò)散后被擴(kuò)散區(qū)的方塊電阻是檢驗(yàn)擴(kuò)散工藝的兩個(gè)重要參量。理論上，結(jié)深Xj是雜質(zhì)濃度等于襯底濃度NB時(shí)所在的位置。我們可以通過(guò)前面得道德恒定表面源擴(kuò)散和恒定雜質(zhì)總量的雜質(zhì)分布表達(dá)式，從理論上計(jì)算擴(kuò)散可以得到的節(jié)深Xj。恒定表面源擴(kuò)散：恒定雜質(zhì)總量擴(kuò)散：實(shí)際生產(chǎn)中通常采用磨角染色法或磨槽染色法測(cè)定擴(kuò)散得到的結(jié)深。從前面對(duì)三極管的分析可以看出，基區(qū)的寬度嚴(yán)重影響著三極管的性能，要很好的控制基區(qū)寬度，就要很好的控制擴(kuò)散的結(jié)深。決定擴(kuò)散結(jié)深的因素主要有以下四個(gè)：襯底雜質(zhì)濃度NB，表面雜志濃度Ns

18、，擴(kuò)散時(shí)間t和擴(kuò)散溫度T。因此要精確的選擇控制擴(kuò)散的工藝，如考慮再分布擴(kuò)散時(shí)伴隨二氧化硅的生長(zhǎng)，消耗掉了部分硅層，以此對(duì)擴(kuò)散結(jié)深Xj進(jìn)行修正；同理，預(yù)淀積擴(kuò)散后含雜的部分硅層變成了二氧化硅層，這使預(yù)淀積擴(kuò)散在硅體內(nèi)造成的雜質(zhì)總量起了變化，以此對(duì)擴(kuò)散雜質(zhì)總量Q進(jìn)行修正。由修正后的參量，進(jìn)行預(yù)淀積擴(kuò)散工藝條件T1和t1的選擇，進(jìn)行再分布擴(kuò)散工藝條件T2和t2的選擇，選擇時(shí)應(yīng)注意t2必須滿足等于t干1 + t濕 + t干2這樣的氧化條件，以保證在主擴(kuò)散的同時(shí)芯片表面生成可以作為進(jìn)一步工藝掩蔽膜的二氧化硅層。方塊電阻表征擴(kuò)散結(jié)果的電學(xué)特性。方塊電阻又稱為擴(kuò)散薄層電阻RS，指的是表面為正方形的擴(kuò)散薄層，

19、在電流平行于該正方形的某一邊流過(guò)時(shí)所呈現(xiàn)出的電阻值。通過(guò)理論推導(dǎo)可以得出：Q是單位面積襯底擴(kuò)散的雜質(zhì)總量，因此Rs的大小反映了擴(kuò)散到芯片體內(nèi)的雜質(zhì)總量的多少，雜質(zhì)總量Q越大，R就越小。通常實(shí)際生產(chǎn)中采用四探針?lè)y(cè)定方塊電阻。實(shí)際擴(kuò)散工藝可以分為氣-固擴(kuò)散法和固-固擴(kuò)散法。氣-固擴(kuò)散法又可分為氣態(tài)源擴(kuò)散、固態(tài)源擴(kuò)散和液態(tài)源擴(kuò)散三種方式。1. 氣態(tài)源擴(kuò)散：雜質(zhì)源為氣態(tài)，稀釋后揮發(fā)進(jìn)入擴(kuò)散系統(tǒng)。2. 液態(tài)源擴(kuò)散：雜質(zhì)源為液態(tài)，由保護(hù)性氣體攜帶進(jìn)入擴(kuò)散系統(tǒng)。3. 固態(tài)源擴(kuò)散：雜質(zhì)源為固態(tài)，通入保護(hù)性氣體，在擴(kuò)散系統(tǒng)中完成雜質(zhì)由源到硅片表面的氣相輸運(yùn)。4. 固-固擴(kuò)散：在硅片表面制備一層固態(tài)雜質(zhì)源，通過(guò)

20、加熱處理使雜質(zhì)由固態(tài)雜質(zhì)源直接向固體硅中擴(kuò)散摻雜的過(guò)程。硅的n型雜質(zhì)源通常為P或As，p型雜質(zhì)源通常為B。采用氣-固擴(kuò)散法，常用的雜質(zhì)源包括：固態(tài)源-BN,As2O3，液態(tài)源-BBr3,AsCl3, POCl3，氣體源-B2H6,AsH3 ,PH3。光刻和刻蝕正如前面所言，光刻工藝是半導(dǎo)體器件和集成電路制造的重要工藝步驟。光刻的精確度決定著器件和集成電路的最小尺寸。光刻的定義如下：利用光刻膠的光敏性和抗蝕性，配合光掩模版對(duì)光透射的選擇性，使用光學(xué)和化學(xué)的方法完成特定區(qū)域的刻蝕(光刻=圖形復(fù)印+定域刻蝕)。具體的說(shuō)，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

21、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(或者因?yàn)檫x用的膠性質(zhì)不同而正好相反)。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 層或金屬層上得到與光刻掩模板相對(duì)應(yīng)的圖形。如圖1.9所示。圖1.9 光刻的原理圖光刻三要素：光刻膠、掩膜版和光刻機(jī)。一、 光刻膠光刻膠又叫光致抗蝕劑，是由光敏化合物、基體樹(shù)脂和有機(jī)溶劑等混合而成的膠狀液體，在特定的有機(jī)溶劑中具有不同的溶解性，溶解性的改變性和耐

22、酸堿性等特性。光刻膠一般由感光樹(shù)脂、溶劑、增感劑和輔助穩(wěn)定劑構(gòu)成。配以不同的溶劑和增感劑，能得到性質(zhì)不同的光刻膠，具有不同的溶解性和溶解性的轉(zhuǎn)變性，即在特定波長(zhǎng)光線的照射作用后，光刻膠能吸收一定波長(zhǎng)的光能量，使其發(fā)生交聯(lián)、聚合或分解等光化學(xué)反應(yīng)，由原來(lái)的線狀結(jié)構(gòu)變成三維的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，從而提高了抗蝕能力，不再溶于有機(jī)溶劑，也不再受一般腐蝕劑的腐蝕。正膠和負(fù)膠是常用的兩種膠。對(duì)于負(fù)膠，原膠易溶，感光后膠體發(fā)生聚合反應(yīng)，變得難溶，稱為光致抗蝕。負(fù)膠的分辨率差，適于加工線寬3mm的線條。正膠與負(fù)膠性質(zhì)相反，原膠難溶，感光后膠體發(fā)生分解反應(yīng)，變得易溶，成為光致不抗蝕。正膠分辨率高，在超大規(guī)模集成電路工藝中

23、，一般只采用正膠。光刻工藝對(duì)光刻膠的要求有如下幾點(diǎn)： 涂敷方便粘附性好具有較高的分辨率具有較高的感光度顯影質(zhì)量好抗蝕性能好膠的穩(wěn)定性好因此，光刻膠的質(zhì)量參數(shù)包括：光刻膠的感光度：光刻膠對(duì)光敏感的指標(biāo)，與膠膜發(fā)生溶變反應(yīng)的最小曝光量。光刻膠的分辨率：每毫米寬度內(nèi)最多可容納的光刻出的可分辨線條數(shù)。光刻膠的粘附性光刻膠的抗蝕性二、光刻掩模版光刻掩模版在光學(xué)玻璃上制備具有特定圖形的表層遮光膜。在光刻過(guò)程中，使部分光刻膠暴露在紫外光下，另一部分則被遮擋。通常遮光膜有三種類型：乳膠膜，鉻膜和氧化鐵膜。光刻掩模版的圖形尺寸要精確，版的套準(zhǔn)誤差小，版的黑白反差高，圖形邊緣光滑陡直無(wú)毛刺、過(guò)渡區(qū)小，版面光潔無(wú)針

24、孔、小島及劃痕，版面耐磨、堅(jiān)固、不變形。最簡(jiǎn)單的三極管制造至少需要四塊光刻版，而常規(guī)集成電路制造至少需要六塊光刻版；每一塊光刻版的質(zhì)量均對(duì)器件制造成品率有著很大的影響，而整套光刻版對(duì)器件制造成品率的綜合影響，是每一塊光刻版對(duì)器件制造成品率影響的“與”關(guān)系。光刻掩模版需要采用特定的制備工藝制造，隨著半導(dǎo)體器件尺寸的縮小，制版工藝技術(shù)也在不斷的改進(jìn)發(fā)展，因?yàn)榕c本次工藝實(shí)習(xí)的工藝步驟不相關(guān)，這里不詳細(xì)介紹光刻掩模版的制備工藝。三、光刻工藝光刻工藝的實(shí)施要滿足：光刻機(jī)+光刻掩模版+光刻膠+待刻蝕基片。一般待刻蝕基片表面要生長(zhǎng)一層SiO2膜或金屬Al。采用不同的光刻設(shè)備(光刻機(jī))，有三種光刻方法，如圖1

25、.10所示。¨ 接觸式光刻：這種方法中掩模版與芯片的尺寸相當(dāng)，掩模版做好圖形的一面與芯片表面的光刻膠直接接觸，分辨率較高，但是容易造成掩膜版和光刻膠膜的損傷。¨ 接近式曝光：在硅片和掩膜版之間有一個(gè)很小的間隙(1025mm)，可以大大減小掩膜版的損傷，分辨率較低¨ 投影式曝光：利用透鏡或反射鏡將掩膜版上的圖形投影到襯底上的曝光方法，使用的掩模版圖形可以是芯片圖形的110倍，可以提高分辨率并減少缺陷，是目前用的最多的曝光方式。圖1.10 三種光刻方式一般光刻機(jī)的光源為紫外線光源。半導(dǎo)體器件尺寸的縮小促進(jìn)了光刻工藝的發(fā)展，目前出現(xiàn)了多種超細(xì)線條的光刻技術(shù)，如：甚遠(yuǎn)紫外

26、線(EUV) 電子束光刻，X射線，離子束光刻等。完整的光刻工藝還包括刻蝕。常用的刻蝕方法有濕法腐蝕和干法刻蝕。濕法腐蝕是利用液態(tài)化學(xué)試劑或溶液通過(guò)化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行刻蝕的方法，腐蝕過(guò)程中要嚴(yán)格控制腐蝕液的溫度，濃度和腐蝕的時(shí)間，以較好的控制腐蝕速度和腐蝕厚度。濕法腐蝕會(huì)在各個(gè)方向上起作用，側(cè)向鉆蝕和對(duì)底層材料的腐蝕是應(yīng)該考慮的問(wèn)題。須采取優(yōu)化的腐蝕液配比、適當(dāng)?shù)母g時(shí)間和溫度，合適的腐蝕方式盡量減小側(cè)向鉆蝕，另外頂層材料的腐蝕速率應(yīng)至少是底層材料的10倍?？傊?，濕法腐蝕的選擇性好、重復(fù)性好、生產(chǎn)效率高、設(shè)備簡(jiǎn)單、成本低，但是側(cè)向鉆蝕嚴(yán)重、對(duì)圖形的控制性較差。濕法腐蝕除完成光刻工藝外，還常用于磨片、拋

27、光和清洗等工藝中。干法刻蝕是利用低壓放電產(chǎn)生的等離子體中的離子或游離基(處于激發(fā)態(tài)的分子、原子及各種原子基團(tuán)等)與材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)或通過(guò)轟擊等物理作用而達(dá)到刻蝕的目的?？涛g后樣品表面平整，表面形貌好，臺(tái)面?zhèn)缺诖怪?，陡直度好。干法刻蝕包括：濺射與離子束銑蝕：通過(guò)高能惰性氣體離子的物理轟擊作用刻蝕，各向異性性好，但選擇性較差；等離子刻蝕(Plasma Etching)：利用放電產(chǎn)生的游離基與材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成揮發(fā)物，實(shí)現(xiàn)刻蝕。選擇性好、對(duì)襯底損傷較小，但各向異性較差；反應(yīng)離子刻蝕(Reactive Ion Etching，簡(jiǎn)稱為RIE)：通過(guò)活性離子對(duì)襯底的物理轟擊和化學(xué)反應(yīng)雙重作用刻蝕。具有

28、濺射刻蝕和等離子刻蝕兩者的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)兼有各向異性和選擇性好的優(yōu)點(diǎn)。目前，RIE已成為VLSI工藝中應(yīng)用最廣泛的主流刻蝕技術(shù)。完整的光刻工藝如圖1.11所示：圖1.11 光刻工藝示意圖本次制作晶體三極管的實(shí)驗(yàn)中，我們采用接觸式曝光方法，濕法腐蝕完成光刻工藝，具體操作方法和步驟在后面詳細(xì)講述。薄膜淀積淀積是在硅片上淀積各種材料的薄膜，可以采用真空蒸發(fā)鍍膜、濺射或化學(xué)汽相淀積(CVD)等方法淀積薄膜。在真空蒸發(fā)淀積時(shí)，固體蒸發(fā)源材料被放在10-5Torr的真空中有電阻絲加熱至蒸發(fā)臺(tái)，蒸發(fā)分子撞擊到較冷的硅片，在硅片表面冷凝形成約1um厚的固態(tài)薄膜。更為先進(jìn)的電子束蒸發(fā)利用高壓加速并聚焦的電子束加熱蒸

29、發(fā)源使之淀積在硅片表面。蒸發(fā)源一般為含硅量為1.2 2wt% 的鋁硅合金。在濺射工藝中，被濺射材料稱為耙材，作為陰極，硅片作為陽(yáng)極接地。腔室抽真空后充以惰性氣體，電子在電場(chǎng)加速下與惰性氣體碰撞產(chǎn)生惰性氣體離子和更多電子，惰性氣體離子打到耙材上時(shí)，濺射出耙原子則淀積在陽(yáng)極襯底上形成薄膜。通常有直流(DC)、射頻(RF)或磁控管濺射系統(tǒng)。濺射一般在25-75*10-3Torr的氣壓下進(jìn)行。化學(xué)汽相淀積(CVD)是利用在硅片附近發(fā)生氣相的化學(xué)反應(yīng)或高溫分解而在硅片上淀積一層薄膜的過(guò)程。一般CVD工藝多用于介質(zhì)膜如多晶硅、氧化硅膜或氮化硅膜等的制備，金屬膜也可采用CVD法制備。對(duì)于硅平面晶體管，經(jīng)過(guò)基

30、區(qū)和發(fā)射區(qū)擴(kuò)散后，就構(gòu)成了晶體管的管芯。但是，要成為完整可實(shí)際操作的晶體管，還必須在管芯的基區(qū)和發(fā)射區(qū)上制備歐姆接觸電極。器件生產(chǎn)中常用真空鍍膜方法來(lái)制備管芯的歐姆接觸電極。真空鍍膜就是在真空容器中把蒸發(fā)源材料加熱到相當(dāng)高的溫度，使其原子或分子獲得足夠的能量，脫離材料表面的束縛而蒸發(fā)到真空中成為蒸氣原子或分子，它以直線運(yùn)動(dòng)穿過(guò)空間，當(dāng)遇到待淀積的如硅片時(shí)，就沉積在基片表面，形成一層薄的金屬膜。根據(jù)氣體分子運(yùn)動(dòng)論，氣體分子運(yùn)動(dòng)的平均自由程與系統(tǒng)中氣體壓強(qiáng)P有如下關(guān)系：式中K為波爾茲曼常數(shù)，T是絕對(duì)溫度，d是氣體分子直徑，P是系統(tǒng)中的氣體壓強(qiáng)。通常蒸發(fā)條件為P=10-5Torr，由上式計(jì)算出（0，

31、空氣）：500 厘米，它遠(yuǎn)大于實(shí)際給出的源到基片之間的距離。設(shè)初始時(shí)由蒸發(fā)源射出的分子有n0 個(gè)，其中一部分n1n0 在小于給定路程長(zhǎng)度內(nèi)發(fā)生碰撞，則遭到碰撞的分子數(shù)占總分子數(shù)的百分?jǐn)?shù)為：由上式可計(jì)算出途中發(fā)生碰撞的分子數(shù)（）與實(shí)際路程對(duì)平均自由程之比曲線，如圖1.12所示。當(dāng)平均自由程等于蒸發(fā)源到基片距離時(shí)，有63的分子發(fā)生碰撞；當(dāng)平均自由程10倍于蒸發(fā)源到基片距離時(shí)，只有9的分子發(fā)生碰撞。由此可見(jiàn)，平均自由程必須比蒸發(fā)源到基片的距離大得多，才能避免在遷移過(guò)程中發(fā)生碰撞現(xiàn)象。因此，真空鍍膜工藝對(duì)真空度要求較高，因?yàn)槠胀ǖ拇髿庵校嬖谥S多氣體分子，高溫蒸發(fā)出來(lái)的金屬原子或分子將不斷地與這些氣

32、體發(fā)生散射碰撞，這樣一是改變了金屬原子或分子的運(yùn)動(dòng)方向，使其不能順利到達(dá)基片表面；二是空氣中的氧極易使這些蒸汽原子氧化；三是系統(tǒng)中氣體也將跟基片表面不斷發(fā)生碰撞和金屬原子一起沉積下來(lái)，形成疏松的金屬膜，并使熾熱的金屬膜氧化，影響鍍膜質(zhì)量，因此在蒸發(fā)過(guò)程中要保持足夠低的殘余氣體的壓強(qiáng)，使這些蒸汽原子在該系統(tǒng)中運(yùn)動(dòng)的平均自由程大于源至基片的距離，并減少殘余氣體與基片的碰撞機(jī)會(huì)。圖1.12 分子碰撞百分比與實(shí)際路程/平均自由程的關(guān)系蒸發(fā)還依賴于加熱溫度。一般說(shuō)來(lái)當(dāng)溫度達(dá)到一定值，使蒸發(fā)源物質(zhì)的蒸汽壓達(dá)到10-2 托時(shí)即可進(jìn)行有效的蒸發(fā)淀積。不同物質(zhì)有不同的蒸發(fā)溫度。鋁的蒸發(fā)溫度約為1148。操作篇半

33、導(dǎo)體工藝操作注意事項(xiàng)進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行半導(dǎo)體工藝實(shí)習(xí)前必須認(rèn)真詳細(xì)地閱讀北京工業(yè)大學(xué)實(shí)驗(yàn)室安全管理?xiàng)l例、工藝實(shí)習(xí)基地安全管理規(guī)定和工藝實(shí)習(xí)基地安全操作條例。必須嚴(yán)格做到以下幾點(diǎn)：工藝實(shí)驗(yàn)室規(guī)范1. 進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室需按要求穿著工作服，將鞋，外套，背包等放在自己的個(gè)人存放柜內(nèi)，并鎖好。經(jīng)過(guò)風(fēng)淋室風(fēng)淋15-20秒進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室。2. 進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室不攜帶與實(shí)驗(yàn)無(wú)關(guān)的物品，包括書(shū)籍、紙張和其他物品。3. 實(shí)驗(yàn)室內(nèi)嚴(yán)禁吸煙，飲食，嬉笑跑步或團(tuán)聚聊天。4. 離開(kāi)實(shí)驗(yàn)室，嚴(yán)格檢查儀器設(shè)備狀態(tài)。嚴(yán)格檢查水、電、氣等開(kāi)關(guān)狀態(tài)。半導(dǎo)體實(shí)驗(yàn)操作須知1. 進(jìn)行任一實(shí)驗(yàn)操作前，嚴(yán)格檢查水、氣、電的狀況，各項(xiàng)條件正常方可開(kāi)始實(shí)驗(yàn)。2.

34、操作者必須詳細(xì)填寫(xiě)實(shí)驗(yàn)記錄。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中出現(xiàn)任何故障（奇怪的味道、異常的反應(yīng)顏色、異常聲響等），應(yīng)首先報(bào)告實(shí)驗(yàn)室相關(guān)老師，并記錄故障發(fā)生的過(guò)程及現(xiàn)象。3. 儀器因操作錯(cuò)誤而有任何損壞時(shí)，務(wù)必立刻告知負(fù)責(zé)人員或老師。4. 化學(xué)藥品濺到衣服、皮膚、臉部、眼睛時(shí)，應(yīng)即用水沖洗濺傷部位15分鐘以上，且必須皮膚顏色恢復(fù)正常為止，并立刻安排急救處理。5. 若遇緊急情況，依緊急處理步驟作適當(dāng)處理，及時(shí)關(guān)閉水、電、氣等。芯片處理規(guī)程1. 處理芯片時(shí)，需戴上無(wú)纖維手套，使用清洗過(guò)的干凈鑷子夾持芯片，請(qǐng)勿以手指或其他任何東西接觸芯片。2. 受污染的芯片需經(jīng)清洗后再繼續(xù)使用。3. 鑷子尖部即夾持芯片處如被碰觸污染過(guò)，

35、或是鑷子掉落與地，需清洗。請(qǐng)勿用紙巾、布或其他物品擦拭鑷子。4. 在進(jìn)行芯片操作時(shí)，避免在芯片上方談話，以防止唾液濺與芯片上。5. 芯片進(jìn)爐操作前，請(qǐng)注意用氮?dú)鈽尰蛭虼敌酒砻?，使芯片表面干凈?. 從石英舟等器皿夾取芯片時(shí)，必須垂直向上挾起，避免刮傷芯片。7. 使用顯微鏡時(shí)，注意顯微鏡鏡頭的位置，防止碰傷鏡頭，損傷芯片。8. 操作時(shí)，不論是否戴手套，手決不能放進(jìn)清洗水槽。9. 使用烤箱處理芯片時(shí)，務(wù)必不可使用塑料盒放置芯片。10. 芯片處理完畢，必須放置盒中，蓋好存放于規(guī)定位置，盡可能不直接暴露于空氣中。光刻間操作須知1. 盡量減少進(jìn)出光刻間的人員，減少對(duì)房間濕度、溫度的影響。2. 涂好

36、光刻膠的芯片在未曝光前不得攜出光刻間以免感光。3. 曝光時(shí)避免用眼睛直視曝光機(jī)汞燈。清洗間操作須知清洗間是使用化學(xué)藥品清洗樣品及設(shè)備配件等材料的場(chǎng)所。不同的材料有不同的清洗程序，不恰當(dāng)?shù)氖褂梅椒ú粌H會(huì)造成不應(yīng)有的損失還會(huì)帶來(lái)人身的傷害。未經(jīng)培訓(xùn)的學(xué)生和實(shí)驗(yàn)技術(shù)人員，需經(jīng)有關(guān)負(fù)責(zé)人培訓(xùn)之后方可進(jìn)行獨(dú)立操作。化學(xué)試劑按酸堿和有機(jī)溶劑分類存放、分區(qū)使用?；瘜W(xué)試劑按純度分成不同等級(jí)，按照工作的要求，選用所需要的等級(jí)。1. 每次工作時(shí)，務(wù)必將工作臺(tái)上的溶液擦干凈，工作完畢后，并將自己所工作的空間擦干凈。2. 進(jìn)行工藝操作時(shí)，應(yīng)養(yǎng)成良好工作姿勢(shì)，上身應(yīng)避免前傾至化學(xué)槽及清洗槽之上方，一方面可防止危險(xiǎn)發(fā)生，

37、另一方面亦減少污染機(jī)會(huì)。3. 操作時(shí)須依規(guī)定，戴上橡皮手套及口罩。4. 不可將塑料盒放入酸槽或清洗槽中。5. 添加任何溶液前，務(wù)必事先確認(rèn)容器內(nèi)溶劑方可添加。6. 廢液倒入對(duì)應(yīng)的瓶中，并標(biāo)明為廢；將裝滿的廢酸瓶和空瓶，放到空瓶箱中。7. 不操作時(shí)，有蓋者應(yīng)隨時(shí)將蓋蓋妥，清洗水槽之水開(kāi)關(guān)關(guān)上。酸堿等化學(xué)藥品使用須知1. 所有化學(xué)藥品之作業(yè)均須在通風(fēng)良好或排氣之處為之。2. 稀釋酸液時(shí)，千萬(wàn)記得加酸于水，絕不可加水于酸。3. 酸類可與堿類共同存于有抽風(fēng)設(shè)備的儲(chǔ)柜中，但絕不可與有機(jī)溶劑存放在一起。4. 在完成操作后，將未用完的酸瓶放入通風(fēng)柜下，將廢瓶標(biāo)簽朝外擺在操作臺(tái)上，若沾有酸跡或污漬，用濕抹布打

38、掃干凈，關(guān)電爐。用完的濕抹布用清水沖洗干凈并放回原處。5. HF酸屬弱酸，但具有強(qiáng)的鈣質(zhì)腐蝕性和刺激性氣味，為最危險(xiǎn)的化學(xué)藥品之一，使用時(shí)需要戴橡膠手套，在通風(fēng)柜下操作。6. 廢液處理：廢液分酸、堿、氫氟酸、有機(jī)等，分開(kāi)處理并登記，回收桶標(biāo)示清楚，廢酸請(qǐng)放入廢酸桶，不可任意傾倒，更不可與有機(jī)溶液混合。廢棄有機(jī)溶液置放入有機(jī)廢液桶內(nèi)，不可任意傾倒或倒入廢酸桶內(nèi)。7. 使用后的廢HF倒回收回瓶，切記用黑色筆做明顯標(biāo)記“廢HF”，以免傷及其他人，或造成誤用影響工作。廢液桶內(nèi)含氫氟酸等酸堿，絕對(duì)不可用手觸碰。8. 勿嘗任何化學(xué)藥品或以嗅覺(jué)來(lái)確定容器內(nèi)之藥品。9. 不明容器內(nèi)為何種藥品時(shí)，切勿搖動(dòng)或倒置

39、該容器。10. 漏水或漏酸處理：為確保安全，絕對(duì)不可用手觸碰，先將電源總開(kāi)關(guān)與相關(guān)閥門(mén)關(guān)閉，再以無(wú)塵布或酸堿吸附器處理之，并報(bào)備管理人。實(shí)驗(yàn)設(shè)備、儀器和使用工具清單制備常規(guī)NPN雙極性晶體管使用的儀器設(shè)備和工具如下：1. n型硅襯底片兩片；2. 清洗使用燒杯、提籃一套；3. 電爐一臺(tái)；4. 冷熱去離子循環(huán)水系統(tǒng)；5. 硫酸、鹽酸和硝酸各一瓶；6. 氧化擴(kuò)散爐兩臺(tái)；7. 硼微晶玻璃擴(kuò)散源、磷微晶玻璃擴(kuò)散源各三片；8. 光刻機(jī)一臺(tái)；9. 甩膠勻膠機(jī)一臺(tái)；10. 烘片機(jī)一個(gè)；11. 光刻掩模版一套(四塊)；12. 顯微鏡一臺(tái)；13. 溫控腐蝕槽一個(gè)；14. 微控四探針測(cè)試儀；15. 結(jié)深測(cè)試儀器一套

40、；16. 真空鍍膜機(jī)；17. 晶體管測(cè)試儀一臺(tái)；18. 鑷子若干把；19. 鋁盒一個(gè)；20. 濾紙兩盒；21. 手套、口罩若干；NPN雙極性晶體管制備工藝流程卡片號(hào)：投片人：日期：片子信息：操作內(nèi)容操作人日期備注1清洗硅片：煮硫酸2清洗硅片：煮王水3清洗硅片：去離子水沖洗4烘片約2-3分鐘5氧化:6光刻擴(kuò)硼窗口7腐蝕氧化硅8去膠清洗9硼預(yù)擴(kuò)：10硼主擴(kuò)：11光刻擴(kuò)磷窗口12腐蝕氧化硅13去膠清洗14擴(kuò)磷15中測(cè)16清洗17光刻接觸通孔18腐蝕氧化硅19去膠清洗20真空鍍鋁21光刻電極圖形22腐蝕鋁23去膠24合金25終測(cè)具體工藝條件和操作方法1清洗（1） 煮硫酸：向燒杯中倒入硫酸并加少量過(guò)氧化

41、氫(雙氧水)，煮至沸騰即可。（2） 煮王水：向燒杯中倒入鹽酸：硝酸=3：1，煮至顏色變白后沖去離子水。在這部操作中間時(shí)，打開(kāi)去離子水加熱開(kāi)關(guān)加熱去離子水（3） 沖離子水：5遍冷離子水+10遍熱離子水+5遍冷離子水。（4） 烘干：放入烤箱烘10或在擴(kuò)散爐口烘2-3。2 氧化氧化使用右擴(kuò)散爐的下?tīng)t管，采用干氧和濕氧結(jié)合的工藝。操作步驟如下：1.在清洗片子時(shí)同時(shí)打開(kāi)氧化擴(kuò)散爐，設(shè)定好氧化溫度，進(jìn)行升溫，（一般1個(gè)小時(shí)左右可達(dá)到設(shè)定的溫度）。2.打開(kāi)水浴溫度控制。3.爐溫達(dá)到設(shè)定溫度并穩(wěn)定后，將烘好的片子送入爐管的恒溫區(qū)。（推石英舟進(jìn)爐時(shí)，玻璃桿距爐框10公分）4.按氧化擴(kuò)散爐使用方法開(kāi)氣，設(shè)定好時(shí)間

42、，進(jìn)行氧化。氧化溫度：T=1180氧化時(shí)間：t=10(干氧)+40(濕氧)+10(干氧)氧氣流量：O2=2-3L/min注意事項(xiàng)：1.進(jìn)行干氧氧化和濕氧氧化轉(zhuǎn)換時(shí)遵循先開(kāi)后關(guān)的原則。2.氧化過(guò)程中及時(shí)觀測(cè)氧氣流量。3.氧化完成后得到的氧化硅厚度在6500-7000Å，顏色為紫羅蘭色到綠色之間。3光刻-光刻擴(kuò)硼窗口（1） 甩膠（2） 前烘(t=10, T=80)（3） 曝光(t=2.5s)（4） 顯影(環(huán)已烷, t=2)（5） 定影(乙酸丁酯, t=1)（6） 堅(jiān)膜(t=30, T=120)（7） 腐蝕(t=2, T=45,以圖形窗口無(wú)殘留氧化層為準(zhǔn))（8） 去膠4清洗(操作同1)5硼

43、預(yù)擴(kuò)硼預(yù)擴(kuò)采用右擴(kuò)散爐上管，硅片背靠背放置于兩個(gè)硼源片之間。溫度：T=930 時(shí)間：t=35 氣體流量：N2 =2L/min O2=0.5L/min按預(yù)擴(kuò)條件設(shè)定好擴(kuò)散爐的溫度、氣體流量后進(jìn)行擴(kuò)散。注意擴(kuò)散過(guò)程中觀測(cè)氣體流量。6硼主擴(kuò)硼主擴(kuò)采用右擴(kuò)散爐下管溫度：T=1150 時(shí)間：t=5(干氧)+20(濕氧)+20(干氧) 氣體流量：N2=0.5L/min O2=3L/min按預(yù)擴(kuò)條件設(shè)定好擴(kuò)散爐的溫度、氣體流量后進(jìn)行擴(kuò)散。注意擴(kuò)散過(guò)程中觀測(cè)氣體流量。7光刻-光刻擴(kuò)磷窗口操作同3，但在曝光前需要依片子和光刻版上的圖形和對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記對(duì)版8清洗(操作同1)9磷預(yù)擴(kuò)磷預(yù)擴(kuò)采用左擴(kuò)散爐上管。溫度：T=11

44、30 時(shí)間：t=31 氣體流量：N2 =0.70.8L/min，O2=0.5L/min按預(yù)擴(kuò)條件設(shè)定好擴(kuò)散爐的溫度、氣體流量后進(jìn)行擴(kuò)散。注意擴(kuò)散過(guò)程中觀測(cè)氣體流量。10. 磷主擴(kuò)磷主擴(kuò)采用左擴(kuò)散爐下管。溫度：T=1180氧化時(shí)間：t=5(干氧)+15(濕氧)+15(干氧)氧氣流量：N2=0.5L/min O2=2-3L/min按預(yù)擴(kuò)條件設(shè)定好擴(kuò)散爐的溫度、氣體流量后進(jìn)行擴(kuò)散。注意擴(kuò)散過(guò)程中觀測(cè)氣體流量。11光刻-光刻引線孔操作同7，注意對(duì)版。12清洗(操作同1)13真空蒸發(fā)Al金屬膜按真空鍍膜機(jī)的操作規(guī)程進(jìn)行。真空鍍膜完成后，金屬Al的厚度約為1um。真空度：3.8*10-3帕襯底溫度：200

45、（顯示250）時(shí)間：114光刻-光刻電極圖形操作同7，注意對(duì)版。15腐蝕金屬Al腐蝕液：氫氧化鉀：鐵氰化鉀：水=1.2克：5克：100毫升時(shí)間：以圖形邊沿清洗為準(zhǔn)16去膠清洗用負(fù)膠去膜劑浸泡片子約3-5分鐘，然后用去離子水沖洗若干次。17合金溫度：T=420，時(shí)間：10氣體流量：N2 =2L/min O2=0.5L/min設(shè)備篇在這一部分，結(jié)合微電子實(shí)習(xí)工藝線的條件，我們對(duì)制備晶體管的工藝所要用到的設(shè)備做介紹，詳細(xì)給出不同儀器設(shè)備的使用方法、操作步驟和使用注意事項(xiàng)等。氧化擴(kuò)散爐圖3.1是工藝線上使用的氧化擴(kuò)散爐，3521程控?cái)U(kuò)散系統(tǒng)。圖3.1 氧化擴(kuò)散爐本設(shè)備有上下兩個(gè)加熱爐管。有兩路氣路，一

46、路是氮?dú)夂脱鯕獾幕旌蜌饴?。進(jìn)行氧化或擴(kuò)散工藝時(shí)，需要氮?dú)夂脱鯕庾鳛榉磻?yīng)氣體或載氣或者保護(hù)氣體，會(huì)同時(shí)使用，因此我們采用這一氣路。另一氣路為低流量的氮?dú)?，一般情況下不采用，平時(shí)關(guān)閉。在氧化工藝中，如前所述一般由干氧氧化和濕氧氧化組合完成。干氧氧化氣氛由氣路提供氧氣源；該設(shè)備帶有一水氣發(fā)生器，水浴溫度一般在90100，進(jìn)行濕氧氧化時(shí)，氧氣在通入氧化爐之前，通過(guò)水氣發(fā)生器產(chǎn)生的加熱高純?nèi)ルx子水，攜帶一定量的水汽。1進(jìn)行氧化或擴(kuò)散工藝時(shí)，首先要開(kāi)氣。開(kāi)氣的操作如下：第一步：先用扳手打開(kāi)氣瓶上的閥門(mén)，打到頭。再打開(kāi)減壓閥，順時(shí)針向里旋擋，看到表頭有三小格到五小格即可。第二步：開(kāi)擴(kuò)散爐氣路，扳起箱體最上面

47、的氮?dú)夂脱鯕獾拈_(kāi)關(guān)，氣表有指示，扳起最左面的氧氣開(kāi)關(guān)打到手動(dòng)，后面的兩個(gè)開(kāi)關(guān)在自動(dòng)狀態(tài)。打開(kāi)N2的開(kāi)關(guān)。在氣路控制板上有三個(gè)流量計(jì)，慢慢的調(diào)整氮?dú)夂脱鯕獾牧髁俊？吹搅髁扛∽由仙螅谡{(diào)整一下減壓閥壓力。第三個(gè)流量計(jì)始終在關(guān)閉狀態(tài)不動(dòng)。2氧化擴(kuò)散爐的操作方法如下：開(kāi)爐程序.打開(kāi)總電源開(kāi)關(guān).打開(kāi)二級(jí)開(kāi)關(guān)（左側(cè)控制左擴(kuò)散爐，右側(cè)控制右擴(kuò)散爐，根據(jù)需要打開(kāi)相應(yīng)開(kāi)關(guān)）.打開(kāi)擴(kuò)散爐中間控制面板的“POWER ON”.若使用下管加熱，則打開(kāi)擴(kuò)散爐爐體右下方的“下管”漏電保護(hù)開(kāi)關(guān)，若使用上管加熱，打開(kāi)左下方的“上管”漏電保護(hù)開(kāi)關(guān)。.對(duì)應(yīng)打開(kāi)上/下管控制面板的“POWER”開(kāi)關(guān).若溫度預(yù)設(shè)值已調(diào)好，則打開(kāi)上/下

48、管控制面板的加熱開(kāi)關(guān)“HEAT ON”，此后開(kāi)始加熱。擴(kuò)散爐控制面板如圖3.2所示，帶箭頭的虛線表示了開(kāi)啟的先后順序，(該圖以開(kāi)啟下管加熱為例)。圖3.2 氧化擴(kuò)散爐開(kāi)啟操作過(guò)程關(guān)爐程序.停止加熱在前，先按下“HEAT OFF”鍵，即關(guān)閉加熱開(kāi)關(guān)。.關(guān)閉上/下管控制面板中的“POWER”開(kāi)關(guān).關(guān)閉“下管”的漏電保護(hù)開(kāi)關(guān)，若采用上管操作，該步驟可省。.關(guān)閉中間控制面板的“POWER OFF”。此時(shí)擴(kuò)散爐的散熱風(fēng)扇仍在運(yùn)轉(zhuǎn)，經(jīng)一定時(shí)間會(huì)自動(dòng)停轉(zhuǎn)。.風(fēng)扇停止轉(zhuǎn)動(dòng)后，關(guān)閉二級(jí)開(kāi)關(guān)。.關(guān)閉總電源開(kāi)關(guān)。擴(kuò)散爐控制面板如圖3.3所示，帶箭頭的虛線表示了關(guān)爐的先后順序，(該圖以關(guān)閉下管加熱為例)。圖3.3 氧

49、化擴(kuò)散爐關(guān)閉操作順序注：總電源開(kāi)關(guān)和二級(jí)開(kāi)關(guān)都在墻上的開(kāi)關(guān)盒中。3氧化擴(kuò)散爐的溫度調(diào)整方法如下：(1)按溫控盒的第二個(gè)鍵FONC一次，出現(xiàn)：2EXEC KEY： KEYFIX(2)按溫控盒的第三個(gè)鍵五次，出現(xiàn)：FIX SV： ×××FID ：1，ALARM ：1(3)使用 和左右移動(dòng)鍵，調(diào)整溫度到所需數(shù)值。(4)按一下最后面紅字鍵確認(rèn)。4干氧氧化與濕氧氧化的轉(zhuǎn)化操作干氧開(kāi)關(guān)為紅色旋鈕，濕氧開(kāi)關(guān)為藍(lán)色旋鈕。逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)可以打開(kāi)開(kāi)關(guān)，順時(shí)針旋轉(zhuǎn)則關(guān)閉開(kāi)關(guān)。在干氧氧化和濕氧氧化轉(zhuǎn)化時(shí)，遵循先開(kāi)后關(guān)的原則，即先開(kāi)藍(lán)色濕氧開(kāi)關(guān)，后關(guān)紅色干氧開(kāi)關(guān)。進(jìn)行濕氧氧化轉(zhuǎn)化為干氧氧化時(shí)，

50、操作原則一樣，先開(kāi)后關(guān)。5關(guān)氣操作：先關(guān)氣瓶，氣表均回零。再關(guān)減壓閥。關(guān)擴(kuò)散爐氣路，流量計(jì)一定關(guān)死。光刻機(jī)光刻是一種精密的表面加工技術(shù)，它是平面工藝中至關(guān)重要的一步，其工藝質(zhì)量是影響器件性能、可靠性及成品率的關(guān)鍵因素之一。圖3.4、圖3.5、圖3.6和圖3.7是工藝線上使用的光刻機(jī)及其配套的勻膠機(jī)、烘片臺(tái)、顯微鏡等儀器。圖3.4 光刻機(jī)圖3.5 勻膠機(jī)圖3.6 烘片臺(tái)圖3.7 顯微鏡光刻機(jī)為JKG-2A型光刻機(jī)。曝光系統(tǒng)的光源為DCQ200W超高壓球形汞燈，采用蜂窩透鏡的平滑平行光源，使光的衍射減到最小限度，使中心與邊緣的照度差小于5。本機(jī)能光刻5075mm的硅片，光刻圖形線條，最細(xì)可達(dá)2微米

51、。為了防止每道光刻工序中的圖形收縮，承片臺(tái)設(shè)有恒壓機(jī)構(gòu)和真空吸附裝置。為減少使用者的疲勞，顯微鏡采用雙目觀察和平視場(chǎng)物鏡，成像清晰，景深較長(zhǎng)。JKG-2A型光刻機(jī)主要由以下幾個(gè)部分組成，如圖3.8所示。圖38 JKG-2A型光刻機(jī)結(jié)構(gòu)圖其中，01. 掩模及載片臺(tái)組 02. 電氣控制組03. 掩模板真空吸片開(kāi)關(guān) 04. 顯微鏡"亮度"調(diào)節(jié)旋鈕05. 吸鐵歸心裝置及歸心指示燈 06. 汞燈整流器箱07. 雙目顯微鏡組 08. 顯微鏡焦距調(diào)節(jié)旋鈕09. 曝光時(shí)間控制器 10. 吸硅片及真空曝光開(kāi)關(guān)11. 基座組 12. 光刻機(jī)操作臺(tái)1、基座組光刻機(jī)上的所有部件均安裝在基座（圖3.

52、8/11）上，基座的左側(cè)端面上裝有綜合移動(dòng)定位用的吸鐵盤(pán)（圖3.8/05），右側(cè)端面上裝有吸片按鈕和真空曝光按鈕（圖3.8/10）?；疫吤姘迳涎b有曝光時(shí)間控制器（圖3.8/09），通過(guò)控制器上下兩端按鍵，可選擇所需的曝光時(shí)間，設(shè)定好曝光時(shí)間后，需按一下復(fù)位按鈕。在曝光時(shí)間控制器的下面裝有一個(gè)分離曝光按鈕，（分離曝光按鈕的作用：是在無(wú)真空氣源的情況下，不要按真空曝光按鈕，只需按下此按鈕，整個(gè)程序控制可同樣進(jìn)行工作）。在基座的左邊面板上裝有“真空”、“掩模”氣嘴，供掩模真空吸附和真空曝光之用?；闹醒朐O(shè)有立柱，它與顯微鏡的升降座相連接，在左、右電氣箱上設(shè)有電源插座和真空氣嘴。基座的殼體是用輕

53、合金鑄成的箱形結(jié)構(gòu)，它的下端與操作臺(tái)相連接。2、雙目顯微鏡組顯微鏡安裝在鏡殼的前端，它主要包括成對(duì)目鏡（圖3.8/07）、轉(zhuǎn)像棱鏡、聚光鏡、各檔倍率物鏡和曝光系統(tǒng)等組成。整個(gè)顯微鏡通過(guò)導(dǎo)軌連接在箱形的升降調(diào)焦機(jī)構(gòu)上，顯微鏡能作上下滑動(dòng)。成對(duì)目鏡插入左右目鏡筒（圖3.8/07）內(nèi)。右目鏡筒為固定式，左目鏡筒上設(shè)有視度調(diào)節(jié)環(huán)，使用時(shí)觀察者以右目鏡為基準(zhǔn)，將顯微鏡作上或下升降調(diào)節(jié)（圖3.8/08），調(diào)至最清晰位置，然后再調(diào)節(jié)左視度環(huán)，使左目鏡的成像清晰度與右目鏡一致。整個(gè)顯微鏡的升降調(diào)焦機(jī)構(gòu)位于鏡殼的后側(cè)，旋轉(zhuǎn)位于右側(cè)的滾花手（圖3.8/08），可使整個(gè)顯微鏡作上下移動(dòng)，如擰到極限位置，手輪停止，切

54、勿用暴力再擰，手輪應(yīng)作反方向旋轉(zhuǎn)，否則將損壞調(diào)焦機(jī)構(gòu)的內(nèi)部機(jī)件。鏡殼的中端裝有物鏡移動(dòng)滑塊，在物鏡滑塊的下端設(shè)有物鏡卡口座，各檔放大倍率的物鏡，可按觀察者的需要去選擇。物鏡以順時(shí)針的方向擰入物鏡卡口座中，逆時(shí)針?lè)较驍Q出。物鏡是安裝在帶有軸承的滑塊上，它的動(dòng)作連接在自動(dòng)程序控制中。在電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)作用下，滑塊向后移動(dòng)時(shí)，快門(mén)關(guān)閉。移至工作位置時(shí)，快門(mén)開(kāi)啟，工作進(jìn)行曝光控制，曝光結(jié)束后，快門(mén)自動(dòng)關(guān)閉，物鏡移至原始位置，電磁閥復(fù)位，即可進(jìn)行下道工序的操作。3、掩模裝夾裝置與承片臺(tái)掩模裝夾裝置與承片臺(tái)是光刻機(jī)中的主要部件，相互間的配合精度較高。它包括掩模真空裝夾裝置、縱橫向移動(dòng)裝置、掩模與硅片真空吸附裝

55、置、預(yù)定位裝置、硅片與承片球座的真空吸片裝置、承片軸的旋轉(zhuǎn)與升降裝置、以及綜合移動(dòng)裝置等組成。掩模裝夾架可以順著滑塊向左推出，掩模應(yīng)按規(guī)定的外形尺寸裝氏在真空吸附環(huán)中間，旋轉(zhuǎn)掩模真空吸片開(kāi)關(guān)（圖3.8/03），可使掩模與掩模裝夾架產(chǎn)生真空吸附。視具體光刻工藝情況，有時(shí)為了加固掩模與掩模裝夾架的緊貼，在掩模裝夾架上端還采用緊固環(huán)用兩個(gè)滾花螺釘壓緊。卸取硅片時(shí)，承片軸必須降到最低位置，此時(shí)，指示燈“亮”，掩模裝夾架才能向左移動(dòng)，否則掩模裝夾架受承片軸中的球座所阻不能移動(dòng)。在掩模裝置的下端設(shè)有縱、橫向移動(dòng)導(dǎo)軌，系用兩組垂直的微分進(jìn)給機(jī)構(gòu)獲得縱、橫向的移動(dòng)。圖3.9是承片臺(tái)結(jié)構(gòu)圖。在承片臺(tái)的真空密封環(huán)中設(shè)有預(yù)定位裝置，它由弦線定位塊和外徑定位柱組成?；镜念A(yù)定位置是75mm硅片，必要時(shí)亦可將弦線定位塊和外徑定位柱卸去，換上50mm硅片的預(yù)定位裝置（備件）。承片軸是采用六個(gè)軸承作導(dǎo)向，旋轉(zhuǎn)采用半運(yùn)動(dòng)式機(jī)構(gòu)，承片臺(tái)架的右側(cè)設(shè)有承片軸旋轉(zhuǎn)手輪，滾花手輪為粗動(dòng)（圖3.9/05），左前側(cè)的手輪為微動(dòng)（圖3.9/12）。整個(gè)承片