微電子器件工藝課程設(shè)計(jì)

56/56課程設(shè)計(jì)課程名稱微電子器件工藝課程設(shè)計(jì)題目名稱PNP雙極型晶體管的設(shè)計(jì)學(xué)生學(xué)院___材料與能源學(xué)院____專業(yè)班級(jí)08微電子學(xué)1班學(xué)號(hào)3108008033學(xué)生姓名____張又文___指導(dǎo)教師魏愛香、何玉定___2011年7月6日廣東工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書題目名稱pnp雙極型晶體管的設(shè)計(jì)學(xué)生學(xué)院材料與能源學(xué)院專業(yè)班級(jí)微電子學(xué)專業(yè)08級(jí)1班姓名張又文學(xué)號(hào)3108008033一、課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容設(shè)計(jì)一個(gè)均勻摻雜的pnp型雙極晶體管，使T=300K時(shí)，β=120。VCEO=15V,VCBO=80V.晶體管工作于小注入條件下，最大集電極電流為IC=5mA。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量減小基區(qū)寬度調(diào)制效應(yīng)的阻礙。二、課程設(shè)計(jì)的要求與數(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．依照設(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,依照各區(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。3．依照要緊參數(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，差不多寬度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．依照擴(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(shí)刻；由擴(kuò)散時(shí)刻確定氧化層的氧化溫度、氧化厚度和氧化時(shí)刻。5．依照設(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.依照現(xiàn)有工藝條件，制定詳細(xì)的工藝實(shí)施方案。7．撰寫設(shè)計(jì)報(bào)告三、課程設(shè)計(jì)應(yīng)完成的工作1.材料參數(shù)設(shè)計(jì)2.晶體管縱向結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.晶體管的橫向結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（設(shè)計(jì)光刻基區(qū)、發(fā)射區(qū)和金屬化的掩膜版圖形）4．工藝參數(shù)設(shè)計(jì)和工藝操作步驟5.總結(jié)工藝流程和工藝參數(shù)6.寫設(shè)計(jì)報(bào)告四、課程設(shè)計(jì)進(jìn)程安排序號(hào)設(shè)計(jì)各時(shí)期內(nèi)容地點(diǎn)起止日期1教師布置設(shè)計(jì)任務(wù)，講解設(shè)計(jì)要求和方法教1-3102011.6.272學(xué)生熟悉設(shè)計(jì)任務(wù)，進(jìn)行資料查閱和整體設(shè)計(jì)方案的制定圖書館工三3112011．.6.283設(shè)計(jì)晶體管的各區(qū)材料參數(shù)和結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)圖書館工三3112011.6.294.教師集中輔導(dǎo)，分析材料參數(shù)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在的要緊問題教1-3022011.6.305晶體管工藝參數(shù)設(shè)計(jì)，實(shí)驗(yàn)室教1-3022100.7.1-2011.7.26繪制光刻基區(qū)、發(fā)射區(qū)和金屬化的版圖實(shí)驗(yàn)室教1-3022011.7.32011.7.48教師集中輔導(dǎo)，分析工藝設(shè)計(jì)中存在的要緊問題實(shí)驗(yàn)室教1-3012011.7.59總結(jié)設(shè)計(jì)結(jié)果，寫設(shè)計(jì)報(bào)告實(shí)驗(yàn)室教1-3012011.7.610寫課程設(shè)計(jì)報(bào)告圖書館，宿室2011.7.711教師組織驗(yàn)收，提問答辯實(shí)驗(yàn)室2011.7.8五、應(yīng)收集的資料及要緊參考文獻(xiàn)1．《半導(dǎo)體器件基礎(chǔ)》RobertF.Pierret著，黃如譯，電子工業(yè)出版社，2004.2．《半導(dǎo)體物理與器件》趙毅強(qiáng)等譯，電子工業(yè)出版社，2005年.3．《硅集成電路工藝基礎(chǔ)》，關(guān)旭東編著，北京大學(xué)出版社，2005年.發(fā)出任務(wù)書日期：2011年6月27日指導(dǎo)教師簽名：打算完成日期：2011年7月8日基層教學(xué)單位責(zé)任人簽章：主管院長(zhǎng)簽章：目錄TOC\o"1-3"\h\u23434廣東工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書 218394一、設(shè)計(jì)任務(wù)及目標(biāo) 510107二、晶體管的要緊設(shè)計(jì)步驟和原則 518792.1.晶體管設(shè)計(jì)一般步驟 5261662.2．晶體管設(shè)計(jì)的差不多原則 67728三、晶體管物理參數(shù)設(shè)計(jì) 7186073.1.各區(qū)摻雜濃度及相關(guān)參數(shù)的計(jì)算 785393.2.集電區(qū)厚度Wc的選擇 10247163.3.基區(qū)寬度WB 1046803.4.擴(kuò)散結(jié)深 1336733.5.雜質(zhì)表面濃度 1422463.6.芯片厚度和質(zhì)量 1498113.7.晶體管的橫向設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)參數(shù)的選擇 1423839四、工藝參數(shù)設(shè)計(jì) 16103904.1.工藝參數(shù)計(jì)算思路 16235674.2.基區(qū)相關(guān)參數(shù)的計(jì)算過程 1640204.3.發(fā)射區(qū)相關(guān)參數(shù)的計(jì)算過程 1870474.4.氧化時(shí)刻的計(jì)算 204345五、設(shè)計(jì)參數(shù)總結(jié) 2132337六、工藝流程圖 2217390七、生產(chǎn)工藝講明 2497487.1硅片清洗 2448277.2氧化工藝 26200477.3.光刻工藝 27117627.4磷擴(kuò)散工藝（基區(qū)擴(kuò)散） 29201497.5硼擴(kuò)散工藝(發(fā)射區(qū)擴(kuò)散) 3125429八.心得體會(huì) 32687九.參考文獻(xiàn) 33PNP雙極型晶體管的設(shè)計(jì)一、設(shè)計(jì)任務(wù)及目標(biāo)《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)。目的是使我們?cè)谑煜ぞw管差不多理論和制造工藝的基礎(chǔ)上，掌握晶體管的設(shè)計(jì)方法。要求我們依照給定的晶體管電學(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)，設(shè)計(jì)一個(gè)均勻摻雜的pnp型雙極晶體管，使T=300K時(shí)，β=120。VCEO=15V,VCBO=80V.晶體管工作于小注入條件下，最大集電極電流為IC=5mA。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量減小基區(qū)寬度調(diào)制效應(yīng)的阻礙。晶體管的要緊設(shè)計(jì)步驟和原則2.1.晶體管設(shè)計(jì)一般步驟第一，依照預(yù)期指標(biāo)要求選定要緊電學(xué)參數(shù)，確定要緊電學(xué)參數(shù)的設(shè)計(jì)指標(biāo)。第二，依照設(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(gè)方面：（1）依照要緊參數(shù)的設(shè)計(jì)指標(biāo)確定器件的縱向結(jié)構(gòu)參數(shù)，如集電極厚度Wc，基極寬度Wb和擴(kuò)散結(jié)深Xj等。（2）依照結(jié)深確定氧化層的厚度，氧化溫度和氧化時(shí)刻；雜質(zhì)預(yù)擴(kuò)散和再擴(kuò)散的擴(kuò)散溫度和擴(kuò)散時(shí)刻。（3）依照設(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。（4）依照設(shè)計(jì)指標(biāo)選取材料，確定材料參數(shù)，如電阻率p，位錯(cuò)，壽命，晶向等。（5）依照現(xiàn)有工藝條件，制定詳細(xì)的工藝實(shí)施方案。（6）依照晶體管的類型進(jìn)行熱學(xué)設(shè)計(jì)，選擇封裝形式，選用合適的管殼和散熱方式等。第三、依照初步設(shè)計(jì)方案，對(duì)晶體管進(jìn)行電學(xué)驗(yàn)算，并在此基礎(chǔ)上對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行綜合調(diào)整和修改。第四，依照初步設(shè)計(jì)方案進(jìn)行小批測(cè)量試制，暴露問題，解決矛盾，修改和完善設(shè)計(jì)方案。雙極晶體管的電學(xué)參數(shù)可分為直流參數(shù)，交流參數(shù)和極限參數(shù)三大類。下面將電學(xué)參數(shù)按三大類進(jìn)行匯總表31要緊電學(xué)參數(shù)與結(jié)構(gòu)和材料參數(shù)間的關(guān)系結(jié)構(gòu)和材料參數(shù)電學(xué)參數(shù)WBWCNCNENBAeAcfTICMGPVCESBVCBO2.2．晶體管設(shè)計(jì)的差不多原則（1）全面權(quán)衡各電學(xué)參數(shù)間的關(guān)系，確定要緊電學(xué)參數(shù)盡管晶體管的電學(xué)參數(shù)專門多，但關(guān)于一類型的晶體管，其要緊電學(xué)參數(shù)卻只有幾個(gè)，如對(duì)高頻大功率管，要緊的電學(xué)參數(shù)是fT，BVCBO，PCM和ICM等；而高速開關(guān)管的要緊電學(xué)參數(shù)則為ton，toff，UBES和UCES。因此，在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，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。找出器件的要緊電學(xué)參數(shù)，依照要緊電學(xué)參數(shù)指標(biāo)進(jìn)行設(shè)計(jì)，然后再依照生產(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盾，確定合適的工藝實(shí)施方案。任何一個(gè)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)。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(shí)，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(duì)工藝的要求，提高產(chǎn)品成品率。在進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)，一定要考慮器件的穩(wěn)定性和可靠性。三、晶體管物理參數(shù)設(shè)計(jì)3.1.各區(qū)摻雜濃度及相關(guān)參數(shù)的計(jì)算由設(shè)計(jì)題目可知，晶體管的設(shè)計(jì)指標(biāo)是：300K時(shí)，基區(qū)摻雜濃度為NB=1016cm-3,共發(fā)射極電流增益β=50，BVCEO=60V。對(duì)上表參數(shù)進(jìn)行認(rèn)真分析后可發(fā)覺，上述參數(shù)中，只有擊穿電壓要緊由集電區(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。關(guān)于擊穿電壓較高的器件，在接近雪崩擊穿時(shí)，集電結(jié)空間電荷區(qū)已擴(kuò)展至均勻摻雜的外延層。因此，當(dāng)集電結(jié)上的偏置電壓接近擊穿電壓V時(shí)，集電結(jié)可用突變結(jié)近似，關(guān)于Si器件擊穿電壓為，由此可得集電區(qū)雜質(zhì)濃度為：依照公式,可算出集電區(qū)雜質(zhì)濃度：一般的晶體管各區(qū)的濃度要滿足NE>>NB>NC，故，圖1室溫下載流子遷移率與摻雜濃度的函數(shù)關(guān)系（器件物理55頁）查圖1得到少子遷移率：依照公式可知：圖2摻雜濃度與電阻率的函數(shù)關(guān)系（器件物理59頁）依照?qǐng)D2，可得到不同雜質(zhì)濃度對(duì)應(yīng)的電阻率：（即襯底選用的電阻率）圖3少子壽命與摻雜濃度的函數(shù)關(guān)系（半導(dǎo)體物理177頁）由圖3或者取器件物理287頁的經(jīng)驗(yàn)值，為了方便得到較合理的基區(qū)準(zhǔn)中性寬度，因此那個(gè)地點(diǎn)的少子壽命取值如下：依照公式有：3.2.集電區(qū)厚度Wc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(shí)的耗盡層寬度，即WCXmB（XMb是集電區(qū)臨界擊穿時(shí)的耗盡層寬度）。關(guān)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，因而依照公式求出集電區(qū)厚度的最小值為：可見，為了提高擊穿電壓，改善二次擊穿特性，希望集電區(qū)厚度WC厚一些好。集電區(qū)厚度的最大值WC的最大值受串聯(lián)電阻rcs的限制。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，因此WC的最大值受串聯(lián)電阻限制。因此，有綜合考慮這兩方面的因素，WC盡量取大，故選擇WC=8μm3.3.基區(qū)寬度WB（1）基區(qū)寬度的最大值關(guān)于低頻管，與基區(qū)寬度有關(guān)的要緊電學(xué)參數(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)，因此基區(qū)寬度的最大值可按下式可能：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)過程中取4。由公式可看出，電流放大系數(shù)要求愈高，則基區(qū)寬度愈窄。但當(dāng)基區(qū)寬度過窄時(shí)，電流在從發(fā)射結(jié)向集電結(jié)傳輸?shù)倪^程中，由于傳輸路程短而容易產(chǎn)生電流集中。因此，關(guān)于高耐壓晶體管，在滿足要求的前提下，能夠?qū)⒒鶇^(qū)寬度選的寬一些，使電流在傳輸過程中逐漸分散開，以提高二次擊穿耐量。因此依照公式,求得低頻管的基區(qū)寬度的最大值為：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(duì)不能穿通。因此，關(guān)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,此處，關(guān)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：由于在高頻器件中，基區(qū)寬度的最小值往往還受工藝的限制。則由上述可知：（3）基區(qū)寬度的選擇與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能夠看成是由兩個(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：圖4平衡條件下的PNP三極管的示意圖具體來講，由于，因此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，因此＞。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，也確實(shí)是講，關(guān)于pnp晶體管，有：，其中和分不是位于n型區(qū)內(nèi)的E-B和C-B耗盡區(qū)寬度。在BJT分析中W指的確實(shí)是準(zhǔn)中性基區(qū)寬度。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；也確實(shí)是講，關(guān)于PNP晶體管，有：其中和分不是位于N型區(qū)內(nèi)的E-B和C-B耗盡區(qū)寬度。在BJT分析中指的確實(shí)是準(zhǔn)中性基區(qū)寬度。E-B結(jié)的內(nèi)建電勢(shì)為：C-B結(jié)的內(nèi)建電勢(shì)為：依照公式有：E-B結(jié)在基區(qū)一邊的耗盡層厚度為∵能夠當(dāng)成單邊突變結(jié)處理C-B結(jié)在基區(qū)一邊的耗盡層厚度為依照公式有：∵∴求解得到由上述可得基區(qū)總寬度： 滿足條件：，那個(gè)寬度是同意的，然而為了與標(biāo)準(zhǔn)工藝相對(duì)應(yīng)，那個(gè)地點(diǎn)的，方便以后的計(jì)算。3.4.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)系最為緊密，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SeXj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fT的提高，基區(qū)寬度Wb變窄而減小到不滿足SeXj條件時(shí)，發(fā)射結(jié)變?yōu)樾D(zhuǎn)橢圓面，如圖4.1所示。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)積存電荷增多，基區(qū)渡越時(shí)刻增長(zhǎng)。按照旋轉(zhuǎn)橢圓的關(guān)系，能夠解出當(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4.1也明顯表明，越大，則基區(qū)積存電荷比平面結(jié)時(shí)增加越多。由于基區(qū)積存電荷增加，基區(qū)渡越時(shí)刻增長(zhǎng)，有效特征頻率就下降，因此，通常選取關(guān)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)寬度一般都取得專門寬，因而發(fā)射結(jié)深也取得較大。綜上所述，得：===2=圖5發(fā)射極條寬對(duì)界面形狀的阻礙3.5.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)表面雜志濃度及其雜志分布的情況要緊阻礙晶體管的發(fā)射效率和基區(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。同時(shí)，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)濃度差不。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(gè)數(shù)量級(jí)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=51020cm-3左右，則NBS=5×1018cm-33.6.芯片厚度和質(zhì)量本設(shè)計(jì)選用的是電阻率為的P型硅，晶向是<111>。硅片厚度要緊由集電結(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，則芯片熱阻過大。因此，在工藝操作過程中，一般硅片的厚度都在300um以上，但最后要減薄到150～200um。硅片的質(zhì)量指標(biāo)要緊是要求厚度均勻，電阻率符合要求，以及材料結(jié)構(gòu)完整、缺陷少等。3.7.晶體管的橫向設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)參數(shù)的選擇(1)橫向設(shè)計(jì)進(jìn)行晶體管橫向設(shè)計(jì)的任務(wù)，是依照晶體管要緊電學(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)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。此次設(shè)計(jì)的晶體管只是一般的晶體管，對(duì)圖形結(jié)構(gòu)沒有特不的要求，因此只是采納一般的單條形結(jié)構(gòu)。下圖為BJT俯視圖圖6：三極管俯視圖(2)基區(qū)和發(fā)射區(qū)面積發(fā)射區(qū)面積?。换鶇^(qū)面積取。（3）發(fā)射極總周長(zhǎng)LE由于存在電流集邊效應(yīng)，使發(fā)射極有效條寬受到限制，但在有效條寬2seff內(nèi)，若單位發(fā)射極條長(zhǎng)上同意的電流容量用Ieo表示，則由集電極最大電流ICM即可確定發(fā)射極的總周長(zhǎng)為實(shí)際上，在設(shè)計(jì)過程中,Ieo往往按經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)來進(jìn)行選取。由于高頻電流集邊效應(yīng)使有效發(fā)射面積進(jìn)一步減小，因而頻率越高選取的Ieo愈小。由于在f=20~400MHZ，Ieo=0.8，則有=如下圖：pppC區(qū)PB區(qū)nnE區(qū)N+圖7.三級(jí)管剖面圖四、工藝參數(shù)設(shè)計(jì)4.1.工藝參數(shù)計(jì)算思路由于二次氧化，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)過程中要用到的：表1：硅中磷和硼的與（微電子工藝基礎(chǔ)119頁表5-1）雜質(zhì)元素磷（P）3.853.66硼（B）0.763.46表2：二氧化硅中磷和硼的與（微電子工藝基礎(chǔ)106頁表4-6）雜質(zhì)元素磷（P）1.75硼（B）3.504.2.基區(qū)相關(guān)參數(shù)的計(jì)算過程4.2.1.預(yù)擴(kuò)散時(shí)刻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℃，然而如此得不到合理的預(yù)擴(kuò)散時(shí)刻，因此降低溫度來處理）由公式其中圖7雜質(zhì)在硅中的溶解度（有用集成電路工藝手冊(cè)107頁圖6-7）由圖7可得，在800℃時(shí)磷在硅中的表面濃度?。A(yù)擴(kuò)時(shí)刻在合理范圍）因此有，4.2.2.氧化層厚度氧化層厚度的最小值由預(yù)擴(kuò)散（1073K）的時(shí)刻t=1183s來決定的，且服從余誤差分布，并依照假設(shè)可求?？紤]到生產(chǎn)實(shí)際情況和工藝需要，基區(qū)氧化層厚度取為6um，即是60004.2.3.基區(qū)再擴(kuò)散的時(shí)刻本來應(yīng)該取1120℃，然而為了能夠得到較快的主擴(kuò)時(shí)刻，因此主擴(kuò)溫度取到了1250℃（1523K），這時(shí)的由于預(yù)擴(kuò)散的結(jié)深專門淺，可將它忽略，故，由再擴(kuò)散結(jié)深公式：，而且故可整理為：即通過化簡(jiǎn)得，利用MATLAB軟件求解方程，得t=20161s=5.6h4.3.發(fā)射區(qū)相關(guān)參數(shù)的計(jì)算過程4.3.1.預(yù)擴(kuò)散時(shí)刻PNP發(fā)射區(qū)的磷預(yù)擴(kuò)散的溫度那個(gè)地點(diǎn)取950℃，即1223K由公式其中由上面的圖7可得，在950℃時(shí)硼在硅中的固溶度為，即此處的，代入方程有4.3.2.氧化層厚度氧化層厚度的最小值由預(yù)擴(kuò)散（1223K）的時(shí)刻t=1345s來決定的，且服從余誤差分布，并依照假設(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7um，即是70004.3.3.發(fā)射區(qū)再擴(kuò)散的時(shí)刻主擴(kuò)溫度取1200℃（1473K），現(xiàn)在有由于預(yù)擴(kuò)散的結(jié)深專門淺，可將它忽略，故，由再擴(kuò)散結(jié)深公式：，而且故可整理為：即通過化簡(jiǎn)得，利用MATLAB軟件求解方程，得t=6571s=1.83h如下所示：4.4.氧化時(shí)刻的計(jì)算表31100℃的干氧和濕氧的氧化速率常數(shù)（半導(dǎo)體制造基礎(chǔ)41頁）A()B()B/A()干氧0.094.56濕氧(95℃水汽)0.110表41200℃的干氧和濕氧的氧化速率常數(shù)（半導(dǎo)體制造基礎(chǔ)41頁）A()B()B/A()干氧0.041.62濕氧(95℃水汽)0.0504.4.1.基區(qū)氧化時(shí)刻由前面算出基區(qū)氧化層厚度是6000，假如氧化溫度是1100℃，要得到6000的氧化層，能夠采納干氧－濕氧－干氧工藝,因?yàn)橐虼四軌蛞勒账韬穸葋硭銜r(shí)刻能夠先后干氧各500，然后濕氧5000，依照1100℃的相關(guān)系數(shù)代入上述式子，則能夠得到：1100℃干氧，1100℃濕氧，將上面的厚度對(duì)應(yīng)代入，能夠得到干氧時(shí)刻和濕氧時(shí)刻：干氧11min（500）--濕氧36min(5000)—干氧11min(500)4.4.2.發(fā)射區(qū)氧化時(shí)刻由前面算出基區(qū)氧化層厚度是7000，假如氧化溫度是1200℃，要得到7000的氧化層，能夠采納干氧－濕氧－干氧工藝,同樣依照來算時(shí)刻能夠先后干氧各1000，然后濕氧5000，依照1200℃的相關(guān)系數(shù)代入上述式子，則能夠得到：1200℃干氧，1200℃濕氧，將上面的厚度對(duì)應(yīng)代入，能夠得到干氧時(shí)刻和濕氧時(shí)刻：即干氧17min（1000）--濕氧22min(5000)—干氧17min(1000)五、設(shè)計(jì)參數(shù)總結(jié)采納外延硅片，其襯底的電阻率為2的P型硅，選取<111>晶向。表4：設(shè)計(jì)參數(shù)總結(jié)列表相關(guān)參數(shù)集電區(qū)C基區(qū)B發(fā)射區(qū)E各區(qū)雜質(zhì)濃度少子遷移率1280437280擴(kuò)散系數(shù)33.2811.3627.28電阻率20.50.045少子壽命擴(kuò)散長(zhǎng)度結(jié)深/W()面積(2)643616擴(kuò)散溫度(℃)和時(shí)刻預(yù)擴(kuò)散/800℃,1183950℃,1354再擴(kuò)散/1250℃,231841200℃,6571氧化層厚度()/60007000氧化時(shí)刻/先干氧氧化11分鐘，后濕氧氧化36分鐘，再干氧氧化11分鐘。先干氧氧化17分鐘，后濕氧氧化22分鐘，再干氧氧化17分鐘。工藝流程圖此次設(shè)計(jì)的pnp晶體管的工藝步驟要緊流程如圖：PNP晶體管生產(chǎn)總的工藝流程圖如下:生產(chǎn)工藝講明注意：下面只對(duì)生產(chǎn)工藝進(jìn)行詳細(xì)的操作講明和其需要注意的事項(xiàng)，生產(chǎn)中并不按如下給出的流程順序進(jìn)行，其生產(chǎn)流程按上面所講流程順序進(jìn)行。7.1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(duì)器件性能有嚴(yán)峻的阻礙，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)定性和可靠性專門差?；瘜W(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。清洗方法是利用各種化學(xué)試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，然后用大量的高純熱，冷去離子水沖洗，從而獲得潔凈的物體表面?；瘜W(xué)清洗要緊包括三個(gè)方面的清洗.一是硅片表面的清洗.二是生產(chǎn)過程中使用的金屬材料的清洗.三是生產(chǎn)用的工具，器皿的清洗。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.它們多屬油脂類雜質(zhì)，具有疏水性的特點(diǎn)，這種雜質(zhì)的存在，關(guān)于清除離子型和原子型雜質(zhì)具有掩蔽作用，因此在對(duì)硅片清洗時(shí)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(shí)，一般都采納酸，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子水將硅片沖洗潔凈，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：名稱配方使用條件作用備注Ⅰ號(hào)洗液NH4OH:H2O2:H2O=1:1:5→1:2:780±5℃10min去油脂去光刻膠殘膜去金屬離子去金屬原子Ⅱ號(hào)洗液HCl:H2O2:H2O=1:1:6→1:2:880±5℃10min去金屬離子去金屬原子Ⅲ號(hào)洗液H2SO4:H2O2=3:1120±10℃10~15min去油、去臘去金屬離子去金屬原子7.2氧化工藝7.2.1.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，二氧化硅能夠用來作為器件的愛護(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(gè)重要性質(zhì)，對(duì)某些雜質(zhì)（如硼、磷、砷等）起到掩蔽作用，從而能夠選擇擴(kuò)散；正是利用這一性質(zhì)，并結(jié)合光刻和擴(kuò)散工藝，才進(jìn)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專門多，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(zhǎng)制造工藝設(shè)備簡(jiǎn)單，操作方便，SiO2膜較致密，因此采納熱氧化二氧化硅制備工藝。熱生長(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)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(duì)雜質(zhì)特不是磷的掩蔽以力較差，因此在器件生產(chǎn)上都不采納水汽氧化法。（1）干氧法:生長(zhǎng)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，SiO2膜表面與光刻膠接觸良好，光刻時(shí)不易浮膠。（2）濕氧法:生長(zhǎng)速率介于前兩者之間，生長(zhǎng)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(zhǎng)的SiO2膜，盡管致密性略差于干氧法生長(zhǎng)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(shí)容易產(chǎn)生浮膠。生產(chǎn)中采納取長(zhǎng)補(bǔ)短的方法，充分利用濕氧和干氧的優(yōu)點(diǎn)，采納干氧—濕氧—干氧交替的方法。依照迪爾和格羅夫模型，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(dòng)到SiO2-氣體界面，其流密度用F1表示，流密度定義為單位時(shí)刻通過單位面積的粒子數(shù)。（2）氧化劑以擴(kuò)散方式穿過SiO2層（忽略漂移的阻礙），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）、溫度和氣壓有緊密關(guān)系。應(yīng)用于集成電路掩蔽的熱氧化工藝一般采納干氧→濕氧→干氧工藝制備。7.2.2.氧化工藝步驟（一）基區(qū)氧化的工藝步驟1、開氧化爐，并將溫度設(shè)定到750～850℃，開氧氣流量2升/分鐘。2、打開凈化臺(tái)，將清洗好的硅片裝入石英舟，然后，將石英舟推到恒溫區(qū)。并開始升溫。3、達(dá)到氧化溫度1100℃后，調(diào)整氧氣流量3升/分鐘，并開始計(jì)時(shí)，干氧時(shí)刻11分鐘。4、在開始干氧同時(shí)，將濕氧水壺加熱到95～98℃。干氧完成后，開濕氧流量計(jì)，立即進(jìn)入濕氧化。同時(shí)關(guān)閉干氧流量計(jì)。濕氧時(shí)刻36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(shí)，干氧時(shí)刻11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(shí)刻30分鐘。7、將石英舟拉出，并在凈化臺(tái)內(nèi)將硅片取出，同時(shí)，檢測(cè)氧化層面狀況和厚度。8、關(guān)氧化爐，關(guān)氣體。（二）發(fā)射區(qū)氧化的工藝步驟1、開氧化爐，并將溫度設(shè)定到750～850℃，開氧氣流量2升/分鐘。2、打開凈化臺(tái)，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(shí)，干氧時(shí)刻17分鐘。4、在開始干氧同時(shí)，將濕氧水壺加熱到95～98℃。干氧完成后，開濕氧流量計(jì)，立即進(jìn)入濕氧化。同時(shí)關(guān)閉干氧流量計(jì)。濕氧時(shí)刻22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(shí)，干氧時(shí)刻17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(shí)刻30分鐘。7、將石英舟拉出，并在凈化臺(tái)內(nèi)將硅片取出，同時(shí)，檢測(cè)氧化層面狀況和厚度。8、關(guān)氧化爐，關(guān)氣體。7.2.3測(cè)量氧化層厚度測(cè)量厚度的方法專門多，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)，可用比色法來簡(jiǎn)單推斷厚度。比色法是利用不同厚度的氧化膜在白光垂直照耀下會(huì)呈現(xiàn)出不同顏色的干涉條紋，從而大致推斷氧化層的厚度。顏色氧化膜厚度（埃）第一周期氧化膜厚度（埃）第二周期氧化膜厚度（埃）第三周期氧化膜厚度（埃）第四周期灰100黃褐300藍(lán)800紫1000275046506500深藍(lán)1500300049006800綠1850330056007200黃2100370056007500橙225040006000紅2500435062507.3.光刻工藝7.3.1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(gè)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(duì)光刻的差不多要求有如下幾個(gè)方面：（1）高分辨率：一個(gè)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，代表集成電路進(jìn)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(shí)刻應(yīng)短，這就要求光刻膠的靈敏度要高。低缺陷：假如一個(gè)集成電路芯片上出現(xiàn)一個(gè)缺陷，則整個(gè)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。周密的套刻對(duì)準(zhǔn)：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(duì)光刻套準(zhǔn)要求特不高，其誤差同意為最小條寬的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。本次采納正光刻膠。7.3.2.工藝步驟1.預(yù)備：A)開前烘，堅(jiān)膜烘箱，前烘溫度設(shè)定95℃，堅(jiān)膜溫度為120℃。B)涂膠前15分鐘開啟圖膠凈化臺(tái)，調(diào)整轉(zhuǎn)速，以滿足生產(chǎn)要求。C)光刻前30分鐘，開啟光刻機(jī)汞燈。D)開啟腐蝕恒溫槽，溫度設(shè)定40℃E)清洗膠瓶和吸管，并倒好光刻膠。F)清洗掩膜版（基區(qū)光刻掩膜版），并在凈化臺(tái)下吹干2.涂膠：光刻工藝采納旋轉(zhuǎn)涂膠法，涂膠前設(shè)定好予勻轉(zhuǎn)速和時(shí)刻，甩干速度和時(shí)刻。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(shí)，前烘完成后將硅片取出，4.對(duì)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:6.顯影:此采納浸泡顯影，分不在1#顯影液，2#顯影液顯3-5分鐘，然后在定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(shí)刻。8.腐蝕:將堅(jiān)膜好的硅片預(yù)備腐蝕，首先確認(rèn)氧化層厚度，計(jì)算腐蝕時(shí)刻。然后進(jìn)行腐蝕，腐蝕后沖水10分鐘，甩干后在顯微鏡下檢查是否腐蝕潔凈，若未腐蝕潔凈接著腐蝕。9.去膠:硅片腐蝕完成后，在3#液中將光刻膠去掉，并沖洗潔凈，工藝結(jié)束。光刻基區(qū)域時(shí)掩膜板如圖9所示：圖9光刻基區(qū)域時(shí)掩膜板工藝步驟與光刻基區(qū)的一樣，光刻發(fā)射區(qū)時(shí)掩膜板如下所示：圖10光刻發(fā)射區(qū)時(shí)掩膜板7.4磷擴(kuò)散工藝（基區(qū)擴(kuò)散）7.4.1工藝原理（1）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，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，采納預(yù)擴(kuò)散和再擴(kuò)散兩步擴(kuò)散法，（2）預(yù)擴(kuò)散磷雜質(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(shí)刻。此分布為余誤差分布。（3）再擴(kuò)散（主擴(kuò)散）磷再擴(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)分布為高斯分不。7.4.2工藝步驟基區(qū)擴(kuò)散雜質(zhì)為磷擴(kuò)散，預(yù)擴(kuò)散時(shí)刻為在800℃中39min，主擴(kuò)散為1250℃擴(kuò)散5.6h，即是336min；氧化工藝為干氧11min，濕氧36min；氧化工藝為干氧17min，濕氧22min?；鶇^(qū)詳細(xì)工藝步驟如下：1.預(yù)備：開擴(kuò)散爐，并將溫度設(shè)定倒700--750℃，開氮?dú)饬髁?升/分鐘。本實(shí)驗(yàn)采納液態(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)。4.調(diào)節(jié)溫控器，使溫度達(dá)到預(yù)擴(kuò)散溫度800℃，調(diào)節(jié)氧氣調(diào)整氧氣流量為3升/分鐘，并開始計(jì)時(shí)，預(yù)擴(kuò)散時(shí)刻為39min，依照工藝條件進(jìn)行干氧。5.干氧完成后，開氮?dú)饬髁坑?jì)，按工藝條件調(diào)節(jié)氮?dú)庋鯕獗壤缓?，開通源閥，使通源流量達(dá)到工藝要求，并開始計(jì)時(shí)。6.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，進(jìn)行降溫30分鐘。之后，拉出石英舟，取出硅片，漂去磷硅玻璃，沖洗潔凈后，檢測(cè)R□值用四探針法進(jìn)行測(cè)量。7.將預(yù)擴(kuò)散硅片用2#液清洗，沖洗潔凈甩干。8.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)。9.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，并開始計(jì)時(shí)，擴(kuò)散336min，依照工藝條件進(jìn)行干氧11分鐘。10.在開始干氧同時(shí)，將濕氧水壺加熱到95-98℃。干氧完成后，開濕氧流量計(jì)，立即進(jìn)入濕氧化。同時(shí)關(guān)閉干氧流量計(jì)。依照工藝條件進(jìn)行濕氧36分鐘。11.濕氧完成，開干氧流量計(jì)，調(diào)整氧氣流量3升/分鐘，并依照工藝條件確定干氧時(shí)刻為11分鐘。12.干氧完成后，開氮?dú)饬髁坑?jì)，流量3升/分鐘，依照工藝條件，確定氮?dú)鈺r(shí)刻336分鐘。13.氮?dú)馔瓿珊?，主擴(kuò)散結(jié)束，調(diào)整溫控器降溫，氮?dú)饬髁坎蛔儯瑫r(shí)刻30分鐘。14.降溫完成后，拉出石英舟，取出硅片，檢測(cè)氧化層厚度、均勻性，漂去氧化層，沖洗潔凈后，檢測(cè)R□值，結(jié)深(磨角法或者SEM法)，β值。15.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。16、依照實(shí)測(cè)β值，與工藝要求進(jìn)行比較，假如不滿足工藝條件，重新計(jì)算再擴(kuò)散時(shí)刻，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。7.5硼擴(kuò)散工藝(發(fā)射區(qū)擴(kuò)散)7.5.1原理擴(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，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，采納預(yù)擴(kuò)散和再擴(kuò)散兩個(gè)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(shí)刻。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。7.5.2工藝步驟發(fā)射區(qū)擴(kuò)散雜質(zhì)為硼擴(kuò)散，預(yù)擴(kuò)散時(shí)刻為在950℃中22.4min，主擴(kuò)散為1200℃擴(kuò)散1.83h，即是110min。工藝預(yù)備A)開擴(kuò)散爐，并將溫度設(shè)定到750--850℃，開氮?dú)饬髁?升/分鐘。B)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）。C)開涂源凈化臺(tái)，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.將清洗潔凈、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(shí)，時(shí)刻是1345秒（約22.4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，沖洗潔凈后，檢測(cè)R□