广东工业大学电材微电子物理与器件课程设计

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1、课 程 设 计 课程名称 微电子器件工艺课程设计 题目名称 PNP双极型晶体管的设计 学生学院_ 材料与能源学院_ _ 专业班级 09微电子1班 学 号 学生姓名_ 456 _ 指引教师_ 魏爱香、何玉定_ _ 年 7 月 4 日广东工业大学课程设计任务书题目名称pnp双极型晶体管的设计学生学院材料与能源学院专业班级微电子专业09级1班姓 名456学 号 一、课程设计的内容设计一种均匀掺杂的pnp型硅双极晶体管，满足T=300K时，基区掺杂浓度为NB=1016cm-3,共发射极电流增益=50。BVCEO=60V，设计时应尽量减小基区宽度调制效应的影响，假设经验参数为年n=3)二、课程设计的规定

2、与数据1理解晶体管设计的一般环节和设计原则2根据设计指标设计材料参数，涉及发射区、基区和集电区掺杂浓度NE, NB,和NC, 根据各区的掺杂浓度拟定少子的扩散系数，迁移率，扩散长度和寿命等。3根据重要参数的设计指标拟定器件的纵向构造参数，涉及集电区厚度Wc，基本宽度Wb，发射区宽度We和扩散结深Xjc, 发射结结深Xje等。4根据扩散结深Xjc, 发射结结深Xje等拟定基区和发射区预扩散和再扩散的扩散温度和扩散时间；由扩散时间拟定氧化层的氧化温度、氧化厚度和氧化时间。 5根据设计指标拟定器件的图形构造，设计器件的图形尺寸，绘制出基区、发射区和金属接触孔的光刻幅员。 6. 根据既有工艺条件，制定

3、具体的工艺实行方案。7撰写设计报告三、课程设计应完毕的工作1. 材料参数设计2.晶体管纵向构造设计3.晶体管的横向构造设计（设计光刻基区、发射区和金属化的掩膜幅员形）4工艺参数设计和工艺操作环节5.总结工艺流程和工艺参数6. 写设计报告四、课程设计进程安排序号设计各阶段内容地点起止日期1教师布置设计任务，解说设计规定和措施教1-414.6.252学生熟悉设计任务，进行资料查阅和整体设计方案的制定图书馆工三317.6.263设计晶体管的各区材料参数和构造参数设计图书馆工三317 .6.274.教师集中辅导，分析材料参数和构造设计中存在的重要问题教1-414.6.285晶体管工艺参数设计，实验室教

4、1-414.6.29-.6.306绘制光刻基区、发射区和金属化的幅员实验室教1-414.7.1.7.28教师集中辅导，分析工艺设计中存在的重要问题实验室教1- 4147.39总结设计成果，写设计报告实验室图书馆.7.410写课程设计报告图书馆，宿室.7.511教师组织验收，提问答辩实验室.7.6五、应收集的资料及重要参照文献1半导体器件基本Robert F. Pierret著，黄如译，电子工业出版社，. 2半导体物理与器件 赵毅强等译，电子工业出版社，. 3硅集成电路工艺基本，关旭东编著，北京大学出版社，.发出任务书日期： 6 月 25 日 指引教师签名：筹划完毕日期： 7月6日 基层教学单位

5、负责人签章：主管院长签章：目 录一、课程设计目的与任务 5二、课程设计时间 5三、课程设计的基本内容53.1 微电子器件与工艺课程设计npn双极型晶体管的设计53.2 课程设计的重要内容： 5四、课程设计原理6五、工艺参数设计65.1 晶体管设计的一般环节： 65.2 材料参数计算 105.2.1 各区掺杂浓度及有关参数的计算105.2.2 集电区厚度Wc的选择105.2.3 基区宽度WB105.2.4 晶体管的横向设计 135.2.4.1 晶体管横向构造参数的选择135.3 工艺参数设计155.3.1 晶体管工艺概述 155.3.2 工艺参数计算思路 155.3.3 基区有关参数的计算过程：

6、165.3.4 发射区有关参数的计算过程 175.3.5 氧化时间的计算 185.3.6 外延层的参数计算 19六、工艺流程图20七、生产工艺流程 217.1 硅片清洗 217.2 氧化工艺 217.3 第一次光刻工艺（基区光刻）237.4 磷扩散工艺 247.4.1工艺原理 247.4.2工艺环节 257.5 硼扩散工艺（发射区扩散） 267.5.1工艺原理 267.5.2 工艺环节(扩散的过程同步要进行发射区的氧化) 27八、幅员 28九、心得体会 30十、参照文献 31 PNP双极型晶体管的设计1、课程设计目的与任务微电子器件与工艺课程设计是继微电子器件物理、微电子器件工艺和半导体物理理

7、论课之后开出的有关微电子器件和工艺知识的综合应用的课程，使我们系统的掌握半导体器件，集成电路，半导体材料及工艺的有关知识的必不可少的重要环节。目的是使我们在熟悉晶体管基本理论和制造工艺的基本上，掌握晶体管的设计措施。规定我们根据给定的晶体管电学参数的设计指标，完毕晶体管的纵向构造参数设计晶体管的图形构造设计材料参数的选用和设计制定实行工艺方案晶体管各参数的检测措施等设计过程的训练，为从事微电子器件设计、集成电路设计打下必要的基本， 2、课程设计的基本内容设计一种均匀掺杂的pnp型硅双极晶体管，满足T=300K时，基区掺杂浓度为NB=1016cm-3,共发射极电流增益=50。BVCEO=60V，

8、设计时应尽量减小基区宽度调制效应的影响，假设经验参数为年n=3)。3.1 课程设计的重要内容：（1）理解晶体管设计的一般环节和设计原则。（2）根据设计指标选用材料，拟定材料参数，如发射区掺杂浓度NE,，基区掺杂浓度NB， 集电区掺杂浓度NC，根据各区的掺杂浓度拟定少子的扩散系数，迁移率，扩散长度和寿命等。（3）根据重要参数的设计指标拟定器件的纵向构造参数，如集电区厚度Wc，基区宽度Wb，发射极宽度We和扩散结深Xjc，发射结结深等。（4）根据结深拟定氧化层的厚度，氧化温度和氧化时间；杂质预扩散和再扩散的扩散温度和扩散时间。（5）根据设计指标拟定器件的图形构造，设计器件的图形尺寸，绘制出基区、发

9、射区和金属接触孔的光刻幅员。 （6）根据既有工艺条件，制定具体的工艺实行方案。 4、工艺参数设计4.1 晶体管设计的一般环节：晶体管设计过程大体按下列环节进行： 第一，根据预期指标规定选定重要电学参数、VCBO、VCEO、ICM，拟定重要电学参数的设计指标。第二，根据设计指标的规定，理解同类产品的既有水平和工艺条件，结合设计指标和生产经验进行初步设计，设计内容涉及如下几种方面：（1）根据重要电学参数计算出各区的浓度：Nc、Ne、Nb。（2）纵向设计：根据重要参数的设计指标拟定器件的纵向构造参数，如基区宽度Wb，扩散结深Xj和集电区厚度Wc等。 （3）横向设计：根据设计指标拟定器件的图形构造，设

10、计器件的图形尺寸，绘制出光刻幅员。 （4）根据设计指标选用材料，拟定材料参数，如电阻率r，位错，寿命，晶向等。（5）根据既有工艺条件，制定实行工艺方案。（6）根据晶体管的类型进行热学设计，选择分装形式，选用合适的管壳和散热方式等。 第三，根据初步设计方案，对晶体管的电学验算，并在此基本上对设计方案进行综合调节和修改。第四，根据初步设计方案进行小批测量试制，暴露问题，解决矛盾，修改和完善设计方案。4.2 材料参数计算4.2.1 各区掺杂浓度及有关参数的计算由设计题目可知，晶体管的设计指标是： 300K时，基区掺杂浓度为NB=1016cm-3,共发射极电流增益=50，BVCEO=60V。对上表参数

11、进行仔细分析后可发现，上述参数中，只有击穿电压重要由集电区电阻率决定。因此，集电区电阻率的最小值由击穿电压决定，在满足击穿电压规定的前提下，尽量减少电阻率，并合适调节其她参量，以满足其她电学参数的规定。对于击穿电压较高的器件，在接近雪崩击穿时，集电结空间电荷区已扩展至均匀掺杂的外延层。因此，当集电结上的偏置电压接近击穿电压V时，集电结可用突变结近似，对于Si器件击穿电压为 ， 由此可得集电区杂质浓度为： 根据公式,可算出集电区杂质浓度：一般的晶体管各区的浓度要满足NENBNC，故， 图1 室温下载流子迁移率与掺杂浓度的函数关系图查图1得到少子迁移率： 图2 掺杂浓度与电阻率的函数关系图根据图2

12、，可得到不同杂质浓度相应的电阻率：（即衬底选用的电阻率） 图3 少子寿命与掺杂浓度的函数关系图根据图3，可得到E、B、C三区的少子寿命 注明：这里的少子寿命偏大，故取器件物理287页的经验值，为了以便得到较合理的基区准中性宽度，因此这里的少子寿命取值如下： 根据公式有：4.2.2 集电区厚度Wc的选择根据公式求出集电区厚度的最小值为：WC的最大值受串联电阻rcs的限制。增大集电区厚度会使串联电阻rcs增长，饱和压降VCES增大，因此WC的最大值受串联电阻限制。 综合考虑这两方面的因素，故选择WC=14m4.2.3 基区宽度WB（1）基区宽度的最大值对于低频管，与基区宽度有关的重要电学参数是b，

13、因此低频器件的基区宽度最大值由b拟定。当发射效率g1时，电流放大系数，因此基区宽度的最大值可按下式估计： 为了使器件进入大电流状态时，电流放大系数仍能满足规定，因而设计过程中取l=4。 将数据代入上式中得：因此基区宽度的最大值为0.88um（2）基区宽度的最小值为了保证器件正常工作，在正常工作电压下基区绝对不能穿通。因此，对于高耐压器件，基区宽度的最小值由基区穿通电压决定,此处，对于均匀基区晶体管，当集电结电压接近雪崩击穿时，基区一侧的耗尽层宽度为： 在高频器件中，基区宽度的最小值往往还受工艺的限制。则由上述可知：（3）基区宽度的具体设计与PN结二极管的分析类似，在平衡和原则工作条件下，BJT

14、可以当作是由两个独立的PN构导致，它在平衡时的构造图如下所示： 图4 平衡条件下的PNP三极管的示意图具体来说，由于，因此E-B耗尽区宽度（）可近视看作所有位于基区内，又由，得到大多数C-B耗尽区宽度（）位于集电区内。由于C-B结轻掺杂一侧的掺杂浓度比E-B结轻掺杂一侧的浓度低，因此。此外注意到是基区宽度，是基区中准中性基区宽度；也就是说，对于PNP晶体管，有： （10）其中和分别是位于N型区内的E-B和C-B耗尽区宽度。在BJT分析中指的就是准中性基区宽度。E-B结的内建电势为：C-B结的内建电势为：根据公式有：E-B结在基区一边的耗尽层厚度为 可以当成单边突变结解决 C-B结在基区一边的耗

15、尽层厚度为 根据公式有： 求解得到由上述可得基区总宽度： 满足条件：，符合设计指标，因此基区宽度为4.2.4扩散结深在晶体管的电学参数中，击穿电压与结深关系最为密切，它随结深变浅，曲率半径减小而减少，因而为了提高击穿电压，规定扩散结深某些。但另一方面，结深却又受条宽限制，由于基区积累电荷增长，基区渡越时间增长，有效特性频率就下降，因此，一般选用：反射结结深为集电结结深为发射极条宽对结面形状的影响4.2.5芯片厚度和质量本设计选用的是电阻率为的P型硅，晶向是。硅片厚度重要由集电结深、集电区厚度、衬底反扩散层厚度决定。同步扩散结深并不完全一致，在测量硅片厚度时也存在一定误差。因此在选用硅片厚度时必

16、须留有一定的的余量。衬底厚度要选择合适，若太薄，则易碎，且不易加工；若太厚，则芯片热阻过大。因此，在工艺操作过程中，一般硅片的厚度都在300um以上，但最后要减薄到150200um。硅片的质量指标重要是规定厚度均匀，电阻率符合规定，以及材料构造完整、缺陷少等。5.1 晶体管的横向设计5.1.1晶体管横向构造参数的选择(1)横向设计进行晶体管横向设计的任务，是根据晶体管重要电学参数指标的规定，选用合适的几何图形，拟定图形尺寸，绘制光刻幅员。晶体管的图形构造种类繁多：从电极配备上辨别，有延伸电极和非延伸电极之分；从图形形状看，有圆形、梳状、网格、覆盖、菱形等不同的几何图形。众多的图形构造各有其特色

17、。本次设计的晶体管只是一般的晶体管，对图形构造没有特别的规定，因此只是采用一般的单条形构造。三极管剖面图如图5，三极管俯视图如图6。图5：三极管剖面图图6：三极管俯视图(2) 基区、发射区与集电区面积无特别规定，取有效的，。5.2 工艺参数设计5.2.1 工艺参数计算思路计算思路：发射区扩散时间氧化层厚度在发射区扩散时基区扩散结深基区扩散时间基区掩蔽层厚度氧化时间。5.2.2 工艺部分杂质参数杂质元素磷（P）10.53.69硼（B）10.53.69表1 硅中磷和硼的与（微电子工艺基本119页表5-1）5.3 基区有关参数的计算过程：（1）预扩散时间PNP基区的磷预扩散的温度取1000，即127

18、3K（规范取值到1120，但是这样得不到合理的预扩散时间，因此减少温度来解决）由公式 其中 为了计算的以便故这里的表面浓度取（预扩时间在合理范畴），故 （2）氧化层厚度：氧化层厚度的最小值由预扩散（1273K）的时间t=1707s来决定的，且服从余误差分布，并根据假设可求 。 由某些有关资料可查出磷（P）在温度1000时在中的扩散系数： 考虑到生产实际状况，基区氧化层厚度取为6000(C)基区再扩散的时间：主扩温度取到1230（1503K），这时的 由于预扩散的结深很浅，可将它忽视，故，由再扩散结深公式：，并且 故可整顿为： 即通过化简得， 解得t=15820s=4.4h5.4 发射区有关参数

19、的计算过程（1）预扩散时间PNP发射区的硼预扩散的温度这里取950，即1223K由公式 其中 此处的 ，故 （2）氧化层厚度：氧化层厚度的最小值由预扩散（1223K）的时间t=648s来决定的，且服从余误差分布，并根据假设可求 由某些有关资料可查出硼（B）在温度950时在中的扩散系数： 考虑到生产实际状况，发射区氧化层厚度取为7000(C)发射区再扩散的时间：主扩温度取1200（1473K），此时有 由于预扩散的结深很浅，可将它忽视，故，由再扩散结深公式：， 并且 故可整顿为： 即通过化简得， 解得t=9991s=2.78h5.5 氧化时间的计算 （1）基区氧化时间由前面算出基区氧化层厚度是6

20、000，可以采用干氧湿氧干氧工艺,将分派：先干氧500，然后湿氧5000，最后再干氧500干氧氧化： 解得t=11min湿氧氧化： 解得t=36min即干氧11min（500）-湿氧36min(5000)干氧11min(500)(2)发射区氧化时间由前面算出基区氧化层厚度是7000，可以采用干氧湿氧干氧工艺, 将分派：先干氧1000，然后湿氧5000，最后再干氧1000.干氧氧化： 解得t=17min湿氧氧化：解得t=22.9min即干氧17min（1000）-湿氧22min(5000)干氧17min(1000)5.6 设计参数总结表4：设计参数总结列表有关参数集电区C基区B发射区E各区杂质浓

21、度少子迁移率1040380160扩散系数27.049.884.16电阻率1.80.30.02少子寿命扩散长度结深/W()面积(2)60010030扩散温度()和时间预扩散/1000,1707950，648再扩散/1230,158201170,9991氧化层厚度()/60007000氧化时间/先干氧氧化11分钟，后湿氧氧化36分钟，再干氧氧化11分钟。先干氧氧化17分钟，后湿氧氧化22分钟，再干氧氧化17分钟。 6、工艺流程图PNP晶体管生产总的工艺流程图：A.硅片选用和清洗电阻率为7*CM,（111）晶向的P型硅。 B.氧化基区厚度7000，干氧氧化34min湿氧氧化22.9min干氧氧化34

22、minC.光刻基区涂胶，前烘，使用接触式曝光机曝光，显影，坚膜，显影检查，刻蚀，去胶D.基区扩散（P）预扩散：1000，20.5分钟主扩散：1300，2小时E.去氧化层由于HF可以在室温下与二氧化硅反映而不会与硅反映，因此使用HF去氧化层F.氧化发射区厚度6000干氧氧化11min湿干氧氧化11min氧氧化36minG.发射区光刻涂胶，前烘，曝光，显影，坚膜，显影检查，刻蚀，去胶H.发射区扩散(B)预扩散：1000，3.5min主扩散：1200，1.83hI.去氧化膜使用HF清除氧化膜J.涂光刻胶使用加速旋转托盘，转速提高得越快，越均匀K.光刻引线孔L.镀金属引线孔M.去光刻胶最后进行性能检测

23、七、生产工艺流程7.1 硅片清洗1.清洗原理：a. 表面活性剂的增溶作用：表面活性剂浓度不小于临界胶束浓度时会在水溶液中形成胶束，能使不溶或微溶于水的有机物的溶解度明显增大。b.表面活性剂的润湿作用：固气界面消失，形成固液界面c.起渗入作用；运用表面活性剂的润湿性减少溶液的表面张力后，再由渗入剂的渗入作用将颗粒托起，包裹起来。具有极强渗入力的活性剂分子可进一步硅片表面与吸附物之间，起劈开的作用，活性剂分子将颗粒托起并吸附于硅片表面上，减少表面能。颗粒周边也吸附一层活性剂分子，避免颗粒再沉积。通过对污染物进行化学腐蚀、物理渗入和机械作用，达到清洗硅片的目的。硅片清洗液是指可以除去硅片表面沾污物的

24、化学试剂或几种化学试剂配制的混合液。常用硅片清洗液有：名称配方使用条件作用备注号洗液NH4OH:H2O2:H2O=1:1:51:2:780510min去油脂去光刻胶残膜去金属离子去金属原子号洗液HCl:H2O2:H2O=1:1:61:2:880510min去金属离子去金属原子号洗液H2SO4:H2O2=3:1120101015min去油、去腊去金属离子去金属原子7.2 氧化工艺7.2.1.氧化原理二氧化硅可以紧紧地依附在硅衬底表面，具有极稳定的化学性和电绝缘性，因此，二氧化硅可以用来作为器件的保护层和钝化层，以及电性能的隔离、绝缘材料和电容器的介质膜。二氧化硅的另一种重要性质，对某些杂质（如硼

25、、磷、砷等）起到掩蔽作用，从而可以选择扩散；正是运用这一性质，并结合光刻和扩散工艺，才发展起来平面工艺和超大规模集成电路。制备二氧化硅的措施诸多，但热氧化制备的二氧化硅掩蔽能力最强，是集成电路工艺最重要的工艺之一。由于热生长制造工艺设备简朴，操作以便，SiO2膜较致密，因此采用热氧化二氧化硅制备工艺。热生长的措施是将硅片放入高温炉内，在氧氛围中使硅片表面在氧化物质作用下生长SiO2薄层，氧化氛围可为水汽，湿氧或干氧。实验表白，水汽氧化法：生长速率最快，但生成的SiO2层构造疏松，表面有斑点和缺陷，含水量多，对杂质特别是磷的掩蔽以力较差，因此在器件生产上都不采用水汽氧化法。（1）干氧法: 生长速

26、率最慢，但生成的SiO2膜构造致密，干燥，均匀性和反复性好，掩蔽能力强，钝化效果好，SiO2膜表面与光刻胶接触良好，光刻时不易浮胶。（2） 湿氧法:生长速率介于前两者之间，生长速率可通过炉温或水浴温度进行调节。使用灵活性大，湿氧法生长的SiO2膜，虽然致密性略差于干氧法生长的SiO2膜，但其掩蔽能力和钝化效果都能满足一般器件生产的规定，较突出的弱点是SiO2表面与光刻胶接触不良，光刻时容易产生浮胶。生产中采用取长补短的措施，充足运用湿氧和干氧的长处，采用干氧湿氧干氧交替的措施。根据迪尔和格罗夫模型，热氧化过程须经历如下过程：（1）氧化剂从气体内部以扩散形式穿过滞流层运动到SiO2-气体界面，其

27、流密度用F1表达，流密度定义为单位时间通过单位面积的粒子数。（2）氧化剂以扩散方式穿过SiO2层（忽视漂移的影响），到过SiO2-Si界面，其流密度用F2表达。（3）氧化剂在Si表面与Si反映生成SiO2，流密度用F3表达。（4）反映的副产物离开界面。氧化的致密性和氧化层厚度与氧化氛围（氧气、水气）、温度和气压有密切关系。应用于集成电路掩蔽的热氧化工艺一般采用干氧湿氧干氧工艺制备。7.2.2.氧化工艺环节（1）开氧化炉，并将温度设定倒750-850，开氧气流量2升/分钟；（2）打开净化台，将清洗好的硅片装入石英舟，然后，将石英舟推倒恒温区。并开始升温；（3）达到氧化温度后，调节氧气流量3升/分

28、钟，并开始计时，拟定干氧时间。在开始干氧的同步，将湿氧水壶加热到95-98。干氧完毕后，立即开湿氧流量计，立即进入湿氧化。同步关闭干氧流量计，拟定湿氧时间；（4）湿氧完毕，开干氧流量计，调节氧气流量3升/分钟，并开始计时，拟定干氧时间；（5）干氧完毕后，开氮气流量计，调节氮气流量3升/分钟，并开始降温，降温时间30分钟；（6）将石英舟拉出，并在净化台内将硅片取出，同步，检测氧化层表面状况和厚度；（7）关氧化炉，关气体。7.2.3测量氧化层厚度测量厚度的措施诸多，有双光干涉法、电容压电法、椭圆偏振光法、腐蚀法和比色法等。在精度不高时，可用比色法来简朴判断厚度。比色法是运用不同厚度的氧化膜在白光垂

29、直照射下会呈现出不同颜色的干涉条纹，从而大体判断氧化层的厚度。颜色氧化膜厚度（埃）灰100黃褐300蓝800紫1000275046506500深蓝1500300049006800绿1850330056007200黃2100370056007500橙225040006000红250043506250 7.3 第一次光刻工艺（基区光刻）（1）、光刻原理光刻工艺是加工制造集成电路微图形构造的核心工艺技术，来源于印刷技术中的照相制版。是在一种平面（硅片）上，加工形成微图形。光刻工艺涉及涂胶、曝光、显影、腐蚀等工序。集成电路对光刻的基本规定有如下几种方面：（1）高辨别率：一种由10万元件构成的集成电路，

30、其图形最小条宽约为3um，而由500万元件构成的集成电路，其图形最小条宽为1.5-2um，百万以上元件构成的集成电路，其图形最小条宽1um，因此，集成度提高则规定条宽越细，也就规定光刻技术的图形辨别率越高。条宽是光刻水平的标志，代表集成电路发展的水平。（2）高敏捷度：敏捷度是指光刻机的感光速度，集成电路规定产量要大，因此，曝光时间应短，这就规定光刻胶的敏捷度要高。低缺陷：如果一种集成电路芯片上浮现一种缺陷，则整个芯片将失效，集成电路制造过程涉及几十道工序，其中光刻工序就有10多次，因此，规定光刻工艺缺陷尽量少，否则，就无法制造集成电路。精密的套刻对准：集成电路的图形构造需要多此光刻完毕，每次曝

31、光都需要互相套准，因此集成电路对光刻套准规定非常高，其误差容许为最小条宽的10%左右。集成电路所用的光刻胶有正胶和负胶两种：正性光刻胶一般由碱溶性酚醛树脂、光敏阻溶剂及溶剂等构成，光敏剂可使光刻胶在显影液中溶解度减小，但曝光将使光敏阻溶剂分解，使光刻胶溶解度大大增长而被显掉，未曝光部分由于溶解度小而留下。负性光刻胶和正性光刻胶相反，负性光刻胶在曝光前能溶于显影液，曝光后，由于光化反映交链成难溶大分子而留下，未曝光部分溶于显影液而去掉。由此完毕图形复制。本次采用正光刻胶。（2）工艺环节1) 准备：A) 开前烘，坚膜烘箱，前烘温度设定95，坚膜温度为120。B) 涂胶前15分钟启动图胶净化台，调节

32、转速，以满足生产规定。C) 光刻前30分钟，启动光刻机汞灯。D) 启动腐蚀恒温槽，温度设定40E) 清洗胶瓶和吸管，并倒好光刻胶。F) 清洗掩膜版（基区光刻掩膜版），并在净化台下吹干2) 涂胶：光刻工艺采用旋转涂胶法，涂胶前设定好予匀转速和时间，甩干速度和时间。将氧化完毕或扩散完毕的硅片放在涂胶头上，滴上光刻胶进行涂胶，规定胶面均匀、无缺陷、无未涂区域。3) 前烘 将涂好光刻胶的硅片放入前烘烘箱，并计时，前烘完毕后将硅片取出，4) 对准 将掩膜版上在光刻机上，并进行图形套准。5) 曝光 将套准后的硅片顶紧，检查套准误差、检查曝光时间，确认无误后，进行曝光。6) 显影此采用浸泡显影，分别在1#显

33、影液，2#显影液显3-5分钟，然后在定影液定影3-5分钟，之后在甩干机中甩干，在显微镜下检查与否合格，否则，返工。7) 坚膜在显影检查合格后将硅片放入坚膜烘箱进行坚膜，设定坚膜时间。8) 腐蚀将坚膜好的硅片准备腐蚀，一方面确认氧化层厚度，计算腐蚀时间。然后进行腐蚀，腐蚀后冲水10分钟，甩干后在显微镜下检查与否腐蚀干净，若未腐蚀干净继续腐蚀。9) 去胶硅片腐蚀完毕后，在3#液中将光刻胶去掉，并冲洗干净，工艺结束。7.4 磷扩散工艺（基区扩散） 7.4.1 工艺原理（1）扩散是微观粒子的一种极为普遍的热运动形式，多种分离器件和集成电路制造中的固态扩散工艺简称扩散，磷扩散工艺是将一定数量的磷杂质掺入

34、到硅片晶体中，以变化硅片本来的电学性质。磷扩散是属于替位式扩散，采用预扩散和再扩散两步扩散法，（2）预扩散磷杂质浓度分布方程为：表达恒定表面浓度（杂质在预扩散温度的固溶度），D1为预扩散温度的扩散系数，x表达由表面算起的垂直距离（cm）,她为扩散时间。此分布为余误差分布。（3）再扩散（主扩散）磷再扩散为有限表面源扩散，杂质浓度分布方程为：其中Q为扩散入硅片杂质总量：D2为主扩散（再分布）温度的扩散系数。杂质分布为高斯分别。 7.4.2 工艺环节1.准备：开扩散炉，并将温度设定倒700-750，开氮气流量3升/分钟。本实验采用液态源扩散，源温用低温恒温槽保持在5以内。2.硅片清洗：清洗硅片（见清

35、洗工艺）将清洗好的硅片甩干。3.将从石英管中取出石英舟，将硅片装在石英舟上，并将石英舟推到恒温区。4.调节温控器，使温度达到预扩散温度1000，调节氧气调节氧气流量为3升/分钟，并开始计时，根据工艺条件进行干氧。5.干氧完毕后，开氮气流量计，按工艺条件调节氮气氧气比例，然后，开通源阀，使通源流量达到工艺规定，并开始计时。6.通源完毕后，关闭通源流量计，保持氮气、氧气流量进行吹气，吹气完毕后，调节氮气流量3升/分钟，关闭氧气流量计，同步调节扩散炉温控器，进行降温30分钟。之后，拉出石英舟，取出硅片，漂去磷硅玻璃，冲洗干净后，检测R值用四探针法进行测量。7.将预扩散硅片用2#液清洗，冲洗干净甩干。

36、8.取出再扩散石英舟，将甩干的硅片装入石英舟，并将石英舟推到恒温区。9.调节温控器，使温度达到再扩散温度1230，调节氧气流量3升/分钟，并开始计时，根据工艺条件进行干氧11分钟。10.在开始干氧同步，将湿氧水壶加热到95-98。干氧完毕后，开湿氧流量计，立即进入湿氧化。同步关闭干氧流量计。根据工艺条件进行湿氧36分钟。11.湿氧完毕，开干氧流量计，调节氧气流量3升/分钟，并根据工艺条件拟定干氧时间为11分钟。12.干氧完毕后，开氮气流量计，流量3升/分钟，根据工艺条件，拟定氮气时间。13.氮气完毕后，主扩散结束，调节温控器降温，氮气流量不变，时间30分钟。14.降温完毕后，拉出石英舟，取出硅

37、片，检测氧化层厚度、均匀性，漂去氧化层，冲洗干净后，检测R值，结深(磨角法或者SEM法)，值。15.将扩散后的硅片交光刻工艺，光刻完毕后，检测击穿电压、值。16、根据实测值，与工艺规定进行比较，如果不满足工艺条件，重新计算再扩散时间，并制定再扩散工艺条件，至达到到设计规定。磷扩散工艺实验结束。 7.5 硼扩散工艺(发射区扩散) 7.5.1 原理扩散是微观粒子的一种极为普遍的热运动形式，多种分离器件和集成电路制造中的固态扩散工艺简称扩散，硼扩散工艺是将一定数量的硼杂质掺入到硅片晶体中，以变化硅片本来的电学性质。硼扩散是属于替位式扩散，采用预扩散和再扩散两个扩散完毕。（1）预扩散硼杂质浓度分布方程

38、为： 表达恒定表面浓度（杂质在预扩散温度的固溶度），D1为预扩散温度的扩散系数，x表达由表面算起的垂直距离（cm）,她为扩散时间。此分布为余误差分布。（2）再扩散（主扩散）硼再扩散为有限表面源扩散，杂质浓度分布方程为： 其中Q为扩散入硅片杂质总量：D2为主扩散（再分布）温度的扩散系数。杂质分布为高斯分布。 7.5.2 工艺环节1. 工艺准备A) 开扩散炉，并将温度设定到750-850，开氮气流量3升/分钟。B) 清洗源瓶，并倒好硼源（固态源，由氧化硼与其她稳定的氧化物压制而成）。C) 开涂源净化台，并调节好涂源转速。2. 硅片清洗：清洗硅片（见清洗工艺），将清洗好的硅片甩干。3. 将清洗干净、

39、甩干的硅片涂上硼源。4. 从石英管中取出石英舟，将硅片装在石英舟上，并将石英舟推到恒温区。调节温控器，使温度达到预扩散温度950，并开始计时，时间是648秒（约10.8分钟）。5. 预扩散完毕后，拉出石英舟，取出硅片，漂去硼硅玻璃，冲洗干净后，检测R值,用四探针法进行测量。6.将预扩散硅片用2#液清洗，冲洗干净甩干。7.取出再扩散石英舟，将甩干的硅片装入石英舟，并将石英舟推到恒温区。调节温控器，使温度达到再扩散温度1170，调节氧气流量3升/分钟，并开始计时，前面已算出再扩散时间9991秒（2.78hour），同步根据工艺条件先进行干氧氧化。8.调节氧气调节氧气流量为3升/分钟，并开始计时，干

40、氧时间是17分钟。在开始干氧同步，将湿氧水壶加热到95。9.干氧完毕后，开氮气流量计，按工艺条件调节氮气氧气比例，然后，开通源阀，使通源流量达到工艺规定，并开始计时。10.干氧完毕后，开湿氧流量计，立即进入湿氧化。同步关闭干氧流量计。根据工艺条件进行湿氧，湿氧时间是22分钟。11.湿氧完毕后，开干氧流量计，调节氧气流量3升/分钟，并根据工艺条件拟定干氧时间，干氧时间是17分钟。12.干氧完毕后，开氮气流量计，流量3升/分钟，根据工艺条件，拟定氮气时间。13.氮气完毕后，再扩散结束，调节温控器降温，氮气流量不变，时间30分钟。14.降温完毕后，拉出石英舟，取出硅片，检测氧化层厚度、均匀性，漂去氧

41、化层，冲洗干净后，检测R值，结深(磨角法或者SEM法)，值。15.将扩散后的硅片交光刻工艺，光刻完毕后，检测击穿电压、值。16.根据实测值，与工艺规定进行比较，如果不满足工艺条件，重新计算再扩散时间，并制定再扩散工艺条件，至达到到设计规定。硼扩散工艺结束。8、幅员一般的晶体管需要七块掩膜版，最简朴的晶体生产中至少需要三块掩膜版，我所设计的掩膜版是配合正胶使用的。第一块是基区掩膜版（面积是1820=360m2），如图10；第二块是发射区掩膜版面积是10.510.5=110m2，如图11；第三块是接触孔掩膜版（面积是73=21m2），如图12。掩膜版有四个对准孔，从第一块到第三块对准孔是缩小的，这

42、就规定在生产过程中有一种对准精度。三块掩膜版叠加在一起的情形图10 基区掩膜版图11 发射区掩膜版图12 接触孔掩膜版图13 三块掩膜版叠加在一起的情形9、心得体会通过这次的课程设计，使我理解到工艺参数对器件的设计起到核心性的作用。一开始做这个课程设计的时候感觉无从下手，毕竟里面有诸多参数需要自己根据规定来设定。 但是由于基本不好，诸多地方都不懂得为什么要那样做，为什么要选用那些参数，以及选用的这些参数到最后的成果有什么影响。在同窗们的协助下，初步理解到应当怎么开始做这个课程设计和计算时所注意的地方。例如最开始不知如何查询图表参数，如少子迁移率、少子的寿命等参数的查询。但是通过同窗们的协助，使

43、我懂得了如何查询这些参数。背面工艺参数由于之前做实验都是直接按实验课本操作的，但是通过同窗的指引，大体理解到如何求扩散的时间跟氧化层厚度。这次课程设计在与同窗的请教当中学到了诸多东西，使我懂得了诸多理论与实际设计的不同。在同窗们的耐心指引下，也锻炼了我思考问题和解决问题的能力。10、参照文献1.半导体器件基本（器件物理），R.F.Pierret电子工业出版社，7月2.集成电路制造技术-原理与工艺，王蔚等编，电子工业出版社，9月3.半导体制造基本，Gary S.May 施敏著，人民邮电出版社，11月4.微电子工艺基本，李薇薇等编，化学工业出版社，1月 5.实用集成电路工艺手册，沈文正等编，宇航出版社，1989年10月 6.晶体管原理与设计，北京大学电子仪器厂半导体专业编，科学出版社，1977年11月