器件物理课程设计综述

1、课程设计课程名称微电子器件与工艺课程设计题目名称npn双极型晶体管的设计npn双极型晶体管的设计目录1设计任务书.21.1内容.21.2要求与数据.21.3应完成的工作.21.4主要参照文件.32物理参数计算.32.1.各区混淆浓度及相关参数的计算.32.2少子的迁徙率.32.3少子的扩散系数.42.4少量载流子的扩散长度.52.5各区的厚度.52.5.1集电区厚度Wc.52.5.2基区宽度WB.62.6扩散结深.92.7电阻率.93实质器件设计.103.1硅片选择.103.2图形结构.103.3各区面积.114.工艺参数计算.114.1基区硼扩散.114.1.1预扩散.114.1.2再扩散.

2、124.1.3氧化层厚度.134.2发射区磷扩散.134.2.1预扩散.134.2.2再扩散.144.2.3氧化层厚度.144.3氧化时间.144.3.1基区氧化.154.3.2发射区氧化.165、设计参数总结.176、工艺流程.186.1主要流程.186.2冲洗工艺.226.3氧化工艺.236.4光刻工艺.256.5硼扩散工艺(基区扩散).276.6磷扩散工艺(发射区扩散）.297.领土设计.317.2发射区掩膜板.317.3接触孔掩膜版.328.总结与领悟.321npn双极型晶体管的设计1设计任务书题目名称学生学院npn双极型晶体管的设计资料与能源学院专业班级姓名学号1.1内容设计一个均匀

3、混淆的npn型双极晶体管，使T=300K时，hfe=120,BVCBO=80V.晶体管工作于小注入条件下，设计时应尽量减小基区宽度调制效应的影响。1.2要求与数据1认识晶体管设计的一般步骤和设计原则2依据设计指标设计资料参数，包含发射区、基区和集电区混淆浓度NE,NB,和NC,依据各区的混淆浓度确立少子的扩散系数，迁徙率，扩散长度和寿命等。3依据主要参数的设计指标确立器件的纵向结构参数，包含集电区厚度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依据扩散结深Xjc,发射结结深Xje等确立基区和发射区预扩散和再扩散的扩散温度和扩散时间；由扩散时间确立氧化层的氧化温度、

4、氧化厚度和氧化时间。5依据设计指标确立器件的图形结构，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领土。依据现有工艺条件，制定详细的工艺实行方案。7撰写设计报告1.3应完成的工作资料参数设计2.晶体管纵向结构设计2npn双极型晶体管的设计3.晶体管的横向结构设计（设计光刻基区、发射区和金属化的掩膜领土形）4工艺参数设计和工艺操作步骤5.总结工艺流程和工艺参数写设计报告1.4主要参照文件1半导体器件基础RobertF.Pierret著，黄如译，电子工业第一版社，2004.2半导体物理与器件赵毅强等译，电子工业第一版社，2005年.3硅集成电路工艺基础，关旭东编著，北京大学第一版社，2

5、005年.2物理参数计算2.1.各区混淆浓度及相关参数的计算发射区、基区和集电区混淆浓度NE,NB,和NC三极管的击穿电压是雪崩击穿电压和穿通电压中较小的一个。当集电结上的偏置电压凑近击穿电压V时，集电结可用突变结近似，对于硅器件击穿电压为61343NC103（）VB13,由此可得集电区杂质浓度为：610（NBC）4BVCBO由设计的要求可知C-B结的击穿电压为：BVCBO=80V依据公式,可算出集电区杂质浓度：61013461013433153NC（)6.814210cmBVCBO）(807.01015cm3一般的晶体管各区的浓度要满足NENBNC，发射区混淆浓度：NC7.01015cm33

6、32.2少子的迁徙率3npn双极型晶体管的设计图1室温下载流子迁徙率与混淆浓度的函数关系依据图1，可知，当基区的混淆浓度NB371016cm，基区的少子迁徙率：nB740cm2/Vs当集电区的混淆浓度NC37.01015cm，集电区的少子迁徙率：pC440cm2/Vs当发射区的混淆浓度NE337.01018cmcm，发射区的少子迁移率：pE72cm2/Vs2.3少子的扩散系数由爱因斯坦关系式可知，KT2基区扩散系数：DB0.02674019.24cmqBS4npn双极型晶体管的设计KT集电区扩散系数：DCqKT发射区扩散系数：DEq20.02644011.44cmcS20.026721.872

7、cmES2.4少量载流子的扩散长度由经验值设置少子寿命106s，由扩散长度公式LnDnn和LpDpp有：基区扩散长度：LBDBn19.241064.386103cm发射区扩散长度：LEDEp11.441063.382104cm集电区扩散长度：LCDCp1.8721061.368104cm2.5各区的厚度集电区厚度Wc，基区宽度Wb2.5.1集电区厚度Wc依据公式求出集电区厚度的最小值为：2128.8510141WCXmB0SBVCBO211.8802qNC1.61019710150.386103cm3.86m集电区厚度的最小值由击穿电压决定。平常为了满足击穿电压的要求，集电区厚度WC一定大于击

8、穿电压时的耗尽层宽度，此中XmB是集电区临界击穿的耗尽层宽度，5npn双极型晶体管的设计综合考虑，选择集电区厚度Wc为WC5m2.5.2基区宽度WB（1）基区宽度的最大值对于低频管，与基区宽度相关的主要的电学参数是，所以低频器件的基区2宽度的最大值由确立。当发射效率1时，电流放大系数1WB2因Lnb，WL2nb1此基区宽度的最大值可按下式预计：2Bhfe为了使器件进入大电流状态时，电流放大系数还能满足要求，因此设计过程中取=4。依据公式,求得低频管的基区宽度的最大值为：21432WBmaxLnb24.38610hfe1200.8103cm8m2）基区宽度的最小值为了保证器件正常工作，在正常工作

9、电压下基区绝对不可以穿通。所以，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BVCBO80V，对于均匀基区晶体管，当集电结电压凑近雪崩击穿时，基区一侧的耗尽层宽度为：120sND220sNCBVCBOBVCBOXBminqNBNBNCqNANAND12211.88.85101471015801.6101971016(7101671015)1240.36810cm0.368m则由上述计算可知基区的范围为：0.368mWB8m6npn双极型晶体管的设计（3）求基区准中性区由以下公式可求Whfe11W2DENBWDBNELE2LB1201W1W21.8727101619.24710183

10、.38210424.386103解得W5.13585104cm5.13585m（4）基区耗尽区宽度与PN结二极管的分析近似，在均衡和标准工作条件下，BJT可以看作是由两个独立的PN结构成，它在均衡时的结构图以下所示：EBCWBNPWN图2均衡条件下的npn三极管的表示图因为NENB，E-B耗尽区宽度（WEB）可近视看作所有位于基区内，又由NBNC，获取大多数C-B耗尽区宽度（WCB）位于集电区内。因为C-B结轻混淆一侧的混淆浓度比E-B结轻混淆一侧的浓度低，所以WCBWEB。因为WB是基区宽度，此中W是基区中准中性基区宽度；也就是说，对于NPN晶体管，有：WBWxPEBxPCB7npn双极型晶

11、体管的设计此中xPEB和xPCB分别是位于P型区内的E-B和C-B耗尽区宽度，此中W指的就是准中性基区宽度。E-B结的内建电势为：VbiEBkTNENB0.026ln71018710160.341Vlnni2(1010)2qC-B结的内建电势为：kTNCNB0.0267101571016VbiCBlnln(1010)0.161Vqni22依据公式,E-B结在基区一边的耗尽层宽度xPEB为：NENB，可以看作单边突变结办理X2KS0NEV1122KsoV2PEBqNBNENBbiEBbiEBqNB141211.88.85100.34125cm0.079744m1.61019710160.7974

12、410依据公式,B-C结在基区一边的耗尽层宽度xPCB为：1122XPCB2KS0NCVbiCB2KsoVbiCBqNBNCNBqNB8npn双极型晶体管的设计141211.88.8510120.1611.61019710160.54794105cm0.054794m5）基区总宽度由以上计算结果可求基区总宽度为：WBWxnEBxnCB5.135850.0797440.0547945.2704m但为了减小结深，还是取WB=2m，且满足条件0.368mW8m。B2.6扩散结深集电结深Xjc,发射结结深Xje在晶体管的电学参数中，击穿电压与结深关系最为亲近，它随结深变浅，曲率半径减小而降低，因此为了

13、提升击穿电压，要求扩散结深一些。但另一方面，结深却又受条宽容制，因为基区累积电荷增添，基区渡越时间增添，有效特色频率就降落，所以，平常采纳：反射结结深为集电结结深为XXjeWB2umjc2WB4um图3发射极条宽对结面形状的影响2.7电阻率9npn双极型晶体管的设计图4混淆浓度与电阻率的函数关系依据图4，可获取不一样杂质浓度对应的电阻率：0.6cm,0.24cm,0.0062cmCBE3实质器件设计3.1硅片选择在这个npn双极晶体管的设计中，衬底的电阻率为0.6cm采纳n型硅，衬底，晶向为（111）。3.2图形结构此次设计的晶体管不过一般的晶体管，对图形结构没有特其余要求。三极管剖面图如图4

14、，三极管俯视图如图5。CBE10npn双极型晶体管的设计图4：三极管剖面图CBE图5：三极管俯视图3.3各区面积发射区面积取：A1010100m2E基区面积取：A3020600m2。B集电曲面积取：A40301200m2C工艺参数计算4.1基区硼扩散4.1.1预扩散预扩散温度：基区硼的预扩温度为950C，即1223K。基区硼预扩时间：杂质元素BPD0/（cm2/s）10.510.5E/eV3.693.69表1：硼、磷元素在硅中的D0与激活能E注：适用温度范围（oC）为:8001350由上述表1可知硼在硅中有：DO10.5cm2/sEa3.69eV所以，扩散系数D：DD0exp(Ea)10.5e

15、xp(3.69)1.70981016cm2/skT8.6141051223单位面积杂质浓度：11npn双极型晶体管的设计Q(t)(NBNc)Xjc(7.0010167.001015)41043.081013cm2图6硅晶体中各种杂质的固溶度曲线由图6查得C21020cm3S由公式Q(t)2CSDt，得出基区的预扩散时间：Q2(t)3.08101323.14108.9397st102024CS2D421.709810164.1.2再扩散再扩散温度：主扩散的温度为1200C，即1473K。由公式可求出扩散系数：DD0exp(Ea)10.5exp(3.69)4.4791013cm2/skT8.614

16、1051473因为预扩散的结深很浅，可将它忽视，故，XjcX.再扩4.00m12npn双极型晶体管的设计X再扩CSQ由再扩散结深公式：2DtlnCS，CB，此中DtCBNC7.001015cm3。所以,X2再扩4DtlnQtlnt2tlnQX2再扩0CBDtCBD2D3.0810134.001042即tlnt2tln0710154.479101324.4791013经过化简得：tlnt121.8074t1786100解得基区再扩散的时间：t=11209s=3.11h4.1.3氧化层厚度0考虑到生产实质状况，基区氧化层厚度取为6000A。4.2发射区磷扩散4.2.1预扩散温度：发射区磷预扩散温度

17、为1150C，即1423K发射区预扩散时间：由表1可知DO10.5cm2/sEa3.69eV所以，磷在硅中的扩散系数为DD0exp(Ea)10.5exp(3.69)8.85791015cm2/skT8.6141051423单位面积杂质浓度：Q(t)(NBNE)Xjc(7.00101671018)41042.8281015cm2查表知固溶度：C21021cm3S13npn双极型晶体管的设计由公式Q(t)2CSDt，得出发射区的预扩散时间：2(t)152Q2.82810177.2793st4210218.857910154CS2D24.2.2再扩散npn发射区的磷再扩散的温度这里取1200，即14

18、73K。由公式可求出扩散系数：DD0exp(Ea)10.5exp(3.69)8.85791013cm2/skT8.6141051423因为预扩散的结深很浅，可将它忽视，故，XjeX.再扩2m由再扩散结深公式：X再扩2DtlnCSCB，此中CSQCBNB7.001016cm3Dt,可得：X2再扩4DtlnQDttlnt2tlnCBQX2再扩0CBD2D即2.8281521042tlnt2tln1001016101328.8579101378.8579经过化简得：tlnt311.24t225790可得发射区再扩散的时间：t=96725s=26.87h4.2.3氧化层厚度0考虑到生产实质状况，发射区

19、氧化层厚度取为7000A。4.3氧化时间14npn双极型晶体管的设计4.3.1基区氧化0由前面得出基区氧化层厚度是6000A，可以采纳干氧湿氧干氧的工艺,0将6000A的氧化层的分配成以下的比率进行氧化工艺：干氧：湿氧：干氧=1：4：1000即先干氧1000A（0.1um），再湿氧4000A（0.4um），再干氧1000A（0.1um）取干氧和湿氧的氧化温度为1200，由图7可得出：0t120.4min干氧氧化1000A的氧化层厚度需要的时间为：湿氧氧化40000t216.8minA的氧化层厚度需要的时间为：所以，基区总的氧化时间为：t2t1t2220.416.857.6min15npn双极型

20、晶体管的设计图7氧化时间与氧化厚度的关系图基区氧化时间：在1200C下采纳干氧湿氧干氧工艺进行以下操作干氧0.1um20.4min湿氧0.4um16.8min干氧0.1um20.4min4.3.2发射区氧化0由前面可知发射区氧化层厚度是7000A，采纳干氧湿氧干氧的工艺,将70000A的氧化层的分配成以下的比率进行氧化工艺：16npn双极型晶体管的设计干氧：湿氧：干氧=1：5：1000即先干氧1000A（0.1um），再湿氧5000A（0.5um），再干氧1000A（0.1um）取干氧和湿氧的氧化温度为1200，由图9可得出：0t120.4min干氧氧化1000A的氧化层厚度需要的时间为：0t

21、222.8min湿氧氧化5000A的氧化层厚度需要的时间为：所以，发射区总的氧化时间为：t2t1t2220.422.863.6min发射区氧化时间：在1200C下采纳干氧湿氧干氧工艺进行以下操作干氧0.1um20.4min湿氧0.5um22.8min干氧0.1um20.4min5、设计参数总结采纳外延硅片，其衬底的电阻率为0.6cm的N型硅，采纳晶向。相关参数集电区C基区B发射区E各区杂质浓度NXcm37.0010157.0010167.001018少子迁徙率Xcm2/Vs44074072少子扩散系数DXcm2/s11.4419.241.872电阻率Xcm0.60.240.0062少子寿命Xs

22、1.0106扩散长度LXcm1.3681044.3861033.382104XjC4.00m结深/W(m)WC5mWB2.00mXje2.00m面积(m2)1200600100扩散温度预扩散/950,108.9s1150,177.3s17npn双极型晶体管的设计()和/1200,11209s1200,96725s时间s再扩散0/60007000氧化层厚度(A)先干氧氧化20.4先干氧氧化20.4分钟，后湿氧氧分钟，后湿氧氧化化22.8分钟，再氧化时间/16.8分钟，再干氧干氧氧化20.4分氧化20.4分钟，共钟，共氧化63.6氧化57.6分钟。分钟表2设计参数总表6、工艺流程6.1主要流程6.

23、1.1硅片采纳和冲洗(电阻率为0.6cm,晶向的n型硅)。N-Si6.1.2氧化基区,厚度60000氧化一层氧化膜做为遮蔽膜A0t120.4min干氧氧化1000A的氧化层厚度需要的时间为：湿氧氧化40000t216.8minA的氧化层厚度需要的时间为：0t320.4min干氧氧化1000A的氧化层厚度需要的时间为：SiO2N-Si18npn双极型晶体管的设计6.1.3光刻基区在掩膜版上光刻一个基区窗口，面积为AB3020600m2紫外线SiO2SiO2N-Si6.1.4基区硼预扩散3杂质浓度为7.001016cm预扩散温度：950预扩散时间：108.9s硼混淆SiO2SiO2N-Si6.1.

24、5去膜氧化将预扩散中掺入杂质的氧化层经过冲洗工艺去除（氧化层用HF去除，光刻胶残膜用1号液去除）N-Si6.1.6硼再扩散与发射区氧化再扩散温度：1200再扩散时间：11209s基区结深：2.00m19npn双极型晶体管的设计0再氧化一层氧化膜作为遮蔽膜，厚度6000A0t120.4min干氧氧化1000A的氧化层厚度需要的时间为：0t222.8min湿氧氧化5000A的氧化层厚度需要的时间为：干氧氧化10000t320.4minA的氧化层厚度需要的时间为：SiO2PN-Si6.1.7光刻发射区2在掩膜版上光刻一个发射区窗口，面积为：AE1010100m紫外线SiO2SiO2PN-Si6.1.

25、8磷预扩散3杂质浓度：7.001018cm预扩散温度：1150预扩散时间：117.3s20npn双极型晶体管的设计磷混淆SiO2SiO2PN-Si6.1.9去氧化层将预扩散中掺入杂质的氧化层经过冲洗工艺去除（氧化层用HF去除，光刻胶残膜用1号液去除）PN-Si6.1.10磷再扩散再扩散温度：1200再扩散时间:96725s发射区结深:2.00mNPN-Si6.1.11堆积保护层：保护晶体管各区杂质浓度不变N+PN-Si6.1.12光刻接触孔21npn双极型晶体管的设计N+PN-Si6.1.13金属化N+PN-Si6.1.14光刻金属孔N+PN-Si6.1.15参数检测：用晶体管测试仪测试相关参

26、数，考据参数的正确性6.2冲洗工艺6.2.1定义：化学冲洗是指除去吸附在半导体，金属资料以及生产器具表面上的各种有害杂质或油污的工艺。6.2.2冲洗原理：冲洗主要利用各种化学试剂与吸附在被冲洗物体表面上的杂质及油污发生化学反应和溶解作用，或伴以超声，加热，抽真空等物理措施，使杂质从被冲洗物体的表面脱附，而后用大批的高纯热，冷去离子水冲洗，从而获取洁净的物体表面。6.2.3冲洗流程：化学冲洗主要包含三个方面的冲洗。一是硅片表面的冲洗；二是生产过程中使用的金属资料的冲洗；三是生产用的工具，器皿的冲洗。6.2.4硅片冲洗的一般程序：吸附在硅片表面的杂质大体上可分为分子型，离子型和原子型三种。分子型杂

27、质粒子与硅片表面之间的吸附较弱，除去这些杂质粒子比较简单。22npn双极型晶体管的设计它们多属油脂类杂质，拥有疏水性的特色，这类杂质的存在，对于除去离子型和原子型杂质拥有遮蔽作用，所以在对硅片冲洗时第一要把它们除去。离子型和原子型吸附的杂质属于化学吸附杂质，其吸附力都较强，所以在化学冲洗时，一般都采纳酸，碱溶液或碱性双氧水先除去离子型吸附杂质，而后用王水或酸性双氧水再来除去残余的离子型杂质用原子型杂质，最后用高纯去离子水将硅片冲洗洁净，再加温烘干即可获取洁净表面的硅片。简而言之，工艺程序为：去分子-去离子-去原子-去离子水冲洗、烘干。6.2.5常用硅片冲洗液名称配方使用条件作用号洗液NH4OH

28、:H2O2:H2O805去油脂=1:1:51:2:710min去光刻胶残膜去金属离子去金属原子号洗液HCl:H2O2:H2O805去金属离子=1:1:61:2:810min去金属原子号洗液H2SO4:H2O212010去油、去腊=3:11015min去金属离子去金属原子6.3氧化工艺6.3.1氧化原理二氧化硅可以紧紧地依靠在硅衬底表面，拥有极稳固的化学性和电绝缘性，所以，二氧化硅可以用来作为器件的保护层和钝化层，以及电性能的间隔、绝缘资料和电容器的介质膜。二氧化硅的另一个重要性质，对某些杂质（如硼、磷、砷等）起到遮蔽作用，从而可以选择扩散；正是利用这一性质，并结合光刻和扩散工艺，才发展起来平面

29、工艺和超大规模集成电路。6.3.2热氧化工艺简介23npn双极型晶体管的设计制备二氧化硅的方法很多，但热氧化制备的二氧化硅遮蔽能力最强，是集成电路工艺最重要的工艺之一。因为热生长制造工艺设备简单，操作方便，SiO2膜较致密，所以采纳热氧化二氧化硅制备工艺。热生长的方法是将硅片放入高温炉内，在氧气氛中使硅片表面在氧化物质作用下生长SiO2薄层，氧化气氛可为水汽，湿氧或干氧。实验表示，水汽氧化法：生长速率最快，但生成的SiO2层结构松散，表面有斑点和缺点，含水量多，对杂质特别是磷的遮蔽以力较差，所以在器件生产上都不采纳水汽氧化法。1）干氧法:生长速率最慢，但生成的SiO2膜结构致密，干燥，均匀性和

30、重复性好，遮蔽能力强，钝化成效好，SiO2膜表面与光刻胶接触优异，光刻时不易浮胶。2）湿氧法:生长速率介于前二者之间，生长速率可经过炉温或水浴温度进行调整。使用灵巧性大，湿氧法生长的SiO2膜，固然致密性略差于干氧法生长的SiO2膜，但其遮蔽能力和钝化成效都能满足一般器件生产的要求，较突出的短处是SiO2表面与光刻胶接触不良，光刻时简单产生浮胶。生产中采纳取长补短的方法，充分利用湿氧和干氧的长处，采纳干氧湿氧干氧交替的方法。依据迪尔和格罗夫模型，热氧化过程须经历以下过程：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，其流密度用F1表示，流密度定义为单位时间经过单位面积的粒子

31、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表示。3）氧化剂在Si表面与Si反应生成SiO2，流密度用F3表示。4）反应的副产物走开界面。氧化的致密性和氧化层厚度与氧化气氛（氧气、水气）、温度平易压有亲近关系。应用于集成电路遮蔽的热氧化工艺一般采纳干氧湿氧干氧工艺制备。6.3.3氧化工艺步骤（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，将冲洗好的硅片装入石英舟，而后，将石英舟推倒恒温区。并开始升温；24npn双极型晶体管的设计（3）达到氧化温度后，调整氧气流量3升/分钟，并开始计时，确立干氧时间。在开始

32、干氧的同时，将湿氧水壶加热到95-98。干氧完成后，马上开湿氧流量计，马上进入湿氧化。同时关闭干氧流量计，确立湿氧时间；（4）湿氧完成，开干氧流量计，调整氧气流量3升/分钟，并开始计时，确定干氧时间；（5）干氧完成后，开氮气流量计，调整氮气流量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拿出，同时，检测氧化层表面状况和厚度；（7）关氧化炉，关气体。6.3.4丈量氧化层厚度丈量厚度的方法很多，有双光干涉法、电容压电法、椭圆偏振光法、腐化法和比色法等。在精度不高时，可用比色法来简单判断厚度。比色法是利用不一样厚度的氧化膜在白光垂直照耀下会表现出不一样颜色的干涉条

33、纹，从而大体判断氧化层的厚度。颜色氧化膜厚度氧化膜厚度氧化膜厚度氧化膜厚度（埃）（埃）（埃）（埃）第一周期第二周期第三周期第周围期灰100黃褐300蓝800紫1000275046506500深蓝1500300049006800绿1850330056007200黃2100370056007500橙225040006000红2500435062506.4光刻工艺25npn双极型晶体管的设计6.4.1光刻原理光刻工艺是加工制造集成电路微图形结构的要点工艺技术，发源于印刷技术中的照相制版，是在一个平面（硅片）上，加工形成微图形。光刻工艺包含涂胶、曝光、显影、腐化等工序。集成电路对光刻的基本要求有以下几

34、个方面：1、高分辨率：一个由10万元件构成的集成电路，其图形最小条宽约为3m，而由500万元件构成的集成电路，其图形最小条宽1m，所以，集成度提升则要求条宽越细，也就要求光刻技术的图形分辨率越高。条宽是光刻水平的标记，代表集成电路发展水平。2、高矫捷度：矫捷度是指光刻机的感光速度，集成电路要求产量要大，因此，曝光时间应短，这就要求光刻胶的矫捷度要高。3、低缺点：假如一个集成电路芯片上出现一个缺点，则整个芯片将无效，集成电路制造过程包含几十道工序，此中光刻工序就有10多次，所以，要求光刻工艺缺点尽是少，不然，就没法制造集成电路。4、精良的套刻对准：集成电路的图形结构需要多次光刻完成，每次曝光都需

35、要相互套准，所以集成电路对光刻套准要求特别高，其偏差同意为最小条宽的10%左右。集成电路所用的光刻胶有正胶和负胶两种：正性光刻胶平常由碱溶性酚醛树脂、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，使光刻胶溶解度大增添而被显掉，未曝光部分因为溶解度小而留下，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，因为光化反应交链成难溶大分子而留下，未曝光部分溶于显影液而显掉。由此完成图形复制。可在衬底表面获取与光刻掩膜版遮光图案相反的保护胶层。本课程设计采纳正光刻胶，正光刻胶平常由碱溶性酚醛树脂、光敏阻溶剂及溶剂等构成，光敏剂可使光刻胶在显影

36、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添而被显掉，未曝光部分因为溶解度小而留下。6.4.2工艺步骤准备：开前烘，坚膜烘箱，前烘温度设定95，坚膜温度为120。涂胶前15分钟开启图胶净化台，调整转速，以满足生产要求。26npn双极型晶体管的设计光刻前30分钟，开启光刻机汞灯。开启腐化恒温槽，温度设定40冲洗胶瓶和吸管，并倒好光刻胶。冲洗掩膜版（基区光刻掩膜版），并在净化台下吹干涂胶：光刻工艺采纳旋转涂胶法，涂胶前设定好予匀转速和时间，甩干速度和时间。将氧化完成或扩散完成的硅片放在涂胶头上，滴上光刻胶进行涂胶，要求胶面均匀、无缺点、无未涂地域。前烘将涂好光刻胶的硅片放入前烘

37、烘箱，并计时，前烘完成后将硅片拿出，对准将掩膜版上在光刻机上，并进行图形套准。曝光将套准后的硅片顶紧，检查套准偏差、检查曝光时间，确认无误后，进行曝光。显影此采纳浸泡显影，分别在1#显影液，2#显影液显3-5分钟，而后在定影液定影3-5分钟，以后在甩干机中甩干，在显微镜下检查能否合格，不然，返工。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。腐化将坚膜好的硅片准备腐化，第一确认氧化层厚度，计算腐化时间。而后进行腐化，腐化后冲水10分钟，甩干后在显微镜下检查能否腐化洁净，若未腐化干净连续腐化。去胶硅片腐化完成后，在3号液中将光刻胶去掉，并冲洗洁净，工艺结束。6.5硼扩散工艺(基区

38、扩散)6.5.1工艺原理27npn双极型晶体管的设计1）扩散是微观粒子的一种极为广泛的热运动形式，各种分别器件和集成电路制造中的固态扩散工艺简称扩散，硼扩散工艺是将必定数目的硼杂质掺入到硅片晶体中，以改变硅片本来的电学性质。硼扩散是属于替位式扩散，采纳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：N(x,t)NSerfc(x2D1t)表示恒定表面浓度（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表示由表面算起的垂直距离（cm）,他为扩散时间。此分布为余偏差分布。（3）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：x2)Qexp(4D2tN(x,t)D

39、2t此中Q为扩散入硅片杂质总量：QN(x,t)dt0D2为主扩散（再分布）温度的扩散系数。杂质分布为高斯分别。6.5.2工艺步骤1.准备：开扩散炉，并将温度设定倒850-900，开氮气流量3升/分钟。本实验采纳液态源扩散，源温用低温恒温槽保持在5之内。2.硅片冲洗：冲洗硅片（见冲洗工艺）将冲洗好的硅片甩干。3.将从石英管中拿出石英舟，将硅片装在石英舟上，并将石英舟推到恒温区。4.调理温控器，使温度达到预扩散温度950，调理氧气调整氧气流量为3升/分钟，并开始计时，时间是108.9s，依据工艺条件进行干氧。5.干氧完成后，开氮气流量计，按工艺条件调理氮气氧气比率，而后，开通源阀，使通源流量达到工

40、艺要求，并开始计时。6.通源完成后，关闭通源流量计，保持氮气、氧气流量进行吹气，吹气完成后，调整氮气流量3升/分钟，关闭氧气流量计，同时调整扩散炉温控器，进行降温28npn双极型晶体管的设计30分钟。以后，拉出石英舟，拿出硅片，漂去硼硅玻璃，冲洗洁净后，检测R值用四探针法进行丈量。7.将预扩散硅片用2号液冲洗，冲洗洁净甩干。8.拿出再扩散石英舟，将甩干的硅片装入石英舟，并将石英舟推到恒温区。9.调理温控器，使温度达到再扩散温度1200，调整氧气流量3升/分钟，并开始计时，时间是11209ss，依据工艺条件进行干氧20.4分钟。在开始干氧同时，将湿氧水壶加热到95-98。干氧完成后，开湿氧流量计

41、，马上进入湿氧化。同时关闭干氧流量计。依据工艺条件进行湿氧16.8分钟。湿氧完成，开干氧流量计，调整氧气流量3升/分钟，并依据工艺条件确立干氧时间为20.4分钟。干氧完成后，开氮气流量计，流量3升/分钟，依据工艺条件，确立氮气时间分钟。13.氮气完成后，主扩散结束，调整温控器降温，氮气流量不变，时间30分钟。降温完成后，拉出石英舟，拿出硅片，检测氧化层厚度、均匀性，漂去氧化层，冲洗洁净后，检测R值，结深(磨角法也许SEM法)，a值。15.将扩散后的硅片交光刻工艺，光刻完成后，检测击穿电压、a值。16、依据实测a值，与工艺要求进行比较，假如不满足工艺条件，重新计算再扩散时间，并制定再扩散工艺条件

42、，至到达到设计要求。硼扩散工艺实验结束。6.6磷扩散工艺(发射区扩散）6.6.1原理扩散是微观粒子的一种极为广泛的热运动形式，各种分别器件和集成电路制造中的固态扩散工艺简称扩散，磷扩散工艺是将必定数目的磷杂质掺入到硅片晶体中，以改变硅片本来的电学性质。磷扩散是属于替位式扩散，采纳预扩散和再扩散两个扩散完成。（1）预扩散磷杂质浓度分布方程为：N(x,t)NSerfc(x2D1t)表示恒定表面浓度（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表示由表面算起的垂直距离（cm）,他为扩散时间。此分布为余误差分布。29npn双极型晶体管的设计2）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：Qexp(x2)N(x,t)4D2tD2t此中Q为扩散入硅片杂质总量：