微电子工艺实验报告-集成三极管制造.doc

电子科技大学

实

验

报

告

一、实验目的

1.熟悉半导体工艺的一般步骤。

2.掌握集成三极管制造工艺流程及工艺步骤的要求。

3.牢记相关工艺步骤温度和时间控制、溶液配比要求。

4.学习半导体工艺参数的测试，学会用显微镜进行测试观察。

5.学会用探针台进行集成三极管芯片的性能参数测试。

二、实验原理

半导体工艺建立在一些已经成熟的工艺步骤基础上，半导体的基本工艺步骤是：氧化层生长、热扩散、光刻、离子注入、沉积（蒸发）和刻蚀等步骤。

一）氧化：氧化是在硅片表面生长一层二氧化硅膜的过程。这层膜的作用是：保护和钝化半导体表面；作为杂质选择扩散的掩蔽层；用于电极引线和其下面的硅器件之间的绝缘；用作MOS电容和MOS器件栅极的介电层等等。高温氧化就是把硅衬底置于1000℃以上的高温下，并通入氧化性气体，使衬底表面的一层硅氧化成。高温氧化又分为：干氧氧化、湿氧氧化和水汽氧化三种。

干氧氧化速率慢，但所得到的二氧化硅层质量较好，且和光刻胶有良好的粘附性（不易浮胶），而水汽氧化恰好相反，氧化速度快，使所得的二氧化硅层质量较差，而且过量的水还有腐蚀Si的作用，所以很少单独采用水汽氧化。但终究湿氧氧化生长的二氧化硅层的质量不如干氧氧化的好，且易引起Si表面内杂质再分布。所以，在生长较厚的氧化层时，往往采用干氧-湿氧-干氧的工艺步骤。

二）扩散：半导体工艺中扩散是杂质原子从材料表面向内部的运动。和气体在空气扩散的情况相似，半导体杂质的扩散是在800-1400℃温度范围内进行。从本质上来讲，扩散是微观离子作无规则的热运动的统计结果。这种运动总是由离子较高的地方向着浓度较低的地方进行，而使得离子得分布逐渐趋于均匀；浓度差别越大，扩散也越快。根据扩散时半导体表面杂质浓度变化的情况来区分，扩散有两类，即无限杂质源扩散（恒定表面源扩散）和有限杂质源扩散（有限表面源扩散）。

三）光刻：光刻是一种复印图像和化学腐蚀相结合的综合技术。它先采用照相复印的方法，将事先制好的光刻板上的图象精确地、重复地印在涂有感光胶的（或Al层上），然后利用光刻胶的选择性保护作用对（或Al层）进行选择性的化学腐蚀，从而在层（或Al层）刻出与光刻版相应的图形。光刻的基本要素是光刻胶和掩膜版。掩膜版使部分的光刻胶暴露在紫外光下，而把另一部分遮挡起来。集成电路由许多层不同的材料组成，借以形成不同的器件和元件。

四）离子注入：离子注入广泛应用于MOS器件，离子注入是将某种杂质的离子用一定电场加速到一高速度之后，嵌入到半导体材料之中。其平均穿透深度在0.1~0.6um之间，取决于离子撞击硅片时的速度。离子的轨迹受到和其他离子不断碰撞的影响。这种离子注入过程会破坏半导体的晶格结构，但在注入后将半导体温度长高到800℃退火，使离子处于可动状态并嵌入到半导体晶格中去，可使晶格结构得以恢复完整。

五）淀积：淀积是在硅片上淀积各种材料的薄膜。可以用真空蒸发、溅射，或化学气相淀积（CVD)的方式沉积薄膜，在真空蒸发沉积时，固体材料（铝）被放在的真空中加热至蒸发态。蒸发分子撞击到较冷的硅片，在硅片表面冷凝形成约1微米厚的固态薄膜。溅射技术是用正离子去轰击涂有需要淀积材料的阴极（靶）。由于动量的直接转化，作为靶的材料被撞出并淀积到放在阳极的硅片上。在集成电路生产中用作淀积的溅射系统有直流(dc)，射频(rf)或磁控管（磁场）溅射系统。溅射通常也在真空中进行，但气压的范围是。化学气相淀积是利用在硅片附近发生汽相的化学反应或高温分解而在硅片上淀积一层薄膜的过程。这种淀积工艺一般用于淀积多晶硅、二氧化硅或氮化硅。化学汽相淀积通常在大气压下进行，也可在低压下进行。

六）刻蚀：刻蚀是去除无保护层的表面材料的过程。在光刻工艺时已经讨论了如何使部分表面材料暴露，而把其他部分保护起来。由于刻蚀可在各个方向起作用，因此水平方向的刻蚀将产生钻蚀。有一些择估的刻蚀工艺可使钻蚀减至最小，但还是无法完全杜绝。同样，如果底层材料的腐蚀速率不是零，为保证顶层材料充分除掉，必须对底层也有一定的腐蚀作用。为减少这一效应，顶层的腐蚀速率至少应是底层的10倍。通常，需要腐蚀的材料是多晶硅、二氧化硅、氮化硅和金属。

实验内容

熟悉实验步骤和工艺参数要求。

根据实验原理，按照实验步骤完成集成三极管整个工艺流程的实验操作，制作出集成三极管芯片。

利用探针台和图示仪，对自己制作的集成三极管芯片进行检测。

实验器材

高温氧化扩散系统、低压化学气相沉积系统、高密度电离化学气相淀积系统、激光圆形产生器、光罩对准曝光机、红外线光罩对准曝光机、负光影显影定影机、四点探针、扫描电子显微镜等

五、实验步骤

各工艺步骤如下：备片→一次氧化→光刻基区、刻蚀→基区硼预扩散箭头→基区硼再扩散（氧化）→光刻发射区、刻蚀→发射区磷预扩散

→发射区磷再扩散（氧化）→光