微電子工藝實驗報告

1、電子科技大學實驗報、實驗目的熟悉半導體工藝的一般步驟。掌握集成三極管制造工藝流程及工藝步驟的要求。牢記相關(guān)工藝步驟溫度和時間控制、溶液配比要求。學習半導體工藝參數(shù)的測試，學會用顯微鏡進行測試觀察。學會用探針臺進行集成三極管芯片的性能參數(shù)測試。二實驗原理半導體工藝建立在一些已經(jīng)成熟的工藝步驟基礎(chǔ)上，半導體的基本工 藝步驟是：氧化層生長、熱擴散、光刻、離子注入、沉積（蒸發(fā)）和 刻蝕等步驟。一）氧化：氧化是在硅片表面生長一層二氧化硅SiO膜的過程。這層 2膜的作用是：保護和鈍化半導體表面；作為雜質(zhì)選擇擴散的掩蔽層； 用于電極引線和其下面的硅器件之間的絕緣;用作 MOS電容和 MOS 器件柵極的介電層

2、等等。高溫氧化就是把硅襯底置于1000 C以上的 高溫下，并通入氧化性氣體，使襯底表面的一層硅氧化成SiO2。高溫 氧化又分為：干氧氧化、濕氧氧化和水汽氧化三種。干氧氧化速率慢，但所得到的二氧化硅層質(zhì)量較好，且和光刻膠有良 好的粘附性（不易浮膠），而水汽氧化恰好相反，氧化速度快，使所 得的二氧化硅層質(zhì)量較差，而且過量的水還有腐蝕Si的作用，所以 很少單獨采用水汽氧化。但終究濕氧氧化生長的二氧化硅層的質(zhì)量不 如干氧氧化的好，且易引起Si表面內(nèi)雜質(zhì)再分布。所以，在生長較 厚的氧化層時，往往采用干氧-濕氧-干氧的工藝步驟。二）擴散：半導體工藝中擴散是雜質(zhì)原子從材料表面向內(nèi)部的運動。 和氣體在空氣擴散

3、的情況相似，半導體雜質(zhì)的擴散是在800-1400C溫 度范圍內(nèi)進行。從本質(zhì)上來講，擴散是微觀離子作無規(guī)則的熱運動的 統(tǒng)計結(jié)果。這種運動總是由離子較高的地方向著濃度較低的地方進 行，而使得離子得分布逐漸趨于均勻；濃度差別越大 擴散也越快。 根據(jù)擴散時半導體表面雜質(zhì)濃度變化的情況來區(qū)分，擴散有兩類，即 無限雜質(zhì)源擴散（恒定表面源擴散）和有限雜質(zhì)源擴散（有限表面源 擴散）。三）光刻：光刻是一種復印圖像和化學腐蝕相結(jié)合的綜合技術(shù)。它先 采用照相復印的方法，將事先制好的光刻板上的圖象精確地、重復地 印在涂有感光膠的Siq （或Al層上），然后利用光刻膠的選擇性保護 作用對Siq （或Al層）進行選擇性的

4、化學腐蝕，從而在Siq層（或 Al層）刻出與光刻版相應的圖形。光刻的基本要素是光刻膠和掩膜 版。掩膜版使部分的光刻膠暴露在紫外光下，而把另一部分遮擋起來。 集成電路由許多層不同的材料組成，借以形成不同的器件和元件。四）離子注入：離子注入廣泛應用于MOS器件，離子注入是將某種 雜質(zhì)的離子用一定電場加速到一高速度之后，嵌入到半導體材料之 中。其平均穿透深度在0.10.6um之間，取決于離子撞擊硅片時的速 度。離子的軌跡受到和其他離子不斷碰撞的影響。這種離子注入過程 會破壞半導體的晶格結(jié)構(gòu)，但在注入后將半導體溫度長高到800 r退 火，使離子處于可動狀態(tài)并嵌入到半導體晶格中去，可使晶格結(jié)構(gòu)得 以恢復

5、完整。五）淀積：淀積是在硅片上淀積各種材料的薄膜?？梢杂谜婵照舭l(fā)、 濺射，或化學氣相淀積（CVD）的方式沉積薄膜，在真空蒸發(fā)沉積時， 固體材料（鋁）被放在10 -5Torr的真空中加熱至蒸發(fā)態(tài)。蒸發(fā)分子撞 擊到較冷的硅片，在硅片表面冷凝形成約1微米厚的固態(tài)薄膜。濺射 技術(shù)是用正離子去轟擊涂有需要淀積材料的陰極（靶）。由于動量的 直接轉(zhuǎn)化，作為靶的材料被撞出并淀積到放在陽極的硅片上。在集成 電路生產(chǎn)中用作淀積的濺射系統(tǒng)有直流（dc），射頻（rf）或磁控管（磁場） 濺射系統(tǒng)。濺射通常也在真空中進行，但氣壓的范圍是25 75 x10-3Torr。 化學氣相淀積是利用在硅片附近發(fā)生汽相的化學反 應或高

6、溫分解而在硅片上淀積一層薄膜的過程。這種淀積工藝一般用 于淀積多晶硅、二氧化硅或氮化硅?；瘜W汽相淀積通常在大氣壓下進 行，也可在低壓下進行。六）刻蝕：刻蝕是去除無保護層的表面材料的過程。在光刻工藝時已 經(jīng)討論了如何使部分表面材料暴露，而把其他部分保護起來。由于刻 蝕可在各個方向起作用，因此水平方向的刻蝕將產(chǎn)生鉆蝕。有一些擇 估的刻蝕工藝可使鉆蝕減至最小，但還是無法完全杜絕。同樣，如果 底層材料的腐蝕速率不是零，為保證頂層材料充分除掉，必須對底層 也有一定的腐蝕作用。為減少這一效應，頂層的腐蝕速率至少應是底 層的10倍。通常，需要腐蝕的材料是多晶硅、二氧化硅、氮化硅和金屬。三實驗內(nèi)容熟悉實驗步驟

7、和工藝參數(shù)要求。根據(jù)實驗原理，按照實驗步驟完成集成三極管整個工藝流程的實驗操作，制作出集成三極管芯片。利用探針臺和圖示儀，對自己制作的集成三極管芯片進行檢測。實驗器材高溫氧化擴散系統(tǒng)、低壓化學氣相沉積系統(tǒng)、高密度電離化學氣相淀 積系統(tǒng)、激光圓形產(chǎn)生器、光罩對準曝光機、紅外線光罩對準曝光機、 負光影顯影定影機、四點探針、掃描電子顯微鏡等五、實驗步驟各工藝步驟如下：備片-一次氧化-光刻基區(qū)、刻蝕-基區(qū)硼預擴散 箭頭T基區(qū)硼再擴散（氧化）T光刻發(fā)射區(qū)、刻蝕T發(fā)射區(qū)磷預擴散 發(fā)射區(qū)磷再擴散（氧化）光刻接觸孔、刻蝕蒸發(fā)鋁光刻鋁電 極，刻蝕鋁-芯片測試。六、實驗瞄及分析方塊電阻阻值：基區(qū)硼預擴散后：R ：38Q/口,40Q/口,37Q/口,36Q/ 口,36Q/口,38Q/口則基區(qū)硼預擴散后R口1 = 38Q / 口基區(qū)硼再擴散后：R ：136Q/口,139Q/口,15