课程设计微电子器件与工艺课程设计报告

目录
1.任及目⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯.....⋯⋯⋯ 1
2.程的基本内容⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯.⋯⋯⋯⋯ 1
2.1 pnp双极型晶体管的⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯.⋯⋯ .⋯.⋯1
2.2 的主要内容⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯.⋯⋯ 1
3.晶体管工参数⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯..⋯⋯⋯⋯ ...⋯⋯⋯ 2
晶体管的向构参数⋯⋯⋯⋯⋯ ..⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ .⋯⋯⋯⋯⋯ ..2
集区度确实定⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯..2
基区及射区度⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯..3
各区少子迁徙率及散系数确实定⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ .⋯⋯⋯ .3
各区少子散度的算⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ .⋯⋯⋯ .....⋯⋯⋯ 4
集区厚度的⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ .⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ ....⋯.⋯⋯ 4
基区度的算⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯.⋯.⋯4
散深⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯...⋯..⋯.⋯ 6
3.1.8 表面度⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯..⋯.⋯ .⋯⋯ .7
晶体管的横向⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯.⋯⋯ .....⋯⋯ 8 工参数的算⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯.⋯.⋯⋯ 8 基区磷⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ .⋯.⋯ ..⋯⋯ 8
3.3.2 基区磷再散算⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ ..⋯ .⋯⋯⋯ 8
射区硼算⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ ....⋯⋯⋯⋯⋯⋯ ..9
射区硼再散算⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ .⋯⋯⋯⋯ ...⋯..9
基区磷散需要的氧化厚度⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ (10)
射区硼散需要的氧化厚度⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 1
氧化的算⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯11
3.3.8 参数⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯..⋯⋯ 12
4 晶体管束造工流程⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯...⋯⋯⋯ 13
硅片及冲洗⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯..⋯..⋯15
氧化工⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯.⋯..⋯16 光刻工⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯...⋯17
光刻原理⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯..⋯17
详细工流程⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯..⋯18
硼的散⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯..⋯19
磷的散⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯..⋯20 5 版⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯.⋯⋯ 20 6⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯.⋯⋯⋯23
7 参照文件⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯.⋯⋯⋯⋯23
微电子器件与工艺课程设计报告
—— 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》理论课以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，半导体资料及工艺的有关知识的必不行少的重要环节。

目的是使我们在熟习晶体管基本理论和制造工艺的基础上，掌握晶体管的设计方法。

要求我们依据给定的晶体管电学参数的设计指标，达成晶体管的纵向构造参数设计→ 晶体管的图形构造设计→ 资料参数的选用和设计→ 拟订实行工艺方案晶体管各参数的检测方法等设计过程的训练，为从事微电子器件设计、集成电路设计打下必需的基础。

2、课程设计的基本内容
pnp 双极型晶体管的设计
设计一个均匀掺杂的pnp 型双极晶体管，使T=300K V CEO=15V,V CBO=80V.晶体管工作于小注入条件下，最大集电极电流为时，β =120。

I C=5mA。

设计
时应尽量减小基区宽度调制效应的影响。

2.2 设计的主要内容：
（1）认识晶体管设计的一般步骤和设计原则。

（2）依据设计指标选用资料，确立资料参数，如发射区混杂浓度N E,，基区混杂浓
度 N B，集电区混杂浓度 N C，依据各区的混杂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构造参数，如集电区厚度 W c，基区宽度 W b，发射极宽度 W e和扩散结深 X jc，发射结结深等。

（4）依据结深确立氧化层的厚度，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）依据设计指标确立器件的图形构造，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疆域。

（ 6）依据现有工艺条件，拟订详尽的工艺实行方案。

3晶体管工艺参数设计
3.1 晶体管的纵向构造参数设计
双极晶体管是由发射结和集电结两个PN结构成的，晶体管的纵向构造就是指在垂直于两个PN结面上的构造。

所以，纵向构造设计的任务有两个：第一是
选用纵向尺寸，即决定衬底厚度 W t、集电区厚度 W C、基区厚度 W B、扩散结深
X jc和 X je等；其次是确立纵向杂质浓度和杂质散布，即确立集电区杂质浓度N C、衬底杂质浓度 N sub、表面浓度 N ES, N BS以及基区杂质浓度散布N B ( )等，并将上述参数变换成生产中的工艺控制参数。

3.1.1 集电区杂质浓度确实定
BV CBO80V 依据击穿电压与浓度的关系图来读出BV CBO=80V 时的 N C，如图 1
图 1 击穿电压与杂质浓度的关系
从图 1 中能够读出，当 BV CBO=80V 时，集电区杂质浓度 N C=5×1015CM -3，对应
的电阻率为Ω*CM, 所以采纳（ 111）晶向的 P 型硅。

3.1.2 基区及发射区杂质浓度
一般的晶体管各区的浓度要知足N E>>N B>N C，故
（1）基区杂质浓度取 N B＝5×1016cm－3。

（2）发射杂质浓度取 N E＝5×1018cm－3。

3.1.3 各区少子迁徙率及扩散系数确实定
（ 1）少子迁徙率
少子的迁徙率能够经过迁徙率与杂质浓度的关系图查出来。

此关系图以下列图2所示。

图 2迁徙率与杂质浓度的关系图
经过图 2 能够查出在 300K 时，集电区、基区和发射区各自的少子的迁徙率
以下。

C区： U c= 1298cm 2；
B 区： U B = 378 cm 2；
E 区： U E= 130 cm 2；
（ 2）各区少子扩散系数的计算
依据爱因斯坦关系式D kT
能够求出各区少子的扩散系数q
C区：D
B区：
D
E区：D C
B
E
kT
q
kT
q
kT
q
c0 .025******* . 6 cm 2 / s ；
B0 . 02593789 . 79 cm 2 / s ；
E0 .0259130 3 .37 cm 2 / s ；
各区少子扩散长度的计算
由 L D ，此中少子寿命 C 106 s ， B 10 6 s，E107s
L C D C C 39 10 6 58um ；
L B D B B 13 10 6 3.61 10 3 cm 31.3um ；
L E D E E 9.62 10 7 10 3 cm 5.8um ；
3.1.5 集电区厚度的选择
（ 1）集电区厚度的最小值
集电区厚度的最小值由击穿电压决定。

往常为了知足击穿电压的要求，集电区厚度 W 一定大于击穿电压时的耗尽层宽度，即C X mB( X mB是集电区临界
C W
击穿时的耗尽层宽度）。

关于高压器件，在击穿电压邻近，集电结可用突变结耗
尽层近似，因此
1
[10 14 1
W C X mB [ 2 0 S BV CBO]2 11.8 80 ] 2
qN C 10 19 5 1015
（ 2）集电区厚度的最大值
W C的最大值受串连电阻 r CS的限制。

增大集电区厚度会使串连电阻r CS增添，饱和压降 V CES增大，所以 W C的最大值受串连电阻限制。

考虑到实质状况最后确立W C15um 。

3.1.6 基区宽度的计算
（ 1）基区宽度的最大值
关于低频管，与基区宽度有关的主要电学参数是
，所以低频器件的基区宽
2
度最大值由
确立。

当发射效率
1 时，电流放大系数
1
[
W B
] ，所以基区
L 2B
2
1
宽度的最大值可按下式预计： W B [
L nb
] 2
为了使器件进入大电流状态时， 电流放大系数还能知足要求， 因此设计过程中取
4。

将数据代入上式中得：
2 1 2 1
L b
]2
2
W B [
120
所以基区宽度的最大值为 。

（ 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可以穿通。

所以，关于高耐压器件， 基区宽度的最小值由基区穿通电压决定。

关于均匀基区晶体管， 当集电结电压靠近雪崩击穿时，基区一侧的耗尽层宽度为
[
2
0 N C 1
X
mB S
BV ]
2
qN B N B N C CBO
[
2
10 14
5 1015 80] 2
1
10 19 5 1016 10
16
所以基区宽度的取值范围为： 0.436um<W B
（ 3）基区准中性宽度的计算
依据设计要求给出的电流放大倍数 β =120 以及公式
1
0.5(
W
)2
D E N B W
D B N
E L E
L B
120
1
2
5 1016
W 1 W
5 1018
10 4
2
10 3
能够求出基区的准中性宽度。

（ 4）基区耗尽层宽度的计算
① eb 结基区边的耗尽层宽度的计算先求出 eb 结的内建电势
V
biEB
kT
ln
N E
N
B
0.0259 ln
5
1016 5 1018
q
n i 2
(1010 )2
再求出 eb 结基区边的耗尽层宽度
1
2K S 0 1 2
X
nEB
V BiEB
q N B
2
8.85 10 1.6 10
14
1
1 2
19
5 10
16
② cb 结基区边的耗尽层宽度的计算先求出 cb 结的内建电势
V
biCB
kT ln
N C N B 0.0259 ln
5 1015
5
1016
q
n i
2
(10 10 ) 2
再求出 cb 结基区边的耗尽层宽度
1
2K S 0 N C
2
X
nCB
V
BiCB
q
N B N B
N C
1
2
1
2
10 5
10
17
(5) 总的基区宽度
W B =W+X nEB +X pCB ＝
切合以前计算出来的基区宽度的范围， 可是这样的宽度相对应的结深过大， 故根
据经验值 W=4um
3.1.7 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亲密， 它随结深变浅， 曲率半径减小而降低，因此为了提高击穿电压，要求扩散结深一些。

但另一方面，
结深却又受条宽容制， 当发射极条宽 S C X j 条件时，扩散结面仍可近似当成平
面结。

但当 S E跟着特色频次f T的提高，基区宽度W B变窄而减小到不知足S E>>Xj 时，发射结变成旋转椭圆面旋转椭圆面，如图 3 所示。

发射结集电结两个旋转椭圆面之间的基区体积大于平面结之间的基区体积，因此基区累积电荷增加，基区渡越时间增添。

依据旋转椭圆的关系，能够解出当S E与 Xj 靠近时，有效特色频
率为f
Teff2 3 ( ) 式中0
X
jc
X
jc愈大，有效特色频
f T W B
W B ，所以，
0 0 1 W B
率愈低。

图 3 也显然表示，X
jc 越大，则基区累积电荷比平面结时增添越多。

由W B
于基区累积电荷增添，基区渡越时间增添，有效特色频次就降落，所以，往常选取
X je
1，则：Xje＝W B＝4um
W B
X jc
2 ，则：Xjc＝2W B＝8um
W B
图 3发射极条宽对结面形状的影响
3.1.8表面杂质浓度
构造尺寸选定的状况下，发射区和基区表面杂志浓度及其杂志散布的状况主要影响晶体管的发射效率和基区电阻 r b。

减小基区电阻r b要求提高基区均匀杂质浓度 N B和表面浓度 C BS。

同时，提高基区均匀杂质浓度，也有益于减小基区
宽变效应和基区电导调制效应。

提高发射效率则要求减小R
se，增大发射区和基R sb
区浓度差异。

为了保证在大电流下，晶体管仍拥有较高的发射效率，要求发射区
和基区表面浓度相差两个数目级以上，即N
ES 102。

在这个晶体管设计中取N
BS
19 -3 21 -3。

C BS=10 cm 左右，则 C ES=10 cm
3.2 晶体管的横向设计
无特别要求，取有效的 A B 100um2， A C 500um2， A E 30um2。

在这个 pnp 双极晶体管的设计中，衬底选用p 型硅衬底，晶向为（111）晶向。

3.3 工艺参数的计算
3.3.1 基区磷预扩时间
第一先列出表1，是计算扩散系数时所需要用到的数据，以下表一所示。

杂质元素 B P
D0/ （cm2/s ）
E/eV
表 1：硼、磷元素在硅中的 D 与激活能 E
注：合用温度范围（o C）为 : 800~1350
基区磷的预扩温度为 1000 C ，即1273K。

扩散系数： D D 0 exp( E ) 3.85 exp 1.23 10 14 cm2
kT 10 5 1273 s 经过单位表面积扩散到硅片内部的杂质数目：
Q( t) X jc ( N B N C ) 8 10 4 (5 1016 15 1015 ) 1013 cm2
依据公式 Q(t ) 2 C S Dt 可解得在特定温度下扩散的时间：
4.4 1013 1.13 1019 1.23 10 14t
t 1233s20.5 min
3.3.2 基区磷再扩散时间计算
基区磷的预扩温度为1300 C ，即1573K。

硅衬底中原有杂质的浓度： C B N C51015 cm 3
磷在硅中的扩散系数为：
D D O exp
E a 3.85 exp 105 7.2 10 12 cm2
KT 1573 s 因为预扩散的结深很浅，可将它忽视，故再扩散结深：
x j8μ m
x j 2 Dt ln C
S （ 2）
C B
又 C S Q
所以代入（ 2）式可得
Dt
t ln t 2t ln Q x
2
j 0
2D
C B D
13
8 10 4 2
t ln t 2t ln 10 0
1015 10 12 2 10 12
5
化简得 t ln t 44444 0
解得基区磷主扩时间为：
t=7166s=2h
3.3.3 发射区硼预扩时间计算
发射区硼预扩散温度为1000 C，即 1273K
硼在硅中的扩散系数为： D 0.76 exp 5 1.5 10 14 cm2
s
10 1273
发射区进行扩散时的总的杂质数目：
Q(t ) Xjc ( N E N C ) 4 10 4(5 1015 5 1018 ) 21015 cm2 发射区表面杂质浓度：C ES 1 1021 cm 3
依据公式 Q(t)
2 C S Dt可解得在特定温度下扩散的时间：
2 1015 1.1
3 102110 1
4 t
t 209s 3.5 min
3.3.4 发射区硼再扩散时间计算
发射区硼再扩散温度为1200 C，即 1473K
在 1473K 时，硼在硅中的扩散系数为：
D 0.76 exp 1.09 10 12 cm2
10 5 1473 s 因为预扩散的结深很浅，可将它忽视，故再扩散结深：
x j 2 Dt
C S
4μm ln
C B
C S Q C B N C 5 1015 cm 3
Dt
2 15
4 10
4 2
t ln t 2t ln 10 0
1016 10 12 2 10 15
5
化简上式可得： t ln t 19.96t 73395 0
解得发射区硼再扩散时间：
3.3.5 基区磷扩散需要的氧化层厚度
杂质元素D0 (cm2 / s)
磷（ P）
10 6
硼（ B） 3. 0 10 6
表 2：二氧化硅中磷和硼的D0与 E a
E a ( eV)
氧化层厚度的最小值由发射区主扩温度为1000 C，预扩时间为 209S,磷元素在硅中的 D O与激活能 E
D
SiO 2
E a
10 6 exp 1.17 10 13 cm 2 / s
D o exp
8.614 10
5
KT 1273
10 13
x
min 4.6 D SiO2250 2490 A
为了便于后续的氧化时间的计算及湿法干法的分派，最后取基区磷扩散需要
的氧化层厚度为 6000 A 。

3.3.6 发射区硼扩散需要的氧化层厚度
氧化层厚度的最小值由发射区主扩温度为 1100 C ，预扩时间为 1233S D
SiO
D o exp
E a 3 106 exp
4.12 10 20 cm 2 / s 2
KT
8.614 10 5 1273
4.2 10 20 1289 2.24 10 7 cm
x min 4.6 D SiO 2 t
7000 A
因为最小氧化层厚度小于 7000
，考虑到生产的实质状况，最后取发射区
硼扩散需要的氧化层厚度为 7000 。

3.3.7 氧化时间的计算
A( m)
B( m 2 / min )
B/A( m / min )
干氧
4.5 10
4
0.5 10
2
湿氧 (95 ℃水汽 )
0.85 10 2
0.773 10 1
表 3 1100 ℃的干氧和湿氧的氧化速率常数
A( m)
B( m 2 / min )
B/A( m / min )
干氧
10 4
1.87 10 2
湿氧 (95 ℃水汽 )
10 2
2.4 10 1
表 4 1200 ℃的干氧和湿氧的氧化速率常数
（ 1）基区氧化时间的计算
以上已经计算出基区磷扩散需要的氧化层厚度为
6000 A 。

依据适合的氧化时间，将 6000 A 分派：先干氧 500 A
，而后湿氧 0
后再干氧 500 A
(min)
(min)
5000 A
，最
干氧氧化： X SiO 2
A 1
1
2
12
1
A / 4B
2
解得 t=11min
湿氧氧化： X SiO 2
1
t
2
解得 t=36min
（ 2）发射区氧化时间计算
以上已经计算出发射区硼扩散需要的氧化层厚度为
7000 。

依据适合的氧化时间，将 6000A 分派：先干氧 1000 A ，而后湿氧 5000 A ， 0
最后再干氧 1000 A
干氧氧化： X SiO 2
A 1
2
/ 4B
1
1
2
A 2
解得 t=17min
湿氧氧化： X SiO 2
1
t 1
2
解得
3.3.8 设计参数总结
整个 pnp 双极晶体管设计的有关参数经过表
5 总结以下。

参数
发射区（ E ）
基区（ B ） N E
5
10 18 cm
3
N B
5 101
6 cm 3 E
130 cm 2 / V s
B
378cm 2 / V s
D E
3 . 37 cm 2
/ s D B
2
资料参数
10
7
cm
9.79cm / s E
10 6 s
L E
9 . 81 u m
B
L B
构造参数
W B 4um
面积 Ae=30um
2
Ab=100um 2
扩散温 预 扩
t=10000
C
t=10000C
度和时 散
间 (s)
再 扩 t=12000
C
t=13000C 2h
1
集电区（ C ）
N C 5 1015 cm 3
C 1298m 2 /V s
D C
2
/ s
C
10 6 s
L C 58um
W C 15um
2
Ac=500um
散
氧化层厚度
0 0
6000 A 7000 A
氧化时间干氧氧化 11min 干氧氧化 34min
湿氧氧化 36min 湿氧氧化
干氧氧化 11min 干氧氧化 34min
表 5 pnp 设计参数
4晶体管束造工艺流程
A.硅片采纳和冲洗
电阻率为Ω*CM, （ 111）晶向的
P型硅。

B.氧化基区
厚度 7000 A ，干氧氧化 34min
湿氧氧化 22.9min 干氧氧化 34min
C.光刻基区
涂胶，前烘，使用接触式曝光机曝光，显影，
坚膜，显影查验，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
因为HF 能够在室温下与二氧化硅反响而
不会与硅反响，所以使用HF 去氧化层
F.氧化发射区
厚度 6000 A干氧氧化11min
湿干氧氧化 11min
氧氧化 36min
G.发射区光刻
涂胶，前烘，曝光，显影，坚膜，显影查验，刻蚀，去胶
H. 发射区扩散 (B)
预扩散： 1000℃，
主扩散： 1200℃，
I.去氧化膜
使用 HF 去除氧化膜
J.涂光刻胶
使用加快旋转托盘，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
4.1 硅片及冲洗
在晶体管和集成电路生产中，几乎每道工艺有化学冲洗的问题 . 化学冲洗的利害对器件性能有严重的影响，办理不妥，可使所有硅片报废，没法做出管芯，或使制造出来的器件性能劣质，稳固性和靠谱性很差。

化学冲洗是指消除吸附在半导体，金属资料以及生产器具表面上的各样有害杂质或油污的工艺。

冲洗方法是利用各样化学试剂与吸附在被冲洗物体表面上的杂质及油污发
生化学反响和溶解作用，或伴以超声，加热，抽真空等物理举措，使杂质从被清
洗物体的表面脱附，而后用大批的高纯热，冷去离子水冲刷，进而获取干净的物体表面。

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。

硅片冲洗的一般程序：吸附在硅片表面的杂质大概上可分为分子型，离子型和原子型三种，分子型杂质粒子与硅片表面之间的吸附较弱，消除这些杂质粒子比较简单 .它们多属油脂类杂质，拥有疏水性的特色，这类杂质的存在，关于消除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消除，
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消除离子型吸附杂质，而后用王水或酸性双氧水再来消除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刷干净，再加温烘干便可获取干净表面的硅片。

工艺程序：去分子 --- 去离子 --- 去原子 --- 去离子水冲刷、烘干。

硅片冲洗液是指能够除掉硅片表面沾污物的化学试剂或几种化学试剂配制
的混淆液。

常用硅片冲洗液如表 6 所示：
表 6：冲洗液
名称配方使用条件
NH 4OH:H 2O2:H2O80± 5℃
Ⅰ号洗液
=1:1:5→1:2:710min
HCl:H 2O2:H2O80± 5℃
Ⅱ号洗液
=1:1:6→1:2:810min
H2SO4:H2O2120±10℃
Ⅲ号洗液
=3:110∽ 15min
4.2 氧化工艺
（一）氧化原理
作用去油脂
去光刻胶残膜去金属离子
去金属原子
去金属离子
去金属原子
去油
去腊
去金属离子
去金属原子
二氧化硅能够牢牢地依赖在硅衬底表面，拥有极稳固的化学性和电绝缘性，所以，二氧化硅能够用来作为器件的保护层和钝化层，以及电性能的隔绝、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，进而能够选择扩散；正是利用这一性质，并联合光刻和扩散工艺，才发展起
来平面工艺和超大规模集成电路。

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 反响生成 SiO2，流密度用 F3 表示。

（4）反响的副产物走开界面。

氧化的致密性和氧化层厚度与氧化氛围（氧气、水气）、温度随和压有亲密关系。

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。

（二）基区氧化的工艺步骤
1、开氧化炉，并将温度设定到750～ 850℃，开氧气流量2 升/ 分钟。

2、翻开净化台，将冲洗好的硅片装入石英舟，而后，将石英舟推到恒温区。

并
开始升温。

3、达到氧化温度1100℃后，调整氧气流量 3 升/ 分钟，并开始计时，干氧时间
20分钟。

4、在开始干氧同时，将湿氧水壶加热到95～ 98℃。

干氧达成后，开湿氧流量计，立刻进入湿氧化。

同时封闭干氧流量计。

湿氧时间25 分钟。

5、湿氧达成，开干氧流量计，调整氧气流量 3 升/ 分钟，并开始计时，干氧时间
20分钟。

6、干氧达成后，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。

7、将石英舟拉出，并在净化台内将硅片拿出，同时，检测氧化层面状况和厚度。

8、关氧化炉，关气体。

4.3 光刻工艺
4.3.1 光刻原理
光刻工艺是加工制造集成电路微图形构造的重点工艺技术，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3μm，而由 500 万元件构成的集成电路，其图形最小条宽≤1μm，所以，集成度提高则要求条宽越细，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、高敏捷度：敏捷度是指光刻机的感光速度，集成电路要求产量要大，所以，
曝光时间应短，这就要求光刻胶的敏捷度要高。

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、精细的套刻瞄准：集成电路的图形构造需要多次光刻达成，每次曝光都需要
互相套准，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：正性光刻胶往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，因为光化反响交链成难溶大分子而留下，未曝光部分溶于显影液而显掉。

由此达成图形复制。

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，正光刻胶往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，使光刻胶溶解度大大增添而被显掉，未曝光部分因为溶解度小而留下。

其4.3.2 详细工艺流程以下
1．准备：
①开前烘，坚膜烘箱，前烘温度设定95---110℃，坚膜温度为135--145℃。

②涂胶前 15 分钟开启图胶净化台，调整转速，以知足实验要求。

③光刻前 30 分钟，开启光刻机汞灯。

④开启腐化恒温槽，温度设定40℃
⑤冲洗胶瓶和吸管，并倒好光刻胶。

⑥冲洗掩膜版，并在净化台下吹干
2．涂胶：光刻工艺实验采纳旋转涂胶法，涂胶前设定好予匀转速和时间。

将氧化达成或扩散达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、无未涂地区。

3．前烘：温度在 95℃将涂好光刻胶的硅片放入前烘烘箱，并计时，前烘达成后将硅片拿出。

4．瞄准：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，检查套准偏差、检查曝光时间，确认无误后，在进行曝光。

6．显影：本实验采纳浸泡显影，25℃时，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，在显微镜下检查是
否合格，不然，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，坚膜温度为 140℃。

8．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。

然后进行腐化，温度是40℃左右，用氢氟酸进行腐化，腐化后冲水10 分钟，甩干后在显微镜下检查能否腐化干净，若未腐化干净持续腐化。

9．去胶：硅片腐化达成后，在3#液中将光刻胶去掉，并冲刷干净，工艺结束。

硼的扩散
（一）原理
扩散是微观粒子的一种极为广泛的热运动形式，各样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种扩散法：
（ 1）预扩散磷杂质浓度散布方程为：
1
x 2
N ( x , t ) N S erfc ，D1 为预扩散温度的扩散系数。

2 D 1t
（2）再扩散（主扩散）：硼再扩散为有即源面扩散，杂质浓度散布方程为：
N(x,t )Q
e x2/ 4 D2t，其中Q为扩散入硅片杂质的总量D2t
Q N(x,t )dx，D2为主扩散（再散布）温度的扩散系数，杂质散布为高斯散布。

（二）工艺步骤：
1、准备：开扩散炉，并将温度设定倒750--850℃，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、将冲洗干净、甩干的硅片涂上硼源。

4、从石英管中拿出石英舟，将硅片装上石英舟上，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1120℃，并开始计时。

5、预扩达成后，拉出石英舟，拿出硅片，漂去硼硅玻璃，冲刷干净后，检测R0
值。

6、将预扩散硅片用2#液冲洗，冲刷干净甩干。

7、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。

8、调理温控器，使温度达到再扩散温度，调整氧气流量 3 升/分钟，并开始计时，
依据工艺条件进行干氧。

9、在开始干氧同时，将湿氧水壶加热到95-98℃。

干氧达成后，开湿氧流量计，
立刻进入湿氧化。

同时封闭干氧流量计。

依据工艺条件进行湿氧。

10、湿氧达成，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。

11、干氧达成后，开氮气流量计，流量 3 升 /分钟，依据工艺条件，确立氮气时间。

12、氮气达成后，主扩散结束，调整温控器降温，氮气流量不变，时间30 分钟。

13、降温达成后，拉出石英舟，拿出硅片，检测氧化层厚度、均匀性，漂去氧化
层，冲刷干净后，检测R0值，结深，β值。

14、将扩散后的硅片交光刻工艺，光刻达成后，检测击穿电压、β 值。

15、依据实测β值，与工艺要求进行比较，假如不知足工艺条件，从头计算再
扩散时间，并拟订再扩散工艺条件，至抵达到设计要求。

磷扩散工艺实验结束。

磷的扩散
原理与上边硼的扩散同样，工艺步骤中只需把相对应的扩散温度和时间改掉即
可。

5疆域
，最简单的晶体生产中起码需要三块掩膜版，第一块是基区掩膜版（面积是
2 2 5×5×4=100μm），如图 4；第二块是发射区掩膜版面积是3×2.5 ×4=30μm，
如图 5；第三块是接触孔掩膜版（面积是
2
3× 3=6μm），如图 6。

掩膜版有四个对
准孔，三块掩膜版叠加在一同的情况如图7。

18um 20μ m
图 4基区掩膜版
μm
μ m
图 5 发射区掩膜版
7μ m
3μ m
图 6接触孔掩膜版
图 7三块掩膜套准叠加
6总结
经过此次的课程设计学会了三极管设计流程的基本知识，可是因为基础不
好，好多地方都不知道为何要那样做，为何要选用那些参数，以及选用的这
些参数到最后的结果有什么影响。

可是，在与同学的讨教中间学到了好多东西，
此次的课程设计使我懂得了好多，在此后的学习里要急起直追，不可以够再落伍其他同学了。

7参照文件
1.集成电路制造技术，电子工业第一版社，王蔚等著
2.半导体物理，电子工业第一版社，刘恩科等著
3.微电子器件物理
4.半导体资料，科学第一版社，杨树人等编。