微电子工艺作业指导书样板

苏州健雄职业技术学院- 电气工程学院1微电子制造工艺文件项目名称： 三极管(NPN 型)制造工艺文件 项目编号： 团队负责人： 谢威 团队成员：金腾飞、崔仕杰、朱二梦 刘铭冬、姚启、周涛 指导教师： 陈 邦 琼 文件页数： 55 页 201 6 年 9 月 23 日苏州健雄职业技术学院- 电气工程学院2工艺文件目录编 号 名称 编者1 引言 朱二梦2 三极管（NPN）示意图 刘铭冬3 制造工艺流程 朱二梦4 工艺参数设计 金腾飞5 制作过程 崔仕杰6 三极管管芯制造工艺 姚启7 作业指导书 谢威8 光刻（模板图） 周涛9 总结 朱二梦备注 参考文献苏州健雄职业技术学院- 电气工程学院3引言电子工业在过去 40 年间迅速增长，这一增长一直为微电子学革命所驱动。从 20 世纪 40 年代晶体管发明开始，半导体器件工艺技术的发展经历了三个主要阶段：1950 第一次生产出了实用化的合金结三极管；1955 年扩散技术的采用是半导体器件制造技术的重大发展，为制造高频器件开辟了新途径；1960 年由扩散、氧化、光刻组成的平面工艺的出现是半导体器件制造技术的重大变革，大幅度地提高了器件的频率、功率特性，极大地改善了器件的稳定性和可靠性。在这期间每项变革对人们的生产、生活方式产生了重大的影响。也正是由于微电子技术领域的不断创新，才能使微电子能够以每三年集成度翻两番、特征尺寸缩小倍的速度持续发展几十年。在过去的几十年里，双极型晶体管做为微电子产业的基石有着无以伦比的作用。虽然近年来，随着金属- 氧化物- 半导体都场效应晶体管（MOSFET ）技太迅速发展，双极型晶体管的突出地位受到了严重挑战。但它在模拟电路领域仍然有着广泛的应用，发挥着不可取代的作用。在这样的大环境下，了解晶体管的功能、工艺流程及工艺参数是十分必要的，这就是本实验的目的。苏州健雄职业技术学院- 电气工程学院4二、NPN 三极管设计1.1、晶体管结构示意图n+npEBC苏州健雄职业技术学院- 电气工程学院51.2、三极管的分类苏州健雄职业技术学院- 电气工程学院6三、制造工艺流程衬底制备衬底采用轻掺杂的 P 型硅，掺杂浓度一般在 1015/cm3 数量级，采用的硅晶片晶面的晶向指数为（100）。掺杂浓度较低可以减少集电极的结电容，提高集电结的击穿电压，但掺杂浓度过低会使埋层推进过多1. 埋层制备为了减小集电区的串联电阻，并减小寄生 PNP 管的影响，在集电区的外延层和衬底间通常要制作 N+埋层。首先在衬底上生长一层二氧化硅，并进行一次光刻，刻蚀出埋层区域，然后注入 N 型杂质（如磷、砷等），再退火（激活）杂质。埋层材料选择标准是杂质在硅中的固溶度要大，以降低集电区的串联电阻；在高温下，杂质在硅中的扩散系数要小，以减少制作外延层时的杂质扩散效应；杂质元素与硅衬底的晶格匹配要好以减小应力，最好是采用砷。2. 外延层的生长去除全部二氧化硅后，外延生长一层轻掺杂的硅。此外延层作为集电区。整个双极型集成电路便制作在这一外延层上。外延生长主要考虑电阻率和厚度。为减少结电容，提高击穿电压，降低后续工艺过程中的扩散效应，电阻率应尽量高一些；但为了降低集电区串联电阻，又希望它小一些3. 形成隔离区先生长一层二氧化硅，然后进行二次光刻，刻蚀出隔离区，接着预苏州健雄职业技术学院- 电气工程学院7淀积硼（或者采用离子注入），并退火使杂质推进到一定距离，形成 P 型隔离区。这样器件之间的电绝缘就形成了。4. 深集电极接触的制备这里的“深”指集电极接触深入到了 N 型外延层的内部。为降低集电极串联电阻，需要制备重掺杂的 N 型接触，进行第三次光刻，刻蚀出集电极，再注入（或扩散）磷并退火。5. 基区的形成先进行第四次光刻，刻蚀出基区，然后注入硼并退火，使其扩散形成基区。由于基区掺杂元素及其分布直接影响器件电流增益、截止频率等特性，因此注入硼的剂量和能量要特别加以控制。6. 发射区形成在基区上生长一层氧化物，进行第五次光刻，刻蚀出发射区，进行磷或砷注入（或扩散），并退火形成发射区。7. 金属接触淀积二氧化硅后，进行第六次光刻，刻蚀出接触也窗口，用于引出电极线。接触孔中温江溅射金属铝形成欧姆接触。8. 形成金属互联线进行第七次光刻，形成互联金属布线。9. 后续工序测试、键合、封装等。测试是通过测量或比较来确定或评估产品性能的过程，是检验该产品设计、工艺制造、分析失效和推广应用的重要手段。因此，在半苏州健雄职业技术学院- 电气工程学院8导体器件和集成电路的研制、生产和使用过程中，测试是非常重要的一道工序。在生产中包括下列几种类型的测试：芯片测试、成品测试、质量保证测试、可靠性测试、验收测试、鉴定测试。键合工艺是将芯片上的电极引线和底座外引线连接起来的过程，是一种十分精密细致的固相焊接技术，又称内引线焊接工艺。封装是利用某种材料将芯片保护起来，并与外界环境隔离的一种加工技术。封装的目的除保护和隔离外，还有以下几点：1.使管芯有一个合适的外引线结构的；2.为管芯创造散热和电磁屏蔽的条件；3.提高管芯的机械强度和抗外界冲击能力。按封装材料材料可分为玻璃封装、金属封装、塑料封装、陶瓷封装，还有一种叫表面安装技术（SMT）的新型封装技术。苏州健雄职业技术学院- 电气工程学院94、工艺参数设计单位名称 第 3 组 项目名称：三极管管芯制造工艺制造三极管的生产工艺文件工艺名称 晶体管工艺参数设计 工艺文件编号：所需设 备清单工艺内容 相关标准工艺步骤硅片的衬底电阻率为 3-6 CM，查表一得所对应的Nc=150厘米3。设B、E区都为均匀掺杂。设： = 厘米3， = 厘米EN201BN1803， =1.3um.W采用浅基区近似,则苏州健雄职业技术学院- 电气工程学院100220()BEEpieieBpwpnieNdxDS可写为：20BieEpEWN其中： =340/130=2.6(由表一查得)，nBpED= =0.19（由图二