工艺实验报告

贵州大学实验报告课程课程微电子工艺院系理学院专业班级微电子学与固体电子学学生姓名刘晓志学生学号2008020935指导教师杨发顺老师微电子工艺实验报告实验课程名称：微电子工艺实验日期：2009年7月14日——17日姓名：刘晓志学号：2008020959同组人：李嘉辉，徐舒晓院系：理学院专业：微电子学与固体电子学指导老师：杨发顺老师实验地点：微电子工艺实验室一、实验项目名称：硅二极管二、实验目的：根据所学习的半导体物理与器件的知识，能够制作出晶体硅二极管，并对测量的反向特性和正向特性进行分析。三、实验主要仪器设备、器材、药品序号主要设备、药品名称序号主要设备、药品名称1N衬底硅片11氧化炉2扩散炉12石英烧杯3匀胶机13量筒4光刻机14显影液，定影液5烘箱15过氧化氢6三探针测试台16氨水7晶体管特性测试仪17盐酸8显微镜18氢氟酸9去离子水制备系统19氟化氨10聚四氟乙烯烧杯20负胶去胶剂四、实验原理：晶体\o"二极管"二极管为一个由p型半导体和n型半导体形成的p-n结，在其界面处两侧形成空间电荷层，并建有自建电场。当不存在外加\o"电压"电压时，由于p-n结两边载流子浓度差引起的扩散\o"电流"电流和自建电场引起的漂移电流相等而处于\o"电平"电平衡状态。

当外界有正向\o"电压"电压偏置时，外界电场和自建电场的互相抑消作用使载流子的扩散\o"电流"电流增加引起了正向电流。当外界有反向\o"电压"电压偏置时，外界电场和自建电场进一步加强，形成在一定反向电压范围内与反向偏置电压值无关的反向饱和\o"电流"电流I0。当外加的反向\o"电压"电压高到一定程度时，p-n结空间电荷层中的电场强度达到临界值产生载流子的倍增过程，产生大量电子空穴对，产生了数值很大的反向\o"击穿"击穿\o"电流"电流，称为\o"二极管"二极管的击穿现象。二极管的参数用来表示二极管的性能好坏和适用范围的技术指标。最大整流电流：指二极管长期连续工作时允许通过的最大正向电流值。最高反向工作电压：加在二极管两端的反向电压高到一定值时，会将管子击穿，失去单向导电能力。为了保证使用安全，规定最高反向工作电压值。反向电流：反向电流是指二极管在规定的温度和最高反向电压作用下，流过二极管的反向电流。反向电流越小，管子的单方向导电性能越好。二极管的伏安特性曲线如上图所示，因为二极管加正向电压和反向电压时呈现出不同的状态，所以分正向伏安特性和反向伏安特性来说明。正向伏安特性曲线指纵轴右侧的部分，它可以分成三段。OS段：电压为零时电流也是零，电压从零开始增加时，电流不随之增加，电压增至0.6V左右的，二报管内才出现微弱的电流。这段曲线所对应的电压区域，叫做二极管的死区或不导通区，S点所对应的电压值叫死区电压，用Us表示．在室温下，硅材料的三极管Us在0.6V左右，锗材料的二极管Us在0.2V左右．这段曲线告诉我们，在给二极管加小于死区电压Us的正向电压时，二极管处于不导通状态，其内部电流几乎为零．SA段：电压增加时，电流随之明显增加，但电流与电压不成线性关系，曲线是弯曲的。例如，电压从0.6V变化至0.7V时，电流由40uA变化至80mA；当电压从0．7V变化至o．8V时，电流由80mA变化至160mA，即相同的电压变化量所引起的电流变化量是不同的，前者小后者大。这段曲线所对应的电压区域叫二极管的非线性区，处于这个区域的二极督已进入正向导通状态。AC段：这段曲线很直，电流随电压增加按线性关系迅速上升。AC段所对应的电压区域称为二极管的线性区，处在这个区域的二极管不仅已完全导通，而且具有电流随电压变化而急剧变化的特点。2．反向伏安特性曲线反向伏安特性可以分成两段：0B段：该段曲线与横轴重合，说明电压的绝对值增大时，电流始终维持在零。这段曲线所对应的电压区域叫二极管的截止区，B点所对应的电压值叫击穿电压，用Ub表示，不同材料和类型的管子Ub值是不一样的。BE段：该段曲线很陡，说明电压的微小变化会引起电流的很大变化，此时我们称二极管进入了反向击穿状态。关于二极管的伏安特性曲线还有以下几点需要说明：第一，在没有限流措施的情况下，二极管加过大的正向电压或反向电压，都有可能使PN结因流过太大的电流而击穿，造成二极管的永久性损坏，因此加电压时要特别加以注意。但另一方面我们看到，处于线性区和反向击穿区的二极管，均具有电压的微小变化会引起电流的急剧变化的特点，利用这个特点可以使二极管在电路中起稳压作用，但前提是要有限流措施。第二，伏安特性曲线所在坐标系横轴的正向和反向刻度是不一样的，也就是说，使二极管正向导通的电压比使它反向击穿的电压小得多。同理，纵轴刻度也是不一样的，因为正向电流比反向电流大得多。五、实验内容、步骤及记录数据根据制作晶体管的工艺流程，在实验老师的指导下，参照工艺说明及注意事项，逐步完成各道工序，并且认真记录每一步操作的周围环境、注意事项，学习相关仪器的操作使用最后得出实验结果。操作步骤如下：1、实验准备在进入超净实验室前，先换好超净服、橡胶手套，然后去静电，进入实验室。进入实验室后打开风机和空调，空调温度调为1902、清洗(1)用去离子水清洗15分钟(2)配制1＃液：比例为，NH3.H2O：H2O2：H2O=1：2：5，配制1＃液的总体积500ml装入石英烧杯，各成份体积分别为：去离子水（H2O）512.5ml，双氧水（H2O2）125ml，氨水（NH3.H2O）75ml。(3)将硅片放入1#液玻璃烧杯中，煮至沸腾(4)用去离子水冲洗硅片15分钟(5)氢氟酸溶液漂洗至硅片脱水，氢氟酸溶液比例，去离子水：氢氟酸=10：1，配制660ml装入聚四氟乙烯烧杯，各成份体积分别为：去离子水（H2O）600ml，氢氟酸60ml(6)用去离子水冲洗硅片15分钟(7)配制2＃液：比例为，盐酸：双氧水：去离子水=1：2：8，2＃液的总体积660ml装入石英烧杯，各成份体积分别为：去离子水（H2O）480ml，双氧水（H2O2）120ml，盐酸（HCl）60ml。(8)将硅片放入2#液玻璃烧杯中，煮至沸腾(9)用去离子水冲洗硅片15分钟3、烘干将硼扩散烘箱升温至120度，将洗好的硅片放入硼扩散烘箱里，烘干20分钟。4、氧化9009001180T02790120135185200T（min）干氧湿氧干氧取片装片(1)设置氧化炉：室温270C，装片温度9000C，恒温区(2)通氮气升温，当温度升到9000C(3)温度达到11800C时：通干氧，通干氧时间15分钟；通干氧结束，通湿氧，通湿氧时间50分钟；再通干氧，通干氧时间15分钟；通干氧结束通氮气退火到(4)冷却5、第一次光刻。匀胶：设置台式匀胶机转速4200转/分，时间为30秒，试验中用的是负胶，滴完负胶再开启设备。注意：匀胶时转速、时间不可过快、过长，否则胶层会太薄，更不可二次涂胶。前烘：前烘的时间为30~35分钟，温度为90冷却曝光：在适度降到45%以下时，开始曝光显影、定影：台式匀胶机转速5000转/分，时间为50秒，显影液需滴4管，定影液1-2管，并且都是在开启设备后再滴。观察：用显微镜观察其结构的损坏度坚膜：坚膜的温度为1600腐蚀：将坚膜好的硅片放到腐蚀液中腐蚀，腐蚀液的配制比例为，HF：NH4F：H2O=3：6：10，打开超声波开始腐蚀，时间为5—用去离子水冲洗硅片15分钟左右去胶：硅片放入负胶去胶剂放在炉上煮，有白烟出现为止。注意：负胶去胶剂易燃，加热时需随时注意，不可时间过长去离子水冲洗硅片15分钟用1#液煮硅片，沸腾之后用去离子水清洗15分钟；再用2#液煮硅片，沸腾之后用去离子水清洗15分钟；最后用硼扩散烘箱，温度1200注意：掩膜版的更换和掩膜版、硅片的对齐操作。6、硼预扩散。做样片：设置预扩散炉->打开预扩散炉升温，氮气流量2-3L/min->升温到9700C，扩散源预饱和30分钟->关氮气，装样片->推至恒温区，开氮气，流量1.5-2L/min，计时10分钟->冷却，至少3分钟->配氢氟酸溶液，比例：去离子水：氢氟酸=10：1，配制660ml装入聚四氟乙烯烧杯，各成份体积分别为：去离子水（H2O）600ml，氢氟酸60ml把样片放入氢氟酸溶液漂洗至脱水->放入乙醇中漂洗->用氮气吹干表面->测试方块电阻测试结果：250欧姆/方块，一般方块电阻值为40-60欧姆/方块，分析样片方块电阻过大原因可能是硼源出现问题解决方案：采用乳胶源扩散乳胶源扩散：台式匀胶机转速2300转/分,时间30秒乳胶源扩散后的硅片放入1500C的扩散炉升温至11000C放入氢氟酸溶液漂洗至脱水去离子水清洗15分钟用2#液煮硅片，沸腾之后用去离子水清洗15分钟；最后用硼扩散烘箱，温度12007、硼主扩散。（同氧化过程）硼主扩散的目的是推扩散节的节深。(1)设置氧化炉：室温270C，装片温度9000C，恒温区(2)通氮气升温，当温度升到9000(3)温度达到11800C时：通干氧，通干氧时间15分钟；通干氧结束，通湿氧，通湿氧时间50分钟；再通干氧，通干氧时间15分钟；通干氧结束通氮气退火到(4)冷却8、第二次光刻。重复步骤5，只是掩膜版换成2#。9、测试PN节特性。将制备好的硅片放在三探针测试台上，用晶体管特性测试仪观察它的反向特性曲线和正向特性曲线。七、测试结果电压刻度电流刻度PN结反向特性曲线如下所示：图1图2图3图4八、测试结果分析与总结分析PN结反向特性曲线图1-3并与理想反向特性比较：图1反向击穿电压为大约120伏特，且反向漏电流大约为2mA，说明该二级管反向特性比较理想；图2和图3反