2024年工艺实验报告

贵州大學实验报告課程課程微電子工艺院系理學院专业班级微電子學与固体電子學學生姓名刘晓志學生學号020935指导教師杨发顺老師微電子工艺试验汇报试验課程名称：微電子工艺试验曰期：7月14曰——17曰姓名：刘晓志學号：020959同组人：李嘉辉，徐舒晓院系：理學院专业：微電子學与固体電子學指导老師：杨发顺老師试验地點：微電子工艺试验室一、试验项目名称：硅二极管二、试验目的：根据所學习的半导体物理与器件的知识，可以制作出晶体硅二极管，并對测量的反向特性和正向特性進行分析。三、试验重要仪器设备、器材、药物序号重要设备、药物名称序号重要设备、药物名称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過氧化氢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、试验原理：晶体\o"二极管"二极管為一种由p型半导体和n型半导体形成的p-n結，在其界面处两侧形成空间電荷层，并建有自建電場。當不存在外加\o"電压"電压時，由于p-n結两边载流子浓度差引起的扩散\o"電流"電流和自建電場引起的漂移電流相等而处在\o"電平"電平衡状态。

當外界有正向\o"電压"電压偏置時，外界電場和自建電場的互相抑消作用使载流子的扩散\o"電流"電流增長引起了正向電流。當外界有反向\o"電压"電压偏置時，外界電場和自建電場深入加强，形成在一定反向電压范围内与反向偏置電压值無关的反向饱和\o"電流"電流I0。當外加的反向\o"電压"電压高到一定程度時，p-n結空间電荷层中的電場强度到达临界值产生载流子的倍增過程，产生大量電子空穴對，产生了数值很大的反向\o"击穿"击穿\o"電流"電流，称為\o"二极管"二极管的击穿現象。二极管的参数用来表达二极管的性能好壞和合用范围的技术指標。最大整流電流：指二极管長期持续工作時容許通過的最大正向電流值。最高反向工作電压：加在二极管两端的反向電压高到一定值時，會将管子击穿，失去單向导電能力。為了保证使用安全，规定最高反向工作電压值。反向電流：反向電流是指二极管在规定的温度和最高反向電压作用下，流過二极管的反向電流。反向電流越小，管子的單方向导電性能越好。二极管的伏安特性曲线如上图所示，由于二极管加正向電压和反向電压時展現出不一样的状态，因此分正向伏安特性和反向伏安特性来阐明。正向伏安特性曲线指纵轴右侧的部分，它可以提成三段。OS段：電压為零時電流也是零，電压從零開始增長時，電流不随之增長，電压增至0.6V左右的，二报管内才出現微弱的電流。這段曲线所對应的電压区域，叫做二极管的死区或不导通区，S點所對应的電压值叫死区電压，用Us表达．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．這段曲线告诉我們，在給二极管加不不小于死区電压Us的正向電压時，二极管处在不导通状态，其内部電流几乎為零．SA段：電压增長時，電流随之明显增長，但電流与電压不成线性关系，曲线是弯曲的。例如，電压從0.6V变化至0.7V時，電流由40uA变化至80mA；當電压從0．7V变化至o．8V時，電流由80mA变化至160mA，即相似的電压变化量所引起的電流变化量是不一样的，前者小後者大。這段曲线所對应的電压区域叫二极管的非线性区，处在這個区域的二极督已進入正向导通状态。AC段：這段曲线很直，電流随電压增長按线性关系迅速上升。AC段所對应的電压区域称為二极管的线性区，处在這個区域的二极管不仅已完全导通，并且具有電流随電压变化而急剧变化的特點。2．反向伏安特性曲线反向伏安特性可以提成两段：0B段：该段曲线与横轴重叠，阐明電压的绝對值增大時，電流一直维持在零。這段曲线所對应的電压区域叫二极管的截止区，B點所對应的電压值叫击穿電压，用Ub表达，不一样材料和类型的管子Ub值是不一样样的。BE段：该段曲线很陡，阐明電压的微小变化會引起電流的很大变化，此時我們称二极管進入了反向击穿状态。有关二极管的伏安特性曲线尚有如下几點需要阐明：第一，在没有限流措施的状况下，二极管加過大的正向電压或反向電压，均有也許使PN結因流過太大的電流而击穿，导致二极管的永久性损壞，因此加電压時要尤其加以注意。但另首先我們看到，处在线性区和反向击穿区的二极管，均具有電压的微小变化會引起電流的急剧变化的特點，运用這個特點可以使二极管在電路中起稳压作用，但前提是要有限流措施。第二，伏安特性曲线所在坐標系横轴的正向和反向刻度是不一样样的，也就是說，使二极管正向导通的電压比使它反向击穿的電压小得多。同理，纵轴刻度也是不一样样的，由于正向電流比反向電流大得多。五、试验内容、环节及记录数据根据制作晶体管的工艺流程，在试验老師的指导下，参照工艺阐明及注意事项，逐渐完毕各道工序，并且认真记录每一步操作的周围环境、注意事项，學习有关仪器的操作使用最终得出试验成果。操作环节如下：1、试验准备在進入超净试验室前，先换好超净服、橡胶手套，然後去静電，進入试验室。進入试验室後打開風机和空调，空调温度调為1902、清洗(1)用去离子水清洗15分钟(2)配制1＃液：比例為，NH3.H2O：H2O2：H2O=1：2：5，配制1＃液的總体积500ml装入石英烧杯，各成分体积分别為：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，各成分体积分别為：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：比例為，盐酸：双氧水：去离子水=1：2：8，2＃液的總体积660ml装入石英烧杯，各成分体积分别為：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裏，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，當温度升到9000C(3)温度到达11800C時：通干氧，通干氧時间15分钟；通干氧結束，通湿氧，通湿氧時间50分钟；再通干氧，通干氧時间15分钟；通干氧結束通氮气退火到(4)冷却5、第一次光刻。匀胶：设置台式匀胶机转速4200转/分，時间為30秒，试验中用的是负胶，滴完负胶再启動设备。注意：匀胶時转速、時间不可過快、過長，否则胶层會太薄，更不可二次涂胶。前烘：前烘的時间為30~35分钟，温度為90冷却曝光：在适度降到45%如下時，開始曝光显影、定影：台式匀胶机转速5000转/分，時间為50秒，显影液需滴4管，定影液1-2管，并且都是在启動设备後再滴。观测：用显微镜观测其构造的损壞度坚膜：坚膜的温度為1600腐蚀：将坚膜好的硅片放到腐蚀液中腐蚀，腐蚀液的配制比例為，HF：NH4F：H2O=3：6：10，打開超声波開始腐蚀，時间為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，有白烟出現為止。注意：负胶去胶剂易燃，加热時需随時注意，不可時间過長去离子水冲洗硅片15分钟用1#液煮硅片，沸腾之後用去离子水清洗15分钟；再用2#液煮硅片，沸腾之後用去离子水清洗15分钟；最终用硼扩散烘箱，温度1200注意：掩膜版的更换和掩膜版、硅片的對齐操作。6、硼预扩散。做样片：设置预扩散炉->打開预扩散炉升温，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，開氮气，流量1.5-2L/min，计時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，各成分体积分别為：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->测试方块電阻测试成果：250欧姆/方块，一般方块電阻值為40-60欧姆/方块，分析样片方块電阻過大原因也許是硼源出現問題处理方案：采用乳胶源扩散乳胶源扩散：台式匀胶机转速2300转/分,時间30秒乳胶源扩散後的硅片放入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，沸腾之後用去离子水清洗15分钟；最终用硼扩散烘箱，温度12007、硼主扩散。（同氧化過程）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，當温度升到9000(3)温度到达11800C時：通干氧，通干氧時间15分钟；通干氧結束，通湿氧，通湿氧時间50分钟；再通干氧，通干氧時间15分钟；通干氧結束通氮气退火到(4)冷却8、第二次光刻。反复环节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测它的反向特性曲线和正向特性曲线。七、测试成果電压刻度電流刻度PN結反向特性曲线如下所示：图1图2图3图4八、测试成果分析与總結分析PN結反向特性曲线图1-3并与理想反向特性比较：图1反向击穿電压為大概120伏特，且反向漏電流大概為2mA，阐明该二级管反向特性比较理想；图2和图3反