貴州大學(xué)實(shí)驗(yàn)報(bào)告課程課程微電子工藝院系理學(xué)院專業(yè)班級(jí)微電子學(xué)與固體電子學(xué)學(xué)生姓名劉曉志學(xué)生學(xué)號(hào)2008020935指導(dǎo)教師楊發(fā)順老師微電子工藝實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)驗(yàn)課程名稱：微電子工藝實(shí)驗(yàn)日期：2009年7月14日——17日姓名：劉曉志學(xué)號(hào)：2008020959同組人：李嘉輝，徐舒曉院系：理學(xué)院專業(yè)：微電子學(xué)與固體電子學(xué)指導(dǎo)老師：楊發(fā)順老師實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)：微電子工藝實(shí)驗(yàn)室一、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目名稱：硅二極管二、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模焊鶕?jù)所學(xué)習(xí)的半導(dǎo)體物理與器件的知識(shí)，能夠制作出晶體硅二極管，并對(duì)測(cè)量的反向特性和正向特性進(jìn)行分析。三、實(shí)驗(yàn)主要儀器設(shè)備、器材、藥品序號(hào)主要設(shè)備、藥品名稱序號(hào)主要設(shè)備、藥品名稱1N襯底硅片11氧化爐2擴(kuò)散爐12石英燒杯3勻膠機(jī)13量筒4光刻機(jī)14顯影液，定影液5烘箱15過(guò)氧化氫6三探針測(cè)試臺(tái)16氨水7晶體管特性測(cè)試儀17鹽酸8顯微鏡18氫氟酸9去離子水制備系統(tǒng)19氟化氨10聚四氟乙烯燒杯20負(fù)膠去膠劑四、實(shí)驗(yàn)原理：晶體\o"二極管"二極管為一個(gè)由p型半導(dǎo)體和n型半導(dǎo)體形成的p-n結(jié)，在其界面處兩側(cè)形成空間電荷層，并建有自建電場(chǎng)。當(dāng)不存在外加\o"電壓"電壓時(shí)，由于p-n結(jié)兩邊載流子濃度差引起的擴(kuò)散\o"電流"電流和自建電場(chǎng)引起的漂移電流相等而處于\o"電平"電平衡狀態(tài)。

當(dāng)外界有正向\o"電壓"電壓偏置時(shí)，外界電場(chǎng)和自建電場(chǎng)的互相抑消作用使載流子的擴(kuò)散\o"電流"電流增加引起了正向電流。當(dāng)外界有反向\o"電壓"電壓偏置時(shí)，外界電場(chǎng)和自建電場(chǎng)進(jìn)一步加強(qiáng)，形成在一定反向電壓范圍內(nèi)與反向偏置電壓值無(wú)關(guān)的反向飽和\o"電流"電流I0。當(dāng)外加的反向\o"電壓"電壓高到一定程度時(shí)，p-n結(jié)空間電荷層中的電場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)到臨界值產(chǎn)生載流子的倍增過(guò)程，產(chǎn)生大量電子空穴對(duì)，產(chǎn)生了數(shù)值很大的反向\o"擊穿"擊穿\o"電流"電流，稱為\o"二極管"二極管的擊穿現(xiàn)象。二極管的參數(shù)用來(lái)表示二極管的性能好壞和適用范圍的技術(shù)指標(biāo)。最大整流電流：指二極管長(zhǎng)期連續(xù)工作時(shí)允許通過(guò)的最大正向電流值。最高反向工作電壓：加在二極管兩端的反向電壓高到一定值時(shí)，會(huì)將管子擊穿，失去單向?qū)щ娔芰?。為了保證使用安全，規(guī)定最高反向工作電壓值。反向電流：反向電流是指二極管在規(guī)定的溫度和最高反向電壓作用下，流過(guò)二極管的反向電流。反向電流越小，管子的單方向?qū)щ娦阅茉胶?。二極管的伏安特性曲線如上圖所示，因?yàn)槎O管加正向電壓和反向電壓時(shí)呈現(xiàn)出不同的狀態(tài)，所以分正向伏安特性和反向伏安特性來(lái)說(shuō)明。正向伏安特性曲線指縱軸右側(cè)的部分，它可以分成三段。OS段：電壓為零時(shí)電流也是零，電壓從零開(kāi)始增加時(shí)，電流不隨之增加，電壓增至0.6V左右的，二報(bào)管內(nèi)才出現(xiàn)微弱的電流。這段曲線所對(duì)應(yīng)的電壓區(qū)域，叫做二極管的死區(qū)或不導(dǎo)通區(qū)，S點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的電壓值叫死區(qū)電壓，用Us表示．在室溫下，硅材料的三極管Us在0.6V左右，鍺材料的二極管Us在0.2V左右．這段曲線告訴我們，在給二極管加小于死區(qū)電壓Us的正向電壓時(shí)，二極管處于不導(dǎo)通狀態(tài)，其內(nèi)部電流幾乎為零．SA段：電壓增加時(shí)，電流隨之明顯增加，但電流與電壓不成線性關(guān)系，曲線是彎曲的。例如，電壓從0.6V變化至0.7V時(shí)，電流由40uA變化至80mA；當(dāng)電壓從0．7V變化至o．8V時(shí)，電流由80mA變化至160mA，即相同的電壓變化量所引起的電流變化量是不同的，前者小后者大。這段曲線所對(duì)應(yīng)的電壓區(qū)域叫二極管的非線性區(qū)，處于這個(gè)區(qū)域的二極督已進(jìn)入正向?qū)顟B(tài)。AC段：這段曲線很直，電流隨電壓增加按線性關(guān)系迅速上升。AC段所對(duì)應(yīng)的電壓區(qū)域稱為二極管的線性區(qū)，處在這個(gè)區(qū)域的二極管不僅已完全導(dǎo)通，而且具有電流隨電壓變化而急劇變化的特點(diǎn)。2．反向伏安特性曲線反向伏安特性可以分成兩段：0B段：該段曲線與橫軸重合，說(shuō)明電壓的絕對(duì)值增大時(shí)，電流始終維持在零。這段曲線所對(duì)應(yīng)的電壓區(qū)域叫二極管的截止區(qū)，B點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的電壓值叫擊穿電壓，用Ub表示，不同材料和類型的管子Ub值是不一樣的。BE段：該段曲線很陡，說(shuō)明電壓的微小變化會(huì)引起電流的很大變化，此時(shí)我們稱二極管進(jìn)入了反向擊穿狀態(tài)。關(guān)于二極管的伏安特性曲線還有以下幾點(diǎn)需要說(shuō)明：第一，在沒(méi)有限流措施的情況下，二極管加過(guò)大的正向電壓或反向電壓，都有可能使PN結(jié)因流過(guò)太大的電流而擊穿，造成二極管的永久性損壞，因此加電壓時(shí)要特別加以注意。但另一方面我們看到，處于線性區(qū)和反向擊穿區(qū)的二極管，均具有電壓的微小變化會(huì)引起電流的急劇變化的特點(diǎn)，利用這個(gè)特點(diǎn)可以使二極管在電路中起穩(wěn)壓作用，但前提是要有限流措施。第二，伏安特性曲線所在坐標(biāo)系橫軸的正向和反向刻度是不一樣的，也就是說(shuō)，使二極管正向?qū)ǖ碾妷罕仁顾聪驌舸┑碾妷盒〉枚?。同理，縱軸刻度也是不一樣的，因?yàn)檎螂娏鞅确聪螂娏鞔蟮枚?。五、?shí)驗(yàn)內(nèi)容、步驟及記錄數(shù)據(jù)根據(jù)制作晶體管的工藝流程，在實(shí)驗(yàn)老師的指導(dǎo)下，參照工藝說(shuō)明及注意事項(xiàng)，逐步完成各道工序，并且認(rèn)真記錄每一步操作的周圍環(huán)境、注意事項(xiàng)，學(xué)習(xí)相關(guān)儀器的操作使用最后得出實(shí)驗(yàn)結(jié)果。操作步驟如下：1、實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備在進(jìn)入超凈實(shí)驗(yàn)室前，先換好超凈服、橡膠手套，然后去靜電，進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室。進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室后打開(kāi)風(fēng)機(jī)和空調(diào)，空調(diào)溫度調(diào)為1902、清洗(1)用去離子水清洗15分鐘(2)配制1＃液：比例為，NH3.H2O：H2O2：H2O=1：2：5，配制1＃液的總體積500ml裝入石英燒杯，各成份體積分別為：去離子水（H2O）512.5ml，雙氧水（H2O2）125ml，氨水（NH3.H2O）75ml。(3)將硅片放入1#液玻璃燒杯中，煮至沸騰(4)用去離子水沖洗硅片15分鐘(5)氫氟酸溶液漂洗至硅片脫水，氫氟酸溶液比例，去離子水：氫氟酸=10：1，配制660ml裝入聚四氟乙烯燒杯，各成份體積分別為：去離子水（H2O）600ml，氫氟酸60ml(6)用去離子水沖洗硅片15分鐘(7)配制2＃液：比例為，鹽酸：雙氧水：去離子水=1：2：8，2＃液的總體積660ml裝入石英燒杯，各成份體積分別為：去離子水（H2O）480ml，雙氧水（H2O2）120ml，鹽酸（HCl）60ml。(8)將硅片放入2#液玻璃燒杯中，煮至沸騰(9)用去離子水沖洗硅片15分鐘3、烘干將硼擴(kuò)散烘箱升溫至120度，將洗好的硅片放入硼擴(kuò)散烘箱里，烘干20分鐘。4、氧化9009001180T02790120135185200T（min）干氧濕氧干氧取片裝片(1)設(shè)置氧化爐：室溫270C，裝片溫度9000C，恒溫區(qū)(2)通氮?dú)馍郎?，?dāng)溫度升到9000C(3)溫度達(dá)到11800C時(shí)：通干氧，通干氧時(shí)間15分鐘；通干氧結(jié)束，通濕氧，通濕氧時(shí)間50分鐘；再通干氧，通干氧時(shí)間15分鐘；通干氧結(jié)束通氮?dú)馔嘶鸬?4)冷卻5、第一次光刻。勻膠：設(shè)置臺(tái)式勻膠機(jī)轉(zhuǎn)速4200轉(zhuǎn)/分，時(shí)間為30秒，試驗(yàn)中用的是負(fù)膠，滴完負(fù)膠再開(kāi)啟設(shè)備。注意：勻膠時(shí)轉(zhuǎn)速、時(shí)間不可過(guò)快、過(guò)長(zhǎng)，否則膠層會(huì)太薄，更不可二次涂膠。前烘：前烘的時(shí)間為30~35分鐘，溫度為90冷卻曝光：在適度降到45%以下時(shí)，開(kāi)始曝光顯影、定影：臺(tái)式勻膠機(jī)轉(zhuǎn)速5000轉(zhuǎn)/分，時(shí)間為50秒，顯影液需滴4管，定影液1-2管，并且都是在開(kāi)啟設(shè)備后再滴。觀察：用顯微鏡觀察其結(jié)構(gòu)的損壞度堅(jiān)膜：堅(jiān)膜的溫度為1600腐蝕：將堅(jiān)膜好的硅片放到腐蝕液中腐蝕，腐蝕液的配制比例為，HF：NH4F：H2O=3：6：10，打開(kāi)超聲波開(kāi)始腐蝕，時(shí)間為5—用去離子水沖洗硅片15分鐘左右去膠：硅片放入負(fù)膠去膠劑放在爐上煮，有白煙出現(xiàn)為止。注意：負(fù)膠去膠劑易燃，加熱時(shí)需隨時(shí)注意，不可時(shí)間過(guò)長(zhǎng)去離子水沖洗硅片15分鐘用1#液煮硅片，沸騰之后用去離子水清洗15分鐘；再用2#液煮硅片，沸騰之后用去離子水清洗15分鐘；最后用硼擴(kuò)散烘箱，溫度1200注意：掩膜版的更換和掩膜版、硅片的對(duì)齊操作。6、硼預(yù)擴(kuò)散。做樣片：設(shè)置預(yù)擴(kuò)散爐->打開(kāi)預(yù)擴(kuò)散爐升溫，氮?dú)饬髁?-3L/min->升溫到9700C，擴(kuò)散源預(yù)飽和30分鐘->關(guān)氮?dú)?，裝樣片->推至恒溫區(qū)，開(kāi)氮?dú)猓髁?.5-2L/min，計(jì)時(shí)10分鐘->冷卻，至少3分鐘->配氫氟酸溶液，比例：去離子水：氫氟酸=10：1，配制660ml裝入聚四氟乙烯燒杯，各成份體積分別為：去離子水（H2O）600ml，氫氟酸60ml把樣片放入氫氟酸溶液漂洗至脫水->放入乙醇中漂洗->用氮?dú)獯蹈杀砻?>測(cè)試方塊電阻測(cè)試結(jié)果：250歐姆/方塊，一般方塊電阻值為40-60歐姆/方塊，分析樣片方塊電阻過(guò)大原因可能是硼源出現(xiàn)問(wèn)題解決方案：采用乳膠源擴(kuò)散乳膠源擴(kuò)散：臺(tái)式勻膠機(jī)轉(zhuǎn)速2300轉(zhuǎn)/分,時(shí)間30秒乳膠源擴(kuò)散后的硅片放入1500C的擴(kuò)散爐升溫至11000C放入氫氟酸溶液漂洗至脫水去離子水清洗15分鐘用2#液煮硅片，沸騰之后用去離子水清洗15分鐘；最后用硼擴(kuò)散烘箱，溫度12007、硼主擴(kuò)散。（同氧化過(guò)程）硼主擴(kuò)散的目的是推擴(kuò)散節(jié)的節(jié)深。(1)設(shè)置氧化爐：室溫270C，裝片溫度9000C，恒溫區(qū)(2)通氮?dú)馍郎?，?dāng)溫度升到9000(3)溫度達(dá)到11800C時(shí)：通干氧，通干氧時(shí)間15分鐘；通干氧結(jié)束，通濕氧，通濕氧時(shí)間50分鐘；再通干氧，通干氧時(shí)間15分鐘；通干氧結(jié)束通氮?dú)馔嘶鸬?4)冷卻8、第二次光刻。重復(fù)步驟5，只是掩膜版換成2#。9、測(cè)試PN節(jié)特性。將制備好的硅片放在三探針測(cè)試臺(tái)上，用晶體管特性測(cè)試儀觀察它的反向特性曲線和正向特性曲線。七、測(cè)試結(jié)果電壓刻度電流刻度PN結(jié)反向特性曲線如下所示：圖1圖2圖3圖4八、測(cè)試結(jié)果分析與總結(jié)分析PN結(jié)反向特性曲線圖1-3并與理想反向特性比較：圖1反向擊穿電壓為大約120伏特，且反向漏電流大約為2mA，說(shuō)明該二級(jí)管反向特性比較理想；圖2和圖3反