貴州大學實驗報告課程課程微電子工藝院系理學院專業班級微電子學與固體電子學學生姓名劉曉志學生學號2008020935指導教師楊發順老師微電子工藝實驗報告實驗課程名稱：微電子工藝實驗日期：2009年7月14日——17日姓名：劉曉志學號：2008020959同組人：李嘉輝，徐舒曉院系：理學院專業：微電子學與固體電子學指導老師：楊發順老師實驗地點：微電子工藝實驗室一、實驗項目名稱：硅二極管二、實驗目的：根據所學習的半導體物理與器件的知識，能夠制作出晶體硅二極管，并對測量的反向特性和正向特性進行分析。三、實驗主要儀器設備、器材、藥品序號主要設備、藥品名稱序號主要設備、藥品名稱1N襯底硅片11氧化爐2擴散爐12石英燒杯3勻膠機13量筒4光刻機14顯影液，定影液5烘箱15過氧化氫6三探針測試臺16氨水7晶體管特性測試儀17鹽酸8顯微鏡18氫氟酸9去離子水制備系統19氟化氨10聚四氟乙烯燒杯20負膠去膠劑四、實驗原理：晶體\o"二極管"二極管為一個由p型半導體和n型半導體形成的p-n結，在其界面處兩側形成空間電荷層，并建有自建電場。當不存在外加\o"電壓"電壓時，由于p-n結兩邊載流子濃度差引起的擴散\o"電流"電流和自建電場引起的漂移電流相等而處于\o"電平"電平衡狀態。

當外界有正向\o"電壓"電壓偏置時，外界電場和自建電場的互相抑消作用使載流子的擴散\o"電流"電流增加引起了正向電流。當外界有反向\o"電壓"電壓偏置時，外界電場和自建電場進一步加強，形成在一定反向電壓范圍內與反向偏置電壓值無關的反向飽和\o"電流"電流I0。當外加的反向\o"電壓"電壓高到一定程度時，p-n結空間電荷層中的電場強度達到臨界值產生載流子的倍增過程，產生大量電子空穴對，產生了數值很大的反向\o"擊穿"擊穿\o"電流"電流，稱為\o"二極管"二極管的擊穿現象。二極管的參數用來表示二極管的性能好壞和適用范圍的技術指標。最大整流電流：指二極管長期連續工作時允許通過的最大正向電流值。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，會將管子擊穿，失去單向導電能力。為了保證使用安全，規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定的溫度和最高反向電壓作用下，流過二極管的反向電流。反向電流越小，管子的單方向導電性能越好。二極管的伏安特性曲線如上圖所示，因為二極管加正向電壓和反向電壓時呈現出不同的狀態，所以分正向伏安特性和反向伏安特性來說明。正向伏安特性曲線指縱軸右側的部分，它可以分成三段。OS段：電壓為零時電流也是零，電壓從零開始增加時，電流不隨之增加，電壓增至0.6V左右的，二報管內才出現微弱的電流。這段曲線所對應的電壓區域，叫做二極管的死區或不導通區，S點所對應的電壓值叫死區電壓，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電壓Us的正向電壓時，二極管處于不導通狀態，其內部電流幾乎為零．SA段：電壓增加時，電流隨之明顯增加，但電流與電壓不成線性關系，曲線是彎曲的。例如，電壓從0.6V變化至0.7V時，電流由40uA變化至80mA；當電壓從0．7V變化至o．8V時，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。這段曲線所對應的電壓區域叫二極管的非線性區，處于這個區域的二極督已進入正向導通狀態。AC段：這段曲線很直，電流隨電壓增加按線性關系迅速上升。AC段所對應的電壓區域稱為二極管的線性區，處在這個區域的二極管不僅已完全導通，而且具有電流隨電壓變化而急劇變化的特點。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，說明電壓的絕對值增大時，電流始終維持在零。這段曲線所對應的電壓區域叫二極管的截止區，B點所對應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，說明電壓的微小變化會引起電流的很大變化，此時我們稱二極管進入了反向擊穿狀態。關于二極管的伏安特性曲線還有以下幾點需要說明：第一，在沒有限流措施的情況下，二極管加過大的正向電壓或反向電壓，都有可能使PN結因流過太大的電流而擊穿，造成二極管的永久性損壞，因此加電壓時要特別加以注意。但另一方面我們看到，處于線性區和反向擊穿區的二極管，均具有電壓的微小變化會引起電流的急劇變化的特點，利用這個特點可以使二極管在電路中起穩壓作用，但前提是要有限流措施。第二，伏安特性曲線所在坐標系橫軸的正向和反向刻度是不一樣的，也就是說，使二極管正向導通的電壓比使它反向擊穿的電壓小得多。同理，縱軸刻度也是不一樣的，因為正向電流比反向電流大得多。五、實驗內容、步驟及記錄數據根據制作晶體管的工藝流程，在實驗老師的指導下，參照工藝說明及注意事項，逐步完成各道工序，并且認真記錄每一步操作的周圍環境、注意事項，學習相關儀器的操作使用最后得出實驗結果。操作步驟如下：1、實驗準備在進入超凈實驗室前，先換好超凈服、橡膠手套，然后去靜電，進入實驗室。進入實驗室后打開風機和空調，空調溫度調為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、烘干將硼擴散烘箱升溫至120度，將洗好的硅片放入硼擴散烘箱里，烘干20分鐘。4、氧化9009001180T02790120135185200T（min）干氧濕氧干氧取片裝片(1)設置氧化爐：室溫270C，裝片溫度9000C，恒溫區(2)通氮氣升溫，當溫度升到9000C(3)溫度達到11800C時：通干氧，通干氧時間15分鐘；通干氧結束，通濕氧，通濕氧時間50分鐘；再通干氧，通干氧時間15分鐘；通干氧結束通氮氣退火到(4)冷卻5、第一次光刻。勻膠：設置臺式勻膠機轉速4200轉/分，時間為30秒，試驗中用的是負膠，滴完負膠再開啟設備。注意：勻膠時轉速、時間不可過快、過長，否則膠層會太薄，更不可二次涂膠。前烘：前烘的時間為30~35分鐘，溫度為90冷卻曝光：在適度降到45%以下時，開始曝光顯影、定影：臺式勻膠機轉速5000轉/分，時間為50秒，顯影液需滴4管，定影液1-2管，并且都是在開啟設備后再滴。觀察：用顯微鏡觀察其結構的損壞度堅膜：堅膜的溫度為1600腐蝕：將堅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，打開超聲波開始腐蝕，時間為5—用去離子水沖洗硅片15分鐘左右去膠：硅片放入負膠去膠劑放在爐上煮，有白煙出現為止。注意：負膠去膠劑易燃，加熱時需隨時注意，不可時間過長去離子水沖洗硅片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；最后用硼擴散烘箱，溫度1200注意：掩膜版的更換和掩膜版、硅片的對齊操作。6、硼預擴散。做樣片：設置預擴散爐->打開預擴散爐升溫，氮氣流量2-3L/min->升溫到9700C，擴散源預飽和30分鐘->關氮氣，裝樣片->推至恒溫區，開氮氣，流量1.5-2L/min，計時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->用氮氣吹干表面->測試方塊電阻測試結果：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大原因可能是硼源出現問題解決方案：采用乳膠源擴散乳膠源擴散：臺式勻膠機轉速2300轉/分,時間30秒乳膠源擴散后的硅片放入1500C的擴散爐升溫至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；最后用硼擴散烘箱，溫度12007、硼主擴散。（同氧化過程）硼主擴散的目的是推擴散節的節深。(1)設置氧化爐：室溫270C，裝片溫度9000C，恒溫區(2)通氮氣升溫，當溫度升到9000(3)溫度達到11800C時：通干氧，通干氧時間15分鐘；通干氧結束，通濕氧，通濕氧時間50分鐘；再通干氧，通干氧時間15分鐘；通干氧結束通氮氣退火到(4)冷卻8、第二次光刻。重復步驟5，只是掩膜版換成2#。9、測試PN節特性。將制備好的硅片放在三探針測試臺上，用晶體管特性測試儀觀察它的反向特性曲線和正向特性曲線。七、測試結果電壓刻度電流刻度PN結反向特性曲線如下所示：圖1圖2圖3圖4八、測試結果分析與總結分析PN結反向特性曲線圖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，說明該二級管反向特性比較理想；圖2和圖3反