实验 1 硅片氧化层性能测试预习报告 实验调研 1：新型氧化工艺调研实验报告 氧化层性能测试1 质量要求: 二氧化硅薄膜质量好坏，对器件的成品率和性能影响很大因此要求薄膜表面无斑点、裂纹、白雾、发花和针孔等缺陷厚度达到规定指标并保持均匀，结构致密对薄膜中可动带电离子，特别是钠离子的含量要有明确的要求2 检验方法 厚度的检查测量二氧化硅薄膜厚度的方法很多如精度不高的比色法，腐蚀法，京都要求稍高的双光干涉法，电容电压法，还有精度高达 10 埃的椭圆偏振光法等1） 比色法 利用不同厚度氧化膜，在白色垂直照射下会呈现出不同颜色的干涉色彩这一现象，用金相显微镜观察并对照标准的比色样品，直接从颜色的比较来得出氧化层的厚度其相应的关系如下表所示：颜色 氧化层厚度（埃）灰 100黄褐 300蓝 800紫 1000 2750 4650 6500深蓝 1500 3000 4900 6800绿 1850 3300 5200 7200黄 2100 3700 5600 7500橙 2250 4000 6000红 2500 4350 62502） 双光干涉法 [测试仪器与装置][实验原理]干涉显微镜可用来检测经过精加工后工件的表面粗糙度，也可用来检测薄膜厚度。
精加工后，工件表面的微观不平度很小，实际上工件表面存在许多极细的“沟槽” 检测时，首先通过显微系统将“沟槽”放大，然后利用干涉原理再将微观不平度显示出来常用的干涉显微镜是以迈克耳逊干涉仪为原型的双物镜干涉显微镜系统它的典型光路如上图所示光源 1(白织灯)由聚光镜 2 成象在孔径光阑 16 上，插入滤光片 3 可以获得单色光视场光阑 17 位于准直物镜 4 的前焦面上由物镜 4 射出的平行光束在分光板 5 处分为两部分：一束向上反射，经显微镜 7 会聚在被测工件表面 M2 上，M 2 与显微镜 7 的焦面重合由1—白织灯 2—聚光镜 3—滤光片 4—准直物镜 5—分光板 6—补偿板 7、8—显微物镜 M2—被测工件 M1—参考反射镜 9—辅助物镜 10、14— 反射镜 11—分划板 12—测微目镜 13—摄影物镜 15—照相底版或观察屏 16—孔径光阑 17—视场光阑M2 返回的光束依次通过显微物镜 7、分光板 5 后被辅助物镜 9 会聚在测微目镜 12 的分划板 11 处，分划板 11 与物镜 9 的焦平面重合利用测微目镜 12 可以看到被测表面 M2 清晰的象。
另一束光通过分光板 5，补偿板 6，由显微镜 8 会聚在参考反射镜 M1 上，M 1 与显微物镜 8 的焦平面重合从反射镜 M1 返回的光束也会聚在测微目镜的分划 11 处由M1、M 2 返回的两束光是相干的，通过目镜 12 可以观察到干涉条纹移开反射镜 10，通过摄影物镜 13 可将干涉条纹成象在照相底板 15 处，便于记录分析挡住参考光，通过目镜可以单独观察被测表面此时，仪器相当于金相显微镜在迈克耳逊干涉仪中，只要某一光程差发生变化，就要引起干涉场中条纹移动，光程差每改变半个波长( 2)，则干涉条纹移动一个条纹间距因此，在干涉显微镜中以此条纹为“分划板”(其格值 )来测量比较由于被测表面的微观不平度所引起的干涉条纹中的不平直的部分设 M1、M 2 是两个不严格垂直的理想平面，则得到等厚干涉直线条纹若表面 M2 上有沟槽，干涉条纹将发生弯曲或断折，如下图所示沟槽的深度 h 由下式决定eHh式中，Ｈ为干涉条纹曲折量，e 为条纹的间距若用白光照明，e 是指两根接近黑色的干涉条纹中心间的距离这时 λ 取 550nm若被测件的部分表面镀有厚度为 h 的薄膜，则只要测量出干涉条纹间距 e 和因镀了膜而引起的干涉条纹位移量Ｈ，就可算出该薄膜的厚度。
如上图所示双光干涉法设备简单，只需一台单色光源和一台普通干涉显微镜操作简便，但不宜用于测试太薄的氧化膜，因此误差较大一般要求被测氧化膜大于 2000 埃 通过双光干涉法验证氧化层时间和氧化层厚度关系：h 2=C•t（温度大于 1000 摄氏度）其中 C 为氧化速率常数，单位为微米 2/分钟[内容和步骤]1. 硅毛片粗糙度测试(1) 用酒精、乙醚混合液擦净硅毛片面待用2) 将被测件放到载物台上，应使被测表面向下对着物镜3) 经变压器接通照明系统电源，若视场太亮或太暗，可调节变压器上旋钮，直到亮度适当为止4) 顺时针方向转动遮光板手轮 3（箭头向上） ，挡住参考光束5) 缓慢地转动调焦手轮 6，从目镜 9 中看到被测表面清晰的象（如加工痕迹等） 表面沟槽及干涉条纹的形状 薄膜与其干涉条纹的形状(6) 逆时针方向转手轮 7（箭头水平） ，从目镜中应看到干涉条纹若换用白光照明，应能看到彩色干涉条纹否则微转手轮 6 进行细调，直至调出干涉条纹为止7) 旋转手轮 4，调节干涉条纹至适当的亮度，使能清晰地观察到干涉条纹的细微轮廓，以便于测量8) 用目视估测方法，测量工件表面粗糙度通过目镜观察干涉条纹，估测条纹弯曲的矢高是条纹间距的几倍或几分之一，再利用下表就可查到被测件的表面粗糙度级别。
条纹弯曲量与表面粗糙度对照表条纹弯曲量 eH≯ 6131~23.1~6.2~粗糙度等级 Ra0.010 Ra0.012 Ra0.025 Ra0.050 Ra0.1002．测量薄膜厚度(1) 利用测定氧化膜台阶上的干涉条纹数来求氧化层薄膜厚度的一种方法在已经氧化过的硅片表面，用黑封蜡或真空油脂保护一定的区域（约占硅片表面的 1/2~1/3） 然后将硅片放入氢氟酸溶液中，除去未保护住的氧化膜然后利用有机溶剂（如甲苯、四氯化碳等）将蜡或真空油脂去除用酒精、乙醚混合液擦净镀膜面待用2) 轻轻转动载物台微动手轮 2，将薄膜的待测部位移至视场之中这时应看到两组直线状干涉条纹3) 利用测微目镜测得 e 和 H，求出镀膜层的厚度4) 若 H>e，应先用白光干涉条纹确定同级干涉条纹移动的大概位置，再用单色光的干涉条纹精确测定 h[实验结果]1.分三小组每小组测量三种工艺条件下生长的硅片表面氧化层的厚度，并记录数据，汇总四小组 h 数据求平均值作为校准值=（h1+h2+h3）/3，计算各自小组偏差值比色法 双光干涉法 h 氧化工艺条件 厚度范围 e H h 校准值 偏差（%）1100 摄氏度，20min1100 摄氏度，45min1100 摄氏度，65min2. 1100 摄氏度下，通过 h2-t 关系计算 C 值，汇总三小组 C 值后求平均值作为校准值=（ C1+C2+C3） /3，求各自小组偏差值。
氧化速率常数 Ct h2 测试值 校准值 偏差（%）[思考题]1． 干涉显微镜的工作原理及特点是什么？2． 干涉显微镜中的“分划板”是怎样形成的？它的作用是什么？实验 2 报告：光刻工艺预习报告 实验调研 2：新型的光刻工艺调研实验报告1. 详细光刻的工艺流程 （记录工艺内容和技术参数）1) 匀胶 2) 前烘 3) 曝光 4) 显影，漂洗定影 5) 坚膜 6) 腐蚀7) 去胶 2. 工艺条件及工艺条件的设计（依据）1) 如何对准图形？2) 如何控制光刻胶的厚度？3) 如何提高显影质量？4) 曝光时间的选择？ 5) 腐蚀液中需注意的问题？ 3.实验结果1) 一次光刻的过程的图形2) 光刻后图形（注明颜色）4.习题1) 一次光刻的作用？2) 为何光刻间选用黄色灯？3) 正胶和负胶的区别？实验 3、4 报告：磷扩散和磷氧化工艺预习报告 实验调研 3：有关新型液相扩散工艺调研实验报告1. 工艺原理1)扩散工艺原理（请总结，限 300-400 字）2)氧化工艺原理（请总结，限 300-400 字）2. 详细的工艺流程1)清洗工艺条件： 2)磷扩散工艺条件：3)磷氧化工艺条件：3. 工艺条件及工艺条件的设计（依据） 1)为何分别设置两号清洗溶液？ 2)如何控制结深？ 3)采用湿氧+干氧+湿氧的目的？ 4)氧化层的厚度设计需考虑哪些因素？ 4. 实验测试结果1)绘制干氧和湿氧的管路2)记录磷扩散方块电阻，估算磷扩结深3)根据附图，理论上计算本实验工艺条件的磷氧化层厚度4)画出硅光敏二极管磷氧化和磷扩散两步工艺的剖面图5.习题5)何谓恒定源扩散和限定源扩散？它们和预扩、主扩的关系？6)磷扩散源放入冰块的作用？7)说明陪片的作用。
8)试述方块电阻的物理意义及其影响因素再扩散后方块电阻往往增大，请分析其原因9)氧化层有哪些作用？ 磷氧化的目的？ 10) 氧化层的生长速率和哪些因素有关？ 实验 5、6 报告：硼扩散和硼氧化工艺预习报告 实验调研 3：有关新型液相扩散工艺调研实验报告1. 工艺原理3)扩散工艺原理（请总结，限 300 字内）4)氧化工艺原理（请总结，限 300 字内）2. 详细的工艺流程4)清洗工艺条件：5)硼扩散工艺条件：6)电解法去硼硅玻璃：7)硼氧化工艺条件：3．工艺条件及工艺条件的设计（依据） 1)为何分别设置两号清洗溶液？ 2)如何控制结深？ 3)采用湿氧+干氧+湿氧的目的？ 4)氧化层的厚度设计需考虑哪些因素？ 3. 实验测试结果5)绘制干氧和湿氧的管路6)记录硼扩散方块电阻，估算硼扩结深7)根据附图，理论上计算本实验工艺条件的硼氧化层厚度8)画出硅光敏二极管硼氧化和硼扩散两步工艺的剖面图5.习题11) 何谓恒定源扩散和限定源扩散？它们和预扩、主扩的关系？12) 说明陪片的作用13) 硼硅玻璃是如何形成的？ 14) 试述方块电阻的物理意义及其影响因素再扩散后方块电阻往往增大，请分析其原因。
15) 氧化层有哪些作用？硼氧化的目的？ 16) 氧化层的生长速率和哪些因素有关？ 实验报告 7 蒸发工艺预习报告 实验调研 4：金属膜的沉积工艺调研实验报告1. 真空蒸发工艺原理（真空系统工作原理图及其说明）2.详细的工艺流程3.工艺条件及工艺条件的设计（依据）影响真空抽取时间的因素：4.实验结果与测试电子束蒸发工作条件（前级真空度、分子泵真空度、电子枪工作参数）5.习题1．电子束蒸发使用了哪些真空泵？分子泵与扩散泵的工作原理和优缺点比较？2. 维持泵的作用？ 3. 电子束蒸发的优缺点？4. 结合图示说明电子束 e 型电子枪的工作原理和优点实验 8 磨角染色法测试 P-N 结结深一、实验目的：了解磨角染色法的测量方法，并计算 P-N 结结深二、实验原理N 型染色剂：把含有氢氟酸的金属盐溶液滴在 P-N 结表面上，即将使 P-N 结的一边择优镀上一层金属膜，从而可辨认出 P 区和 N 区，镀 Cu 化学反应式是：CuSO4+Si+ H2O=2Cu+SiO2+2H2SO4SiO2+6HF= H2SiF6+2H2O该方法利用了 PN 结两边的电极电位不同，由于 Si 的电化学势比 Cu 高，所以 Si 能置换 Cu，当 P-N 结光照后，Cu 首先镀在 P-N 结电位更负的一边，即 N 型区。
当光照时，将产生电子空穴对在 PN 结两端的少子将扩散到达势垒边界，并在内建电场作用下通过 PN 结，导致 N 和 P 都增加，接触势垒增大在 PN 结表面的溶液中，Cu 离子被吸引到电位更负的 N 区，置换淀积下来，在硅表面形成红色的铜镀层，只要能恰当地掌握反应时机，就能使 N 区镀上铜，P 区没有P 型染色剂：滴浓硝酸 HF（48%）于 P-N 结上并加强光照， P 区上有反应，生成大量气体，N 区无明显气体产生三、实验方法和步骤测试样品：可控硅（P1N1P2N2 ）1. 磨角：用石蜡把硅薄片固定在磨角器的斜面上，安装好磨角器放在细的金刚粉上研磨（约 20-30 分钟） ，将硅片磨出如图 1 所示的斜面根据不同情况和要求，斜角在 1-5 度之间图 1 磨角示意图2. 显结（如图 2）N 型染色剂:CuSO 。