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1、苏州健雄职业技术学院-电气工程学院1微电子制造工艺文件微电子制造工艺文件项目名称： 三极管(NPN 型)制造工艺文件 项目编号： 团队负责人： 谢威 团队成员：金腾飞、崔仕杰、朱二梦 刘铭冬、姚启、周涛 指导教师： 陈 邦 琼 文件页数： 55 页 201 6 年 9 月 23 日苏州健雄职业技术学院-电气工程学院2工艺文件目录工艺文件目录编 号名称编者1引言引言朱二梦朱二梦2三极管（三极管（NPN）示意图）示意图刘铭冬刘铭冬3制造工艺流程制造工艺流程朱二梦朱二梦4工艺参数设计工艺参数设计金腾飞金腾飞5制作过程制作过程崔仕杰崔仕杰6三极管管芯制造工艺三极管管芯制造工艺姚启姚启7作业指导书作业指
2、导书谢威谢威8光刻（模板图）光刻（模板图）周涛周涛9总结总结朱二梦朱二梦备注备注参考文献参考文献苏州健雄职业技术学院-电气工程学院3引言引言电子工业在过去 40 年间迅速增长，这一增长一直为微电子学革命所驱动。从 20 世纪 40 年代晶体管发明开始，半导体器件工艺技术的发展经历了三个主要阶段：1950 第一次生产出了实用化的合金结三极管；1955 年扩散技术的采用是半导体器件制造技术的重大发展，为制造高频器件开辟了新途径；1960 年由扩散、氧化、光刻组成的平面工艺的出现是半导体器件制造技术的重大变革，大幅度地提高了器件的频率、功率特性，极大地改善了器件的稳定性和可靠性。在这期间每项变革对人
3、们的生产、生活方式产生了重大的影响。也正是由于微电子技术领域的不断创新，才能使微电子能够以每三年集成度翻两番、特征尺寸缩小倍的速度持续发展几十年。在过去的几十年里，双极型晶体管做为微电子产业的基石有着无以伦比的作用。虽然近年来，随着金属-氧化物-半导体都场效应晶体管（MOSFET）技太迅速发展，双极型晶体管的突出地位受到了严重挑战。但它在模拟电路领域仍然有着广泛的应用，发挥着不可取代的作用。在这样的大环境下，了解晶体管的功能、工艺流程及工艺参数是十分必要的，这就是本实验的目的。苏州健雄职业技术学院-电气工程学院4二、二、NPN 三极管设计三极管设计1.1、晶体管结构示意图、晶体管结构示意图n+
4、npEBC苏州健雄职业技术学院-电气工程学院51.21.2、三极管的分类、三极管的分类苏州健雄职业技术学院-电气工程学院6三、制造工艺流程三、制造工艺流程衬底制备衬底采用轻掺杂的 P 型硅，掺杂浓度一般在 1015/cm3数量级，采用的硅晶片晶面的晶向指数为（100）。掺杂浓度较低可以减少集电极的结电容，提高集电结的击穿电压，但掺杂浓度过低会使埋层推进过多1. 埋层制备为了减小集电区的串联电阻，并减小寄生 PNP 管的影响，在集电区的外延层和衬底间通常要制作 N+埋层。首先在衬底上生长一层二氧化硅，并进行一次光刻，刻蚀出埋层区域，然后注入 N 型杂质（如磷、砷等），再退火（激活）杂质。埋层材料
5、选择标准是杂质在硅中的固溶度要大，以降低集电区的串联电阻；在高温下，杂质在硅中的扩散系数要小，以减少制作外延层时的杂质扩散效应；杂质元素与硅衬底的晶格匹配要好以减小应力，最好是采用砷。2. 外延层的生长去除全部二氧化硅后，外延生长一层轻掺杂的硅。此外延层作为集电区。整个双极型集成电路便制作在这一外延层上。外延生长主要考虑电阻率和厚度。为减少结电容，提高击穿电压，降低后续工艺过程中的扩散效应，电阻率应尽量高一些；但为了降低集电区串联电阻，又希望它小一些3. 形成隔离区先生长一层二氧化硅，然后进行二次光刻，刻蚀出隔离区，接着预苏州健雄职业技术学院-电气工程学院7淀积硼（或者采用离子注入），并退火使
6、杂质推进到一定距离，形成 P 型隔离区。这样器件之间的电绝缘就形成了。4. 深集电极接触的制备这里的“深”指集电极接触深入到了 N 型外延层的内部。为降低集电极串联电阻，需要制备重掺杂的 N 型接触，进行第三次光刻，刻蚀出集电极，再注入（或扩散）磷并退火。5. 基区的形成先进行第四次光刻，刻蚀出基区，然后注入硼并退火，使其扩散形成基区。由于基区掺杂元素及其分布直接影响器件电流增益、截止频率等特性，因此注入硼的剂量和能量要特别加以控制。6. 发射区形成在基区上生长一层氧化物，进行第五次光刻，刻蚀出发射区，进行磷或砷注入（或扩散），并退火形成发射区。7. 金属接触淀积二氧化硅后，进行第六次光刻，刻
7、蚀出接触也窗口，用于引出电极线。接触孔中温江溅射金属铝形成欧姆接触。8. 形成金属互联线进行第七次光刻，形成互联金属布线。9. 后续工序测试、键合、封装等。测试是通过测量或比较来确定或评估产品性能的过程，是检验该产品设计、工艺制造、分析失效和推广应用的重要手段。因此，在半苏州健雄职业技术学院-电气工程学院8导体器件和集成电路的研制、生产和使用过程中，测试是非常重要的一道工序。在生产中包括下列几种类型的测试：芯片测试、成品测试、质量保证测试、可靠性测试、验收测试、鉴定测试。键合工艺是将芯片上的电极引线和底座外引线连接起来的过程，是一种十分精密细致的固相焊接技术，又称内引线焊接工艺。封装是利用某种
8、材料将芯片保护起来，并与外界环境隔离的一种加工技术。封装的目的除保护和隔离外，还有以下几点：1.使管芯有一个合适的外引线结构的；2.为管芯创造散热和电磁屏蔽的条件；3.提高管芯的机械强度和抗外界冲击能力。按封装材料材料可分为玻璃封装、金属封装、塑料封装、陶瓷封装，还有一种叫表面安装技术（SMT）的新型封装技术。苏州健雄职业技术学院-电气工程学院94、工艺参数设计工艺参数设计单位名称第 3 组项目名称：三极管管芯制造工艺制造三极管的生产工艺文件工艺名称晶体管工艺 参数设计工艺文件编号：所需设 备清单工艺内容相关标准工艺步骤硅片的衬底电阻率为 3-6CM，查表一得所 对应 的 Nc=1510厘米
9、3。 设 B、E 区都 为均 匀掺 杂。 设： =厘米3，= 厘米EN2010BN18103，=1.3um.EW采用浅基区近似,则苏州健雄职业技术学院-电气工程学院10022020() ()BEEEEpEieEieBBpwpnBieBNNwdxD nnwS pdxD n可写为：202nBieBEEBpEBieEDnNW NDW n其中： =340/130=2.6(由表一查得)，nBnBpEpED D =0.19（由图二查得）22ieBieEn nexp()/gBgEEEKT代入各数据求得, =55 时,WB =1.12um. 故设计的 NPN 型晶体管的各数据为:= 厘米3，=厘米BN1810
10、EN20103，=1.25um, Wb =1.12um。EW工艺设计者： 崔仕杰 批准人： 谢威 苏州健雄职业技术学院-电气工程学院11设计日期：201 6 年 9 月 29 日指导教师： 陈邦琼 单位名称第 3 组项目名称：三极管管芯制造工艺制造三极管的生产工艺文件工艺名称晶体管制工 艺参数设计工艺文件编号：所需设 备清单工艺内容相关标准工艺步骤在半导体晶圆中应用扩散工艺形成结需要两步： 第一步称为预沉积； 第二步称为再分布或推进氧化，两步都是在水平 或者垂直的炉管中进行的. 在预沉积的过程中，要受到以下几个因素的制约：。杂质的扩散率； 杂志在晶圆材料中的最大固溶度。工艺设计者： 崔仕杰 批
11、准人： 谢威 苏州健雄职业技术学院-电气工程学院12设计日期：201 6 年 9 月 29 日指导教师： 陈邦琼 单位名称第 3 组项目名称：三极管管芯制造工艺制造三极管的生产工艺文件工艺名称晶体管制工 艺参数设计工艺文件编号：所需设 备清单工艺内容相关标准工艺步骤a.衬底氧化：采用干氧湿氧干氧的步骤进行 氧化 湿氧 30min，确定干氧 1100生成0.5氧化层所需时间 t=1.1min 后就可m以确定湿氧总时间为 30min+1.1min，由 图 OX-2 查得 tox=0.4。m干氧 10min：确定 1100干氧生长0.4厚度氧化层需 900min，910min 所m对应的几乎没有变化
12、。oxt苏州健雄职业技术学院-电气工程学院13所以最终生成 7000 埃氧化层工艺设计者： 崔仕杰 批准人： 谢威 设计日期：201 6 年 9 月 29 日指导教师： 陈邦琼 单位名称第 3 组项目名称：三极管管芯制造工艺制造三极管的生产工艺文件工艺名称晶体管制工 艺参数设计工艺文件编号：所需设 备清单工艺内容相关标准工艺步骤b.基区扩散： 下图 5 为常见杂质在硅中的扩散率，图 6 为常见杂质在硅中的固溶度，将在下面的 计算中用到。图 5： 常见杂质在硅中的扩散率苏州健雄职业技术学院-电气工程学院14图 6： 常见杂质在硅中的固溶度工艺设计者： 崔仕杰 金腾飞 批准人： 谢威 设计日期：2
13、01 6 年 9 月 29 日指导教师： 陈邦琼 单位名称第 3 组项目名称：三极管管芯制造工艺制造三极管的生产工艺文件工艺名称晶体管制工 艺参数设计工艺文件编号：所需设 备清单工艺内容相关标准工艺步骤1.硼预沉积 设温度 T=955，采用高斯分布模型查表得 Cs=( )2/TsQ tCDt2010，=0.0853cmD/mh解得 t=0.2h。此时的 D=0.037*exp(-3.46/kt),则(Dt) 1/2=0.17um 硼的预沉积要求硼的浓度为 1018厘米3 方块电阻值的参 考值为 4560 欧姆/,此时结深为 1um。苏州健雄职业技术学院-电气工程学院15工艺设计者： 崔仕杰 姚
14、启 批准人： 谢威 设计日期：201 6 年 9 月 29 日指导教师： 陈邦琼 单位名称第 3 组项目名称：三极管管芯制造工艺制造三极管的生产工艺文件工艺名称晶体管制工 艺参数设计工艺文件编号：所需设 备清单工艺内容相关标准工艺步骤2.硼推进扩散（在氧气气氛中） T=11004lnT jBQxDtCDt=2.37um =0.27jxD/mh近似认为为 求得BC15103cmt=50min 在此过程中同时产生了氧化层。苏州健雄职业技术学院-电气工程学院16工艺设计者： 崔仕杰 批准人： 谢威 设计日期：201 6 年 9 月 29 日指导教师： 陈邦琼 单位名称第 3 组项目名称：三极管管芯制造工艺制造三极管的生产工艺文件工艺名称晶体管制工 艺参数设计工艺文件编号：所需设 备清单工艺内容相关标准工 艺 步 骤c. 发射区磷扩散 T=950，采用余误差分布模 型只采用一步预沉积扩散 ( )2 /TsQ tCDt=0.2 = 求D/mhsC2131.1 10 cm得 t=15min，=1.25um。jx苏州健雄职业技术学院-电气工程学院17工艺设计者： 崔仕杰 批准人： 谢威 设计日期：201 6 年 9 月 29 日指导教师：
