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一、工艺原理

1.氧化

硅（Si)晶圆与含有氧化物质的气体，例如水汽和氧气在高温下进行化学反应，而在硅片表面产生一层致密的二氧化硅(SiO2)薄膜。
氧化工艺是将硅片置于通有氧气气氛的高温环境中(常用的温度为900～1200℃，在特殊条件下可降到600℃以下)，氧气或水汽通过反应管（典型的气流速度为1厘米/秒）时，在硅片表面发生化学反应：Si(固态)+O2(气态)→SiO2(固态)或Si(固态)+2H2O(汽态)→SiO2(固态)+2H2(气态)，生成SiO2层，其厚度一般在几十埃到上万埃之间。
硅热氧化工艺，按所用的氧化气氛可分为：干氧氧化、水汽氧化和湿氧氧化。干氧氧化是以干燥纯净的氧气作为氧化气氛，在高温下氧直接与硅反应生成二氧化硅；水汽氧化是以高纯水蒸汽为氧化气氛，由硅片表面的硅原子和水分子反应生成二氧化硅，水汽氧化的氧化速率比干氧氧化的为大；而湿氧氧化实质上是干氧氧化和水汽氧化的混合，氧化速率介于二者之间。
二氧化硅的生成速率主要由两个因素控制:①在Si-SiO2界面上硅与氧化物反应生成二氧化硅的速率;②反应物(O2、H2O或OH-)通过已生成的二氧化硅层的扩散速率。当氧化时间很短、生成的二氧化硅很薄时,氧化速率主要由硅和氧化物质的反应速率控制。当SiO2达到一定的厚度时,氧化速率由氧化物质通过已生成的二氧化硅膜的扩散速率所控制。
热生长二氧化硅为无定形结构,是由硅-氧四面体无规则排列组成的三维网络，由于电阻率很高(5×1015欧·厘米）,介电常数达3.9，因而是很好的绝缘和介电材料。热生长二氧化硅已在半导体器件和集成电路中广泛地用作绝缘栅、绝缘隔离、互连导线隔离材料和电容器的介质层等。热生长二氧化硅的另一特点是，一些Ⅲ、Ⅴ族元素如硼、磷、砷、锑等在二氧化硅中的扩散系数很小(1200时，只有10-15厘米2/秒的量级)，因而,二氧化硅薄层在集成电路制备中常被用作杂质选择扩散的掩蔽模和离子注入的掩模。二氧化硅又易于被氢氟酸腐蚀，而氢氟酸不腐蚀硅本身，利用这一特性，扩散掺杂、离子注入技术、光刻技术和各种薄膜淀积技术相结合，能制造出各种不同性能的半导体器件和不同功能的集成电路。

2.扩散

用人为方法将所需杂质以一定方式掺入到半导体基片的规定区域内，达到规定数量和符合要求的分布。 通过某种技术措施，将一定浓度的Ⅲ族元素B，或Ⅴ族元素P、As等掺入半导体衬底，改变半导体的电特性。通过掺杂可在硅衬底上形成不同类型的半导体区域，构成各种器件结构，例如制作①PN结②IC中的电阻③欧姆接触区④硅栅⑤多晶硅互连线等。 替位式扩散：杂质离子占据硅原子位置，从一个晶格格点替位运动到另一替位位置，常为Ⅲ、Ⅴ族元素，在高温（950-1280℃）下进行，横向扩散严重，对设备要求低。间隙式扩散：杂质离子位于晶格间隙，在晶格间隙中运动，常为重金属杂质，扩散系数比替位式扩散大6-7个量级，扩散系数D与△E成反比，与T成正比。
扩散的方法有：①热扩散②离子注入等。
热扩散掺杂是利用原子在高温下的扩散运动，使杂质原子从浓度高的杂质源向硅中扩散并形成一定的分布。热扩散通常分为两个步骤：预淀积和再分布。预淀积：较低温度下（800-900℃），利用杂质源，对硅片的掺杂窗口扩散，在窗口处形成一层较薄但具有较高浓度的杂志层，恒定表面源扩散（扩散过程中，表面杂质浓度始终不变）；再分布：利用预淀积所形成的表面杂质层做杂质源，在较高温度下（1000-1200℃）这层杂质向硅体内扩散的过程，限定表面源扩散（扩散过程中，杂质源限定于扩散前淀积在晶片表面极薄层内的杂质总量）。通常再分布的时间长，再分布可在硅衬底上形成一定的杂质分布和结深。
影响杂质分布的因素：①缺陷（任何对周期晶格形成扰动，点、线、面）②杂质浓度③氧化增强扩散④发射区陷落效应⑤二维横向扩散。
按掺杂源分为固体源扩散、液态源扩散、气态源扩散。固态源扩散工艺简便，重复性、稳定性好；液态源扩散掺杂量控制精确，均匀性、重复性好；气态源扩散操作更加简便。
对扩散系统的要求：①有一定长度的恒温区（600℃以上，波动小于±0.5℃）②对掺杂浓度NS、结深Xj易控制③不能使硅片变形和表面损伤④发均匀性和重复性好。按扩散系统分为开管和闭管两大类。
离子注入是将杂质原子经过离化变成带电的杂质离子，并使其在电场中加速，获得一定的能量后，直接轰击到半导体基片内，使之在体内形成一定的杂质分布，起到掺杂的作用。离子注入具有温度低、掺杂数目完全受控、无污染、横向扩散小、不受固溶度限制、注入深度随离子能量的增加而增加等诸多优点，使其成为IC工艺的主要掺杂技术；但其必须退火，损伤较多且设备昂贵，成本高。

3．光刻

光刻工艺就是利用光刻胶在受到光辐照之后发生光化学反应，其内部分子结构发生变化，这样受到光辐照的光刻胶（感光部分）与未受到光辐照的光刻胶（未感光部分），在显影液中的溶解速度相差非常大，利用光刻胶的这种特性，先在光刻胶上形成与掩膜版所对应的图形，之后再利用光刻胶作为保护层进行刻蚀，完成图形转移。 光刻工艺中，先在硅片表面涂上一层厚度均匀、附着性强、并且没有缺陷的光刻胶薄层，通过掩膜（光刻）版对光刻胶进行光辐照（曝光）。掩膜版分为透光区和非透光区，透光区和非透光区是根据电路结构，以及各次光刻需要形成的图形所确定的。辐照之后透光区下面的光刻胶感光，非透光区下面的光刻胶不感光，经过显影之后，在光刻胶上就形成了与掩膜版透光区相对应的三维图形。之后，利用留下的光刻胶作为保护层，就可以对没有被光刻胶保护的区域进行刻蚀，从而把光刻胶中的图形转移到硅片表面上的薄膜中。另外，还可以以光刻胶作为保护层，对没有光刻胶保护的区域进行离子注入，完成掺杂工艺。 |
（1）涂胶：涂胶的目的就是在硅片表面涂一层厚度均匀、附着性强、并且没有缺陷的光刻胶薄层。在光刻工艺中，光刻胶的作用就是在刻蚀过程中保护其覆盖的区域。因此，光刻胶必须牢固地粘附在硅片表面上，如果SiO2表面吸附了水分子，那么在刻蚀过程中，需要光刻胶保护的区域因附着能力降低就可能出现整体或局部的脱离，脱离区域就没有光刻胶保护，因此会受到刻蚀。 在涂胶之前，还应该在硅片表面涂上一层粘附剂，其目的是为了增强光刻胶在硅片表面的粘附能力。其目的也是为了增强光刻胶在硅片表面的粘附能力。目前应用较多的粘附剂是六甲基二硅胺烷。由于避免了与大气接触，硅片吸附水分子的机会将会降低，涂布HMDS的效果将会更加理想。另外，也可通过液态方式涂布HMDS，就是把液态的HMDS滴在表面，在硅片旋转过程中形成非常均匀的薄层。
（2）前烘：涂胶之后的硅片，需要在一定的温度下进行烘烤，这一步称为前烘，也称为软烘，经过甩胶之后，虽然液态的光刻胶已经称为固态的薄膜，但仍有10%--30%的溶剂，还是容易沾染灰尘。通过在一定温度下进行烘焙，使溶剂从光刻胶中继续挥发，从而可以进一步降低灰尘沾污。前烘还可以减小因高速旋转形成的薄膜应力，可提高光刻胶的附着性。如果不减小应力，就会使光刻胶分层的趋势增加，在前烘的过程中，由于溶剂的挥发，光刻胶的厚度也会减薄，一般减小的幅度为10%----20%左右。
（3）曝光：光刻胶在经过前烘之后，原本为液态的光刻胶已经固化在硅片的表面上，这样就可以进行曝光。曝光的目的是将掩膜版上的图形转移到涂胶的硅片上。在未经曝光之前，正性光刻胶中的感光剂DQ是不溶于显影液的，同时也会抑制酚醛树脂在显影液中的溶解。在曝光过程中，感光剂DQ发生光化学反应，成为乙烯酮。本次曝光时间为3.5s。
（4）显影：经过曝光和后烘培之后，就可以进行显影。显影就是利用感光与未感光的光刻胶对显影液的不同溶解速度完成的。在显影过程，正胶的曝光区，负胶的非曝光区在显影液中溶解，而正胶非曝光区和负胶曝光区的光刻胶则不会在显影液中溶解。这样，曝光后在光刻胶层中形成的潜在图形，显影后便显现出来，形成三维的光刻胶图形，这一步骤称为显影。显影时间为2分30秒。 （5）坚膜：显影之后，需要经历一个热处理过程，称为坚膜。坚膜的主要作用是除去光刻胶中剩余的溶剂，增强光刻胶对硅片表面的附着力，同时提高光刻胶在刻蚀过程中的抗腐蚀能力和保护能力。通常坚膜的温度要高于前烘和后烘焙温度，坚膜温度也称为光刻胶的玻璃态转变温度。在这个温度下，光刻胶将软化，成为类似玻璃体在高温下的熔融状态。这将使光刻胶的表面在表面张力的作用下圆滑化，并使光刻胶层中的缺陷因光刻胶熔融及表面圆滑化而减少，并可借此修正光刻胶图形的边缘轮廓。 （6）刻蚀；刻蚀的目的是在涂胶的硅片上正确的复制掩膜图形。实习过程中采用湿法刻蚀，3分20秒。 （7）去胶：刻蚀之后，光刻胶作为保护层的作用已经完成，因此，可以将光刻胶从硅片表面除去，这一步骤称为去胶。去胶我们用的是有机溶剂去胶，主要是将光刻胶溶于有机溶剂中，从而达到去胶的目的。有机溶剂去胶中使用的溶剂主要有丙酮和芳香族的有机溶剂。去胶时间：10分钟。

4.金属化

金属及金属性材料在ic中的应用：①MOSFET栅电极材料②互连材料③接触材料 常用材料：Al、Cu、Pt、Au、W、Mo、掺杂多晶硅、金属硅化物、金属合金等。材料要求：①低阻欧姆接触②低阻互连线③抗电迁移④良好的附着性⑤耐腐蚀性⑥易于淀积和刻蚀⑦易键合⑧层与层之间绝缘。 Al膜的制备：要求：污染小，淀积速率快，均匀性、台阶覆盖性好。犯法：真空蒸发法、溅射法（主流，质量好）

二、二极管制作

1.工艺流程

N/N+型衬底——氧化生长——光刻窗口——P型扩散——光刻接触孔——金属淀积——Al反刻——合金——测试 （1）硅片清洗 （2）一次氧化（裸片生长SiO2）：①预通氧②放片③湿氧切换④干氧切换⑤取片 （3）一次光刻（基区光刻开窗口）：①匀胶②前烘③曝光④显影⑤坚膜 （4）掺杂工序（B扩散、再分布）：①去除SiO2②去除光刻胶③硅片清洗④硼预淀积、再分布⑤关闭设备 （5）二次光刻（发射区光刻开窗口）：步骤与一次光刻相同 （6）三次光刻（引线孔光刻开窗口）：步骤与一次光刻相同 （7）去除SiO2 （8）去除光刻胶 （9）硅片清洗 （10）溅射金属铝 （11）四次光刻（引线图形制作）：步骤与一次光刻相同 （12）去除铝 （13）去胶

2.工艺条件

（1）氧化：温度T：1130℃ 时间t：干氧5min，湿氧30min，干氧15min，O2流量：100ml/min （2）光刻一：t（曝光）：4.5s t（显影）：2min30s t（腐蚀SiO2）：3min36s t（去胶）：11min （3）硼预淀积：温度T：920℃ 时间t：24min N2流量:100ml/min （4）硼再扩散：温度T:1150℃ 时间t：3min O2流量：100ml/min N2流量:100ml/min （5）光刻二：t（曝光）：4.5s t（显影）：2min30s t（腐蚀SiO2）：5min t（去胶）：5min （6）金属化：T（衬底）：100℃ 真空度：5×10-3 溅射时间：3min10s （7）光刻三：t（曝光）：4.5s t（显影）：2min30s t（腐蚀SiO2）：50s t（去胶）：6min

3.测试结果

（1）氧化：dOX：500nm （2）硼预淀积：R□：688Ω/□ （3）硼再扩散：R□：33.5Ω/□ （4）金属化：dAl：150nm （5）击穿电压：72V，71V，71.5V，72V，76V，75V，70V，70V，78V，84V

4.结果分析

得到的产品属性正常，在显微镜下观察所形成的电路结构也比较整洁无误，完成了生产任务的预期。

三、实习收获与建议

通过这两天的生产实习，我终于走进了我校的超净间，也终于切身体验了二极管工艺的流程，第一次能够从生产的角度去理解课本知识，在和组员的通力合作，我有幸能够参与曝光操作，亲自使用了光刻机，这让我对自己的专业知识有了更深一步的理解。 除此之外，这次实习也让我认识到，课本的学习和实际的生产制作时不同的，我们只有把课本知识运用到实际的生产中，才能发挥知识的创造性作用。同时，这次实际操作的过程，也更加的坚定我从事半导体相关行业的决心，更有动力投入如今后的专业学习和工作。

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