吉大电子学院半导体器件平面工艺实验期末复习

2018-12-08 21:03

氧化:

1. 生长SiO2薄膜:【作用】1掩蔽杂质扩散;2对器件绝缘保护 2. 干氧氧化原理:Si+O2=SiO2

氧化特点:氧化速率慢,SiO2氧化层致密,质量好

3. 湿氧氧化原理:Si+O2=SiO2 Si+2H2O=SiO2+2H2↑ 氧化特点:氧化速率较快,SiO2氧化层疏松,质量差

4. 清洗硅片步骤五个: ① 甲苯:除油污 ② 乙醇:除甲苯

③ 去离子水冲洗:除有机溶剂

④ 浓硫酸煮:去金属离子(冒白烟)

⑤ 冷热去离子水交替冲洗/去离子水质量标准:测量水的电阻率 5. 硅片颜色变化:【氧化前】亮灰 【氧化后】蓝(薄)、紫红(厚) 扩散:

1. 实验步骤五个

① 烧源:【方程】2BN+3O2=2B2O3+N2

② 扩散片清洗:浓硫酸煮,去1光刻胶2杂质 ③ 氮化硼的活化及试片:1150度通氧30分 ④ 硼预沉积:【目的】控制杂质总量 【条件】杂质表面浓度不变

【方程】2B2O3+3Si=3SiO2+4B

⑤ 硼再分布:【目的】控制硅片1表面浓度2扩散结深 【条件】杂质总量不变/限定源

2. 方块电阻:反映扩散层质量的重要指标

3. 方块电阻的变化:反映硅片便面杂质浓度的变化情况(每次扩散后都要测)

4. 所谓方块电阻:表面为正方形的半导体薄层、在电流方向平行于正方形的边时所呈

现的电阻,表示为:R□(R□=CV)

I5. 采用四探针测试法:排成直线彼此相距S四根钨丝构成、测量时针尖压在硅片表面,外面两个探针接通电流,测量中间两个探针间电压 6. 氮化硼扩散原理是什么?扩散目的是什么?

① 原理:物质分子或原子的热运动,物质分子或原子有高浓度向低浓度扩散,扩散速度有温度决定

② 目的:通过扩散将杂志引入半导体中,在半导体的特定区域形成具有某种导电类型的PN结

7. 扩散前为什么要活化源?

① 烧源反应:2BN+3O2=2B2O3+N2 反应条件:高温+生成物过量 = 可逆 ② 预沉积: 2B2O3+3Si=3SiO2+4B

反应条件:高温+N2过量

③ B2O3与Si反应同时,B2O3被N2还原成BN ④ 所以扩散前需要进行活化源

8. 测试方块电阻为什么要使用测试样片?

① 扩散片表面被SiO2分成许多小扩散窗口,不利于四探针法测量

② SiO2绝缘,影响方块电阻的测量 ③ 测试样片与样品进行同一处理,扩散结深与表面杂志浓度均一致,则方块电阻相同 ④ 所以通过测量测试样片的方块电阻来测量样品的方块电阻 9. 双步扩散有哪些优点?

① 双步扩散就是预沉积和再分布

② 通过控制预沉积时间可以控制掺入杂质总量 ③ 通过控制在分布时间可以控制结深

④ 双步扩散既可以控制掺入的杂质总量又可以控制扩散结深 10. 为什么再分布可以调整方块电阻?

通过解扩散方程可知,随着扩散时间的增加 ① 一方面,硅片杂质的扩散结深在不断增加,

② 另一方面,硅片的表面杂志浓度在不断减小,方块电阻不断增加 ③ 所以可以通过调节炉温和再分布的时间来调节方块电阻 光刻:

1. 光刻一:【目的】刻扩散窗口,为扩散做准备 2. 光刻二:【目的】刻引线孔,为蒸发做准备 3. 光刻三:【目的】反刻铝电极,为性能测试做准备 4. 三次光刻不同: ① 掩膜版不同

② 腐蚀方法不同:

1,2用氢氟酸缓冲液,水浴30-40分 3用浓磷酸,水浴100度 5. 光刻步骤: ① 涂胶

② 前烘:红外灯 ③ 曝光

④ 显影:除为感光部分光刻胶 ⑤ 坚膜 ⑥ 腐蚀:【二氧化硅】氢氟酸(HF)缓冲(氟化铵)剂(去离子水)

【腐蚀速度】1000?/分(紫红色二氧化硅厚度4500?、时间4分半)

【铝】浓磷酸 5. 光刻流程图:

蒸发:

1. 注意事项:

① 气压降到 10Pa 以下,启动分子泵

② 气压降到1Pa 以下,启动电离型真空计 2. 分子泵:2万-3万转/分 机械泵:分子泵前级泵 扩散泵:【气压】钟罩内:5*10-3Pa以下

钟罩和系统间:降到10-2托,启动扩散泵 【预热】40分 【钨丝电流】 60A

3. 铝:

① 保存:无水乙醇

② 真空运动状态:直线运动

③ 清洁:V型,浓磷酸加热煮1-2分,去离子水冲洗 ④ 镀铝时间:40-60s 5. 问答题

① 为什么要达到一定真空度才可以镀铝? 答:普通大气中存在很多气体分子,高温蒸发出的金属原子或分子将不断与这些气体发 生碰撞,这样会:

1 改变金属原子或分子的运动方向,不能顺利到达基片表面 2 空气中的氧极易使蒸汽原子氧化

3 系统中气体也将跟基片表面不断碰撞,和金属原子一起沉积,形成疏松的金属膜,并使炙热的金属氧化膜氧化,影响镀膜质量。

所以要保持足够低的残余气体气压,使蒸汽原子在该系统中运动的平均自由程大于源至基片的距离,并减少残余气体与基片碰撞机会。

② 铝膜质量有哪些因素决定? 1 系统真空度

2 钨丝加热器清洁度 3 Al氧化物含量 4 Si片清洁度 5 打开当班时间

③ 画图说明电离型真空计工作原理 1阴极发射的电子再往阳极高速运动中, 会碰撞真空室中的气体分子

2气体分子电离,离子被离子收集极手机 3微安表上显示示数,真空室中气体越多, 撞击出的离子越多,微安表示数越大 4微安表示数可以表示出真空室的气压

④ 画图说明热阻型真空计工作原理 1 参考端与测量端接入相同的电流, 两个电阻功率相同

2 测量端在真空中,散热能力小 电阻温度高于测量端电阻

3 测量端电阻增加,电桥失去平衡

电压表有示数,随真空室真空度增加而增加 4 通过电压表示数即可表示真空室的真空度 制版:

1. 什么是版图?

答:一组相互套合的图形,各层版图相应于不同的工艺步骤,每一层版图用不同的图案表

2. 反相器:N-FET和 P-FET

说明不同输入时导通状态和输出值:若AND门电路

测量:

1. 什么是扩散结深?

答:结深是指在硅片中掺入不同导电类型的杂质时,距离硅片表面Xj的地方,掺入杂质浓度与硅片本体浓度相等,即在这一位置形成PN结,Xj称为结深。 2. 片子固定:蜡,固定在磨角器上 3. 如何调节显微镜? ① 调节焦距看清片子

② 移动样品台,找到斜坡P区位置

③ 调节目镜十字线,使一条线与P区平行 4. 染色原理:

答:1 Si电化学势高于Cu, Si可以置换出Cu,使硅片表面呈铜红色

2 N型Si电化学势高于P型Si

3 掌握反应时机,可以使N区镀上铜红色而 P区没有,就显示出PN结 5. 染色液:CuSO4·5H2O : 48%HF : H2O = 5g : 2ml : 50ml 6. 染色步骤:

① 片子放入染色剂中 ② 灯光照射

③ 发现N区染色,立即夹出清洗(滤纸吸干后测量) 工艺流程图


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