微電子器件平面工藝實(shí)驗(yàn)

1、微電子器件平面工藝實(shí)驗(yàn)-硅平面NPN三極管設(shè)計(jì)與管芯制作（四川大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院微電子系 蔣南科） （第二組）摘要：雙極型晶體管(bipolar transistor)由兩個背靠背PN結(jié)構(gòu)成的具有電流放大作用的晶體三極管。起源于1948年發(fā)明的點(diǎn)接觸晶體三極管，50年代初發(fā)展成結(jié)型三極管即現(xiàn)在所稱的雙極型晶體管。雙極型晶體管是一種電流控制器件，電子和空穴同時參與導(dǎo)電。同場效應(yīng)晶體管相比，雙極型晶體管開關(guān)速度快，但輸入阻抗小，功耗大。雙極型晶體管體積小、重量輕、耗電少、壽命長、可靠性高，已廣泛用于廣播、電視、通信、雷達(dá)、計(jì)算機(jī)、自控裝置、電子儀器、家用電器等領(lǐng)域，起放大、振蕩、開關(guān)等作用。本

2、文在微電子實(shí)驗(yàn)室的現(xiàn)有條件下，根據(jù)所要求的設(shè)計(jì)目標(biāo)設(shè)計(jì)出NPN三極管的工藝參數(shù)和各區(qū)參數(shù)，用拋光好的硅片通過氧化、擴(kuò)散、光刻這三個最基本的平面工序，制備出能用晶體管特性測試儀測試放大特性和擊穿特性的硅平面npn晶體管管芯。然后利用特性儀測試各參數(shù)并理解工藝條件對三極管各個參數(shù)的影響。關(guān)鍵詞：雙極晶體管 放大倍數(shù) 擊穿電壓 方塊電阻一、引言 集成電路的發(fā)展歷史應(yīng)該追溯到1947年12月晶體管的發(fā)明。1947年12月美國貝爾實(shí)驗(yàn)室的巴丁和布拉頓制作出第一只點(diǎn)接觸型半導(dǎo)體晶體管，觀測到放大現(xiàn)象，在這項(xiàng)發(fā)明中肖可萊也起到了重要作用。1948年1月肖可萊又提出了結(jié)型雙極晶體管的理論，并于1951年制作出

3、結(jié)型晶體管。他們3人因此在1956年獲得諾貝爾物理學(xué)獎。晶體管的發(fā)明揭開了半導(dǎo)體器件的神秘面紗引發(fā)了一次新的技術(shù)革命，使人類社會步入了電子時代。 1958年美國德州儀器公司的基爾比在半導(dǎo)體Ge襯底上形成臺面雙極晶體管和電阻等元器件，并用超聲波焊接的方法將這些元器件通過金絲連接起來，形成一個小型電子電路。1959年2月基爾比申請了專利，將它名名為集成電路。1959年7月FSC的諾依斯基于J.Hoerni發(fā)明的硅平面雙極晶體管的技術(shù)，提出用淀積在二氧化硅膜上的導(dǎo)電膜作為元器件之間的連線，解決了集成電路中的互連問題，為利用平面工藝批量制作單片集成電路奠定了基礎(chǔ)。1960年仙童公司利用平面工藝制作出第

4、一個單片集成電路系列，命名為“微邏輯”。 盡管早在1926年Lilienfeld就提出了場效應(yīng)的概念，1935年Heil發(fā)表文章提出MOS結(jié)構(gòu)中形成表面反型溝道的理論，但是由于 對Si-SiO2界面控制問題沒有解決，在1960年制作出的MOSFET基礎(chǔ)上，加上已有了平面工藝的基礎(chǔ)，因此很快就出現(xiàn)了MOS集成電路。1963年Wanlass和Sah提出了把P溝道MOS晶體管和N溝道MOS晶體管結(jié)合起來構(gòu)成互補(bǔ)MOS集成電路，即CMOS集成電路。 電子工業(yè)在過去40年間迅速增長，這一增長一直為微電子學(xué)革命所驅(qū)動。從20世紀(jì)40年代晶體管發(fā)明開始，半導(dǎo)體器件工藝技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了三個主要階段：1950第

5、一次生產(chǎn)出了實(shí)用化的合金結(jié)三極管；1955年擴(kuò)散技術(shù)的采用是半導(dǎo)體器件制造技術(shù)的重大發(fā)展，為制造高頻器件開辟了新途徑；1960年由擴(kuò)散、氧化、光刻組成的平面工藝的出現(xiàn)是半導(dǎo)體器件制造技術(shù)的重大變革，大幅度地提高了器件的頻率、功率特性，極大地改善了器件的穩(wěn)定性和可靠性。在這期間每項(xiàng)變革對人們的生產(chǎn)、生活方式產(chǎn)生了重大的影響。也正是由于微電子技術(shù)領(lǐng)域的不斷創(chuàng)新，才能使微電子能夠以每三年集成度翻兩番、特征尺寸縮小倍的速度持續(xù)發(fā)展幾十年。 隨著電子工業(yè)的發(fā)展，各行各業(yè)對集成電路的需求越來越大，同時，工藝技術(shù)的發(fā)展和設(shè)計(jì)水平的提高，拓寬了繼承電路的應(yīng)用時常，總的來說，今后模擬繼承電路器件將朝著高速、高精

6、度、低電源和低功耗的方向發(fā)展。二、NPN三極管設(shè)計(jì)根據(jù)實(shí)驗(yàn)的要求，本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)目標(biāo)為放大倍數(shù)55；擊穿電壓60V；樣品三極管的縱向和橫向結(jié)構(gòu)如下：n+npEBC 圖1：晶體管結(jié)構(gòu)示意圖器件制備工藝流程：工藝參數(shù)的設(shè)計(jì)過程：一)晶體管參數(shù)設(shè)計(jì)在實(shí)驗(yàn)室里，硅片的襯底電阻率為3-6·CM，查表一得所對應(yīng)的Nc=厘米3。設(shè)B、E區(qū)都為均勻摻雜。設(shè)： =厘米3，= 厘米3，=1.3um.采用淺基區(qū)近似,則可寫為：其中： =340/130=2.6(由表一查得)，=0.19（由圖二查得）代入各數(shù)據(jù)求得, =55時,WB =1.12um.故設(shè)計(jì)的NPN型晶體管的各數(shù)據(jù)為:= 厘米3，=厘米3，=1.2

7、5um, Wb =1.12um。（在與設(shè)計(jì)報(bào)告中由于對的取值有偏差，嚴(yán)重偏小，故設(shè)計(jì)出來的Wb偏小，在實(shí)驗(yàn)室根本不能實(shí)現(xiàn)。）二）晶體管制工藝參數(shù)設(shè)計(jì) 在半導(dǎo)體晶圓中應(yīng)用擴(kuò)散工藝形成結(jié)需要兩步。第一步稱為預(yù)沉積，第二步稱為再分布或推進(jìn)氧化，兩步都是在水平或者垂直的爐管中進(jìn)行的. 在預(yù)沉積的過程中，要受到以下幾個因素的制約：。雜質(zhì)的擴(kuò)散率；雜志在晶圓材料中的最大固溶度。擴(kuò)散工藝及時間、溫度確定和步驟如下：a) 襯底氧化 采用干氧濕氧干氧的步驟進(jìn)行氧化溫度T=1100 干氧10min，由半導(dǎo)體手冊圖七查得生成0.5氧化層。濕氧30min，確定干氧1100生成0.5氧化層所需時間t=1.1min后就可

8、以確定濕氧總時間為30min+1.1min，由圖OX-2查得tox=0.4。干氧10min：確定1100干氧生長0.4厚度氧化層需900min，910min所對應(yīng)的幾乎沒有變化。所以最終生成7000埃氧化層b) 基區(qū)擴(kuò)散下圖5為常見雜質(zhì)在硅中的擴(kuò)散率，圖6為常見雜質(zhì)在硅中的固溶度，將在下面的計(jì)算中用到。 圖5： 常見雜質(zhì)在硅中的擴(kuò)散率圖6： 常見雜質(zhì)在硅中的固溶度i. 硼預(yù)沉積設(shè)溫度T=955，采用高斯分布模型查表得Cs=，=0.085解得t=0.2h。此時的D=0.037*exp(-3.46/kt),則(Dt)1/2=0.17um硼的預(yù)沉積要求硼的濃度為1018厘米3 方塊電阻值的參考值為4

9、560歐姆/,此時結(jié)深為1um。ii. 硼推進(jìn)擴(kuò)散（在氧氣氣氛中） T=1100 =2.37um =0.27 近似認(rèn)為為 求得t=50min在此過程中同時產(chǎn)生了氧化層。 c) 發(fā)射區(qū)磷擴(kuò)散 T=950，采用余誤差分布模型 只采用一步預(yù)沉積擴(kuò)散 =0.2 = 求得t=15min，=1.25um。三、晶體管制作過程實(shí)驗(yàn)室提供了8塊硅片，其中5塊正片，3塊陪片。實(shí)驗(yàn)分為兩組：其中一組使用實(shí)驗(yàn)室所提供是實(shí)驗(yàn)參數(shù)和條件，采用2塊正片2塊陪片；另一組使用我們自己設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)參數(shù)和實(shí)驗(yàn)條件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，采用3塊正片1塊陪片。實(shí)驗(yàn)過程中用陪片確定方塊電阻，以此來確定下一組的工藝參數(shù)和下一步繼續(xù)實(shí)驗(yàn)的工藝參數(shù)。在最后

10、一步磷擴(kuò)中，更是分成了更多的組，每一組做出來后用I-V測試儀對各結(jié)的I-V特性進(jìn)行測量，然后調(diào)整下一組的工藝參數(shù)，以滿足我們的設(shè)計(jì)目標(biāo)（放大倍數(shù)55, 擊穿電壓60-80V）。 a、清洗在制備樣片和其中使用的陪片都要經(jīng)過一系列的清洗過程，防止不必要的雜質(zhì)進(jìn)入硅片中影響結(jié)果。對硅片的清洗主要是去除表面的離子，包括酸，堿及氧化物，使用的清洗液都有一定的配比，清洗也必須遵守一定的流程。清洗硅片過程中使用的藥品名稱及作用見表1。名稱濃度配比作用濃硫酸95%98%去除有機(jī)物和金屬離子I號液H2O：H2O2：NH4OH=3：2：1去除顆粒、金屬、有機(jī)物II號液H2O：H2O2：HCL =3：2：1去除金屬

11、離子去離子水清洗表1：硅片清洗主要藥品名稱及作用實(shí)驗(yàn)中的清洗過程見表2：步驟藥品操作1濃硫酸煮至冒白煙后3-5分鐘2熱、冷去離子水清洗3濃硫酸煮至冒白煙后3-5分鐘4熱、冷去離子水清洗5I號液煮沸后3-4分鐘6熱、冷去離子水清洗7II號液煮沸后3-4分鐘8熱、冷去離子水清洗至水的電阻率大于5兆歐表2：硅片清洗流程在清洗過程中切記要注意安全，包括兩個方面，一是要主要人身安全，實(shí)驗(yàn)中用到的藥品比如濃硫酸等很危險(xiǎn)，除了遵守制作步驟外，要聽從實(shí)驗(yàn)室老師的安排，比如煮沸的濃硫酸要冷卻等什么程度才能進(jìn)行下一步的操作等。二是要注意實(shí)驗(yàn)室器具的安全，由于微電子的實(shí)驗(yàn)，器材很貴，做實(shí)驗(yàn)時又帶著手套很容易拿滑，從

12、而摔壞。b、一次氧化對清洗后的硅片進(jìn)行一次氧化，在溫度為1220時。采用干氧濕氧干氧的方法。大概生長7000埃的氧化層。C、一次光刻將氧化后得到的樣片進(jìn)行光刻，刻出硼擴(kuò)基區(qū)，使用的光刻掩模如下：圖7：一次光刻掩摸板光刻過程中使用得主要藥品及其作用見表3。名稱作用負(fù)性光刻膠抗蝕劑丁酮顯影丙酮定影氫氟酸緩沖劑(HF:NH4F:H2O=3:6:10)刻蝕液表3：光刻藥品及其作用光刻過程中使用的主要儀器及其作用見表4。名稱作用SJT-1/300型勻膠臺勻膠KXH202A恒溫干燥箱前烘、堅(jiān)膜對準(zhǔn)儀套刻對準(zhǔn)曝光機(jī)曝光水浴鍋刻蝕顯微鏡檢測光刻質(zhì)量表4：光刻儀器及其作用光刻的步驟如下：涂膠：用旋轉(zhuǎn)法在待光刻的

13、Si片表面涂敷上一層光刻膠膜。條件：轉(zhuǎn)速為3000轉(zhuǎn)/min，時間為30s。要求：光刻膠粘附良好、均勻、厚薄適當(dāng)。前烘：在恒溫干燥箱中烘烤涂膠后的硅片。條件：90，11min30s。目的：促使膠SiO2膜體內(nèi)溶劑充分的揮發(fā)，使膠膜干燥，以增加膠膜與SiO2膜的粘附性和膠膜的耐磨性。曝光：在涂好光刻膠的硅片表面覆蓋掩膜版，用汞燈紫外光進(jìn)行選擇性的照射，使受光照部分的光刻膠發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)。條件：曝光時間1min30s±10s。要求：保證對準(zhǔn)精度和曝光時間。顯影，定影：操作：用鑷子夾住硅片在丁酮晃動1分鐘，然后在丙酮中晃動30秒。目的：將未感光部分的光刻膠溶解，留下感光部分的膠膜。檢查光刻

14、的質(zhì)量：看圖形是否套準(zhǔn)，圖形邊緣是否整齊，有無皺膠和膠發(fā)黑，有無浮膠，硅片表面有無劃傷。堅(jiān)膜：在恒溫干燥箱中烘烤定影涂膠后的硅片。條件：176，18min30s。目的：使膠膜與硅片之間緊貼得更牢，增強(qiáng)膠膜抗蝕能力?？涛g：用刻蝕液將無光刻膠膜覆蓋的氧化層腐蝕掉，有光刻膠覆蓋的區(qū)域保存下來。條件：42水浴，3-4min。d、基區(qū)硼擴(kuò)散硼擴(kuò)散一般分為兩步擴(kuò)散：預(yù)沉積和再分布擴(kuò)散。兩組實(shí)驗(yàn)溫度如表5：實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)組（）自己設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)組（）預(yù)擴(kuò)散溫度950955再分布溫度11301100表5：基區(qū)硼擴(kuò)散溫度預(yù)沉積擴(kuò)散在一定的溫度下將硅片進(jìn)行分組擴(kuò)散，擴(kuò)散的溫度時間由實(shí)驗(yàn)要研究的溫度和時間范圍決定,18個片子

15、放在石英舟上，進(jìn)行烘干后放入了氧化爐中，通氮?dú)?分鐘后，擴(kuò)散20分鐘。擴(kuò)散后用HF溶液（HF:H2O=1:10）腐蝕氧化層。樣片腐蝕30s，正片15s（防止過多腐蝕一次氧化光刻后留下的氧化層，造成氧化臺階不明顯）。腐蝕完畢用去離子水清洗，準(zhǔn)備再分布使用對陪片用四探針測試方塊電阻。調(diào)整電壓，使測試電流大小為1mA，測試數(shù)據(jù)記錄。再分布擴(kuò)散及氧化將清洗后的樣片進(jìn)行再分布擴(kuò)散的同時進(jìn)行氧化，在氧氣的氛圍中進(jìn)行，采用干氧濕氧干氧的方法，兩端采用干氧主要是為了使接觸面更致密以及和光刻膠的粘附性好。再分布的溫度一般比預(yù)沉積高接近兩百度左右。將再分布后的樣片用HF溶液（HF:H2O=1:1）腐蝕樣片氧化層，

16、時間為3-4分鐘用去離子水清洗硅片，然后對陪片用四探針測試方塊電阻，并記錄數(shù)據(jù)。e、二次光刻在硼擴(kuò)散之后就形成了晶體管的基區(qū)，之后就要進(jìn)行二次光刻以便進(jìn)行發(fā)射區(qū)的磷擴(kuò)散，基本上二次光刻與一次光刻的過程是一樣的，只是二次光刻需要進(jìn)行對準(zhǔn)，并且相當(dāng)重要。二次光刻的掩模如下：圖9：二次光刻掩模f、發(fā)射區(qū)磷擴(kuò)散兩組實(shí)驗(yàn)磷擴(kuò)溫度見表6。實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)組（）自己設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)組（）1060950表6：發(fā)射區(qū)磷擴(kuò)溫度當(dāng)刻出發(fā)射區(qū)窗口后，發(fā)射區(qū)的擴(kuò)散就是樣品制備的最后一個過程。將清洗后的樣片和陪片正面向上放置于磷源上，前后均有磷源。放入恒溫區(qū)進(jìn)行擴(kuò)散。一般磷擴(kuò)的溫度不能超過再分布的溫度，以防止影響硼擴(kuò)散的再分布結(jié)果。由

17、于我們組的片子較多，我們組的磷擴(kuò)分為3組完成。也就是說每組磷擴(kuò)的片子中都包含兩片：實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)組片子和自己設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)組片子。因此，測試也是分為3組來測的。3組實(shí)驗(yàn)溫度和時間如表7。第1組第2組第3組溫度（）107010701065時間（min）10510表7：3組磷擴(kuò)實(shí)驗(yàn)條件將擴(kuò)散過后的樣片取出， 制備工藝分析用HF溶液（HF:H2O=1:1）腐蝕氧化層，時間為3-4分鐘。腐蝕完畢用去離子水清洗。用四探針測試陪片的方塊電阻，用圖示儀觀察樣片的輸出特性曲線和各結(jié)擊穿特性電壓，測試并記錄數(shù)據(jù)。四、 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及數(shù)據(jù)分析（1）、方塊電阻R的測試與分析，實(shí)驗(yàn)中第一組為實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)組，第二組為自己設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)組。硼

18、擴(kuò)預(yù)淀積方塊電阻，再分布后的方快電阻硼預(yù)擴(kuò)散測得的方塊電阻如表8。單位為/一次二次三次平均前陪片（第一組）12.25×4=4912.8×4=51.213.65×4=54.612.9×4=51.6后陪片（第一組）13.3×4=53.213.2×4=52.812.8×4=51.213.1×4=52.4陪片（第二組）13.7×4=54.814.1×4=56.414×4=5613.9×4=55.6表8：預(yù)方塊電阻（注：修正系數(shù)為4）參考方塊電阻R=40-60/，所以實(shí)驗(yàn)測得的方塊電阻

19、符合實(shí)驗(yàn)的要求。再分布測得的方塊電阻如表9。單位為/一次二次三次平均前陪片（第一組）55.5×4=277.653.5×4=21454.3×4=217.254.3×4=217.2后陪片（第一組）62×4=24860.6×4=242.461×4=24461.2×4=244.8陪片（第二組）57.4×4=229.658.9×4=235.659.2×4=236.858.5×4=234表9：再分布方快電阻（注：修正系數(shù)為4）參考方塊電阻R=180-250/，所以實(shí)驗(yàn)測得的方塊電阻符合實(shí)

20、驗(yàn)的要求。由實(shí)驗(yàn)看出來，第二組的方塊電阻比第一塊的大，這是不應(yīng)該的。因?yàn)榈诙M在其他條件不變的情況下，只是溫度升高了5度，因此方塊電阻應(yīng)該更小才對，而不應(yīng)該更大。原因可能是做完第一組后，做第二組時已經(jīng)沒有足夠的氧化硼，在做第二次并沒有先同氧氣，當(dāng)然第二個原因是實(shí)驗(yàn)室條件的限制，第二次時，雖然顯示溫度更高，但不一定實(shí)際溫度就更高?？傊?dāng)?shù)據(jù)結(jié)果不能用理論解釋。第二，實(shí)驗(yàn)中再分布后的方塊電阻明顯比設(shè)計(jì)的要大，這是因?yàn)樵谠俜植紩r，當(dāng)時爐子可能放得不是很平導(dǎo)致濕氧氧化的時間控制很難（停止通氧后還是有水氣），濕氧時間實(shí)際為34分鐘，氧化層增厚，吸雜效應(yīng)增加，即吸出了更多的硼導(dǎo)致再分布后方塊電阻增大，但我們

21、把后面的干氧氧化的時間縮短，因此對結(jié)深的影響應(yīng)該不大，因?yàn)樵俜植嫉目倳r間變化不大。四探針測量原理：四探針法是測量方塊電阻的最簡單的方法，四探針可以排成不同的幾何形狀，最常見的一種是排成一條直線。在這種排列方式下，在外面的兩根探針之間施加電流，并在里面兩根探針之間加電壓。計(jì)算測量到的電壓降與所加電流之間的比值就可得到薄層電阻。最后結(jié)果還要乘上一個幾何修正因子，這個因子與探針的幾何排列形狀以及探針間距與擴(kuò)散區(qū)深度之間的比值有關(guān)。 圖 8 四探針工作原理方塊電阻: 在摻雜中，雜質(zhì)的濃度分布不能通過比較直接的方法測得，一個比較簡單的方法是通過測量擴(kuò)散區(qū)的薄層電阻得到一個數(shù)值進(jìn)而比較擴(kuò)散入圓片的雜質(zhì)量的

22、多少，方塊電阻僅僅在一個薄層內(nèi)是有意義的。 （2）、Vcb擊穿電壓兩組片子的BC結(jié)擊穿特性都不理想，原因?qū)⒃谟懻撝忻枋?，?0將列出這些片子上的晶體管的擊穿電壓 擊穿電壓（V）特性第一組（1）100120不均勻第一組（2）8090不均勻，有分段第二組（1）100左右不均勻嚴(yán)重第二組（2）100120分段，不均勻第二組（3）2080不均勻嚴(yán)重表10：各組片上晶體管的擊穿電壓（3）、磷擴(kuò)后晶體管特性（方塊電阻，放大倍數(shù)，各個結(jié)的擊穿電壓）按上面的磷擴(kuò)步驟把片子分為了三組，結(jié)果記錄在下面的表中。原因?qū)⒃谟懻撝忻枋?。第一組晶體管數(shù)據(jù)記錄第一組磷擴(kuò)T=1070, t=10min實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)組自己設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)組

23、放大倍數(shù)100左右80100擊穿電壓E-C結(jié)低壓擊穿（8V）；B-C結(jié)分段擊穿（70V）;E-B結(jié)雪崩擊穿（7.5V）E-C結(jié)擊穿電壓較好（55V）；B-C結(jié)擊穿圖線讀不出擊穿電壓；E-B結(jié)軟擊穿輸出特性均勻性不好，厄利電壓很小厄利電壓還是小，輸出特性曲線間隔不均勻陪片方塊電阻0.945×4=3.78/表11：第1組磷擴(kuò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄第二組晶體管數(shù)據(jù)記錄第二組磷擴(kuò)T=1070, t=5min實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)組自己設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)組放大倍數(shù)410 10左右擊穿電壓各個結(jié)均表現(xiàn)出軟擊穿E-C低壓擊穿（8V）；B-C和E-B分段擊穿輸出特性Ic-Vce間隔不均勻，厄利電壓小厄利電壓要大一點(diǎn)，片子上個個晶體

24、管的表現(xiàn)不一樣，有測到Ic-Vce間隔很均勻，厄利電壓也還比較大的管子陪片方塊電阻沒有測量表12：第2組磷擴(kuò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄第三組晶體管數(shù)據(jù)記錄第三組磷擴(kuò)T=1065, t=10min實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)組自己設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)組放大倍數(shù)10到100不等 10到100不等擊穿電壓E-C結(jié)擊穿電壓（50V）, B-C結(jié)擊穿電壓(100V)E-B軟擊穿E-C擊穿電壓很小，且表現(xiàn)出靠背椅擊穿；B-C和E-B表現(xiàn)為軟擊穿輸出特性Ic-Vce間隔不均勻，厄利電壓小Ic-Vce間隔不均勻，厄利電壓小陪片方塊電阻沒有測量表13：第3組磷擴(kuò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄五、 討論（1）對擊穿電壓的討論 在磷擴(kuò)實(shí)驗(yàn)完成后，用半導(dǎo)體特性圖示儀對整個硅片上

25、的晶體管進(jìn)行了抽樣測試，有些測不到輸出特性曲線，測到的輸出特性曲線如表11，12，13所示也不標(biāo)準(zhǔn)，不是我們想要的硬擊穿，且擊穿電壓也沒有達(dá)到我們預(yù)計(jì)的要求，偏小，測其各結(jié)擊穿特性則出現(xiàn)了各種擊穿現(xiàn)象，有低壓擊穿，雪崩擊穿，靠背椅擊穿，分段擊穿，軟擊穿，但大部分為低壓擊穿和軟擊穿，擊穿電壓變化很大。兩種主要的擊穿示意圖如圖10圖10：實(shí)驗(yàn)中測到的兩種主要擊穿形式下面我們通過回憶實(shí)驗(yàn)做一個簡單分析 低壓擊穿：低擊穿是一種局部擊穿，往往由材料的不均勻性和位錯缺陷等造成，此外光刻圖形邊緣的毛刺、鋸齒或劃痕、擴(kuò)散的合金點(diǎn)或雜質(zhì)管道以及材料的位錯缺陷等，也都可能成為低擊穿的原因。在實(shí)驗(yàn)中由于操作時比較粗

26、糙，很多片子都有劃傷，導(dǎo)致低壓擊穿很多，而找不到我們想要的硬擊穿。 軟擊穿：軟擊穿的特點(diǎn)是反向電流在低電壓就開始逐漸增加，在曲線上找不出明顯的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。軟擊穿實(shí)際上就是由反向漏電流大造成的，其形成原因也與反向漏電流大致相同。硅片的表面態(tài)、復(fù)合中心、表面沾污、表面溝道、SiO2-Si界面電荷等等均可能造成反向漏電流增大。在實(shí)驗(yàn)中有一組的片子掉在地上一次，從上面的表中我們也可以看到表12中片子上晶體管的各個結(jié)均表現(xiàn)為軟擊穿，表面沾污是這次實(shí)驗(yàn)中造成軟擊穿的主要原因 除此之外我們還看到了雪崩擊穿和分段擊穿。也簡單描述一下。雪崩擊穿:是在晶體管擊穿中比較常見和正常的擊穿現(xiàn)象。每一個晶體管在加的反向電壓到

27、一定值時，都會出現(xiàn)雪崩擊穿。雪崩主要是發(fā)生在集電區(qū)，對發(fā)射區(qū)注入離子和基區(qū)的復(fù)合離子數(shù)都有影響。我們研究此擊穿現(xiàn)象主要是想通過控制摻雜濃度，來控制它的擊穿電壓以達(dá)到更好的應(yīng)用。用來制備出高反向電壓或者低反向電壓的不同種類的不同應(yīng)用的晶體管。分段擊穿：嚴(yán)格來說它是一種低壓擊穿。是由于材料的不均勻性和缺陷，或是表面合金點(diǎn)、光刻時針孔、小島等引起。影響擊穿電壓的因素有一下幾點(diǎn)：a.雜質(zhì)濃度 擊穿電壓主要由集電區(qū)的雜質(zhì)濃度決定b半導(dǎo)體薄層厚度c.晶體管的擊穿電壓還與PN結(jié)的形狀，表面狀況及材料結(jié)構(gòu)等諸多因素有關(guān)。d.晶格缺陷、光刻過程中的缺陷、或擴(kuò)散過程中的合金點(diǎn)，也可能引起PN結(jié)局部擊穿或者時軟擊穿

28、。（2）對放大倍數(shù)的討論通過擴(kuò)散工藝制作的NPN管是緩變基區(qū)晶體管。緩變基區(qū)晶體管的放大倍數(shù)的可表示為：+式子等號右邊第一項(xiàng)是發(fā)射極空穴電流與電子電流之比，稱為發(fā)射效率項(xiàng)，第二項(xiàng)是基區(qū)復(fù)合電流與發(fā)射極電子電流之比，成為體復(fù)合項(xiàng)，第三項(xiàng)是表面復(fù)合項(xiàng)，表示表面復(fù)合電流與發(fā)射極電子電流之比。在本實(shí)驗(yàn)中曲線的大致形狀都差不多，只是在擊穿電壓、放大倍數(shù)和厄利電壓上有一定的差異。見表11，表12和表13。在本實(shí)驗(yàn)中我們能通過改變工藝參數(shù)控制的上面公式的前兩項(xiàng)，因此放大倍數(shù)可以用下面的公式表示。由上面的三個表我們可以看出此次實(shí)驗(yàn)中放大倍數(shù)的主要問題為： 放大倍數(shù)較大，這是由于我們在做在分布時，濕氧時間長，氧化層厚度偏厚，造成了硼為事實(shí)上的輕摻雜，從硼的再分布后方塊電阻偏大這一事實(shí)就能看出