任務書本次實習，是根據我們積體電路設計與整合系統的課程而設計的，旨在讓我們真實的了解積體電路製造的整個流程。結合課程，學習在ic工藝中用到的各種儀器裝置，各種材料等，深入了解整合工藝的原理，深化課堂學到的理論知識。在實習的過程中，理解各個環節的原理，深刻體會各個環節的操作步驟，了解在每乙個工藝流程中所用的材料和試劑。
雖然在自動化高度發展的今天，手工的操作在ic製造的過程中是不可或缺的，每一種自動化的背後都是仿製人的行為，然後轉化為機器操作，所以，雖然我們手工沒有能夠達到自動化機器那樣的精度和效率，但是在實習中，手工操作一些步驟是非常有必要的。比如在光刻的這樣的環節，我們學習操作甩膠，光刻對準清洗等，我們就能很清晰的去理解整個環節。
總之，本次實習是抱著學習的態度去的，雖然成品很重要。本次實習相當於我們進入ic製造領域的啟蒙課程，在我們今後的學習工作中會有很大的幫助。同時我們注意到，在這個領域中，重複的操作很多，但是每乙個步驟都有嚴格的規定，我們必須養成良好的習慣，才能夠在我們以後的工作中得心應手。
本次實習，我們的目標是製作半導體三極體，我們知道這是一種分離的元件，並不等同於半導體器件的製造，在ic製造行業中，更多的是製造整合的晶元。製造分離的元件和製造整合ic有沒有多得的區別，他們的區別在於整合ic有很多個獨立的元件，在製造過程中，會比單個分離的元件複雜，也會相應的多出一些工序，比如元件的隔離，元件的金屬連線等，但是，雖然有這樣的區別，但是整個整體的工藝流程在單個分離元件的製造中也可以很好並且比較完整的體現，並且，單個分立元件的製造流程比較簡單，操作也相對容易，對我們學習的實習非常有幫助。
我們的目標是熟悉整個工藝流程，養成良好的操作習慣，深化我們所學的知識，在這樣的前提下，盡可能多的製造出合格的成品。
本次實習主要是雙極性npn電晶體的製備。
圖2.1是pnp電晶體和npn電晶體的結構示意圖。
圖2.1 pnp晶體三極體和npn晶體三極體
以npn電晶體為例，由電晶體的放大原理可知，若要電晶體正常工作需滿足以下2點：
1.發射區(n區)的電子濃度應大於基區(p區)的空穴濃度；
2.基區要非常薄，僅具有幾微公尺的寬度；
這樣在基區電子形成的擴散流可以遠大於空穴復合流，實現電晶體的放大功能。npn電晶體的縱向結構如圖1.2所示，給出了電晶體集電區、基區和發射區的雜質濃度。
圖2.2 npn電晶體縱向結構圖
在矽平面工藝中，集電區、基區和發射區不同的雜質濃度由高溫熱擴散完成，圖2.3是電晶體的剖面圖。
圖2.3 平面工藝製備電晶體
與電晶體的平面工藝結構有關的幾個要點：
1. 高溫下氧化單晶矽片的表面，生成一層二氧化矽膜。而該膜在一定的高溫下、一定的時間內，可阻止製造半導體器件所常用的幾種化學元素，如：硼、磷、砷、銻等（這被稱之為氧化工序）。
2. 採用照相、影印、有選擇地保護某區域而腐蝕掉某區域的二氧化矽膜（這個過程被稱之為光刻過程），使得某區域允許雜質進入而某區域不允許雜質進入。
3. 第二點思路由設計的具有光掩蔽功能的、被稱之為掩膜版的工具（全稱為光刻掩膜版）來輔助完成。
4. 採用高溫熱擴散法將某種特定雜質摻入某特定導電型別的半導體內部，並使區域性區域反型，必須採用高濃度補償，如圖2.4所示：
圖2.4 高濃度補償擴散
雙極性電晶體的製備在積體電路工藝流程中具有代表性，包含了矽平面半導體工藝中的基本步驟：氧化、擴散、光刻和刻蝕、薄膜澱積等。這一部分將分別介紹各個工藝步驟的基本原理，為實際操作做好理論準備。
矽平面製造工藝是分立元件和積體電路製造的主要工藝方式。矽整合平面工藝主要經歷一下的幾個流程：
1、 單晶矽製造。這是整個工藝得以開始的前提。
2、 氧化。氧化工藝是製備二氧化膜的工藝。
3、 擴散。對矽片不同區域摻雜，形成不同導電型別的半導體。
4、 光刻和刻蝕。這個整個工藝中的關鍵，就是把電路圖形轉移到矽片上。
5、 薄膜澱積。澱積是在矽片上澱積各種材料的薄膜。
下面，逐一闡述各個流程
單晶矽的制法通常是先制得多晶矽或無定形矽，然後用直拉法或懸浮區熔法從熔體中生長出棒狀單晶矽。熔融的單質矽在凝固時矽原子以金剛石晶格排列成許多晶核，如果這些晶核長成晶面取向相同的晶粒，則這些晶粒平行結合起來便結晶成單晶矽。
單晶矽圓片按其直徑分為6英吋、8英吋、12英吋（300公釐）及18英吋（450公釐）等。直徑越大的圓片，晶元的成本也就越低。但大尺寸晶元對材料和技術的要求也越高。
單晶矽按晶體生長方法的不同，分為直拉法（cz）、區熔法（fz）和外延法。直拉法、區熔法生長單晶矽棒材，外延法生長單晶矽薄膜。直拉法生長的單晶矽主要用於半導體積體電路、二極體、外延片襯底、太陽能電池。
目前，單晶矽的直拉法生長已是單晶矽製備的主要技術。它的原料是天然的矽石，高純度的製備流程如圖2.1.1所示
圖 2.1.1 單晶矽製備流程圖
1、 工業粗矽是用矽石和焦炭以一定的比例混合，在高溫下（1600—1800℃）製成純度為95-99%的粗矽
化學方程式：sio2+2c====si+2co
2、 將工業粗矽在加熱的情況下直接和氯氣反應得到低純度的四氯化矽，其反應溫度為200-300℃。其化學反應方程式為
si+2cl2*****sicl4
3、 再由低純度的四氯化矽精餾提純得到高純度的四氯化矽
4、 精餾提純後的四氯化矽和氫氣還原出高純度的多晶矽反應溫度為1100℃左右，其化學化學方程式為sicl4+2h2====si+4hcl
5、 得到的多晶矽並不是我們所要的，在經過直拉法得到單晶矽，其簡易流程為
對於積體電路使用的單晶矽，一般需要對單晶矽棒進行：切斷、滾圓（或切方塊）、切片、倒角、化學腐蝕和拋光等工藝。
至此，單晶矽矽片製備完成了。
圖2.1.2 單晶矽片
這個部分的工藝由於實驗基地的限制，我們並沒有經過這乙個流程，我們的矽片直接是從市場上買回來的，襯底已經摻雜的符合規格的矽片。
氧化工藝是製備二氧化矽膜的工藝。
sio2的極易生成是最大的優點之一。當矽片表面暴露在氧氣當中時，就會形成sio2。sio2膜的原子結構如圖所示。
它是由乙個矽原子被4個氧原子包圍著的四面體單元組成的。是一種無定型的玻璃狀結構，具體地說是一種近程的網狀結構，沒有長程有序的晶格週期。
圖 2.2.1 二氧化矽的院子結構
二氧化矽膜是半導體器件製備中常用的一種介質膜。具有以下的特點：
1.化學穩定性極高，除氫氟酸外和別的酸不起作用；
2.不溶於水；
3.有掩蔽性質，具有一定厚度的二氧化矽膜在一定溫度、一定時間內能阻止
4.硼、磷、砷等常作為半導體雜質源的元素；
5.具有絕緣性質。
二氧化矽的用途
1、 用於雜質選擇擴散的掩蔽膜
常用雜質(硼,磷,砷等)在氧化層中的擴散係數遠小於在矽中的擴散係數，因此氧化層具有阻擋雜質向半導體中擴散的能力。利用這一性質，在矽上的二氧化矽層上刻出選擇擴散視窗，則在視窗區就可以向矽中擴散雜質，其它區域被二氧化矽遮蔽，沒有雜質進入，實現對矽的選擇性擴散。
2、 緩衝介質層
其一：矽與氮化矽的應力較大，因此在兩層之間生長一層氧化層，以緩衝兩者之間的應力，如二次氧化；其二：也可作為注入緩衝介質，以減少注入對器件表面的損傷。
圖2.2.2 二氧化矽在矽片中作緩衝介質
3、 電容的介質材料
電容的計算公式：
c=0*r*s/d
0：真空介質常數r：相對介電常數
s：電容區面積d：介質層厚度
二氧化矽的相對介電常數為3-4。二氧化矽的耐擊穿能力強，溫度係數小，是製作電容介質的常用材料。在電容的製作過程中，電容的面積和光刻、腐蝕有較大的關係，而厚度則由二氧化矽的厚度決定。
4、 積體電路的隔離介質
二氧化矽的隔離效果比pn結的隔離效果好，漏電流小，耐擊穿能力強，隔離區和襯底之間的寄生電容小，不受外界偏壓的影響，使器件有較高的開關速度。如工藝中常用的場氧化就是生長較厚的二氧化矽膜，達到器件隔離的目的。
電子工藝實習報告
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