半导体器件平面工艺实验讲义模板.docx

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半导体器件平面工艺实验讲义模板

微电子器件制备与测试分析系列讲义之

半导体平面工艺

哈尔滨理工大学

应用物理系

目录

半导体平面工艺1

化学清洗与安全知识6

实验一热氧化法制备SiO211

实验二固态氮化硼扩散20

实验三光刻工艺27

实验四蒸发工艺32

实验五制版工艺38

实验六扩散深度的测量45

半导体平面工艺

关于平面工艺以及用这种工艺制造的半导体器件的介绍始于1960年，从此，平面工艺就成为制造半导体器件合集成电路的主要方法，它对半导体器件迅速取代一些较老的电子学元件，并深入到电子学应用的崭新领域做出了重要贡献。

像大多数重要的工艺进展一样，平面工艺也是从前几代工艺中脱胎出来的。

因此，叙述平面工艺的发展过程及其基本原理的最好方法是将它和两种最重要的早期半导体器件制造方法－－生长结方法和合金方法作一个比较。

1．生长结方法

半导体单晶是由掺有某种杂质的半导体熔液生长出来的（例如P型）。

在生长过程中的某一时刻，突然改变熔液的导电类型。

（例如，投入一颗含有施主杂质的小球，结果，单晶的其余部分长成N型的。

）生长完成以后，把晶体切成含有P-N结的小条。

结型晶体管发明之后的头几年，这个方法是极其重要的，但从大批量生产的角度来看，生长结方法还不如早期半导体器件工艺中提出的另一种方法——合金结方法。

图1生长结方法示意图

2．合金结方法

将一个含有受主型杂质（以此为例）的小球放在一个n型半导体片子上。

然后将它们一起加热到足够高的温度，使小球以融解或合金的形式掺入半导体片子，晶体冷却之后，小球下面形成一个受主型杂质饱和的再分布结晶区，这样就得到了一个P-N结。

这种方法过去是，而且现在仍然是二极管和晶体管（主要是锗器件）的大批量生产中使用的一种成功的方法。

然而，随着半导体器件的应用范围愈来愈广泛，对其性能的要求也大大提高了。

在这些日益提高的要求面前，合金方法很快就暴露了其固有的局限性。

例如，结的位置总是难以控制的

图2合金结方法示意图

3．平面工艺

为了探索一种能够精确控制P-N结位置的方法，导致了扩散结的发展。

扩散结的形成方式与合金过程有其相似之处，即片子的表面是暴露于包括在例如气体中的相反类型的高浓度杂质源之中。

不过，在这种情况下不发生相变；杂质靠固态扩散进入半导体晶体内部，而固态扩散能够非常精确地加以控制。

此外，还因为发现二氧化硅薄层能够有效地掩蔽大多数最重要的受主和施主杂质的扩散，因而半导体几何图形的控制精度也提高了；另外，二氧化硅薄层能钝化半导体器件表面，受周围环境影响的弱点得到了极大的克服，从而提高了器件特性的重复性和稳定性。

平面工艺则兼有用固态扩散方法形成结和利用二氧化硅掩膜精确控制器件几何图形这两方面的优点。

概括起来，平面工艺就是利用掩蔽膜，通过光刻出窗口控制几何图形，进行选择扩散形成P-N结等，制造半导体器件的工艺。

例：

硅外延平面晶体管3DK4工艺流程

图3晶体管平面工艺示意图

4．本实验的工艺流程

本实验的主要目的就是应用平面工艺制作二极管。

具体工艺流程如下：

图4应用平面工艺制作二极管示意图

具体的实验过程可以用图4所示的步骤来表示：

1）首先准备一N型Si外延片，然后在Si外延片的表面氧化一层SiO2，这层SiO2既起到对杂质的屏蔽作用，又能起到绝缘等保护作用，这是实验一的内容。

2）通过一次光刻，在SiO2层表面刻蚀出扩散窗口，或者称为P区窗口。

3）以BN为源，向扩散窗口中进行B扩散。

这里一般有两个过程：

一是B预沉积，即，在表面杂质浓度恒定的条件下，将杂质B沉积在Si表面的一无限薄层内，通过扩散时间的控制可以决定杂质总量的多少。

这一过程之后，往往要通过测量样片的方块电阻，以确定杂质总量是否合适。

4）二是B再分布，即，在杂质总量恒定的条件下，向Si深层进行B扩散，通过扩散时间的控制可以决定杂质扩散的深度。

这一过程之后，常常要进行扩散深度的测量，又叫结深测量。

5）B扩散之后，含有B杂质的区域就成为P型Si，称为P区。

由于B再分布过程是在通氧气的环境下进行的，因此会在P区表面形成一薄层SiO2，必须通过二次光刻，刻蚀出电极引线孔。

6）二次光刻后，利用真空蒸发工艺，在器件表面沉积一层金属Al作为电极。

7）再进行三次光刻，去掉多余部分的Al，最终形成Al电极。

这样一个简单的二极管就制作完成了。

8）最后一步，进行二极管正反向偏置条件下结特性的测量，以确定二极管的性能。

化学清洗与安全知识

一、化学清洗

在半导体器件工艺实验中．化学清洗是指清除吸附在半导体、金属材料以及用具表面上的各种有害杂质或油污。

清洗方法是利用各种化学试剂和有机熔剂与吸附在被清洗物体表面上的杂质及油污发生化学反应和溶解作用，或伴以超声．加热、抽真空等物理措施，使杂质从被清洗物体的表面脱附（或称解吸），然后用大量高纯冷热去离子水冲洗，从而获得洁净的物体表面。

（一）化学清洗的重要性

工艺实验中每个实验都有化学清洗的问题，化学清洗的好坏对实验结果有严重的影响，处理不当，则得不到实验结果或实验结果不好。

因此弄清楚化学清洗的作用和原理，对做好工艺实验有着重要的意义。

大家知道，半导体的重要特性之一是对杂质十分敏感，只要有百万分之一，甚至微量的杂质，就会对半导体的物理性质有所影响，我们就是利用这一特性，通过掺杂的方法．制作各种功能的半导体器件。

但也由于这一特性，给半导体器件工艺实验带来麻烦和困难．所使用的化学试剂、生产工具，清洗用的水等都可能成为有害杂质的沾污源．即使是清洁的半导体晶片，较长时间暴露于空气之中．也会引入明显的杂质沾污。

化学清洗就是消除有害杂质沾污，保持硅片表面清洁。

（二）化学清洗的范围

化学清洗主要包括三个方面的清洗，一是硅片表面的清洗；二是使用的金属材料（如作蒸发电极用的钨丝，作蒸发垫板用的钼片、作蒸发源用的铝合金，制铬板用的铬等）的清洗；三是所用工具、器皿（如金属镊子．石英管、玻璃容器、石墨模具、塑料和橡胶制品等）的清洗。

（三）硅片表面沾污杂质的类型

1.分子型杂质吸附

以分子形式吸附在硅片表面上的典型沾污杂质，主要是天然或合成油脂、树脂和油类等物质。

在衬底制备中的切、磨、抛引入的杂质多属于此种类型。

此外，操作者手指上的油脂，光刻胶以及有机溶剂的残渣等也均属于这一类型。

分子型杂质吸收的特点是它们与硅片表面的接触通常是依靠静电引力来维持，是一种物理吸附现象。

由于天然或合成油脂、树脂和油类的分子一般以非极性分子存在，它是靠杂质的中性分子与硅片表面硅原子没有被平衡的那部分剩余力相互吸引而结合的。

结合的力与分子型晶体结构中分子与分子间存在的范德瓦耳斯力是一样的。

这种吸引力比较弱，它随着分子间距的增加很快被削弱，所以这种力所涉及的范围只不过在2～3×10－8厘米（即2－3埃）左右，也就是象分子直径那么大小的距离，因此要彻底清除这些分子型杂质是比较容易的。

分子型杂质的另一个重要特点是，大多是不溶于水的有机化合物，当它们吸附在硅片表面时将使硅片表面呈现疏水性，从而妨碍了去离子水或酸、碱溶液与硅片表面的有效接触，使得去离子水或酸．碱溶液无法与硅片表面或其它杂质粒子相互作用，因此无法进行有效的化学清洗。

2.离子型杂质吸附

以离子形式吸附在硅片表面的杂质一般有K+、Na+、Ga2+、Mg2+、Fe2+、H+、（OH）-、F-、Cl-、S2-、（CO3）2-等。

这类杂质的来源最广,可以来自于空气、用具和设备、化学药品、纯度不高的去离子水、自来水、操作者的鼻和嘴呼出的气体、汗液等各个方面。

离子型杂质吸附多属于化学吸附的范畴，其主要特点是杂质离子和硅片表面之间依靠化学键力相结合，这些杂质离子与硅片表面的原子所达到的平衡距离极小，以至于可以认为这些杂质离子已成为硅片整体的一部分。

根据化学吸附杂质的性质，有的可以是晶格自由电子的束缚中心，充当电子的陷阱，起着受主的作用；有的可以作为自由空穴的束缚中心，起着施主的作用。

由于化学吸附力较强，所以对这种杂质离子的清除较之分子型杂质困难得多。

3.原子型杂质吸附

以原子形式吸附在硅片表面形成沾污的杂质．主要是指如金、银、铜、铁、镍等金属原子。

这些金属原子一般是来自于酸性的腐蚀液，通过置换反应将金属离子还原成为原子而吸附在硅片表面。

原子型杂质吸附力最强,比较难以清除。

兼之金、铂等重金属原子不容易和一般酸、碱溶液起化学反应，因此必须采用诸如王水之类的化学试剂，使之形成络合物并溶于试剂中，然后才能用高纯去离子水冲除。

（四）硅片清洗的一般程序

通过上面分析，分子型杂质比较容易清除。

这种杂质的存在，对于清除离子型和原子型杂质具有掩蔽作用。

因此在对硅片进行化学清洗时，首先应该把它们清除干净。

离子型和原子型吸附的杂质属于化学吸附杂质，其吸附力都较强，在一般情况下，原子型吸附杂质的量较小，而且它们不和酸、碱发生化学反应，必须用王水或酸性双氧水才能溶除。

王水和酸性双氧水还能溶除离子型杂质，因此在化学清洗时，一般都采用酸、碱溶液或碱性双氧水先清除掉离子型吸附杂质，然后再用王水或酸性双氧水清除残存的离子型杂质及原子型杂质。

最后用高纯去离子水冲洗干净。

综上所述，清洗硅片的一般程序为：

去油→去离子→去原子→去离子水冲洗

每个实验前，硅片都必须进行化学清洗。

但由于每次清洗前硅片表面情况不一样，因此每次清洗所用的化学药品，清洗的侧重点就不一样，具体的清洗过程存在着灵活性。

所以必须根据具体情况，考虑清洗的实际效果，确定每次清洗工作的具体方法和步骤。

（五）常用金属和器皿的清洁处理

实验中所用的金属材料和用具也是硅片受沾污的主要原因之一．为了保证硅片表面清洁。

必须认真做好金属和器皿的清洁处理工作。

金属和器皿的清洗的一般原则是，首先应该清洗油脂类物质，然后用酸、碱或洗液和王水腐蚀清洗或清洗，最后用高纯去离子水冲洗干净。

二、安全知识

实验中经常使用各种化学药品和气体。

其中有些是易燃品，易爆品，毒品，以及酸碱等腐蚀品。

如果使用不当，会发生事故。

首先要避免事故－发生，万一出了事故，不要惊慌失措，要及时采取正确措施，排除故障。

（一）有机溶剂的安全使用

常用的有机溶剂有甲苯、丙酮、乙醇、丁酮、三氯乙烯、四氯化碳等。

这些有机溶剂大多易燃，遇高温或明火时会燃烧，要贮存在阴凉处，不要靠近火源。

使用时不要直接放在电炉上加热，若需加热，一般采用水浴加热，如果万一着火，可用湿布或细沙扑灭，最好用二氧化碳、四氯化碳灭火机或泡沫灭火机灭火，不要用水浇或用含水的酸碱灭火机喷射。

这些有机溶剂易挥发，并有不同程度的毒性，因此使用时应在通风橱中操作，加强排气。

（二）酸碱的安全使用

实验中常用硫酸、硝酸、盐酸、氢氟酸和王水等强酸溶液及氢氧化纳、氢氧化钾等强碱溶液。

它们对人体及衣物有强烈的腐蚀作用，因此必须注意安全使用。

1．有酸、碱蒸气的地方要安装良好的通风排气设备。

2．操作者要穿戴适当的防护服（如橡皮手套，戴口罩等）。

3．严禁用嘴将酸、碱等液体吸入移液管内，应该使用带橡皮球的移液管去吸取。

4．搬运时要谨慎，防止酸、碱瓶倾倒或破裂，起封时瓶口应向无人的地方。

5．稀释硫酸时必须将硫酸慢慢注入水中，切勿把水倒入硫酸。

6．中和浓酸或浓碱时．必须先将它们倒入水中稀释，然后再用碱或酸溶液进行中和。

7．盛过强酸、强碱的容器，应先倾倒干净，用水冲洗多遍，然后再进行一般清洁处理。

如果受到酸碱灼伤，首先用大量水冲洗，万一有酸碱溅入眼内时，应速用大量自来水冲洗眼睛。

不管严重灼伤还是溅入眼，冲洗后，立即到医院治疗。

（三）气体的安全使用

使用的气体一般用钢瓶贮送或用输气管道输送。

有些气体混合时，容易引起燃烧或爆炸。

为便于识别气瓶中装何种气体，常用不同颜色和字样来标明各种气体所用钢瓶，此外还标着气体名称的字样。

气瓶内的气体通常具有较高的气压，新装的气瓶内的气压约150公斤/厘米2左右，因此存放和使用时应注意安全。

1．夏季不要把气瓶放在日光曝晒的地方。

存放气瓶的附近禁放易燃物品和使用火源。

2．对于装有相互接触能引起燃烧或爆炸的气瓶（如氢、氧气瓶）必须分开单间存放，避免由于漏气等引起事故。

3．气瓶内的气体不能全部用完，一般应留下一定的剩余气体。

4．气瓶嘴及搬子严禁沾染油脂。

5．使用氢气时必须用惰性气体赶净设备内的空气，检查系统是否漏气，要装回火装置。

（四）有毒物质的安全使用

在实验中用到有毒化学试剂和化合物时应注意防止中毒。

其安全使用的原则是：

1．操作应在通风橱内进行，用完的残渣残液应处理后倒在安全处。

2．操作者应带口罩、手套，严禁与皮肤接触和误入口中。

3．实验完毕手套必须用水冲洗干净后才能脱掉。

实验一热氧化法制备SiO2

一、目的：

用热氧化法制备SiO2.

二、原理：

1．干氧氧化：

高温下的氧分子与Si片表面的Si原子反应，生成SiO2起始层，其反应式为：

高温

此后，由于起始氧化层阻止氧分子与Si表面的直接接触，氧分子只有以扩散方式通过SiO2层，到达SiO2－Si界面，才能和Si原子反应，生成新的SiO2层，使SiO2层继续增厚。

干氧氧化生长的SiO2层厚度d在温度高于1000℃以上，由下式决定：

，式中：

d：

SiO2层厚度；K1：

比例常数；t：

氧化时间。

氧化层厚度与氧化时间的关系如图（1－1）所示。

2．湿氧氧化：

氧气通过装有高纯去离子水的氧化瓶，通过起泡的形式进入石英管，因此，进入石英管的氧气带有水汽，其水汽的含量由氧化瓶的温度和氧气流的速率决定。

由于参与氧化的物质是水和氧的混合物，所以它的氧化速率比干氧氧化要快得多，反应方程式如下：

高温

高温

在湿氧氧化时，生长的SiO2层厚度除与氧化时的温度、时间有关外，还与氧气中含水量有关，在一定的氧气流量下，含水量决定氧化瓶水浴温度。

图1－1硅干氧氧化层厚度与时间的关系

图1－2硅湿氧氧化层厚度与时间关系

温氧氧化生长的SiO2厚度d由下式决定：

式中：

d：

SiO2层厚度；K2：

比例系数；t：

氧化时间。

氧化层厚度与氧化时间的关系如图（1－2）所示，从图中看出：

湿氧氧化速率比干氧氧化要快。

以上两种氧化方式比较起来看，

干氧氧化：

速率慢，SiO!

罢致密，质量好+

湿氧氧化：

速率较快，质量差．

实际工艺中．常将二钟方法结合起来。

三、装置及所用化学药品

实验装置如图1－3

图1－3氧化装置

仪器：

高温氧化炉，检流计，标准电池，甲电池，UJ－1电位差计，铂铑热电偶。

工具：

镊子，石英杯，石英舟，石英钩

化学药品：

H2SO4、甲苯、乙醇。

四、实验条件与步骤

氧化条件：

炉温T1＝1000℃，水浴温度T2＝95℃；氧气流量为500CC／分；氧化时间t＝（5干＋50湿＋5干）分钟。

氧化步骤：

1．当氧化炉的温度达到1000℃并稳定后，氧化瓶温度达到95℃并稳定后，先通入500CC／分干氧，排除石英管中的空气及灰尘。

2．将清洗好的硅片用镊子挟到石英舟上，用石英钩将舟推入恒温区。

3．从舟到恒温区起计时，通干氧5分钟，然后再通湿氧50分钟。

4．关闭湿氧，再通干氧5分钟，然后将石英舟拉至炉口，用镊子将硅片挟到烧杯中，观察一下表面情况。

5．关闭炉子，关掉氧气。

附：

SiO2层质量的检验。

SiO2是平面工艺的基石，SiO2质量的好环对器件的性能影响很大，所以SiO2形成后，必须对它进行必要的检验，本实验对SiO2层进行厚度测量以及热氧化后层错的观测。

I、SiO2厚度的测量：

用干涉法测量SiO2层厚度。

用单色光垂直照射氧化层表面时，由于SiO2是透明介质，所以入射光将分别在SiO2表面和SiO2－Si界面处反射，如图1－4所示。

根据光的干涉原理，当两束相干光的光程差

为半波长的偶数倍时，即当

时，两束光的相位相同，互相加强，因而出现亮条纹，当两束光的光程差

为半波长的奇数倍时，两束光的相位相反，因而互相减弱，出现暗条纹。

从最暗到相邻一个最暗（或最亮到相邻一个最亮）称为一个干涉条纹，一般条纹可以估计到半条。

步骤：

a．将一小块火漆放到SiO2层上加热，使之熔化。

b．故入HF中，将未被火漆保护的SiO2腐蚀掉。

（注意腐蚀时间不宜过长，否则使台阶变窄）。

图1－4氧化薄膜厚度测量原理示意图

c．用水冲掉HF，用甲苯将火漆去掉，再用乙醇将甲苯去掉。

d．用金相显微镜在钠灯照射下读出SiO2斜面上的干涉条纹数，用下面的公式计算厚度：

，

其中d：

氧化层厚度；

：

钠光的波长，5890Å；n：

SiO2的折射系数，n≈1.5；x：

干涉条纹数。

II、氧化后层错的观察：

1．目的：

观察热氧化产生的二次缺陷－－热氧化层错。

2．原理：

利用铬酸腐蚀液对已去掉热氧化膜硅片进行腐蚀，可观察有一定分布和规律的棒状层错．如图（1－5）所示。

图1－5氧化后层错的观察

3．步骤：

a．将氧化后的硅片放入HF中，将氧化层去掉。

b．用水将HF冲掉。

c．放入铬酸腐蚀液中，时间t＝30”~40”.

d．用水将Si片上铬酸冲掉。

e．在金相显微镜下观察。

（观测5个视场面积取层错平均值）

4．铬酸腐蚀液的配制：

Sirtl

100mlH2O＋50gCrO2＋75mlHF.

III、Si表面SiO2层中针孔观察

方法一：

1．目的：

观察SiO2层中针孔。

2．原理：

利用NaOH对SiO2腐蚀速度慢，而对Si腐蚀速度快，且呈各向异性的特点，可观察到有一定形状的腐蚀坑，腐蚀坑的个数即为针孔的个数。

3．步骤：

把盛有一定浓度的NaOH腐蚀剂（浓度：

3％～5％）的烧杯放入恒温水槽中，将待观察的氧化硅片用去离子水冲洗。

当温度达到（T＝30～70℃）后，用镊子将Si片轻轻放入腐蚀液中，经过一定的反应时间后（t＝3'～10'），将片子取出并放入盛有去离子水的烧杯中，再用去离子水冲洗，烘干后，在四百倍金相显微镜下对（100）硅氧化片可观察到方状腐蚀坑，见图（1－6）。

此腐蚀坑即为针孔。

图（1－7）为P型（111）硅片上的热生SiO2在恒定温度下的腐蚀速度与Na0H浓度的关系曲线。

图（1－8）即为n－Si，P－Si及热生SiO2的腐蚀特性。

（腐蚀剂为NaOH）。

图1－6（100）硅氧化片上出现方状腐蚀坑

方法二：

1．目的：

观察SiO2层中针孔。

2．原理：

利用在电极和液体界面上发生电化学反应而产生气泡的原理也可以显示针孔。

在固／液界面上将电极的电子导电变为溶液中的离子导电，因而有化学反应在两相界面上产生，反应产物生成新相，例如生成气泡或固相沉积。

产生气泡的过程大致如下：

水中的H+离子要向Si负极运动，H+离子被吸附到针孔内露出的负电极Si上，首先产生H原子，然后两个H原子结合成一个H2分子，反应方程为：

，

↑，或者，

↑，从而产生氢气泡，H2不断的产生，因而气泡一个个的从针孔处溢出。

3．步骤：

将金属环放在待测的SiO2膜上，用滴管在小环内滴一滴自来水慢慢地将电压加到30V，在显微镜下可观察到氢气泡，气泡溢出的地方即为针孔。

实验装置（见图1－9）

图1－7热生SiO2的腐蚀速度与Na0H浓度的关系

图1－8n－Si，P－Si及热生SiO2的腐蚀速度与温度关系

观测五个视场面积取针孔平均值，一般平面工艺要求针孔密度＜10个/厘米2。

硅片的清洗步骤

1．用甲苯棉球擦Si片表面，先擦反面后擦正面，擦时要始终沿一个方向。

2．用乙醇棉球擦Si片表面，先擦反面后擦正面，擦时要始终沿一个方向。

3．用去离子水将Si片表面有机溶剂冲掉。

4．用浓H2SO4煮Si片至冒白烟。

5．用冷热去离子水冲洗15分钟。

图1－9气泡法观察针孔的实验装置

实验二固态氮化硼扩散

一、目的

通过固态氮化硼扩散，掌握通过扩散法获得P—n结的方法。

二、原理

所谓扩散技术，是指将杂质引入到半导体中，使之在半导体的特定区域中具有某种导电类型和一定电阻率的方法，当前制备P—n结的最主要方法是扩散法。

对于硅平面器件，整个器件的结构和性能基本上由扩散工艺确定，。

扩散是物质分子或原子热运动引起的一种自然现象。

浓度差别的存在是产生扩散运动的必要条件，环境温度的高低是决定扩散运动快慢的重要因素。

扩散现象所遵循的客观规律可用扩散第一定律和扩散第二定律描述，其数学表达式为：

（2－1）

（2－2）

在扩散工艺中，硼、磷等杂质的扩散通常都分成预沉积和再分布两步进行。

在预沉积过程中，扩散是在恒定表面浓度的条件下进行的。

在此条件下，解扩散方程（2－2），得到的扩散分布是一种余误差函数，表达式为：

（2－3）

按照（2－3）式画出的关系曲线如图2－1所示。

图2－l恒定表面浓度扩散的杂质分布

恒定表面浓度扩散分布曲线下面的面积表示扩散进入硅片单位表面的杂质总量。

（2－4）

而在再分布过程中，扩散是在限定源的条件下进有的。

整个扩散过程的杂质源，限定于扩散前积累在硅片表面的无限薄层内的杂质总量Q，没有外来杂质补充－－在硅片表面（x＝o）处的杂质流密度

，因此，杂质总量Q是一个常数。

在此条件下解扩散方程（2－2），得到的扩散分布是高斯函数分布，表达式为：

（2－5）

按照公式（2－5）式画出的关系曲线如图2－2所示。

由图可见，随着扩散时间的增加，一方面杂质扩散入硅片内部的深度逐渐增大，另一方面．硅片表面的杂质浓度将不断下降。

因此，表面浓度Ns和结深xj都随扩散时间而变．由于扩散过程中杂质总量不变．所以各条曲线下的面积都是相等的。

图2－2限定源扩散的杂质分布

三、实验装置

本实验中预沉积所采用的装置如图2－3所示，硼再分布装置与热氧化法制备二氧化硅装置相同。

图2－3硼预沉积装置

1．纯化系统和滤球

为了消除氮气中水份、灰尘和其它微小杂质颗粒。

2．扩散炉

用来获得扩散所需要酌温度，本实验所用为月坛自动控温扩散炉，自动控制温度并获得一定长度的恒温区。

（注意：

升温前通水，冷却到一定温度后再停水。

）

3．石英管、石英箱

扩散在石英箱内进行，石英箱内放硅片，箱盖下表面烧源。

三、实验步骤

1．烧源；

把粉末状氮化硼均匀地平铺在清洁的石英箱盖的下表面上，然后在炉温为1050℃，氧气流量为300毫升／分钟的条件下缓慢推入石英管中恒温区内，烧30－40分钟，烧至透明即可。

2．扩散片的清洗

同氧化工艺一样，略。

3．氮化硼的活化及试片

除新烧的源外，每天扩散前必须进行一次氮化硼的活化处理。

做法是在扩散温度

950℃通氧气30分钟，使表层氮化硼与氧反应生成三氧化二硼。

其反应式如下：

4BN＋3O2△2B2O3＋2N2

扩散时B2O3与Si片表面发生如下反应；

2B2O3＋3Si3SiO2＋4B

活化半小时后改通氮气，把石英箱取出，装入样片进行试扩，当方块电阻符合要求时，即可正式投片。

4．硼预沉积

把炉温调到960℃，氮气流量为500毫升／分，把硅片正面向上平放在石英箱内，然后将石英箱盖含源的面向下盖好。

放炉口预热5分钟，然后推入恒温区预沉积20分钟，一般方块电阻值为30－40Ω／□（欧姆／方块）。

5．硼再分布

将已预沉积的Si片放在稀氢氟酸中漂去硼硅玻璃，即可进行再分布。

炉温为1150℃，水浴温度95℃，氧气流量500毫升/分，再分布时间为10分（干氧）＋30分（湿氧）＋10分（干氧），再分布后方块电阻R□＝100～140Ω/□。

思考题：

1