毛主席经常教导我们要抓主要矛盾，把工作的重心放在全局来说：“最重要最有决定意义的问题或动作上：。（《中国革命战争的战略问题》）。前面我们已经讲过了晶体管是集成电路的最重要的组成部分，晶体管的好坏对于整个集成电路的性能有很大影响，所以再生产集成电路时，所以在生产集成电路时，要特别重视晶体管的制造。下面讲一下晶体管的性能对集成电路各参数的影响。

1.对输出低电平V    的影响

                 OL

  输出低电平V   是开关型集成电路中一个极重要的参数，在饱和型电路中，V   实际上

               OL                                                     OL                                                                          

就是电路中输出晶体管的饱和压降。晶体管的饱和压降主要取决于集电极串联电阻的大小，例如图3-1中的两个晶体管，为了减少串联电阻，一种方法是采用低电阻率的外延层，这不仅使击穿电压降低了，而且电容也随着加大了；        

另一种方法使敷设低电阻率的埋层，如图3-5所示。

除以上两种方法外，在p-n结隔离中减少外延层或在介质隔离中减小单晶层厚度，也可减少集电极串联电阻，但这样会影响硼结二极管的成品率。因此在集成电路的设计中，对材料的电阻率、槽深以及外延层厚度的选择等必须进行全面的综合考虑。即不但要有利于降低输出低电平，又要保证有较高的成品率。目前主要是采用敷设埋层的方法来减小集电极串联电阻，这样可得到较低的输出低电平。

2.对输出高电平V    的影响

                 Oh

图3-6是一种二极管-晶体管逻辑电路。

从图中可看出，晶体管T2的击穿电压和漏电流值直接影响输出高电平。在图3-6的电路中，若输出为高电平时，晶体管T2处于截止状态，此时输出高电平为：

           U   =U   -I   R

             Oh   cc  do   c

式中U   是电源电压，I    是晶体管T2的反向漏电流。由上式可知，反向漏电流越大，

      cc              do                          

则输出高电平越低。另外，当输出管T2的击穿电压小于V    时，输出高电平就被此击穿

                                                   cc        

电压所限制。晶体管的击穿和反向漏电，主要是由于管子内部或表面击穿以及表面沟道漏电等所造成。这些问题除了在选择原材料和管子的结构方面考虑外，更主要的是从制造工艺中解决。

3.对扇出系数的影响

所谓电路扇出系数，是指电路输出端允许接上同类型门电路的最大数目，也即能驱动同类型的门电路数目，它表明了电路的负载能力。在图3-7电路中，当K1输出为高电平时，被驱动的门K2的“与门截止，因此没有电流流通；

当K1输出为低电平时，被驱动的门K2的”与“门导通就有电流注入。被驱动的门越多，所需驱动电流就越大，当此电流超过K1的输出晶体管T2最大电流I   时，晶体管T2就会离

                                                          cm

开饱和状态而进入工作区，晶体管T2就会离开饱和状态而进入工作区，使V   增加，即集

                                                                   ce  

电极电位升高，因而低电平也大大提高。由此看出，电路扇出系数的大小主要取决于输出晶体管的性能。为了得到高的扇出系数，一方面要使输出晶体管的共发射极电流放大系数β大，另一方面要尽量提高输出晶体管的输出电流值，因此就要尽量加长发射极的周长。

3.3  集成电路中的二极管

集成电路中的二极管是利用三极管的一部分或用三极管短接形成的。不同的接法得到的二极管参数也不同，根据不同的应用要求，采取不同连接方式。图3-10和表3-2分别示出五种不同方法连接形成的二极管及其电参数。

从表3-2中可看出：

（1）当I   =0或V   =0或V   =时，储存时间较短；

         e        eb       cb                                    

(2)当V  =0或V   =0时，正向压将较小

       cb       eb

(3)当I   =0或V   =0时，反向耐压较高；

       e       eb                                                                                            

(4)当V   =0或I   =0时，结电容较小。

      cb       c                                              

如图3-6那样的电路，要求其输入二极管的开关速度快、正向压降低，但击穿电压要求不高，

所以选用V    =0型式的二极管。而电平漂移二极管要求正向压降大，反向恢复时间短，

          cb                                    

所以选用I     =0的型式。

           e

3.4   晶体管的设计原则

设计晶体管时要涉及到很多复杂的数学计算，在这一节里我们只讲一些有关设计的一般原则。集成电路中的晶体管是多种多样的，在电路中所起的作用也各不相同。“对于具体情况作具体的分析，是'马克思主义的最本质的东西、马克思主义的活的灵魂'“（《学习和时局》）.在设计晶体管时应根据不同要求进行具体分析。如图3-6中的T1管，是普通的管子，没有什么特殊要求。因此设计时仅从工艺制造角度去考虑即可，例如容易排版，工艺简便，成品率高等等。而对于图3-6中的T2管，因为它直接决定着整个电路的主要参数-高低电平、开关速度等，所以就必须作特殊的设计考虑。此外，由于电路的形式不同，则设计晶体管的出发点也不同。如对饱和型电路，就要考虑晶体管的饱和问题，而对于非饱和电路就不考虑这个问题。下面以饱和型电路为例，介绍晶体管设计的一些一般原则。前面讲过数字电路中的晶体管是工作在开启和关闭两个状态，即工作在如图3-11所示的饱和区和截止区，所以通常称为开关电路。在开关电路中，晶体管工作时电压变化幅度很大，为了提高开关速度，就要求这两个状态转换过程很短，所以饱和型集成电路中所采用的晶体管应具有良好的开关性能。这除了用掺金的方法降低管子的储存时间外，还要求有高频及大功率的特点。频率高可以提高开关速度，功率大可以工作在大讯号状态和提高负载能力。      

为了满足频率高的要求，就要减小管子发射结和集电结的面积，以及缩小发射结与集电结的距离，使基区很薄，这样就可以减少发射结和集电结间的电容和基区电阻，本征频率即可提高。另外，杂质浓度高，则有利于达到频率高的要求。为了满足大功率的要求，则发射结和集电结的尺寸要大，杂质浓度要低。而这与高频率的要求是相互矛盾的，所以在设计晶体管时对以上因素要全面综合考虑。在设计饱和型集成电路中的晶体管时，除了考虑上述的开关性能外，还要考虑晶体管对电路性能的影响。

如图3-6中的输出晶体管T2，要求它具有较低的饱和压降（输出低电平），为此除了设计有隐埋层外，一般将集电极做成包围基区的马蹄形，并使几何尺寸尽量大，以保证集电极良好接触和减少集电极电阻（图3-12).  

有时还可以把集电极作成围绕基极的环状结构，如图3-13所示。设计发射极周界时，主要应考虑满足负载的要求。根据经验，每微米长的发射极周界可支付0.16毫安电流，假如要求输出15毫安电流时，发射极周界应不小于15/0.16=94微米.设计晶体管时，除了必须满足上述一些电参数要求外，还要照顾到实际所能达到的工艺水平，如扩散工艺、光刻工艺等。因此在参数允许的范围内，应尽量把管子的几何尺寸设计的大一些。下面举例说明半导体集成电路中晶体管的设计方法（这个晶体管是一般性的，没有特殊要求）。

原材料及工艺选择如下：

                                            15      -3

p型衬底：电阻率10欧姆-厘米，杂质浓度1.3*10    厘米

隐埋层：扩散深度6.2微米，方块电阻R    =20欧姆/方

                                                  16     -3              

正外延n型层：电阻率ρ=0.5欧姆-厘米，杂质浓度1.2*10   厘米  ，厚度W=10微米

基区：结深x    =3微米，方块电阻R    =200欧姆/方

            ic    

发射区：结深x  =2.1微米，方块电阻R   =2.5欧姆/方，基区宽度W=0.1微米

              Ic                                

晶体管几何尺寸如图3-14所示，结深与杂质浓度曲线，如图3-15所示。

根据以上设计，晶体管参数可以达到以下水平：

BV   =50伏，BV   =7伏，BV   =16伏，

   cbo         ebo         ceo                                        

G  =0.3微微法（5伏），G   =0.8微微法（5伏），  

  TG                    TS            

β=80，R  =25欧姆，f   (5伏、5毫安）=730兆赫，    

         sc           T            

四、集成电路中的无源元件

集成电路中无源元件电阻、电容、电感等在电路中虽然不如晶体管重要， 工艺要求也较低，但它们也是达到一定电路功能不可缺少的组成部分，所以在设计和制作时必须加以重视。

4.1 电阻的设计

集成电路中，电阻的制造方法目前有两种：

一种是采用扩散技术（扩散电阻），一种是采用薄膜技术（薄膜电阻）。

1.扩散电阻的设计

1）计算公式：

扩散电阻是在进行晶体管基区扩散的同时制成的。实际上就是该扩散层的体电阻，扩散电阻阻值的计算与普通材料的电阻值的计算相似，以式（4.1）和式（4.2）分别表示如下：

普通材料电阻的计算：

                   R=ρL/A              (4.1)

式中：R-普通材料的电阻值（欧姆）；L-材料的长度（厘米）；

                    2          

A-材料的截面积（厘米   ）；ρ-材料的电阻率（欧姆-厘米）。        

扩散电阻的计算：

R=ρL/tW           (4.2)

式中，R-扩散电阻值；ρ-扩散层的平均电阻率；E-扩散电阻的长度；t-扩散电阻的平均深度。

这两种计算实际上是一样的。由于扩散电阻的平均深度t一般是很小的，而且十分恒定，所以扩散电阻R可以近似由下式表示：

            R≈R    L/W

式中，R-扩散电阻的阻值（欧姆）；R   -薄层电阻（欧姆/方）；L-电阻条长度（厘米）；W-电阻条宽度（厘米）。

2）集成电路中电阻的位置：                                

因为电阻一般是在扩散P型基区的同时形成的，所以它就位于基区这一层。其横截面图和等效电路，如图4-2所示。电参数见表4-1。

表4-1  扩散电阻参数表

参数名称             数值              参数名称         数值

薄层电阻系数R     100-300欧姆/方   温度系数     -500~-200ppm/℃

电阻范围           25欧姆-50千欧姆   最大电压      4~50伏

                                                           -3      

阻值误差            ±20%             功率耗散       4.6*10   豪瓦/微米

                                                        -4

同一电路上的电阻比误差  ±5%         分布电容      3*10  微微法/微米

毛主席教导我们“用不同的方法去解决不同的矛盾”。（矛盾论）. 当要求的电阻值较小或用作连接线时，也可将电阻做在n型发射区层，它的薄层电阻数可小至几欧姆/方，其横截面如图4-3所示。在设计一些高阻值的电阻时，也可将电阻做在发射区下面部位，它的薄层电阻数可高达2000~5000欧姆/方，可制成500千欧姆的电阻。它的截面图如图4-4所示：

3）电阻的几何形状：

电阻的几何形状很多，应根据阻值大小选择不同的几何形状，如图4-5所示。不同的形状有不同的接触修正系数：低阻值常用如图4-5（a)的形状；中阻值常用图4-5(b)的形状；高阻值常用图4-5（c)的形状。上述三种形状阻值的计算式分别为（4.4）、（4.5）、（4.6）。

R=R     (L/W+2α)        (4.4)

当a=W/2=2b=c, 修正系数α=0.14, R=R     (L/W+2α)      (4.5)

当a=b=c=W时, 修正系数α=0.65, R=R    [(L   +L    +d)/W+2α]+2α   (4.6)

                                        1    1

α=0.65,α    =0.5 , 式中，α  为转弯修正系数。

          1               1

4）设计举例：

已知：电阻的形状如图4-6所示

薄层电阻R    =200欧姆/方，接触修正系数α=1.4，根据式（4.4）计算扩散电阻,

R=R    (L/W+2α）=200[150/50+0.28]=656欧姆

5)电阻质量分析：

衡量电阻的主要参数之一是绝对误差和相对误差。绝对误差是实际得到的电阻值与设计的阻值之差。用扩散法得到的电阻值绝对误差一般为±20%左右，电阻的相对误差小于±5%，可用下式计算：

          △R                                     △R

△R                    △L     △W      △W

       =            +        +       ≈        =              (4.7)

R          R           L       W        W         R

△R-实际电阻值与设计阻值的误差；△R    -实际薄层电阻值与设计阻值的误差；

△R-实际电阻长度与设计值的误差；△W实际电阻宽度与设计阻值的误差；设计一定值的电阻，主要是选择几何形状。对一定阻值的电阻，若线条愈宽，则要求其长度愈长，这样所占面积就大，同时会增加寄生电容；反之，选择线条窄，长度短，所占面积小，这是我们所希望的。但是我们必须全面的看问题，“不但要看到事物的正面，也要看到它的反面。”（《关于正确处理人民内部矛盾的问题》）. 线条愈窄，制造出的电阻的阻值愈不精确，这是因为制版和光刻工艺难以保证窄条的精度。因此在设计时应取电阻的最大允许误差值，以便为制造提供方便。目前的制造技术可达到使同一块电路中的各电阻值具有相同的误差，因而同一块电路中扩散电阻的比值误差可以很小（一般情况可控制在5%以内）。所以，电路中电阻设计的重点应放在要求精确的电阻比上，而不是要求严格的绝对值。扩散电阻的另外一个重要参数是温度系数。电阻值随温度的变化如图4-7所示。由于半导体材料对温度较敏感，故它的温度系数较大。约为500~4000PPm/℃。在设计时应考虑这个因素的影响。

扩散电阻由于制作简单、生产流程短以及成本较低，因此目前已大量生产，并得到广泛应用。但是扩散电阻也存在以下缺点：

(1)阻值受限制，范围较窄；

（2）电阻的温度系数较大，电阻的精度不高；

(3)电阻存在寄生参数，在高频应用受到限制。

2.薄膜电阻的设计

1）制造薄膜电阻的材料

由于扩散电阻存在一系列缺点，而用薄膜技术制造的电阻能够克服这些缺点，所以在集成电路中也常用薄膜电阻。薄膜电阻是用真空蒸发的办法，将金属或合金等淀积在集成电路表面的硅氧化层上制成的。它的结构如图4-3所示，适用于制造薄膜电阻的材料及其特性见表4-2. 根据不同的电阻数值可选用不同的材料制作。目前，钽和镍铬是常用的两种制造电阻的材料，其工艺也较成熟。

表4-2  制造薄膜电阻的材料与特性

                                                  3

材料  化学符号 方块电阻温度系数ppm/℃ 功率瓦/厘米  误差%稳定度10000小时内(%)

             （欧姆/方）

铬    Cr       500~30      50              4              ±0.1         0.5

镍-铬Ni-Cr80/20  40~400    ±50            2             ±0.1           <0.1

钽    Ta        ≤100     ±200           3              ±0.01            1

氮化钽TaN     ≤200      -75±25           3              ±0.01          <0.1

钛    Ti      500~200    ±120~110       2~4             ±1           0.8~1.5

氧化锡SnO    ~500      ±300             2.3~4           ±2               1

           2

铬-氧化硅混合物Cr-SiO80/20   30~1000   ±200

金属陶瓷        ≤20000   ±250         最大3           ±1             2

碳树脂         10000      500~1000        0.16            ±10          5~10

2）薄膜电阻的制造

薄膜电阻的制造是在有源元件制成后，用真空蒸发，溅射等薄膜技术，将制造电阻的材料淀积在衬底的氧化层上，再用光刻法制出所需的几何图形。有比较才有鉴别。薄膜电阻与扩散电阻有下列优点：

（1）电阻的范围很广，可以达到10欧模到1兆欧姆。

(2)电阻值误差小，通常在±5%以内，因此适于做高精度电阻。

（3）电阻温度系数小，通常为50ppm/℃，最大不超过300ppm/℃

（4）分布参数小，因此适用于高频电路中。

薄膜电阻也有其缺点，如加工较复杂，生产周期长，成品率低以及成本高等。同时由于许多材料目前还不能进行直接光刻，因此薄膜电阻还未得到广泛的应用。在电路要求不高的情况下，一般都用扩散电阻。但是随着人们对光刻工艺的认识“由浅入深，由片面到更多的方面。”（实践论）薄膜电阻会越来越广泛的被应用。薄膜电阻的计算方法与普通材料电阻的计算相同，这里不再多讲了。

4.2    电容的设计

应用在集成电路中的电容有两种形式，即p-n结电容与金属薄膜氧化物电容。

1.p-n结电容的设计

当p-n结处于反向偏置时（即不导电的状态），相当于一个电容，所以，在半导体集成电路中的电容器，可以和扩散电阻一样，在半导体集成电路中的电容器，可以和扩散电阻一样，在制造晶体管的同时形成，p-n结电容又分为突变结电容和缓变结电容两种。

1）突变结电容的计算：

                                 1/2      

C   =A(qκε   N   /2V)

  T        0   c                              

                             -19              

式中，A-结面积；q-电荷-160*10     库仑；κ-硅的介电常数(3.78);

             12                

ε  -8.85*10   法拉/米；V-外加电压（伏）；N    -集电结或隔离区中的杂质浓度。                                        

   0

2）缓变结电容的计算：

                       2/3         1/3                  

         C   =A(κε    )     (qa/12V)    

           T       0

式中，a-缓变结杂质分布斜率。图4-9表示p-n结电容的截面图及等效电路。

p-n结电容值取决于结面积大小，杂质浓度、杂质分布及外加的反向偏置电压等。从图4-9(a)中可看出，除扩散电容c     外，还存在着对衬底的寄生电容c     , 而且它随着外加偏

                       1                                 2

压而变化，图4-9(c)表示c    /c   随2-3间电压变化的情况。一般运用时，

                        1    2            

最好能取C    /C      比值大于10的范围。因为杂质分布，反向偏压要求有一定的范围，

           1     2                    

不可随意变动。所以，一般都用调整结面积的大小来获得所需电容值。p-n结电容可以利用发射结的电容或集电结的电容。发射结电容值，一般（基区电阻200欧姆/方，在偏压为

                -3              2                           -3            2

0伏时，C=1.4*10     微微法/微米   ；在偏压为-2伏时，C=1.0*10   微微法/微米    。集电结电容值一般（集电区电阻0.5欧姆-厘米），

                       -4             2    

在偏压为0时，C=3.1*10    微微法/微米    ；

                        -4             2  

在偏压为-5伏时，C=1.4*10   微微法/微米   ，

                          -4             2  

在偏压为-10伏时，C=0.93*10    微微法/微米     ，

p-n结电容的缺点是必须加反向电压，而且电容值随反向电压而变化。另外由于p-n结的结面积不完整，所以，电容值不能做得很大。

2.薄膜氧化物电容的设计

薄膜氧化物电容（图4-10）是以二氧化硅为介质，一端为铝薄膜，另一端为高掺杂的n+型半导体材料，也称MOS电容。它的容量取决于电容两端的面积和二氧化硅的厚度，可用下式计算：

       C=Aε/h

式中A-电容面积；c-二氧化硅的介电常数；h-二氧化硅的厚度。

当氧化层的厚度从800埃变到4000埃时，

              -4             2             -4             2        

电容值从4*10    微微法/微米    变到1.2*10    微微法/微米   。

这种电容的优点是不需要加反向偏压，而且击穿电压高。

在二氧化硅厚度为3000埃时，击穿电压可达200伏。所以目前集成电路中大都采用薄膜氧化物电容。但由于大面积氧化物介质内存在针孔等疵病，所以电容值也受到限制，目前最大容量仅为1000微微法左右。至于质量更高、容量更大的电容，则要采用薄膜电容或附加的方法把电容外加上去。

4.3  电感器

电感器是半导体集成电路中最难制作的元件，特别是大电感问题，目前尚未很好解决，故一般电路的设计都尽量避免用电感元件，或者采用RC、相移发生器代替LC谐振发生器。但在振荡电路和选频放大器电路中必须应用电感元件，因此制造电感元件仍是一项重要的任务。目前的工艺水平可制作出电感量10毫米，品质因素Q=30,频率为1~2兆赫兹的电感元件。在半导体集成电路中，目前制造电感的方法有以下几种：

（1）利用微型磁芯绕制电感器；

（2）利用在二氧化硅（或厚玻璃）上淀积螺旋状的金属；

（3）利用负阻器件（如隧道二极管）模拟电感；

（4）在滤波电路中以RC代替LC；\

（5）利用有源元件的点感性，如利用注入载流子的移动时间滞后产生的电感性，制成所谓”电感二极管“；

五、集成电路图案的设计

我们要把给定的无线电线路图制成一块完整的集成电路，首先要认真研究和了解线路的工作原理、性能要求以及各元件的电参数等，然后才能更好的进行图案设计。

5.1图案设计的一般原则

集成电路图案布局的设计，是将各元件的位置按照外形、接线以及热平衡等条件，在有限的、微小的面积内作出最有效的排列，再按各元件的性质及相互关系决定其平面尺寸、隔离区以及连接线等。在设计集成电路图案时，总的要求是：

（1）元件布局密度高

为了节省硅片材料，增加产量和提高成品率，应尽量缩小单片的面积，因此在图案设计时必须尽量减小元件的尺寸和间距，以达到元件布局的高密度。

（2）容易制造

在设计时应尽量考虑到元件的制造、压焊、封装等工艺的简单化和统一化。

（3）特性要求

必须尽量减少寄生晶体管效应、寄生阻抗、寄生电容等不良现象发生。要求元件间的互连线尽量少和短，以及连接线的交叉次数力求最少。

5.2图案设计程序

1.确定隔离岛

根据线路中的元件数量和特点以及晶体管集电极的电位等情况，应将线路划分为几个隔离岛。电位不同的元件要进行隔离，同一电路中的电阻可放在同一隔离区内。为了减少单片面积，一般尽量减少隔离岛的面积和隔离岛的数目。

2.电路元件位置的安排

进行材料图案布置时，应尽量减少互连线的交叉（或完全不交叉）。进行这步工作时，一般不考虑元件的尺寸和实际位置，仅考虑相对位置的关系。

3.元件图形与尺寸的设计

根据电路性能的要求以及光刻等制造工艺的水平，应全面考虑确定元件的尺寸。目前能够适应批量生产的电路图形，最小条宽和间距多在0微米以上。在低速数字电路中，条宽和间距通常为25~30微米；在高速和超高速电路中，最小条宽和间距分别为3~5微米左右。

4.综合布置

各元件的位置和尺寸确定后，还必须综合考虑电路的对称性、绝缘、光刻掩膜的组合精度，制造图案的变化和寄生效应等。同时还要求在尽量小的容纳面积内，根据不同情况来改变元件的形状。在p-n结隔离时还需将衬底接到电路中最负的电源上，将电阻区接到电路中最高的电位上以及把所有的引线布置在后氧化层上，以便降低寄生电容和增加引线间的击穿电压。另外，应使输入端和输出端尽可能相离远些，以避免不希望的反馈。为便于压焊，电极引线应量布置在电路边缘并与外引线对应。综合布置是整个图案设计中最重要，最困难的部分。

5.确定隔离图案

隔离图案是根据隔离岛的划分及各元件的排列位置确定的。设计隔离图案时，要考虑到光刻掩膜套合的误差和横向扩散等因素。对于介质隔离，一般选用精度以2~40微米为宜，图形外边界离隔离区边界距离为40~80微米。如隔离槽较深且宽，则此距离应增大：对于p-n结隔离，隔离墙的宽度应选在20~30微米左右，图形外边界离隔离墙边界为30~40微米。

6.布线线道

根据确定的图案排列决定布线线道，并绘出对应于元件接触孔的具体线图。所有引线的设计，特别是在饱和型电路中，输出晶体管的发射极和集电极的输出连接处，应尽量短和宽。介质隔离的电路引线要尽量少跨隔离墙。

7。最后修整

当设计工作全部完成后，要进行仔细的检查，特别是对各层图案的细小部分以及电路的周围部分，应根据对准记号进行修整。

5.3图案设计实例

为了进一步理解图案设计方法，现以低速二极管-晶体管逻辑电路（EJL)为例，来说明集成电路的设计过程。

1.熟悉电路情况

1）电路的简单原理：

二极管-晶体管逻辑电路的形式很多，但目前最广泛使用的电路形式是图5-1所示的EJL电路。

此电路中RA与二极管D1...Dn组成“与”门逻辑。晶体管T2作为反相器，完成“非”门逻辑。整个电路完成“与非”门逻辑。从图中可看出，电路输出的高电平为：

                Voh=Vcc-IdoR3

Ido为晶体管T3的反向漏电流。输出低电平为晶体管T2的饱和压降Vces。当输入端不全是高电平，而有一个（或一个以上）是低电平输入时，则输入低电平的二极管就导通。此时，电路中A点电位VA=Vces+Vj(Vj是二极管正向压降，也称断点电压），B点电位VB=[VA-(Vj+Veb)]≈Vces-Vf。假定Veb≈Vf，这时B点的电位为零或负，则晶体管T2截止。C点是高电平输出，Vc≈Vec。只有当输入端都是高电平输入时，流过RA的电流经R1和R2分别流入晶体管T1和Dg，使B点电位升高，晶体管T2导通，此时C点则为低电平输出，Vc≈Vces

2)电路参数要求：

（1）直流参数及测试条件如表5-1所示。

（2）动态参数及测试条件如表5-2所示。

（3）其他参数要求：

输入二极管反向击穿电压≥6伏，电阻绝对误差≤±20%，电阻的比值误差<10%，

（4）三极管极限参数：

Ico在20伏时小于10微安，Ieo在6伏时小于10微安，Ido在10伏时小于10微安，

BVebo≥20伏，BVceo≥10伏，电流固定为10毫安，β为30~50，使用温度-55~125℃。

表5-1直流参数及测试条件

参数名称  空载通导功耗  输入电流  输出高电平输出低电平开门电平关门电平扇出系数

符号       Pon           Isd        Voh       Vol      Von      Voff     N

单位       毫安          毫安      伏        伏       伏       伏

测试条件  Vcc=+4伏    Vcc=+4伏  Vcc=+4伏  Vcc=+4伏Vcc=+4伏Vcc=+4伏Vcc=+4伏

  Vcc=+4伏    Vcc=+4伏  Vcc=-4伏  Vcc=-4伏Vcc=-4伏Vcc=-4伏Vcc=-4伏

              输入接地Vin≤0.8伏Vin=1.8伏Vol=0.3伏Voh=3.5伏Vol=0.3伏

                                 RL=330欧姆RL=330欧姆

规范     ≤40        ≤1.1      ≥3.5      ≤0.3    ≤1.8     ≥0.8   ≥12（室温）

表5-2动态参数及测试条件

参数名称       单极平均传递时间

符号               Tpd

单位              微毫秒

测试条件          Vcc=+4伏，Vbb=+4伏，f=300千赫，Vin=4伏，带6个负载

规范            ≤200（-55~+125℃）

2.确定隔离岛

输入二极管D1......Dn可放在同一隔离岛；R1、R2、R3放在同一隔离岛；Ri单独放在一个隔离岛；T1和T2各为一个隔离岛；飘移二极管D2为单独一个隔离岛（图5-2）。

隔离区的宽度为40微米，其实际尺寸（单位为微米），如图5-3所示。

3.元件的设计

1）三极管

三极管T1：此电路是饱和型的，对速度要求不高。影响速度的主要原因是存储时间。三极管T1的几何尺寸，主要应从工艺方面考虑。为提高三极管的合格率，最小尺寸定为30微米，间距也取30微米。T1管的结构如图5-4所示。

输出三极管T2，T2的工作电流要求较大，而且在大电流下饱和压降不能太高。由于电路的扇出系数为12，所以三极管T2的工作电流必须大于5微安。根据发射极在大电流工作时的有效发射长度（一般在发射极周长为10微米时可发射1.6毫安的电流），计算出的发射极周长应大于下面的计算结果：

            L≥10微米*15毫安/1.6毫安=94微米

故取发射极长100微米。为了加大周长与面积比，一般采用条状结构。敷设埋层可减小饱和压降。通常是将三极管T2的收集极做成环形，但考虑到光刻等工艺，做成马蹄形较好。为了减小基极电阻Rbb和充分发挥发射极发射电流的能力，采用了双基极结构。三极管T2的几何图形及尺寸见图5-5所示。

2）二极管

由于输入二极管D1~Dn要求有高恢复速度，因此选用Vbc=0的发射极-基极二极管。这种结构因在收集结没有少数载流子存储。所以反向恢复时间最短。反向击穿电压要求达到6伏，而eb结完全可以达到这个要求。图5-6是输入二极管的结构和尺寸。电平飘移二极管Dc，反向恢复时间慢，故采用基极-集电极二极管，其几何图形及尺寸见图5-7所示。总之，对二极管的尺寸要求不十分严格，主要便于制造和排列整齐为准。

3）电阻

本电路电阻的最小阻值是1千欧，最大为12千欧。由于阻值较适中，所以可在扩散三极管基极的同时制作。根据电阻的误差要求以及光刻工艺水平，在不考虑方块电阻引起的误差的情况下，把电阻条的宽度定为：

W=△W*│R/△R│，取△W=6，

则W=6*100/20=30微米, 因为1千欧和3千欧的电阻阻值较小，故选用图5-8（a）所示结构。12千欧的电阻阻值较大，选用了图5-8（b）所示结构。

根据修正系数进行阻值计算：三极管基区扩散方块电阻，一般选为200欧/方。根据公式：

         R=R    (L/W+2α),得L=(R/R    -2α)W

R     表示方块电阻的阻值,              

R1=3千欧，则L1=(3000/200-2*0.65)*30=410微米, R2=1千欧，则L2=(1000/200-2*0.65)*30=110微米, R3=R1=410微米, R4=12千欧，则L4=(12000/200-2*0.65-2*0.5)*30=1656微米, R1、R2、R3、R4电阻的几何结构和尺寸如图5-8所示。

4)元件的连接

单个元件的尺寸确定后，要求把各个元件组合起来，在用铝条作连接线时，一般在允许的情况下，把铝条尽量作得宽些。但考虑到铝条所产生的寄生参量的影响，铝条也不能做的太宽。本电路一般采用50微米宽的铝条。最窄处30微米。同时铝条与铝条的间隔也不能太窄，一

                                                 2

般选用7微米较宜。引线的焊接点选择为150*150微米    。一个EJL双驱动器的整体电路的版面布置示于图5-9中。

5)物理参量的考虑

本电路采用SiO2作介质隔离。

                                    ±0.2                        3

衬底材料是N型硅单晶片，电阻率ρ=0.5      欧姆-厘米，位错小于10    。

                           ±0.2                                          3                                                                                

层埋用反外延，埋层厚度h=15     微米，电阻率ρ<10   欧姆-厘米，位错小于10    。

晶体管基区扩散，采用工艺比较成熟的硼扩散。

                    ±0.3                                

集电结结深为：Xic=3     微米，方块电阻R    =200欧姆/方

磷扩散主要应控制好放大系数β。发射结结深为：Xjc=1.5~2.5微米。预扩散时使β控制在30左右，经再分布后使β提高到50左右。为减小管子的存储时间，在磷扩散前应进行掺金。上面介绍了一个介质隔离的集成电路的设计实例。下面再绘出一个p-n结隔离的集成电路实例图（图5-10），其设计方法与介质隔离的设计相同，读者可自己分析。

六、集成电路工艺概述

由于集成电路是在同一块衬底硅片上制造各种元件，而且这些元件的电位不同，所以必须在电性能方面进行隔离。同时根据设计要求将这些元件连接起来，以完成一定的电子线路的功能。因此，制造集成电路的整个过程，主要是解决隔离、制造元件、元件互连等。所用的一切工艺技术主要是为了解决这三个问题服务的。

1.集成电路制造工艺的主要特点

1）利用综合技术，如机械、冶金、电子、光学、化学、光化学技术等等；

2）使用的材料种类较多，如金属材料、半导体材料、化工材料、各种气体及水等。

3）加工工艺精细、繁杂。

集成电路的制造工艺大致可分为三个主要部分：

1）隔离技术：隔离的方法主要有介质隔离、p-n结隔离和空气隔离等。进行隔离时需采用氧化、光刻、外延、扩散等工艺技术。

2）平面工艺：这是集成电路的主要工艺，包括外延、氧化、光刻、扩散及蒸发等。

3）后部加工工艺：后部加工包括划片、切割、烧结、压焊、封装、工艺筛选、测试分类及打印等。

2.集成电路的典型工艺流程

1.p-n结隔离工艺流程：

p型硅片→研磨→抛光→埋层氧化→光刻埋层→埋层扩散→外延n型硅单晶层→隔离氧化 →光刻隔离区 →隔离区扩散 →蒸金 →基区氧化及金扩散 →光刻基区 →基区扩散及发射区氧化 →光刻发射区→发射区扩散→低温氧化→光刻接触孔→蒸铝→光刻铝→合金→中测→划片→烧结→压焊→封装→工艺筛选→成测。

2）介质隔离工艺流程：

n型硅片→研磨→抛光→隔离氧化→光刻隔离区→刻槽→外延生长埋层→外延SiO2→外延生长多晶硅→磨抛显图形→基区氧化→光刻基区→基区扩散及发射区氧化→光刻发射区→基区扩散及发射区氧化→光刻发射区→金扩散→发射区扩散→低温氧化→光刻一次接触孔→蒸发Ni-Cr→光刻Ni-Cr电阻→溅射SiO2→光刻二次接触孔→蒸铝→光刻铝引线→合金→中测→划片→烧结→压焊→封装→工艺筛选→成测。

上面对集成电路的制造工艺做了概括的介绍，以便有一个全面的了解。由于集成电路制造工艺涉及的内容较多，为了很好的研究和掌握主要工序的制造技术，

下面将按工艺分别进行叙述。

七、光刻掩膜的制造

7、1概述

集成电路制造过程中的隔离扩散、蒸发淀积和元件间的连线等，都需采用光刻技术。而要刻出一定的图案，必须先制出光刻掩模，亦称光刻底版。光刻底版的制造简称制版，它包括电路原图的绘制、照相缩小、分步重复、复印及铬版制作等。制版的程序和影响其质量的因素较多，因而它是集成电路的关键工艺之一。对同一块集成电路需要进行多次光刻（一般进行6~7次），每次需有一块光刻底版，这些底版还要进行套合，因此底版制造的累计误差就大，这是形成图形误差的主要原因之一。通常对光刻底版的精度要求很高，主要要求为：

（1）图形尺寸正确无误，线条公差范围小；

（2）版面无针孔等疵点，黑白反差大；

（3)每块版重复的图形尺寸、距离应完全一致；

（4）底版套合精度高；

（5）版面平整光洁，而且耐磨使用寿命长。

随着数字集成电路向高速和超高速方向的发展，电路的图形也越来越小，因而对光刻底版的要求也越来越高。

7.2制版的工艺过程

总图绘制→分图绘制→单图照相（第一次缩小）→分步重复（第二次缩小）→复印（拷负版）→制络版

超微粒明胶干版

1.原理图绘制

原图绘制是制版工作的第一步，绘制质量的好坏直接影响底版的质量。因此要求原图的绘刻尺寸正确，边缘光滑平整，反差大以及放大倍数适当等。在电路的图案设计定稿时，一般将总图的尺寸按制版的需要放大50倍或100倍、200倍、500倍等，并按规定绘在坐标纸上。为了便于进行划片和光刻找基准，在制版绘图时，要画上叉字线（即片子上的电路间距准线）。然后用描图纸分出光刻用的分体图，并按每张分体图制出照相用的图案。套版的总图及分图如图7-1所示。图形绘制一般有二种方法：

1）墨水绘制

（1）将画有总体图的座标纸放在中版白卡纸的上面，并一起固定在绘图版上；

（2）用细针在分图座标和图形上刺孔，并穿过中版白卡纸。

（3）取下座标纸，用铅笔将小孔连成图形，再上墨；

（4）在图形区内涂墨；

（5）用广告白色修图。

要求绘的图线条边沿整齐，反差高。但由于墨水绘图一般边缘质量差，所以目前在生产中已不用此法，而采用刀刻绘图。

2）刀刻绘图

在喷有黑漆的玻璃板或描图纸上，或者在红色或紫色薄膜的透明塑料板上，用刀刻出所需图形，再用手工剥去图形内的漆膜。刻图的方法有两种，一种是把分图固定在专用刻图桌上，并将红色薄膜的塑料板压在上面，然后用刀片进行手工刻制；另一种是在座标刻图机上进行刻制。刀刻绘图的特点是：

（1）图形边沿整齐光滑，误差小（比墨水绘制质量高）；

（2）黑白反差高，可用透射光照相；

（3）环境温度变化对图形影响很小。

也可用计算机CAD绘图，绘制图形区，然后再打印出来，再照相，制作光刻模板。

2.单图照相（第一次缩小）

单图照相是将绘制好的整套图，按一定的缩小倍数分张进行缩小照相（俗称照大相）。照大相的目的是将图形印在玻璃板上，供投影光分步重复照相。照相图形要求尺寸精确，边缘整齐和反差高。一般在制版过程中，应尽量减少照相缩小次数，因为照相次数越多，分辨率就越差。单图初缩照相一般在卧式照相机上进行。若是墨水绘图，需用反射光照射；若是刀刻绘图，则要用透射光照射。

用计算机CAD绘图，打印出图形，用数码相机照相后，用软件缩小图形。也可以直接用电脑软件绘制缩微图形，然后用微缩打印机打印出来进行光刻.

照相时一般采用制版镜头，其直径为F-5、F-7.5、F-10.5、F-13.5、F-15厘米。选用镜头时应使拍摄图像的对角线长度小于镜头直径的1/2为宜。

拍摄过程：

1）安放原图：把原图平整地固定在图板上，并使图形的中心落在镜头的主光轴上。这是为了获得精确的尺寸和最大的分辨率以及边界质量最好的图形。

2）光源调节：用反射光时，可使4个500瓦的强光灯泡。一般以45度角投射于图上，并应调节距离和角度使图形获得均匀的照射。用透射光时，打开框架毛玻璃内的日光灯就行了。

3）对光：按要求的缩小倍数进行精确对光为保证正确对光，一般都使用显微镜观察。

4）装版：在暗室内把装好的明胶干版装入暗盒，注意药膜面要朝着被摄图形。检查药膜反正的简单方法是，轻轻地向版面哈一口气，在红灯下观察有无气雾现象，无气雾是药膜面，有气雾则是玻璃面。然后把装好的干版的暗盒装入相机。

5）曝光：一般在光圈为F-8~11的情况下进行曝光。曝光时间约为3~5分钟（具体时间视不同的干版而定）。

6）冲洗：冲洗包括显影、停影、定影等三个过程。

（1）显影：在暗室中将曝光好的明胶干版浸到显影液中。（显影液温度一般以18~20℃为宜，显影时间为1.5~2分钟。

（2）水冲洗：将已显影的版放在自来水中充分冲洗，然后再放入停影液内，数秒钟后再浸入定影液中。

（3）定影：在定影液中定影2~3分钟，然后将版用自来水冲洗干净。

（4）质量检查：在50倍的显微镜下检查影像质量，要求图像清晰、完整，边缘整齐，反差高，无针孔和污染等。若发现影像有灰雾、线条呈锯齿状以及过渡区大等现象，则不符合要求，需重新制版。

（5）坚膜烘干：合格后的版用去离子水冲洗干净，放在版架上并在恒温（60℃）箱内烘干即可使用。

3.分步重复照相（第二次缩照）

可将光学显微镜的镜头反向装在照相机的镜头上面，这样就制作出了一个缩微相机。

在集成电路的制造中，为了适应大量生产和节省原材料，一般在一块硅片上同时制作几十个甚至几百个相同的电路。因此，在制版时需进行分步重复照相，即将单一的图形按一定规律重复地摄制到同一块版上。分步重复照相可用多头（如六、八头）照相机，也可用单头重复照相机。多头照相机的重复精度、全套版的一致性以及重复速度等均比单头的好。它的操作过程如下：将第一次缩照后的版，固定在一个90度化学方框玻璃上，并调整版与方玻璃平行，然后将其放到六头重复机上进行排列照相，要求照相机的x,y轴的每次零点必须调整准确。然后调整电压以适当一定的感光材料。一般是用明胶干版作为感光材料。

4.复印

分步重复照相制出的版称为主版或母版。由于这种版制作困难，因此它不直接用于生产。实际光刻使用的底版是用主版复印制成的明胶副版或金属副版。复印的原理同普通的复印照片一样，如图7-2所示。

复印时要注意图像的正负。如绘制的原图为正，则单图照相后的底版为负，分步重复后又为正，复印干版后为负，在复印制铬版或干版后为正，然后才能供光刻使用。图像的正负变化如图7-3所示。

复印时，曝光时间应短，而显形时间要长，这样可获得高反差底版。

5.铬版制备

用干版复印的正版耐磨性很差，特别是在接触光刻中容易损坏，一般只能用20次左右。为了适应大量生产，通常都采用铬版。

1）铬版的特点：

（1）铬在玻璃上吸附最牢固，耐磨性好，使用寿命长（可使用上千次）。

（2）铬膜是用真空蒸发的方法淀积在玻璃板上制成的，颗粒很细。它通过腐蚀可作出边缘整齐、光滑且精密度高的光刻底版。因铬版没有明胶干版那种影响透明度的乳胶层，所以反差高。

（3）铬在空气中十分稳定，能防止酸的浸蚀，而且表面可进行擦洗。

2）光刻铬底版的制作：

（1）将已蒸铬的玻璃板（铬的蒸发见十三章），用玻璃刀裁成所需要的尺寸，并在密封台内用丙酮棉将铬表面擦干净；

（2）将处理干净的铬版放在匀胶台的转盘上，使蒸铬面朝上，滴上感光胶（光致抗腐剂），用玻璃棒涂匀，即可匀胶。转盘转速以所需胶的厚度和胶的粘度而定，一般在500~800转/分。转动时间以达到胶干为宜，一般为1~3分钟。有时为了提高抗蚀能力，匀涂两次胶。如果发现涂好的胶有藏点和气孔，可用甲苯棉擦去胶层，处理干净后重新匀胶；

（3）为使胶内的有机溶剂蒸发干净，需将涂好胶的铬版放在80℃的恒温箱中烘烤15分钟左右。

（4）复印曝光：将烘好的铬版胶面与要复印的负版乳胶面相接触，并用板架夹紧，在紫外光下曝光。曝光时间依光的强弱、负版透明度、图形尺寸及感光胶情况而定，一般在45~120秒范围内；

（5）显影：将曝光后的版放在丁酮（或甲苯）液中浸显，时间约为一分钟；

（6）坚膜：为使显影后的胶膜与铬面接触更密实，在恒温箱以180±15℃烘烤40~50分钟；

（7）腐蚀：把腐蚀液放在恒温水浴锅内，并使腐蚀液温度保持在60℃。将坚膜好的铬版放入腐蚀液中进行腐蚀，一般约为20~50分钟。腐蚀后的显微镜下或投影仪上进行质量检查。常见的缺陷是针孔、钻蚀、划道、黑点、边界虚、腐蚀不完全、图形各部分尺寸不准确等；

（8）降腐蚀后的铬版，用棉花蘸水擦洗其图形部分，然后用去离子水冲洗干净、烘干，并包装好以供光刻使用。

3）制铬版的光致抗蚀剂的配方：

关于光致抗蚀剂的详细内容可参见《光致抗蚀剂光刻胶》中国科学院研究所《光致抗蚀剂组》编著，科学出版社1977年出版。

聚乙烯醇肉桂酸酯1克, 硝基卮 0.05克,，硝基稀释剂 0.05克，环已酮 12~12毫升，

或者

PCDA-053光致抗蚀剂 1克，硝基漆     0.05克，硝基稀释剂     0.05克，环已酮     12~12毫升。

或者

环化橡胶光致抗蚀剂     1克，硝基卮     0.05克，硝基稀释剂     0.05克，环已酮     12~12毫升。

或者

701正性光致抗蚀剂     1克，硝基卮     0.05克，硝基稀释剂     0.05克，环已酮     12~12毫升。

4）铬版腐蚀液的配方：氢氧化钠     4克，高锰酸钾     4克，水    50毫升。

7.3超微粒干版的制备

因为集成电路的图形很小，几何图形的尺寸要求非常精确，因此在制版（单图照相、分步重复、复印）时需要性能优良的感光材料——超微粒干版。超微粒干版的特点是感光银盐的颗粒细。分辨率高，最高光密度大，反差高，以及能满足一定的感光速度。

1.超颗粒干版的配方

A液，明胶4克，去离子水80毫升，

B液，硝酸银（浓度20%），10毫升，

C液，混合卤盐，10毫升

配制方法：在100毫升的混合卤盐溶液中含氯化钠  6.4克，溴化钾 1.7克，氯化镉 0.5克   ，碘化钾  0.2克

或者配制方法：在100毫升的混合卤盐溶液中含，溴化银 3克，氯化银 3克，碘化银 1克 ，氯化镉  0.5克，

D液   柠檬酸（浓度4%） 2毫升，或者D液 山梨酸（浓度4%）  2毫升，

E液      频那全醇（浓度0.5%）      3毫升，

配制方法：0.5克频那全醇、60毫升无水乙醇，加入去离子水至100毫升，

或者E液      频那醇（浓度0.5%）      3毫升，

配制方法：0.5克频那醇、60毫升无水乙醇，加入去离子水至100毫升，

或者E液      频那酮（浓度0.5%）      3毫升

配制方法：0.5克频那酮、60毫升苯乙酮，加入去离子水至100毫升

F液        三氮吲哚唎嗪（浓度1%）             3毫升，

或者F液        一苯并吡喃衍生物（富士J82019-763)（浓度1%）        3毫升，

或者F液        过氧化氢（浓度0.5%）        3毫升，

或者F液   N-甲基-3，4-富勒烯基吡咯烷， N-甲基-2-丙基-3，4-富勒烯基吡咯烷，（浓度1%） 3毫升，

P液     铬钒（浓度2%）       2毫升，

1A.超颗粒干版的第二种配方

详细内容见苏联《彩色电影》，戈尔陀夫斯基编，中国电影出版社1962年出版。

下面描述的感光乳剂就是需要配置的溶液，也就是超微粒干版的配方。

感光乳剂是由于混合两种溶液而形成的，一种是卤素化合物（通常是含有少量碘化钾的溴化钾）的水溶精胶溶液，另一种是硝酸银溶液。在混合溶液的时候，瞬间发生一种简单的互换反应，这种反应可以用下列反应式来表示：

2AgNO   +KBr+KI=AgBr+AgI+2KNO

       3                       3

或者在合成所谓氨化乳剂的时候用下列反应式来表示：

2Ag(NH   )   NO  +KBr+KI=AgBr+AgI+4NH   +2KNO      

       3   2    3                    3       3

因为有精胶，以至所形成的难于溶解的感光胶体银不会在混合溶液用的乳剂蒸煮器的底上沉淀，而是以迅速获得结晶结构的大量微粒的形式均匀地分布在全部精胶溶液里面。这样取得的混浊液通常都叫乳剂，其实这样叫是不正确的，因为它不适用于一般的实际目的，它的照相特性（感光度和反差系数，等等）还是处在很低的水平上。在混合好溶液以后，将乳剂放在卤化银——溴化钾或氨和溴化钾的溶剂中于一定温度下停置一定的时间。此时，在乳剂中发生卤化银粒成长的物理化学过程——物理成熟或第一次成熟。在第一次成熟过程中，溴化银的溶解度是重要因素之一。这一因素的变化，也即溶解度高或低，都可能使取得的乳剂具有粗细不同的感光颗粒分布。实际上，卤化银的溶解度，是通过向水溶精胶溶液中加入某种数量的超当量（盈余）的溴化钾，向硝酸银中加入氨，以及使用这种或那种原始溶液混合方法来改变的。这样的方法实际上有两种。其中的一种是迅速混合两种溶液（瞬时乳化）。在这种情况下，卤化银的全部颗粒是同时形成的；因而它们都处于大致相同的溶解度条件下。所取得的乳剂的感光颗粒的粗细是相同的。另一种方法是在卤盐溶液中逐渐注入银盐溶液。银盐溶液为氯化银，硝酸银，碘化银，溴化银溶液。显然，在第一次停置的全部过程中，并不是所有乳剂颗粒处在相同的溶解度条件下：先形成的颗粒在溶解度方面所处的条件与后形成的颗粒所处的条件不同。因此，所取得的乳剂的颗粒粗细不是相同的。影响乳剂颗粒粗细分配的另一个因素，是在混合原始溶液时高分散性的晶核内相的形成。作为这种内相的一般是使用碘化银，它的溶解度几乎是溴化银溶解度的1/70. 由于溶解度较低，所以碘化银在混合溶液时必然比溴化银形成得更快，并且有更高的分散性。因此，碘化银一方面能够起凝结核心（晶核内相）的作用，另一方面又能够在减小颗粒平均粗细度和增大颗粒一致程度方面影响乳剂颗粒的最终粗细分布。这种情况在实际工作中也可以看到。使晶核内相的颗粒浓度向这方面或哪方面改变，也可以取得具有各种乳剂颗粒粗细分布的乳剂（图5或图6）。

2.超微粒干版制作的工艺过程

明胶溶解→乳胶合成→切条水洗→复溶涂布→干燥坚膜  

上述流程除明胶溶解外，应全部在暗室中进行。

1）明胶溶解：

将A液置于40℃恒温水浴锅内不断搅拌，使明胶充分溶解，再经耐酸滤斗减压抽滤后，便可供乳胶合成使用。

2）乳胶合成：

乳胶合成采用双管注入法。选取两支流速基本相同的滴定管，分别装入B液和C液。另外将A液盛入容量为150毫升的小烧杯中，保温38~40℃。用电动（或电磁）搅拌器进行搅拌，并加入D液，然后将B液和C液同时注入A液中进行反应，以生成感光银盐。在继续搅拌的情况下，依次加入E液和F液。乳胶合成总的时间一般约为3~5分钟。乳胶合成后，立即倒入培养皿，放在-5℃左右的电泳箱内约20~30分钟，使乳剂冷凝。

3）切条水洗：

将冷凝好的乳剂切成长宽各为数毫米的小条。浸泡在温度10℃以下的去离子水中，水量约400毫升，并不断搅拌。每10分钟应换水一次，共洗3次。

4）复溶涂布：

水洗后把水擦干，放在40℃的恒温水浴锅内进行加温复熔，待乳液全部熔化后，在搅拌状态下加入P液，再用耐酸滤斗减压抽滤，便可供涂布用。小量生产时，可用手工涂布，即在玻璃板上放定量的乳剂[玻璃面积9*12（厘米），涂布乳剂量2毫升]，用玻璃棒将乳剂均匀地涂在玻璃板上。然后立即放入冰箱中的平台上降温冷凝，温度应低于10℃，时间约为15分钟。

5）干燥、坚膜：

将冷凝后的干版移置于架子上，架子要放在清洁的不透光的通风厨中。干燥时间可根据厨内空气的温度、湿度、通风效率而定，风要经过滤气球过滤。经干燥的干版用加温的方法坚膜后即可使用。暂不使用的干版用黑纸包好，放在低温干燥处避光保存。

3.制造超微粒干版的原理和要求

1）明胶的作用主要是作为感光银盐的载体，用于防止卤化银沉淀沉积，使银盐分布均匀。

2)乳胶合成是制备超微粒干版的关键工序。乳胶合成时的温度、乳化的方法、混合的速度、搅拌的程度等都影响乳剂的感光性能。

3）乳剂合成时，若采用双管注入，为了确保整个反应过程卤盐的一定过量，可在滴定前，提前先加卤盐溶液0.5毫升左右，如果硝酸银过量则产生黑斑。

4）辅助剂的效能：

柠檬酸、山梨酸是为了使该乳剂呈酸性乳胶，以提高反差。频那全醇,频那酮是增感剂。它是一种燃料，加入乳剂时，使卤化银颗粒染色，因而能吸收更多的使卤化银产生化学变化的光谱能量，达到增感的作用。三氮吲哚唎嗪、一苯并吡喃衍生物（富士J82019-763)、过氧化氢、 N-甲基-3，4-富勒烯基吡咯烷， N-甲基-2-丙基-3，4-富勒烯基吡咯烷是稳定剂，它有防止超微粒干版在保存期间产生灰雾的作用。铬钒是坚膜剂。

5）水洗是为了去除对乳剂性能有害的硝酸盐结晶及其他可溶解的酸碱杂质。水洗不足或过度都将影响乳剂的感光性能。

八、光刻技术

8.1概述

光刻是一种复印图像和化学腐蚀相结合的综合技术。它是用照相复印的办法，首先将光刻掩膜上的图形精确地印刷在涂有光致抗蚀剂的半导体衬底的氧化层或金属蒸发层上，然后用光致抗蚀剂的选择性保护性能，对氧化层或金属层进行化学腐蚀而刻出相应的图形。正如前面所讲，在集成电路的制造中，需要多次用SiO2进行掩蔽加工，因而就需要进行多次光刻。每块集成电路一般要进行6~7次光刻。要求各次光刻套合精确，并且刻出的图形无钻蚀、毛刺、针孔，以及图形清晰等。因此对片子的清洁度、光致抗蚀剂的配用，曝光、腐蚀等都有很严格的要求。光刻的工艺流程如图8-1所示。

8.3光刻工艺

1.涂胶前的准备

为了使胶能牢固地粘附在硅片上，在涂胶前必须对硅片表面进行严格的清洁处理。要求氧化层表面不仅干燥、清洁，且应呈现硅氧烷基结构（Si-O-Si），而不是硅烷醇基（Si-OH）结构。因为Si-OH是亲水性的，易吸水，而Si-O-Si是疏水性的。硅片的清洁处理及使SiO2表面呈现Si-O-Si结构的方法见第十六章。

2.涂胶

涂胶是把光致抗蚀剂（俗称感光胶）均匀地涂到欲光刻的硅片的表面。涂感光胶的要求是：均匀、厚薄适当。如果涂层过厚，则图形的分辨率低；过薄，则针孔的数量增多。涂胶的方法很多，如喷涂，涂敷，浸渍，涂覆机涂覆等。目前应用较多的是用旋转式涂覆机涂覆。这种方法的优点是使用方便，但涂得不匀。如直径160毫米的圆盘，以每分钟800转的转速旋转1分钟，则胶膜厚度偏差可达2000埃。这对光刻小图形的质量影响很大，而且还会产生胶丝。另外，由于感光胶的粘度随温度、湿度而变化，而且温度高、湿度大时，会使感光胶与硅片表面粘附不牢而造成起胶等不良现象，所以涂覆时必须严格控制温度与湿度。一般相对湿度6.0%以上，温度以25℃左右为宜。

3.前烘

涂胶后的胶膜要立即进行烘干。一般是在80℃温度下烘烤10~15分钟。烘烤的温度不能过高，时间不能太长，否则会造成显影困难。例如温度若在100℃以上，由于增感剂挥发而造成曝光时间增长，甚至完全显不出图形来。另一种烘烤方法是，用红外光从硅片背面照射，并透过硅片加热，使SiO2和胶的介面先开始干燥。这种使溶剂从内部向外蒸发的方法是一种较好的干燥方法。

4.曝光

曝光操作较简单，但要求准确度较高，即要求几次套刻的版与硅片上的图形精确对正。另外要求曝光机在任何方向上不应有丝毫位移。曝光源通常用紫外光。80瓦高压水银灯产生

                                   8      

的紫外光即可满足感光胶需要的大约10   勒克斯/秒的光强. 曝光时间的确定，一般是先试曝一片，然后调整曝光时间。曝光的时间主要根据感光胶的厚度、衬底材料、灯光强弱、远近和电压波动等因素进行调整。

5.显影

显影时，硅片上没有感光的感光胶溶解在显影液中，而感光部分保留下来作为腐蚀时的保护膜。根据实践可知，丁酮和三氯化乙烯用作显影液溶剂效果较好，溶解力强。目前都趋向于用丁酮。用三杯丁酮逐杯轮换，1分钟内即可达到显影目的（注意：显影液要经常更新，负责显影不干净）。

注：显影液配方

详细内容参见《电影胶片的制造及洗印加工》苏联СМ安东诺夫，В.Л.则李克曼，K.И.马尔西列维奇合著，罗静予译，田大畏校，中国电影出版社，1958年出版，本书是《苏联电影技术丛书》之一。

H-1显影剂配方：

米吐尔8克，结晶亚硫酸钠250克，无水碳酸钠5.75克，溴化钾2.3克，水1升。

H-2显影剂配方：

米吐尔2克。对苯二酚5克，结晶亚硫酸钠200克，硼砂2克，溴化钾0.3克，水1升。

显影正片用П-1显影剂：

П-1显影剂配方：

米吐尔2克，对苯二酚6克，结晶硫酸钠40克，无水碳酸钠25克，溴化钾3克，水1升。

显影声带底片采用Φ-1显影剂

Φ-1显影剂配方：

米吐尔4.0克，对苯二酚14.4克，亚硫酸钠60.0克，无水碳酸钠21.6克，溴化钾0.8克，水1升。

附注：如果没有米吐尔，可以用对氨基苯酚——对苯二酚显影剂代替米吐尔——对苯二酚显影液。

详细内容见《电影胶片工艺基础知识》，燃料化学工业部第一胶片厂研究所编，燃料化学工业出版社1972年出版。

目前常用的彩正显影配方为：

EDTA(乙二胺四醋酸二钠盐）2克，TSS（二乙基对苯二胺硫酸盐）3克，无水亚硫酸钠2克，S-55(盐酸羟胺）1.2克，无水碳酸钾65克，溴化钾2克，水加至1000毫升，ph=10.6左右。

酸性定影液配方为：

硫代硫酸钠240克，无水亚硫酸钠15克，醋酸15毫升，硼酸7.5克，钾矾15克，水加至1000毫升，ph=4.0。

漂白液配方为：

赤血盐（铁氰化钾）50克，磷酸氢二钠1克，磷酸二氢钾19克，溴化钾15克，EDTA3克，水加至1000毫升，ph=4.7。

酸性定影液配方为：

硫代硫酸钠240克，无水亚硫酸钠20克，水加至1000毫升。

彩色正片感光测定标准加工条件如表8-5所示：

工序                药液温度                加工时间

彩色显影          20±0.5℃                  8分

水洗              16~18℃                   15秒

酸性定影          16~18℃                    4分

水洗              16~18℃                    5分

漂白              16~18℃                    4分

水洗              16~18℃                   4分

碱定               16~18℃                   4分

水洗              16~18℃                   15分

干燥             16~18℃  

保定甲型彩底加工工艺（暂定）

1.加工工艺

前浴45秒18℃，水洗1分，显影8分30秒18℃，钠浴4分，水洗15分，漂白7分30秒18℃，水洗7分30秒，碱定8分30秒18℃，水洗15分。

2.加工配方：

（1）前浴（为了去除片基背面的碳黑防光晕层）：

EDTA(乙二胺四醋酸二钠盐）2克，无水硫酸钠40克，碳酸钠10克，加水至10升。

（2）显影：

EDTA2克，TSS3克，无水亚硫酸钠2克，S-55(盐酸羟胺)1.2克，无水碳酸钾75克，溴化钾2克，加水至1升，ph=10.70，（如PH不够，用40%氢氧化钠溶液调整）

（3）漂白：

EDTA3克，赤血盐50克，磷酸氢二钠1克，磷酸二氢钾19克，溴化钾15克，加水至1升，ph=4.7。

（4）碱性定影液：

海波240克，无水亚硫酸钠20克，加水至1升。

保定倒型彩正加工工艺（暂定）

1.加工工艺：

前浴1分30秒20℃，水洗1分30秒，显影10分20℃，水洗1分30秒，碱定5分20℃，水洗3分30秒，漂白5分20℃，水洗3分30秒，碱定5分20℃，水洗15分，稳定15分，（声带加工30秒）。

2.加工配方：

显影：EDTA（乙二胺四醋酸二钠盐）2克，TSS（二乙基对苯二胺硫酸盐）3克，无水亚硫酸钠2克，S-55（盐酸羟胺）1.2克，无水碳酸钾65克，溴化钾2克，水加至1升，PH=10.60.

酸定：海波240克，无水亚硫酸钠15克，醋酸15毫升，硼酸7.5克，钾矾15克，水加至1升，PH=4.0.

前浴：EDTA2克，无水硫酸钠40克，无水碳酸钠10克，水加至1升，PH=4.0.

漂白：赤血盐50克，磷酸氢二钠1克，磷酸二氢钾19克，溴化钾15克，EDTA3克，水加至1升，PH=4.7。

碱定：海波240克，无水亚硫酸钠20克，水加至1升。

稳定塔：甲醛40%20毫升，拉开粉5%3毫升，水加至1升。

声带加工浆：

米吐尔：16克，亚硫酸钠40克，对苯二酚20克，阿拉伯胶（或桃胶）30克，低亚硫酸钠40克，氢氧化钠50克，乙二胺10毫升，水加至1升。

补充：每千米30升。

补充液配方：（供作参考）

TSS（二乙基对苯二胺硫酸盐）S60~65克，EDTA2克，无水碳酸钾80克，无水亚硫酸钠2.8~3.2克，溴化钾2.2克（因此类彩正二层系氯化银乳剂），S-55试剂1.2克，水加至1升。

详细内容见苏联《彩色电影》，戈尔陀夫斯基编，中国电影出版社1962年出版。

1号显影液，米吐尔40克，对苯二酚150克，无水碳酸钠220克，无水亚硫酸盐600克，水加到10公升。对于不会产生灰雾的赤外线胶片来说，必须补加30克溴化钾，对于会产生灰雾的胶片来说，溴化钾必须补加到100克。

供选择定影用的显影液具有如下成分：

2号显影液，米吐尔100克，无水亚硫酸盐500克，碳酸钾250克，溴化钾从100克到250克，水加到10公升。我们研究的这种马斯克加工过程是采用一般的彩色显影液来使反转画面变黑，在这种显影液的成分中包括三种扩散性彩色偶合剂：α-萘酚，丁酮酸酯-烃酰氨苯和苯基-甲基邻氮茂酮。把溴化银所形成的剪影进行亮室显影的时候，除了可以还原银粒面外，还可以形成能增大马斯克光学密度的染料。在配方中各种偶合剂的浓度必须选择得使它们同显影反应产物结合起来时，能够形成近似中灰的密度。

3号显影液

甲种药液，四醋酸乙烯二元胺二钠盐10克，硫酸羟氨12克，二乙基对苯二胺硫酸盐50克，水加到5公升。

乙种药液，四醋酸乙烯二元胺二钠盐10克，碳酸钾750克，亚硫酸盐100克，水加到5公升。

工作时将甲种药液同乙种药液混合起来，并向10公升显影液中加入下列物质：

1.青色α-萘酚偶合剂1.5克，2、黄色的Ж型偶氮酚或丁酮酸酯-烃酰氨苯偶合剂5克，3.品红色的苯基-甲基邻氮茂酮偶合剂5克，4.乙基酒精0.5公升，5.氢氧化钠30克，用酒精仔细的溶解各种偶合剂，向药液中补加氢氧化钠浓溶液，混合好以后，把它倒入彩色显影液中。马斯克画面一直显影到需要的密度。往往没有必要进行彻底显影，否则，取得的密度会非常之大。在重复使用加厚显影液的时候，必须在其中将马斯克进行一次实验性显影，如果它在透明部分上有红色调子，那么，应向显影液中补加酒精液溶化0.5克α-萘酚。在10公升药液中，可以轻易的显影120米胶片。显影更多的胶片是不适宜的，因为过多消耗显影液就不能够把画面的溴化银全部还原出来，因而也不能使马斯克具有最大的密度。在显影以后，画面经过水洗，放在3%的醋酸液中加工。加工时间不得超过3分钟，因为在酸液中青色染料会衰弱，因而，马斯克的密度也会减小：其所以需要这样加工，是为了破坏显影液，并为了破坏可能在干燥马斯克时引起彩色灰雾现象的偶合剂。加工后的马斯克经过水洗，在不超过25℃温度下加以干燥。在干燥结束时，应该停止加热，以免引起胶片弯曲。可见，马斯克加工工艺过程可以归结为下列一些程序：

1.根据赤外线胶片的感光程度，在1号显影液中显影3分钟。1.3-1.5的密度是理想的，对马斯克反转工程来说是最佳密度。

2.在2号显影液中进行选择定影的显影，直到画面上同赤外线银幕相应的地方的卤化银完全排除为止。

3.轻微的水洗。

4.在具有100立方厘米的40%的甲醛水和10公升的药槽中进行第一次坚膜。

5.水洗。

6.在含有硫酸的过二硫酸铵中进行反转加工，直到金属银的主要部分溶解。

7.水洗。

8.对画面进行清洁工作，排除乳剂层里在加工过程中形成的难溶于水的杂质。

9.水洗。

10.在第二个碱性坚膜槽中加工，一直坚膜到精致不致于在60℃-70℃温度的水中溶解的程度。

11.水洗。

12.在彩色加厚显影液中显影反转画面，直到形成必要的马斯克密度（一般为5-8分钟）。

13.水洗。

14.在醋酸中加工（为了抑止显影）2-3分钟（冰醋酸300立方厘米、水10公升）。

15.最后水洗，在不超过24℃-25℃的温度下干燥。

5.显影

显影时，硅片上没有感光的感光胶溶解在显影液中，而感光部分保留下来作为腐蚀时的保护膜。根据实践可知，丁酮和三氯化乙烯用作显影液溶剂效果较好，溶解力强。目前都趋向于用丁酮。用三杯丁酮逐杯轮换，1分钟内即可达到显影目的（注意：显影液要经常更新，负责显影不干净）。对于小图形，在曝光后可用正丁醇进行两次冲洗。由于正丁醇能使光刻胶轻微收缩，所以可大大改变图形边缘的平整状况。显影对光刻质量起很重要的作用，若显影时间短，胶膜去不干净；显影时间长，图形会变形。影响显影质量的因素很多，例如：

（1）涂胶时片子过烫，会造成显影困难；

（2）前烘时间过长，温度过高，影响显影（特别是刻铝）质量；

（3）曝光时间长，显影后线条边缘不清晰，线条变细。特别是对比较细的线条，这种现象很明显；

（4）光刻底版的黑度不够，容易造成底膜厚，不易显影。刻铝时造成腐蚀困难。

6.坚膜

显影后，为使留下的胶膜牢固的附着在硅片上，需在180~200℃的温度下进行烘烤。一般烘烤半小时（刻铝烘烤15分钟）即可。实验证明，若缓慢升温到200℃，并保持半小时，然后自然冷却到100℃以下再取出片子，可使膜更坚固，而且可防止胶的细小裂纹所造成的毛刺。

7.腐蚀

腐蚀用于去掉硅片上胶膜部位的氧化层。在操作时，要尽量避免侧向腐蚀和胶层破坏。一般腐蚀因子来衡量腐蚀质量：

                           腐蚀深度

         腐蚀因子（F）=

                         侧向腐蚀宽度

一般认为，F=1可用于生产。图8-2是侧向腐蚀的示意图。

腐蚀液可按被腐蚀材料的不同进行选用，如：

（1）腐蚀二氧化硅

目前最常用的腐蚀液是HF+NH  F+H  O，其配比是HF:NH  F:H  O=3毫升：6克：10毫升

                           4     2                4    2

增加HF，能加快腐蚀速度，但HF过多，则胶层被破坏。腐蚀速度一般不超过40℃。温度在45~50℃时，则产生钻蚀。在40℃时，腐蚀速度约为2000埃/分。腐蚀温度通常以30~35℃为宜。

用另一种腐蚀液NH  HF   (20克）+H  O（30毫升）进行腐蚀也能得到良好的效果。

                  4   2           2

这种腐蚀的腐蚀速度相当快，但对胶层的腐蚀也很严重。

图8-3示出了这种腐蚀液的腐蚀速度曲线。

（2）腐蚀铝

用于铝的腐蚀液目前多用H   PO  ，它具有一定的粘滞性。腐蚀温度一般为80~90℃。

                         3    4

H   PO  适用于腐蚀铝条间距宽的情况，对距窄的铝条用NaOH腐蚀较为适宜。

  3    4

NaOH腐蚀的配制如下：

甲、10%NaOH水溶液加高锰酸钾至饱和。温度为30~40℃。

乙、在无水亚硫酸钠饱和溶液中加几滴H   SO

                                     2    4

腐蚀时，光将片子放入甲溶液中10多秒钟，然后取出片子用去离子水洗净，再放入乙溶液中至黄色氧化层去掉为止。取出后用去离子水洗净，并将片子放入H   PO    中腐蚀，直

                                                            3     4  

至腐蚀干净。用NaOH腐蚀速度快，但横向腐蚀速度大。而用H   PO   腐蚀，只要时间

                                                         3    4    

掌握准确，图形尺寸不会改变。感光胶在H   PO   中很稳定，而且H   PO  对胶和铝

                                       3    4                  3    4    

的界面浸蚀小。但由于铝在H  PO   中起泡很严重，所以铝条间距小还要用NaOH进行腐

                          3    4              

蚀。目前已逐渐采用超声腐蚀，能较好地解决上述腐蚀法存在的问题。因为超声腐蚀的速度快，所以温度一般要低一些。

（3）腐蚀镍-铬

腐蚀液Ce   (SO   )    +HNO   +H   O=1克+1毫升+10毫升。

          2    4   3       3     2

腐蚀温度为40℃，腐蚀时间依镍-铬层的厚度而定。在制造镍-铬电阻时，腐蚀时间不可过长，否则由于侧向腐蚀会使阻值增大。所以为防止这种弊病发生，往往采用边腐蚀边测量的方法。

8.去胶

对于二氧化硅的胶层，可直接放在浓H   SO   中煮开，然后用去离子水冲洗干净。对铝

                                   2    4            

和镍-铬上的胶，一般放在发烟硝酸中浸泡约一分钟，然后将铝表面用丙酮棉轻轻擦拭，而镍-铬表面用丝绒布察拭干净。

8.3光致抗蚀剂

光致抗蚀剂对光刻质量的影响很大，因此要求它须具备以下特性：

（1）光敏性，即在一定的光谱范围内，应对光照很敏感。光照后使胶改变原来的特性，以达到解像的目的；

（2）抗腐蚀性，即在一定的腐蚀液中不被腐蚀；

（3）分辨率高、附着力强等。

1.光致抗蚀剂的成分

光致抗蚀剂是高分子化合物，分子量为15000~20000，它在紫外光作用下产生交链状结构，由单个高分子连起来成网状结构，因此不溶于显影液而具有抗腐蚀性。

光致抗蚀剂由三种成分组成：

1）抗蚀剂（聚乙烯醇肉桂酸酯）；2）增感剂（硝基卮）；3）溶剂（环乙酮）。

1）聚乙烯肉桂酸酯

聚乙烯肉桂酸酯是由聚乙烯加肉桂酸经酯化反应生成的：

其中起感光作用的，主要是分子团

分子团中的双键在光照下吸收能量，把双键打开产生交键，变成不溶于显影液的网状高分子化合物，它能抗腐蚀，反应式是：

2)5-硝基卮或为硝基稀释剂或为硝基漆

加入5-硝基卮主要是为了增加感光性能。其分子式为：

它本身不参加交链，且无抗腐蚀作用。增感剂在光刻胶中的含量一般为0.5~1%，含量大多会降低抗腐蚀作用，造成肉眼看不到的针孔。增感剂在显影时被溶解。

3）环乙酮

环乙酮的毒性小、溶解力强、挥发性适宜，且很便宜，因而常用作溶剂。另外如甲基溶质剂、乙基溶质剂也可作为溶剂，但它们的挥发性小，所以用胶和烘烤时间均可长些。

2.光致抗蚀剂的配制

光致抗蚀剂的配方，根据不同需要一般的选配比是：树脂5~10%，增感剂0.5~1%，环乙酮90~95%。增感剂不易过多，否则产生针孔多。若溶剂环乙酮的含量多，则胶稀，针孔多，但解像力强，分辨率高。根据不同需要，下面举出几种典型的配方：

管子与电路类型      树脂    5-硝基卮    环乙酮

高频大功率           1          0.06       10

高频小功率           1          0.04       12

低速固体电路         1          0.06        10.5

高速固体电路         1          0.05       14

也可视图形尺寸来选配光致抗蚀剂：

图形尺寸                                     树脂                  5-硝基卮

图形尺寸小于10微米，氧化层厚度小于4000埃     1                    0.06

图形尺寸大于10微米                             1                   0.04

3.光致抗蚀剂的基本特性

感光性：对紫外光感光能力强，对可见光感光慢。图8-4所示为相对感光度曲线。

外观：浅黄色，疏松粉末或纤维状。光致抗蚀剂在环乙酮中溶解10%时，呈透明状；在波长324毫微米时，其光密度不小于0.574。它不溶于水，能溶于有机溶剂；在一般的酸、碱中稳定，但与浓硝酸会发生作用。

4.影响光致抗蚀剂分辨率的因素

分辨率的定义如图8-5所示。

其中△L=L   -L

          0    1

因为L   ≈L，所以△L=L   -L

      1                0

影响分辨率的因素：

（1）曝光，要求光线平行，且垂直于胶面；

（2）光刻底版与硅片接触适当，硅片不平、弯曲及硅片、胶上有小颗粒，涂胶不匀都会影响版与硅片的接触；

（3）光刻底版，底版黑色部分的透射率越低越好；

（4）胶膜的厚薄，胶膜越薄分辨率越高，反之会因为衍射而引起侧向聚合反应而降低分辨率；

（5）曝光时间，分辨率与曝光时间成正比；

（6）显影液，要求显影液对未曝光部分的胶的溶解力越强越好；

（7）衬底表面的反射，衬底表面对光的反射如图8-6所示。

二氧化硅和铝对光的反射差别很大，因此分辨率也有很大差别，所以铝的曝光时间应比二氧化硅短。

8.4光刻中存在的问题及其影响

1.存在的问题及产生原因

1）针孔、小岛及断条（见图8-7）。

这些缺陷产生的原因很多，主要是由于二氧化硅表面层或感光胶中存在微粒（不溶物），以及掩膜本身存在缺陷所造成，例如氧化层不致密、有色斑；感光胶过稀过薄；掩膜本身有针孔；曝光不足；显影不完全等都会造成针孔、小岛、断条等缺陷。

2）钻蚀、毛刺、脱胶、发花

脱胶（图8-8）主要是二氧化硅表面与感光胶附着不牢所致。如涂胶前片子表面处理的不干净，水分大，前烘温度不高，抗蚀剂变质、前烘温度和坚膜温度过高等都会引起脱胶。

3）图形起皱、变形（亦称发虚）

产生这些现象的主要原因是：胶不干，前烘时间短，温度不够高，光刻胶过厚等易引起起皱。曝光时间过长，曝光不足，底版与硅片接触不紧等易引起图形发虚。往往在相同条件下，同一片子有虚有皱，这是涂胶不匀所致。

2.对电路的影响

1）断条，断条会破坏隔离作用，造成各管的集电极互通。

2）针孔，针孔会降低击穿电压，甚至穿通，造成电路短路，是影响产品成品率的重要原因之一。

3）小岛，小岛会造成基极和发射极穿通，还会产生接触不良等现象。

4）钻蚀，钻蚀会引起电阻条不均匀，电学性能降低等等。

九、隔离技术

9.1概述

由于集成电路中的晶体管、二极管、电阻等元件是制作在同一半导体衬底片上，而这些元件所处的电位又不相同，因此必须将它们在电性能方面隔离开来。

详细内容见苏联《彩色电影》，戈尔陀夫斯基编，中国电影出版社1962年出版

使用下面的冲洗胶卷的方法可以用来制作光刻掩膜。

表16

编号      工序名称             进行时间（以分钟计）     药液和水的温度（以度计）

1         彩色显影  直到取得0.86±0.04格码为止，或采用按照规定时间加工的方法，进行六分钟。18±0.5                                                                              

2         水洗                15-20                           10±5

3         漂白                5~6                            16±2

4         水洗                5~6                              10±5

5         定影                10                              16±2

6         最后水洗           15-20                           10±5

表17

编号      工序名称             进行时间（以分钟计）     药液和水的温度（以度计）

1         彩色显影           11~11.5                          18±0.5                                                                              

2         水洗                0.4~0.5                          10±5

3         定影                12~15                            16±2

4         水洗               10~12                              10±5

5         漂白               5~6                              16±2

6          水洗             5~6                               10±5

7          定影              3~4                               16±2

8         最后水洗           15~20                             10±5

我们将多层彩色底片电影胶片的照相加工所使用的各种药液配方列示如下。

彩色显影液

二乙基对苯二胺硫酸盐2.8±0.2克，无水亚硫酸钠2.4±0.4克，碳酸钾80.0±10克，溴化钾2.5±0.4克，硫酸羟氨1.25±0.2克，六偏磷酸钠1.2±0.2克，水1公升。

漂白剂

赤血盐80克，一代硫酸钾4.4克，二代硫酸钠3.2克，水1公升。

定影液

结晶硫代硫酸钠200.0克，水1公升。

多层彩色正片电影胶片的照相加工方案见表17.

表19

编号      工序名称             进行时间（以分钟计）     药液和水的温度（以度计）

1         黑白显影           12~15                          18±0.5                                                                              

2         水洗                10~15                       不超过12

3         曝光               20~30秒                   使用三个日光灯泡：两个放在乳剂层方面，一个放在片基方面。

4        彩色显影               10~12                         18±0.5

5         水洗                 2                           不得超过12

6         定影                8                            不得超过18

7         水洗                6                            不得超过12

8         漂白                6                            18

9         水洗                 6                           不得超过12

10         定影                8                           18

11       水洗                  12                          不得超过12

12       干燥                  15~20                                                                                                                    

药液配方：黑白显影液，

米吐尔2克，对苯二酚4克，无水硫酸钠25克，无水碳酸钠25克，溴化钾2克，水1公升。

彩色显影液：二乙基对苯二胺硫酸盐3克，硫酸羟氨1.2克，无水亚硫酸钠2.4克，碳酸钾60克，溴化钾1克，水1公升。

定影液：硫代硫酸钠250克，无水亚硫酸钠40克，硫酸（比重1.84）1.5~2毫升，水1公升。

漂白液：赤血盐50克，溴化钾20克，水1公升。

尼克菲快速加工彩色正片的工序数、顺序和进行时间以及温度规范示于表20.

表20

编号      工序名称             进行时间（以分钟计）     药液和水的温度（以度计）

1         显影                10~11                          18                                                                            

2         水洗                0.5~1                          8~6

3         定影               9~10                           15~19

4        漂白（减薄）           3~4                      15~19

5         水洗                 12~15                       8~18

这种过程总的加工时间（干燥时间除外）为34.5~41分钟。

药液配方，彩色显影液：

二乙基对苯二胺硫酸盐3克，硫酸羟氨1克，碳酸钾10克，无水亚硫酸钠2.4克，四醋酸乙炼二元胺二钠盐1.2克，溴化钾2.0克，水1公升。

定影液：结晶硫代硫酸钠200克，结晶亚硫酸钠40克，液体重硫酸钠5~6毫升，硫酸（比重1.84）1.5毫升，水1公升。

漂白液：赤血盐10克，水1公升。

放在潮湿空气或润湿药剂中的影片可以重新获得本身的弹性和降低收缩量，经常加以润湿的影片能够很好的抗阻机械作用和变形作用，并能降低纵横方向的收缩量，从而使它们的使用期限增长25~30%以上。

清洁影片用的药液

溶剂的名称   在23摄氏度时与乙醚挥发度相比的挥发度  机器油的溶解度   可燃性  

对下列各项的影响         与水的可混性

                                  片基    乳剂    画面              

三氯甲烷   2.6  这些溶剂能够 燃烧 有螺纹 这些溶剂  没有

溶解3%以上的              对精胶层

机器油，这可              没有影响。

以保证影片消

除油渍。

甲基氯    2.7                不燃                  没有

四氯化碳  3.0               不燃 没有影响          没有              3.5

二氯乙烷  4.1               燃烧 有轻微螺纹（硝酸片基）没有         10

硫酸乙醚   1.0              燃烧  同上                没有                                                    

汽油       3.5              燃烧   没有影响             没有

甲苯       6.1              燃烧   有轻微螺纹         没有

二甲苯     13.5             燃烧