微电子器件与工艺课程设计.ppt

微电子器件与工艺课程设计 设计一个均匀掺杂的pnp型双极晶体管，使T=300K时，β=100。VCEO=15V,VCBO=70V. 晶体管工作于小注入条件下，最大集电极电流为IC=5mA。设计时应尽量减小基区宽度调制效应的影响。 具体要求： 1、制造目标：发射区、基区、集电区的掺杂浓度；发射 结及集电结的结深；基区宽度；集电结及发射结的面积。 2、工艺参数设计：设计的基本原理，基本公式，工艺过程；发射区 和基区的扩散温度、扩散时间及相应的氧化层厚度，氧化温度及时间。 3、晶体管的结构图及版图：版图标准尺寸为15cmX15cm，版图上有功能区及定位孔，包括基区版图、发射区版图，接触孔版图（发射极和基极）及3张版图重合的投影图。  4、总体制造方案：清洗→氧化→光刻（光刻基区）→硼预扩散→硼再扩散（基区扩散） → 去氧化膜→ 氧化工艺→ 光刻（光刻发射区）→磷预扩散→磷再扩散（发射区扩散） → 去氧化膜→ 沉积保护层→光刻（光刻接触孔）→金属化→光刻（光刻接触电极）→参数检测 设计要求 1．了解晶体管设计的一般步骤和设计原则 2．根据设计指标选取材料，确定材料参数，如发射区掺杂浓度NE, 基区掺杂浓度NB,集电区掺杂浓度NC, 根据各区的掺杂浓度确定少子的扩散系数，迁移率，扩散长度和寿命等。 3．根据主要参数的设计指标确定器件的纵向结构参数，如集电区厚度Wc，基本宽度Wb，发射极宽度We和扩散结深Xjc, 发射结结深Xje等。 设计要求 4．根据扩散结深Xjc, 发射结结深Xje等确定基区和发射区预扩散和再扩散的扩散温度和扩散时间；由扩散时间确定氧化层的氧化温度、氧化厚度和氧化时间。 5．根据设计指标确定器件的图形结构，设计器件的 图形尺寸，绘制出基区、发射区和金属接触孔的光刻版图。 6. 根据现有工艺条件，制定详细的工艺实施方案。 7．撰写设计报告 晶体管设计过程，实际上就是根据现有的工艺水平，材料水平，设计水平和手段以及所掌握的晶体管的有关基本理论，将用户提出的或预期要得到的技术指标或功能要求，变成一个可实施的具体方案的过程。 1.材料结构常数设计 确定材料参数，如发射区掺杂浓度NE, 基区掺杂浓度NB,集电区掺杂浓度NC, 根据各区的掺杂浓度确定少子的扩散系数，迁移率，扩散长度和寿命等。 （根据寿命-掺杂浓度图，扩散长度-掺杂浓度图 迁移率-掺杂浓度图）查 考虑穿通电压：教材297页 三极管的击穿电压是雪崩击穿电压和穿通电压中较小的一个 2. 晶体管的纵向设计 双极晶体管是由发射结和集电结两个PN结组成的，晶体管的纵向结构就是指在垂直于两个PN结面上的结构，如图1所示。因此，纵向结构设计的任务有两个：首先是选取纵向尺寸，即决定衬底厚度Wt、集电区厚度WC、 基区厚度WB、 扩散结深Xje 和Xjc等；其次是确定纵向杂质浓度和杂质分布，即确定集电区杂质浓度NC、 衬底杂质浓度Nsub、 表面浓度NES, NBS 以及基区杂质浓度分布NB(?) 等，并将上述参数转换成生产中的工艺控制参数。 三、晶体管的横向设计 重点： 设计光刻基区和光刻发射区和光刻金属化接触孔的掩模版 4。工艺步骤设计 WB P + N P E C W E B C E B C 硅片清洗→氧化→光刻基区 →磷预扩散→磷再扩散（基区扩散） →去氧化膜→ 氧化工艺→光刻发射区 →硼预扩散→硼再扩散（发射区扩散） → 去氧化膜→ 沉积保护层→光刻接触孔 →金属化→光刻接触电极→参数检测 定位孔 定位孔 发射区 AE =3umX3um 定位孔 基区 AB =5umX5um 定位孔 定位孔 定位孔 基区引线孔 发射区引线孔 集电区引线孔 E B C 定位孔 定位孔 接触孔 AB =5umX5um AC =3umX3um AE =8umX8um * * 设计任务 确定基区、发射区、集电区的杂质浓度 确定基区宽度 验证?值是否符合设计要求，不合要求重新确定以上参数 计算扩散结深Xjc, Xje以及基区、发射区面积 计算基区和发射区分别所需的扩散时间，氧化层厚度、氧化时间 全面验证各种参数是否符合要求 确定各区的少子寿命，扩散系数，扩散长度 由击穿电压VCBO确定N C，也可根据公式计算， 采用硅平面工艺制备PN结的主要工艺过程 (a)抛光处理后的N型硅晶片 (b)采用干法或湿法氧化 工艺的晶片氧化层制作 (c)光刻胶层匀胶及坚膜 （d)图形掩膜、曝光 (e)曝光后去掉扩散窗口膜的晶片 （f)腐蚀SiO2后的晶片 (g)完成光刻后去胶的晶片 (h)通过扩散（或离子注入）形成 P-N结 (i)蒸发/溅射金属 （j） P-N 结制作完成 采用硅平面工艺制备结的主要工艺过程 硅片清