微电子器件与工艺课程设计

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，=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。,设计任务,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。,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,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,由击穿电压VCBO确定N C，也可根据公式计算，,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。,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,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,写出每一步的操作方法和工艺参数,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,1、硅片清洗,2、氧化,选用晶向P型硅,氧化薄层二氧化硅，作掩蔽膜用,氧化层厚度测量可以通过 比色法或者椭圆偏振法,3、光刻基区,在掩蔽膜上光刻出基区窗口,涂光刻胶1-2um，950到450转/分钟,100-140摄氏度坚膜20-30分钟,用紫外光曝光，200W曝光25S,用有机溶剂或者等离子体去胶,4、磷预扩散,P,6、去氧化层,5、磷再扩散,7、氧化,薄氧化层做掩蔽膜,8、光刻发射区,9、硼预扩散,开发射区窗口,10、硼再扩散,11、去氧化层,12、沉积保护层,氧化工艺,13、光刻金属引线孔,14、金属化(反刻金属）,15、光刻金属接触孔,16、参数检测,用蒸镀或者溅射方法 沉积金属层,