微电子器件与工艺课程设计

微 电 子 器 件 与 工 艺 课 程 设 计 n 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 W c， 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 n 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 qTkD 0 DL 由 击 穿 电 压 VCBO确 定 N C， 也 可 根 据 公 式 计 算 ，低 掺 杂 边NVBR 1 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 210 210 210 )(2 )(2 )(2 biDA DAspn biDAA Dsp biDAD Asn VNN NNqKxxW VNNN NqKx VNNN NqKx 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 N sub、 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 。 n 采 用 硅 平 面 工 艺 制 备 PN结 的 主 要 工 艺 过 程 N Si N + (a)抛 光 处 理 后 的 N型 硅 晶 片 N+ (b)采 用 干 法 或 湿 法 氧 化 工 艺 的 晶 片 氧 化 层 制 作 光 刻 胶 N Si SiO2 N+ (c)光 刻 胶 层 匀 胶 及 坚 膜 （ d)图 形 掩 膜 、 曝 光 光 刻 胶 掩 模 板 紫 外 光 N Si SiO2 N+ n Si P Si N Si 光 刻 胶 SiO2 SiO2 N+ N+ (e)曝 光 后 去 掉 扩 散 窗 口膜 的 晶 片 （ f)腐 蚀 SiO2后 的 晶 片 N Si SiO2 N+ P Si N Si SiO2金 属 N+N Si SiO 2 N+ N Si P Si SiO2金 属 金 属 N + (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 计硅 片 清 洗 氧 化 光 刻 （ 光刻 基 区 ） 磷 预 扩 散磷 再 扩 散 （ 基 区 扩散 ）刻 蚀 二 氧化 硅硅 片氧 化 光 刻 发 射区硼 预扩 散 硼 再 扩 散（ 发 射 区扩 散 ） 光 刻（ 光 刻接 触 孔 ） 金 属 化 光 刻 （ 光刻 接 触 电极 ）参 数检 测写 出 每 一 步 的 操 作 方法 和 工 艺 参 数 WBP+ N PE CW EBC EBC 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 EBC定 位 孔定 位 孔接触孔 AB =5umX5umAC =3umX3umAE =8umX8um 1、 硅 片 清 洗2、 氧 化 选 用 晶 向 P型 硅cm7且氧 化 薄 层 二 氧 化 硅 ， 作 掩 蔽 膜 用分 钟清 洗号 洗 液用 10,1 6:1:1: 22223 OHOHOHNH mC 2.0 ,min111100氧 化 层 厚 度氧 化氧 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 Cs8001183预 扩 散 温 度预 扩 散 时 间 319105 cm表 面 杂 质 浓 度P 212106.9 cm杂 质 浓 度 6、 去 氧 化 层5、 磷 再 扩 散 mX c 8j 结 深 Cs125023184再 扩 散 温 度再 扩 散 时 间 后 再 通 氮 气11min,干氧- 36min湿氧-11min干氧7、 氧 化 薄 氧 化 层 做 掩 蔽 膜2同 工 艺 步 骤酸 洗 或 者 碱 洗 去 氧 化 层 8、 光 刻 发 射 区9、 硼 预 扩 散 开 发 射 区 窗 口 Cs9501354预 扩 散 温 度预 扩 散 时 间 320105.1 cm表 面 杂 质 浓 度 214104 cm杂 质 浓 度 3同 工 艺 步 骤10、 硼 再 扩 散 Cs125023184再 扩 散 温 度再 扩 散 时 间 mX 4je 结 深 后 再 通 氮 气17min,干氧- min22湿氧-17min干氧 11、 去 氧 化 层12、 沉 积 保 护 层 氧 化 工 艺 13、 光 刻 金 属 引 线 孔 2同 工 艺 步 骤 3同 工 艺 步 骤光 刻 工 艺酸 洗 或 者 碱 洗 去 氧 化 层 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 0CBCEO BVBV 、值 ， 以 及测 出 输 出 特 性 曲 线 ，在 晶 体 管 图 示 仪 下 测 量 3同 工 艺 步 骤 光 刻 工 艺