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，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。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qTkD0DL由击穿电压VCBO确定NC，也可根据公式计算，低掺杂边NVBR1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210210210])(2[])(2[])(2[biDADAspnbiDAADspbiDADAsnVNNNNqKxxWVNNNNqKxVNNNNqKx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NSiN+(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SiSiO2N+(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SiSiO2N+nSiPSiNSi光刻胶SiO2SiO2N+N+(e)曝光后去掉扩散窗口膜的晶片（f)腐蚀SiO2后的晶片NSiSiO2N+PSiNSiSiO2金属N+NSiSiO2N+NSiPSiSiO2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+NPECWEBCEBC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=8umX8um1、硅片清洗2、氧化选用晶向111P型硅cm7且氧化薄层二氧化硅，作掩蔽膜用分钟清洗号洗液用10,16:1:1::22223OHOHOHNHmC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Cs8001183预扩散温度预扩散时间319105cm表面杂质浓度P212106.9cm杂质浓度6、去氧化层5、磷再扩散mXc8j结深Cs125023184再扩散温度再扩散时间cXj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Cs9501354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Cs125023184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jeX11、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0CBCEOBVBV、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