微电子器件与工艺课程设计课件.ppt

1、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

2、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X

3、jc,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、发确定基区、发射区、集电区射区、集电区的杂质浓度的杂质浓度确定基区宽度确定基区宽度验证验证 值是否符合设计要求，不合要值

4、是否符合设计要求，不合要求重新确定以上参数求重新确定以上参数计算扩散结深计算扩散结深Xjc,Xje以及基区、以及基区、发射区面积发射区面积计算基区和发射区分别所需的扩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全面验证各种参数是否符合要求确定各区的少子确定各区的少子寿命，扩散系数，寿命，扩散系数，扩散长度扩散长度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

5、浓度图）查qTkD0DL 由击穿电压VCBO确定N C，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)(2biDADAspnbiDAADspbiDADAsnVNNNNqKxxWVNNNNqKxVNNNNqKx2.晶体管的纵向设计晶体管的纵向设计 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

6、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。n采用硅平面工艺制备PN结的主要工艺过程 N Si N+(a)(a)抛光处理后的抛光处理后的N N型硅晶片型硅晶片 N+(b)(b)采用干法或湿法氧化采用干法或湿法氧化 工艺的晶片氧化层制作工艺的晶片氧化层制作 光刻胶 N Si SiO2 N+(c)(c)光刻胶层匀胶及坚膜光刻胶层匀胶及坚膜 （d)d)图形掩膜、曝光图形掩膜、曝光 光刻胶 掩模板 紫外光 N Si SiO2 N+n Si P Si N Si 光刻胶 SiO2SiO

7、2 N+N+(e)(e)曝光后去掉扩散窗口曝光后去掉扩散窗口膜的晶片膜的晶片（f)f)腐蚀腐蚀SiOSiO2 2后的晶片后的晶片 N Si SiO2 N+P Si N Si SiO2金属 N+N Si SiO2 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

8、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P型硅cm 7且氧化薄层二氧化硅，

9、作掩蔽膜用分钟清洗号洗液用10,16:1:1:22223OHOHOHNHmC2.0,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319105cm表面杂质浓度P212106.9cm杂质浓度6、去氧化层5、磷再扩散mXc8j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320105.1cm表面杂质浓度214104cm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mX4je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