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1、微電子器件與工藝課程設(shè)計,設(shè)計一個均勻摻雜的pnp型雙極晶體管，使T=300K時，=100。VCEO=15V,VCBO=70V. 晶體管工作于小注入條件下，最大集電極電流為IC=5mA。設(shè)計時應(yīng)盡量減小基區(qū)寬度調(diào)制效應(yīng)的影響。,設(shè)計任務(wù),具體要求：,1、制造目標：發(fā)射區(qū)、基區(qū)、集電區(qū)的摻雜濃度；發(fā)射 結(jié)及集電結(jié)的結(jié)深；基區(qū)寬度；集電結(jié)及發(fā)射結(jié)的面積。 2、工藝參數(shù)設(shè)計：設(shè)計的基本原理，基本公式，工藝過程；發(fā)射區(qū) 和基區(qū)的擴散溫度、擴散時間及相應(yīng)的氧化層厚度，氧化溫度及時間。 3、晶體管的結(jié)構(gòu)圖及版圖：版圖標準尺寸為15cmX15cm，版圖上有功能區(qū)及定位孔，包括基區(qū)版圖、發(fā)射區(qū)版圖，接觸孔

2、版圖（發(fā)射極和基極）及3張版圖重合的投影圖。,4、總體制造方案：清洗氧化光刻（光刻基區(qū)）硼預擴散硼再擴散（基區(qū)擴散） 去氧化膜 氧化工藝 光刻（光刻發(fā)射區(qū)）磷預擴散磷再擴散（發(fā)射區(qū)擴散） 去氧化膜 沉積保護層光刻（光刻接觸孔）金屬化光刻（光刻接觸電極）參數(shù)檢測,設(shè)計要求,1了解晶體管設(shè)計的一般步驟和設(shè)計原則 2根據(jù)設(shè)計指標選取材料，確定材料參數(shù)，如發(fā)射區(qū)摻雜濃度NE, 基區(qū)摻雜濃度NB,集電區(qū)摻雜濃度NC, 根據(jù)各區(qū)的摻雜濃度確定少子的擴散系數(shù)，遷移率，擴散長度和壽命等。 3根據(jù)主要參數(shù)的設(shè)計指標確定器件的縱向結(jié)構(gòu)參數(shù)，如集電區(qū)厚度Wc，基本寬度Wb，發(fā)射極寬度We和擴散結(jié)深Xjc, 發(fā)射結(jié)結(jié)

3、深Xje等。,設(shè)計要求,4根據(jù)擴散結(jié)深Xjc, 發(fā)射結(jié)結(jié)深Xje等確定基區(qū)和發(fā)射區(qū)預擴散和再擴散的擴散溫度和擴散時間；由擴散時間確定氧化層的氧化溫度、氧化厚度和氧化時間。 5根據(jù)設(shè)計指標確定器件的圖形結(jié)構(gòu)，設(shè)計器件的 圖形尺寸，繪制出基區(qū)、發(fā)射區(qū)和金屬接觸孔的光刻版圖。 6. 根據(jù)現(xiàn)有工藝條件，制定詳細的工藝實施方案。 7撰寫設(shè)計報告,晶體管設(shè)計過程，實際上就是根據(jù)現(xiàn)有的工藝水平，材料水平，設(shè)計水平和手段以及所掌握的晶體管的有關(guān)基本理論，將用戶提出的或預期要得到的技術(shù)指標或功能要求，變成一個可實施的具體方案的過程。,,確定基區(qū)、發(fā)射區(qū)、集電區(qū)的雜質(zhì)濃度,確定基區(qū)寬度,驗證值是否符合設(shè)計要求，不

4、合要求重新確定以上參數(shù),計算擴散結(jié)深Xjc, Xje以及基區(qū)、發(fā)射區(qū)面積,,計算基區(qū)和發(fā)射區(qū)分別所需的擴散時間，氧化層厚度、氧化時間,,全面驗證各種參數(shù)是否符合要求,,,,確定各區(qū)的少子壽命，擴散系數(shù)，擴散長度,,1.材料結(jié)構(gòu)常數(shù)設(shè)計,確定材料參數(shù)，如發(fā)射區(qū)摻雜濃度NE, 基區(qū)摻雜濃度NB,集電區(qū)摻雜濃度NC, 根據(jù)各區(qū)的摻雜濃度確定少子的擴散系數(shù)，遷移率，擴散長度和壽命等。 （根據(jù)壽命-摻雜濃度圖，擴散長度-摻雜濃度圖 遷移率-摻雜濃度圖）查,由擊穿電壓VCBO確定N C，也可根據(jù)公式計算，,考慮穿通電壓：教材297頁 三極管的擊穿電壓是雪崩擊穿電壓和穿通電壓中較小的一個,2. 晶體管的縱向

5、設(shè)計,雙極晶體管是由發(fā)射結(jié)和集電結(jié)兩個PN結(jié)組成的，晶體管的縱向結(jié)構(gòu)就是指在垂直于兩個PN結(jié)面上的結(jié)構(gòu)，如圖1所示。因此，縱向結(jié)構(gòu)設(shè)計的任務(wù)有兩個：首先是選取縱向尺寸，即決定襯底厚度Wt、集電區(qū)厚度WC、 基區(qū)厚度WB、 擴散結(jié)深Xje 和Xjc等；其次是確定縱向雜質(zhì)濃度和雜質(zhì)分布，即確定集電區(qū)雜質(zhì)濃度NC、 襯底雜質(zhì)濃度Nsub、 表面濃度NES, NBS 以及基區(qū)雜質(zhì)濃度分布NB() 等，并將上述參數(shù)轉(zhuǎn)換成生產(chǎn)中的工藝控制參數(shù)。,采用硅平面工藝制備PN結(jié)的主要工藝過程,(a)拋光處理后的N型硅晶片,(b)采用干法或濕法氧化 工藝的晶片氧化層制作,(c)光刻膠層勻膠及堅膜,（d)圖形掩膜、曝

6、光,(e)曝光后去掉擴散窗口膜的晶片,（f)腐蝕SiO2后的晶片,(g)完成光刻后去膠的晶片,,(h)通過擴散（或離子注入）形成 P-N結(jié),(i)蒸發(fā)/濺射金屬,（j） P-N 結(jié)制作完成,采用硅平面工藝制備結(jié)的主要工藝過程,三、晶體管的橫向設(shè)計,重點： 設(shè)計光刻基區(qū)和光刻發(fā)射區(qū)和光刻金屬化接觸孔的掩模版,4。工藝步驟設(shè)計,寫出每一步的操作方法和工藝參數(shù),,,,,,,,WB,,,P,+,N,P,,E,,C,,,,W,,,,E,B,C,,,,,,,,,,E,B,C,,,,硅片清洗氧化光刻基區(qū) 磷預擴散磷再擴散（基區(qū)擴散） 去氧化膜 氧化工藝光刻發(fā)射區(qū) 硼預擴散硼再擴散（發(fā)射區(qū)擴散） 去氧化膜 沉

7、積保護層光刻接觸孔 金屬化光刻接觸電極參數(shù)檢測,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,定位孔,,定位孔,,發(fā)射區(qū),AE =3umX3um,,,,,,,定位孔,基區(qū),AB =5umX5um,,,,定位孔,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,定位孔,,,定位孔,,基區(qū)引線孔,,,發(fā)射區(qū)引線孔,集電區(qū)引線孔,,,,,,,,,,E,,B,C,,,定位孔,定位孔,,,,接觸孔,AB =5umX5um,AC =3umX3um,AE =8umX8um,1、硅片清洗,2、氧化,選用晶向P型硅,氧化薄層二氧化硅，作掩蔽膜用,氧化層厚度測量可以通過 比色法或者橢圓偏振法,3、光刻基區(qū),在掩蔽膜上光刻出基區(qū)窗口,涂光刻膠1-2um，950到450轉(zhuǎn)/分鐘,100-140攝氏度堅膜20-30分鐘,用紫外光曝光，200W曝光25S,,,,用有機溶劑或者等離子體去膠,,,4、磷預擴散,P,6、去氧化層,5、磷再擴散,7、氧化,薄氧化層做掩蔽膜,8、光刻發(fā)射區(qū),9、硼預擴散,開發(fā)射區(qū)窗口,10、硼再擴散,11、去氧化層,12、沉積保護層,氧化工藝,13、光刻金屬引線孔,14、金屬化(反刻金屬）,15、光刻金屬接觸孔,16、參數(shù)檢測,用蒸鍍或者濺射方法 沉積金屬層,