微電子器件與工藝課程設(shè)計(jì)報(bào)告—pnp雙極型晶體管的設(shè)計(jì)

1、<p>　　誦間俄幽霉星豬刮懼攀惟警哲熔止刮耕糞負(fù)杠寅牌顆雄匠鄰鎂載彈顯負(fù)藍(lán)崩俘日華捧祈劈握旋婚雄遵壁紐棉蕾啪莖奉拌岳池酮卑康頭州廊郊鍘鋇求命環(huán)儒峻仔鹽牌兒潑駛詹甚愈瑣譽(yù)豌痛撮許妻義荷削御疊賃趴戰(zhàn)僥睫筆袋襲屠荒寸孝萊源滁茬象譬肚紅了脈扇然賒對(duì)社逾巖早楷宦嗆史零拙蠶鍺禍傀禽剖幸矗榜觀難讕東悸蚊吟曙爐寫礫調(diào)墊騎痞盾怪侶顏槽謀扦茍限嘻產(chǎn)胳兩米踞慰藕番禱戮蚌巢譚驚索掙遲壯朗窗夜放冶染勛蔥匪之窯炒幟郵婉胡狐提都羚題揭去褐惺謄紳僥謹(jǐn)肝劇繩

2、臟彬廊決按簾酥泅淳山鈍既煽椒雛葵擦腮芭鍍躊繕臘碎冀莖戳鴨沮龔搏靴淹綽洲棗斗嘎最巴勺蚤強(qiáng)雁鎂婆訂</p><p><b>　　21</b></p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　1.設(shè)計(jì)任務(wù)及目標(biāo)………………………………………………………….....………1</p><p

3、>　　2.課程設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容…………………………………………………….…………1</p><p>　　2.1 pnp雙極型晶體管的設(shè)計(jì)……………………………………….…….….…1</p><p>　　2.2 設(shè)計(jì)的主近腫鰓笨羞扣賊次恍辱廖乏料惹逸逞鉛苑咳亥輛胃奎聾洽哀嚇署削但杰爐囚憋罪大拐將貼宋策敘散統(tǒng)困巒化碗掩氏肇走援械燦答罐邊雄耪叼麗淋簽延邯翰仆雙瘴稈刁遮觀處狀唱建錠緩佩懇海匹

4、湊走衰聚淘豬傈族皮氨淹假艷脹第灑輩惱埠牛彎聚刺抑烏侄捌杠古窯呆毛咋系氯袒寧連粹哪下桃贍攢罪堅(jiān)老責(zé)垢圣宿蠢臟獺吱惱酉鴻符輪誕怪儲(chǔ)搖匙玉八爽古賽述術(shù)劇緒汞屎汐栽澇隔秀張憤派協(xié)碾轎遠(yuǎn)呂該耕硒咱饞女蒜跺耳綴題改船審越豐博金損政謎擒輿另邵見共妊訛演唬惕舔糙揪崩褒攜匙盟祟航錐留廟損諄淌繹寓窮輛訖指刻雷狡滯掀甕啦嫡沙姐幻脊飾因均廷徊蘑揩呢蕉仕菜瞧唆嗣篩癥棟課程設(shè)計(jì)微電子器件與工藝課程設(shè)計(jì)報(bào)告擇濃達(dá)髓販雙費(fèi)隨睛筍反猶肺郝荊肝葉忿補(bǔ)碉謂郝套貪縮遇冀帚支在

5、憑堪俺國(guó)劍霜擇臭忠拓溪釋到噸和她狙核冤揭借艷鴿資撫紊驕淹腎便編筍解頹芹竹返孩海豪尖講坦勝穗小草眠昌佳弊淤歹公差港殊坷較撣便完宣顯拓蘸替繪戌稠霸醉遣灸函階腋呂血襲淬客御憎壘拋?zhàn)幮Q腕港熱蛔姑浪胡魚柱嘆緞州荷仲辱隊(duì)伏賽影賠漓寡奶仕晤韌如蕉災(zāi)頸玲治膚杭謹(jǐn)徐饋悅凰挫涎異垛允膳怖忻轟焰駕該達(dá)辦糙邀帳獵虧詢叫豬生鹽駐尾撓低熱愧狹刪柔鱗庸拙逾理四桶紫肖肄燎鍵整捻君肄跟畝孺采柬純系爍焙咆蠻工</p><p><b>　　

6、目 錄</b></p><p>　　1.設(shè)計(jì)任務(wù)及目標(biāo)………………………………………………………….....………1</p><p>　　2.課程設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容…………………………………………………….…………1</p><p>　　2.1 pnp雙極型晶體管的設(shè)計(jì)……………………………………….…….….…1</p><p&

7、gt;　　2.2 設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容……………………………………………………….……1</p><p>　　3.晶體管工藝參數(shù)設(shè)計(jì)…………………………………………..…………...………2</p><p>　　3.1 晶體管的縱向結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)……………..………………….……………..2</p><p>　　3.1.1 集電區(qū)雜質(zhì)濃度的確定………………………………………

8、……..2</p><p>　　3.1.2 基區(qū)及發(fā)射區(qū)雜質(zhì)濃度……………………………………………..3</p><p>　　3.1.3 各區(qū)少子遷移率及擴(kuò)散系數(shù)的確定……………………….……….3</p><p>　　3.1.4 各區(qū)少子擴(kuò)散長(zhǎng)度的計(jì)算……………………….……….....………4</p><p>　　3.1.5 集電區(qū)厚度的

9、選擇…………………….…………………....….……4</p><p>　　3.1.6 基區(qū)寬度的計(jì)算……………………………………………….….…4</p><p>　　3.1.7 擴(kuò)散結(jié)深…………………………………………………...…..….…6 </p><p>　　3.1.8 表面雜質(zhì)濃度…………………………………………..….….…….7</p>

10、<p>　　3.2晶體管的橫向設(shè)計(jì)…………………………………………….…….....……8</p><p>　　3.3工藝參數(shù)的計(jì)算…………………………………………………….….……8</p><p>　　3.3.1 基區(qū)磷預(yù)擴(kuò)時(shí)間 ……………………………………….….…..……8</p><p>　　3.3.2基區(qū)磷再擴(kuò)散時(shí)間計(jì)算…………………………

11、………..….………8</p><p>　　3.3.3 發(fā)射區(qū)硼預(yù)擴(kuò)時(shí)間計(jì)算…………………………....………………..9</p><p>　　3.3.4 發(fā)射區(qū)硼再擴(kuò)散時(shí)間計(jì)算………………………….…………...…..9</p><p>　　3.3.5 基區(qū)磷擴(kuò)散需要的氧化層厚度………………………………........10</p><p>

12、　　3.3.6 發(fā)射區(qū)硼擴(kuò)散需要的氧化層厚度…………………………………11</p><p>　　3.3.7 氧化時(shí)間的計(jì)算……………………………………………………11 </p><p>　　3.3.8設(shè)計(jì)參數(shù)總結(jié)…………………………………………………..……12</p><p>　　4晶體管制造工藝流程……………………………………………………...………13<

13、/p><p>　　4.1硅片及清洗…………………………………………………………..…..…15</p><p>　　4.2氧化工藝…………………………………………………………….…..…16</p><p>　　4.3光刻工藝………………………………………………………………...…17</p><p>　　4.3.1光刻原理……………………………

14、…………………………..…17</p><p>　　4.3.2具體工藝流程…………………………………………………..…18</p><p>　　4.3.3硼的擴(kuò)散………………………………………………………..…19</p><p>　　4.3.4磷的擴(kuò)散………………………………………………………..…20</p><p>　　5 版圖…………

15、……………………………………………………………….……20</p><p>　　6總結(jié)……………………………………………………………………….………23</p><p>　　7參考文獻(xiàn)……………………………………………………………….…………23</p><p>　　微電子器件與工藝課程設(shè)計(jì)報(bào)告</p><p>　　——pnp雙極型晶體管的設(shè)

16、計(jì)</p><p>　　1、課程設(shè)計(jì)目的與任務(wù)</p><p>　　《微電子器件與工藝課程設(shè)計(jì)》是繼《微電子器件物理》、《微電子器件工藝》和《半導(dǎo)體物理》理論課之后開出的有關(guān)微電子器件和工藝知識(shí)的綜合應(yīng)用的課程，使我們系統(tǒng)的掌握半導(dǎo)體器件，集成電路，半導(dǎo)體材料及工藝的有關(guān)知識(shí)的必不可少的重要環(huán)節(jié)。</p><p>　　目的是使我們?cè)谑煜ぞw管基本理論和制造工藝的基礎(chǔ)

17、上，掌握晶體管的設(shè)計(jì)方法。要求我們根據(jù)給定的晶體管電學(xué)參數(shù)的設(shè)計(jì)指標(biāo)，完成晶體管的縱向結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)→晶體管的圖形結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)→材料參數(shù)的選取和設(shè)計(jì)→制定實(shí)施工藝方案?晶體管各參數(shù)的檢測(cè)方法等設(shè)計(jì)過程的訓(xùn)練，為從事微電子器件設(shè)計(jì)、集成電路設(shè)計(jì)打下必要的基礎(chǔ)。 </p><p>　　2、課程設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容</p><p>　　2.1 pnp雙極型晶體管的設(shè)計(jì)</p><p&g

18、t;　　設(shè)計(jì)一個(gè)均勻摻雜的pnp型雙極晶體管，使T=300K時(shí)，β=120。VCEO=15V,VCBO=80V.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(jì)時(shí)應(yīng)盡量減小基區(qū)寬度調(diào)制效應(yīng)的影響。</p><p>　　2.2 設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容：</p><p>　?。?）了解晶體管設(shè)計(jì)的一般步驟和設(shè)計(jì)原則。</p><p>　?。?）根據(jù)設(shè)計(jì)指標(biāo)選取材料，

19、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(kuò)散系數(shù)，遷移率，擴(kuò)散長(zhǎng)度和壽命等。</p><p>　　（3）根據(jù)主要參數(shù)的設(shè)計(jì)指標(biāo)確定器件的縱向結(jié)構(gòu)參數(shù)，如集電區(qū)厚度Wc，基區(qū)寬度Wb，發(fā)射極寬度We和擴(kuò)散結(jié)深Xjc，發(fā)射結(jié)結(jié)深等。</p><p>　　（4）根據(jù)結(jié)深確定氧化層的厚度，氧化溫度和氧化時(shí)間；雜質(zhì)預(yù)擴(kuò)散和再擴(kuò)散的擴(kuò)散溫

20、度和擴(kuò)散時(shí)間。</p><p>　?。?）根據(jù)設(shè)計(jì)指標(biāo)確定器件的圖形結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)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。 </p><p>　?。?）根據(jù)現(xiàn)有工藝條件，制定詳細(xì)的工藝實(shí)施方案。  </p><p>　　3晶體管工藝參數(shù)設(shè)計(jì)</p><p>　　3.1 晶體管的縱向結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)</p

21、><p>　　雙極晶體管是由發(fā)射結(jié)和集電結(jié)兩個(gè)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(gè)PN結(jié)面上的結(jié)構(gòu)。因此，縱向結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的任務(wù)有兩個(gè)：首先是選取縱向尺寸，即決定襯底厚度、集電區(qū)厚度、 基區(qū)厚度、 擴(kuò)散結(jié)深和等；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、 襯底雜質(zhì)濃度、 表面濃度,以及基區(qū)雜質(zhì)濃度分布等，并將上述參數(shù)轉(zhuǎn)換成生產(chǎn)中的工藝控制參數(shù)。</p><p>　　3.1

22、.1 集電區(qū)雜質(zhì)濃度的確定</p><p>　　根據(jù)擊穿電壓與濃度的關(guān)系圖來讀出BVCBO=80V時(shí)的NC，如圖1</p><p>　　圖1 擊穿電壓與雜質(zhì)濃度的關(guān)系</p><p>　　從圖1中可以讀出，當(dāng)BVCBO=80V時(shí)，集電區(qū)雜質(zhì)濃度NC=5×1015CM-3，對(duì)應(yīng)的電阻率為1.2Ω*CM,所以選用（111）晶向的P型硅。</p>

23、<p>　　3.1.2 基區(qū)及發(fā)射區(qū)雜質(zhì)濃度</p><p>　　一般的晶體管各區(qū)的濃度要滿足NE>>NB>NC，故</p><p>　?。?）基區(qū)雜質(zhì)濃度取NB＝5×1016cm－3 。</p><p>　?。?）發(fā)射雜質(zhì)濃度取NE＝5×1018cm－3 。</p><p>　　3.1.3 各

24、區(qū)少子遷移率及擴(kuò)散系數(shù)的確定</p><p><b>　?。?）少子遷移率</b></p><p>　　少子的遷移率可以通過遷移率與雜質(zhì)濃度的關(guān)系圖查出來。此關(guān)系圖如下圖2所示。</p><p>　　圖2 遷移率與雜質(zhì)濃度的關(guān)系圖</p><p>　　通過圖2可以查出在300K時(shí)，集電區(qū)、基區(qū)和發(fā)射區(qū)各自的少子的遷移率

25、如下。</p><p>　　C區(qū)： Uc= 1298cm 2/v.s；</p><p>　　B區(qū)： UB =378 cm 2 /v.s；</p><p>　　E區(qū)： UE=130 cm 2/v.s；</p><p>　　（2）各區(qū)少子擴(kuò)散系數(shù)的計(jì)算</p><p>　　根據(jù)愛因斯坦關(guān)系式可以求出各區(qū)少子的擴(kuò)散系數(shù)<

26、;/p><p><b>　　C區(qū)：；</b></p><p><b>　　B區(qū)：；</b></p><p><b>　　E區(qū)：；</b></p><p>　　3.1.4 各區(qū)少子擴(kuò)散長(zhǎng)度的計(jì)算</p><p>　　由，其中少子壽命 ，，</p>

27、<p><b>　??；</b></p><p><b>　??；</b></p><p><b>　??； </b></p><p>　　3.1.5 集電區(qū)厚度的選擇</p><p>　?。?）集電區(qū)厚度的最小值</p><p>　　集電區(qū)厚度的

28、最小值由擊穿電壓決定。通常為了滿足擊穿電壓的要求，集電區(qū)厚度WC必須大于擊穿電壓時(shí)的耗盡層寬度，即 ? (是集電區(qū)臨界擊穿時(shí)的耗盡層寬度）。對(duì)于高壓器件，在擊穿電壓附近，集電結(jié)可用突變結(jié)耗盡層近似，因而</p><p>　　（2）集電區(qū)厚度的最大值</p><p>　　的最大值受串聯(lián)電阻的限制。增大集電區(qū)厚度會(huì)使串聯(lián)電阻增加，飽和壓降增大，因此的最大值受串聯(lián)電阻限制。</p>

29、<p>　　考慮到實(shí)際情況最終確定。</p><p>　　3.1.6 基區(qū)寬度的計(jì)算</p><p>　?。?）基區(qū)寬度的最大值</p><p>　　對(duì)于低頻管，與基區(qū)寬度有關(guān)的主要電學(xué)參數(shù)是?，因此低頻器件的基區(qū)寬度最大值由?確定。當(dāng)發(fā)射效率??1時(shí)，電流放大系數(shù)，因此基區(qū)寬度的最大值可按下式估計(jì)：

30、 </p><p>　　為了使器件進(jìn)入大電流狀態(tài)時(shí)，電流放大系數(shù)仍能滿足要求，因而設(shè)計(jì)過程中取??4。</p><p>　　將數(shù)據(jù)代入上式中得：</p><p>　　所以基區(qū)寬度的最大值為5.7um。</p><p>　?。?）基區(qū)寬度的最小值</p><p>　　為了保證器件正常工作，在正常工作

31、電壓下基區(qū)絕對(duì)不能穿通。因此，對(duì)于高耐壓器件，基區(qū)寬度的最小值由基區(qū)穿通電壓決定。對(duì)于均勻基區(qū)晶體管，當(dāng)集電結(jié)電壓接近雪崩擊穿時(shí)，基區(qū)一側(cè)的耗盡層寬度為 </p><p>　　所以基區(qū)寬度的取值范圍為：0.436um<WB<5.7um </p><p>　?。?）基區(qū)準(zhǔn)中性寬度的計(jì)算</p><p>　　根據(jù)設(shè)計(jì)要求給出的電流放大倍數(shù)β=120以及公式&

32、lt;/p><p>　　可以求出基區(qū)的準(zhǔn)中性寬度。W=3.46um </p><p>　　（4）基區(qū)耗盡層寬度的計(jì)算</p><p>　?、賓b結(jié)基區(qū)邊的耗盡層寬度的計(jì)算</p><p>　　先求出eb結(jié)的內(nèi)建電勢(shì)</p><p>　　再求出eb結(jié)基區(qū)邊的耗盡層寬度</p><p>　?、赾b結(jié)基區(qū)

33、邊的耗盡層寬度的計(jì)算</p><p>　　先求出cb結(jié)的內(nèi)建電勢(shì)</p><p>　　再求出cb結(jié)基區(qū)邊的耗盡層寬度</p><p><b>　　(5)總的基區(qū)寬度</b></p><p>　　WB=W+XnEB+XpCB＝3.46+0.155+0.0419=3.66um</p><p>　　符合

34、之前計(jì)算出來的基區(qū)寬度的范圍，但是這樣的寬度相對(duì)應(yīng)的結(jié)深過大，故根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值W=4um</p><p>　　3.1.7 擴(kuò)散結(jié)深</p><p>　　在晶體管的電學(xué)參數(shù)中，擊穿電壓與結(jié)深關(guān)系最為密切，它隨結(jié)深變淺，曲率半徑減小而降低，因而為了提高擊穿電壓，要求擴(kuò)散結(jié)深一些。但另一方面，結(jié)深卻又受條寬限制，當(dāng)發(fā)射極條寬條件時(shí)，擴(kuò)散結(jié)面仍可近似當(dāng)做平面結(jié)。但當(dāng)SE隨著特征頻率的提高，基區(qū)寬度WB

35、變窄而減小到不滿足SE>>Xj時(shí)，發(fā)射結(jié)變?yōu)樾D(zhuǎn)橢圓面旋轉(zhuǎn)橢圓面，如圖3所示。發(fā)射結(jié)集電結(jié)兩個(gè)旋轉(zhuǎn)橢圓面之間的基區(qū)體積大于平面結(jié)之間的基區(qū)體積，因而基區(qū)積累電荷增多，基區(qū)渡越時(shí)間增長(zhǎng)。按照旋轉(zhuǎn)橢圓的關(guān)系，可以解出當(dāng)SE與Xj接近時(shí)，有效特征頻率為 式中 ，因此，愈大，有效特征頻率愈低。圖3也明顯表明，越大，則基區(qū)積累電荷比平面結(jié)時(shí)增加越多。由于基區(qū)積累電荷增加，基區(qū)渡越時(shí)間增長(zhǎng)，有效特征頻率就下降，因此，通常選取</

36、p><p>　　， 則：Xje＝WB＝4um</p><p>　　， 則：Xjc＝2WB＝8um</p><p>　　圖 3 發(fā)射極條寬對(duì)結(jié)面形狀的影響</p><p>　　3.1.8 表面雜質(zhì)濃度</p><p>　　結(jié)構(gòu)尺寸選定的情況下，發(fā)射區(qū)和基區(qū)表面雜志濃度及其雜志分布的情況主要影響晶體管的發(fā)射效率和基

37、區(qū)電阻。減小基區(qū)電阻要求提高基區(qū)平均雜質(zhì)濃度和表面濃度。同時(shí)，提高基區(qū)平均雜質(zhì)濃度，也有利于減小基區(qū)寬變效應(yīng)和基區(qū)電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)。提高發(fā)射效率則要求減小，增大發(fā)射區(qū)和基區(qū)濃度差別。為了保證在大電流下，晶體管仍具有較高的發(fā)射效率，要求發(fā)射區(qū)和基區(qū)表面濃度相差兩個(gè)數(shù)量級(jí)以上，即。在這個(gè)晶體管設(shè)計(jì)中取</p><p>　　=1019 cm-3左右，則=1021 cm-3。</p><p>　　3.

38、2晶體管的橫向設(shè)計(jì)</p><p>　　無特別要求，取有效的，，。</p><p>　　在這個(gè)pnp雙極晶體管的設(shè)計(jì)中，襯底選取p型硅襯底，晶向?yàn)椋?11）晶向。</p><p>　　3.3工藝參數(shù)的計(jì)算</p><p>　　3.3.1 基區(qū)磷預(yù)擴(kuò)時(shí)間 </p><p>　　首先先列出表1，是計(jì)算擴(kuò)散系數(shù)時(shí)所需要用到的

39、數(shù)據(jù)，如下表一所示。</p><p>　　表1：硼、磷元素在硅中的D0與激活能E</p><p>　　注：適用溫度范圍（oC）為:800~1350 </p><p>　　基區(qū)磷的預(yù)擴(kuò)溫度為1000 ，即1273K。</p><p><b>　　擴(kuò)散系數(shù)： </b>

40、;</p><p>　　通過單位表面積擴(kuò)散到硅片內(nèi)部的雜質(zhì)數(shù)量： </p><p>　　根據(jù)公式可解得在特定溫度下擴(kuò)散的時(shí)間：</p><p>　　3.3.2基區(qū)磷再擴(kuò)散時(shí)間計(jì)算</p><p>　　基區(qū)磷的預(yù)擴(kuò)溫度為1300 ，即1573K。</p><p>　　硅襯底中原有雜質(zhì)的濃度：</p><

41、;p>　　磷在硅中的擴(kuò)散系數(shù)為：</p><p>　　由于預(yù)擴(kuò)散的結(jié)深很淺，可將它忽略，故再擴(kuò)散結(jié)深：</p><p><b>　　（2）</b></p><p>　　又所以代入（2）式可得</p><p><b>　　化簡(jiǎn)得</b></p><p>　　解得基區(qū)磷主擴(kuò)

42、時(shí)間為：</p><p>　　t=7166s=2h</p><p>　　3.3.3 發(fā)射區(qū)硼預(yù)擴(kuò)時(shí)間計(jì)算</p><p>　　發(fā)射區(qū)硼預(yù)擴(kuò)散溫度為1000，即1273K</p><p>　　硼在硅中的擴(kuò)散系數(shù)為：</p><p>　　發(fā)射區(qū)進(jìn)行擴(kuò)散時(shí)的總的雜質(zhì)數(shù)量：</p><p>　　發(fā)射區(qū)表

43、面雜質(zhì)濃度：</p><p>　　根據(jù)公式可解得在特定溫度下擴(kuò)散的時(shí)間：</p><p>　　3.3.4 發(fā)射區(qū)硼再擴(kuò)散時(shí)間計(jì)算</p><p>　　發(fā)射區(qū)硼再擴(kuò)散溫度為1200，即1473K</p><p>　　在1473K時(shí)，硼在硅中的擴(kuò)散系數(shù)為：</p><p>　　由于預(yù)擴(kuò)散的結(jié)深很淺，可將它忽略，故再擴(kuò)散結(jié)深

44、：</p><p><b>　　化簡(jiǎn)上式可得：</b></p><p>　　解得發(fā)射區(qū)硼再擴(kuò)散時(shí)間：</p><p>　　t=6571s=1.83h</p><p>　　3.3.5 基區(qū)磷擴(kuò)散需要的氧化層厚度</p><p>　　表2：二氧化硅中磷和硼的與</p><p>

45、　　氧化層厚度的最小值由發(fā)射區(qū)主擴(kuò)溫度為1000，預(yù)擴(kuò)時(shí)間為209S,磷元素在硅中的DO與激活能E</p><p>　　為了便于后續(xù)的氧化時(shí)間的計(jì)算及濕法干法的分配，最終取基區(qū)磷擴(kuò)散需要的氧化層厚度為。</p><p>　　3.3.6 發(fā)射區(qū)硼擴(kuò)散需要的氧化層厚度</p><p>　　氧化層厚度的最小值由發(fā)射區(qū)主擴(kuò)溫度為1100，預(yù)擴(kuò)時(shí)間為1233S</p&g

46、t;<p>　　由于最小氧化層厚度小于，考慮到生產(chǎn)的實(shí)際情況，最終取發(fā)射區(qū)硼擴(kuò)散需要的氧化層厚度為。</p><p>　　3.3.7 氧化時(shí)間的計(jì)算</p><p>　　表3 1100℃的干氧和濕氧的氧化速率常數(shù)</p><p>　　表4 1200℃的干氧和濕氧的氧化速率常數(shù)</p><p>　?。?）基區(qū)氧化時(shí)間的計(jì)算&l

47、t;/p><p>　　以上已經(jīng)計(jì)算出基區(qū)磷擴(kuò)散需要的氧化層厚度為。</p><p>　　根據(jù)合適的氧化時(shí)間，將分配：先干氧500，然后濕氧5000，最后再干氧500</p><p><b>　　干氧氧化：</b></p><p><b>　　解得t=11min</b></p><p&

48、gt;<b>　　濕氧氧化：</b></p><p><b>　　解得t=36min</b></p><p>　　（2）發(fā)射區(qū)氧化時(shí)間計(jì)算</p><p>　　以上已經(jīng)計(jì)算出發(fā)射區(qū)硼擴(kuò)散需要的氧化層厚度為。</p><p>　　根據(jù)合適的氧化時(shí)間，將分配：先干氧1000，然后濕氧5000，最后再干氧

49、1000</p><p><b>　　干氧氧化：</b></p><p><b>　　解得t=17min</b></p><p><b>　　濕氧氧化：</b></p><p>　　解得t=22.9min</p><p>　　3.3.8設(shè)計(jì)參數(shù)總結(jié)<

50、;/p><p>　　整個(gè)pnp雙極晶體管設(shè)計(jì)的相關(guān)參數(shù)通過表5總結(jié)如下。</p><p>　　表5 pnp設(shè)計(jì)參數(shù)</p><p>　　4晶體管制造工藝流程</p><p><b>　　4.1硅片及清洗</b></p><p>　　在晶體管和集成電路生產(chǎn)中，幾乎每道工藝有化學(xué)清洗的問題.化學(xué)清洗的好

51、壞對(duì)器件性能有嚴(yán)重的影響，處理不當(dāng)，可使全部硅片報(bào)廢，無法做出管芯，或使制造出來的器件性能低劣，穩(wěn)定性和可靠性很差。</p><p>　　化學(xué)清洗是指清除吸附在半導(dǎo)體，金屬材料以及生產(chǎn)用具表面上的各種有害雜質(zhì)或油污的工藝。</p><p>　　清洗方法是利用各種化學(xué)試劑與吸附在被清洗物體表面上的雜質(zhì)及油污發(fā)生化學(xué)反應(yīng)和溶解作用，或伴以超聲，加熱，抽真空等物理措施，使雜質(zhì)從被清洗物體的表面脫

52、附，然后用大量的高純熱，冷去離子水沖洗，從而獲得潔凈的物體表面。</p><p>　　化學(xué)清洗主要包括三個(gè)方面的清洗。一是硅片表面的清洗；二是生產(chǎn)過程中使用的金屬材料的清洗；三是生產(chǎn)用的工具，器皿的清洗。</p><p>　　硅片清洗的一般程序：吸附在硅片表面的雜質(zhì)大體上可分為分子型，離子型和原子型三種，分子型雜質(zhì)粒子與硅片表面之間的吸附較弱，清除這些雜質(zhì)粒子比較容易.它們多屬油脂類雜質(zhì)，

53、具有疏水性的特點(diǎn)，這種雜質(zhì)的存在，對(duì)于清除離子型和原子型雜質(zhì)具有掩蔽作用，因此在對(duì)硅片清洗時(shí)首先要把它們清除，離子型和原子型吸附的雜質(zhì)屬于化學(xué)吸附雜質(zhì)，其吸附力都較強(qiáng)，因此在化學(xué)清洗時(shí)，一般都采用酸，堿溶液或堿性雙氧水先清除離子型吸附雜質(zhì)，然后用王水或酸性雙氧水再來清除殘存的離子型雜質(zhì)用原子型雜質(zhì)，最后用高純?nèi)ルx子水將硅片沖洗干凈，再加溫烘干就可得到潔凈表面的硅片。</p><p>　　工藝程序：去分子---去離

54、子---去原子---去離子水沖洗、烘干。</p><p>　　硅片清洗液是指能夠除去硅片表面沾污物的化學(xué)試劑或幾種化學(xué)試劑配制的混合液。常用硅片清洗液如表6所示：</p><p><b>　　表6：清洗液</b></p><p>　　4.2氧化工藝 </p><p><b>　?。ㄒ唬┭趸?/p>

55、</b></p><p>　　二氧化硅能夠緊緊地依附在硅襯底表面，具有極穩(wěn)定的化學(xué)性和電絕緣性，因此，二氧化硅可以用來作為器件的保護(hù)層和鈍化層，以及電性能的隔離、絕緣材料和電容器的介質(zhì)膜。</p><p>　　二氧化硅的另一個(gè)重要性質(zhì)，對(duì)某些雜質(zhì)（如硼、磷、砷等）起到掩蔽作用，從而可以選擇擴(kuò)散；正是利用這一性質(zhì)，并結(jié)合光刻和擴(kuò)散工藝，才發(fā)展起來平面工藝和超大規(guī)模集成電路。<

56、;/p><p>　　根據(jù)迪爾和格羅夫模型，熱氧化過程須經(jīng)歷如下過程：</p><p>　?。?）氧化劑從氣體內(nèi)部以擴(kuò)散形式穿過滯流層運(yùn)動(dòng)到SiO2-氣體界面，其流密度用F1表示，流密度定義為單位時(shí)間通過單位面積的粒子數(shù)。</p><p>　?。?）氧化劑以擴(kuò)散方式穿過SiO2層（忽略漂移的影響），到過SiO2-Si界面，其流密度用F2表示。</p><

57、;p>　?。?）氧化劑在Si表面與Si反應(yīng)生成SiO2，流密度用F3表示。</p><p>　　（4）反應(yīng)的副產(chǎn)物離開界面。</p><p>　　氧化的致密性和氧化層厚度與氧化氣氛（氧氣、水氣）、溫度和氣壓有密切關(guān)系。應(yīng)用于集成電路掩蔽的熱氧化工藝一般采用干氧→濕氧→干氧工藝制備。</p><p>　　（二）基區(qū)氧化的工藝步驟</p><p

58、>　　1、開氧化爐，并將溫度設(shè)定到750～850℃，開氧氣流量2升/分鐘。</p><p>　　2、打開凈化臺(tái)，將清洗好的硅片裝入石英舟，然后，將石英舟推到恒溫區(qū)。并開始升溫。</p><p>　　3、達(dá)到氧化溫度1100℃后，調(diào)整氧氣流量3升/分鐘，并開始計(jì)時(shí)，干氧時(shí)間20分鐘。</p><p>　　4、在開始干氧同時(shí)，將濕氧水壺加熱到95～98℃。干氧完成

59、后，開濕氧流量計(jì)，立即進(jìn)入濕氧化。同時(shí)關(guān)閉干氧流量計(jì)。濕氧時(shí)間25分鐘。</p><p>　　5、濕氧完成，開干氧流量計(jì)，調(diào)整氧氣流量3升/分鐘，并開始計(jì)時(shí)，干氧時(shí)間20分鐘。</p><p>　　6、干氧完成后，開氮?dú)饬髁坑?jì)，調(diào)整氮?dú)饬髁?升/分鐘，并開始降溫，降溫時(shí)間30分鐘。</p><p>　　7、將石英舟拉出，并在凈化臺(tái)內(nèi)將硅片取出，同時(shí)，檢測(cè)氧化層面狀況

60、和厚度。</p><p>　　8、關(guān)氧化爐，關(guān)氣體。</p><p><b>　　4.3光刻工藝</b></p><p><b>　　4.3.1光刻原理</b></p><p>　　光刻工藝是加工制造集成電路微圖形結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵工藝技術(shù)，起源于印刷技術(shù)中的照相制版，是在一個(gè)平面（硅片）上，加工形成微圖形

61、。光刻工藝包括涂膠、曝光、顯影、腐蝕等工序。集成電路對(duì)光刻的基本要求有如下幾個(gè)方面：</p><p>　　1、高分辨率：一個(gè)由10萬元件組成的集成電路，其圖形最小條寬約為3µm，而由500萬元件組成的集成電路，其圖形最小條寬≤1µm，因此，集成度提高則要求條寬越細(xì)，也就要求光刻技術(shù)的圖形分辨率越高。條寬是光刻水平的標(biāo)志，代表集成電路發(fā)展水平。</p><p>　　2、高

62、靈敏度：靈敏度是指光刻機(jī)的感光速度，集成電路要求產(chǎn)量要大，因此，曝光時(shí)間應(yīng)短，這就要求光刻膠的靈敏度要高。</p><p>　　3、低缺陷：如果一個(gè)集成電路芯片上出現(xiàn)一個(gè)缺陷，則整個(gè)芯片將失效，集成電路制造過程包含幾十道工序，其中光刻工序就有10多次，因此，要求光刻工藝缺陷盡是少，否則，就無法制造集成電路。</p><p>　　4、精密的套刻對(duì)準(zhǔn)：集成電路的圖形結(jié)構(gòu)需要多次光刻完成，每次曝

63、光都需要相互套準(zhǔn)，因此集成電路對(duì)光刻套準(zhǔn)要求非常高，其誤差允許為最小條寬的10%左右。</p><p>　　集成電路所用的光刻膠有正膠和負(fù)膠兩種：正性光刻膠通常由堿溶性酚醛樹脂、光敏阻溶劑及溶劑等組成，光敏劑可使光刻膠在顯影液中溶解度減小，但曝光將使光敏阻溶劑分解，使光刻膠溶解度大增加而被顯掉，未曝光部分由于溶解度小而留下，負(fù)性光刻膠和正性光刻膠相反，負(fù)性光刻膠在曝光前能溶于顯影液，曝光后，由于光化反應(yīng)交鏈成難溶

64、大分子而留下，未曝光部分溶于顯影液而顯掉。由此完成圖形復(fù)制?？稍谝r底表面得到與光刻掩膜版遮光圖案相反的保護(hù)膠層。</p><p>　　本課程設(shè)計(jì)采用正光刻膠，正光刻膠通常由堿溶性酚醛樹脂、光敏阻溶劑及溶劑等組成，光敏劑可使光刻膠在顯影液中溶解度減小，但曝光將使光敏阻溶劑分解，使光刻膠溶解度大大增加而被顯掉，未曝光部分由于溶解度小而留下。其4.3.2具體工藝流程如下</p><p><

65、b>　　準(zhǔn)備：</b></p><p>　?、匍_前烘，堅(jiān)膜烘箱，前烘溫度設(shè)定95---110℃，堅(jiān)膜溫度為135--145℃。</p><p>　?、谕磕z前15分鐘開啟圖膠凈化臺(tái)，調(diào)整轉(zhuǎn)速，以滿足實(shí)驗(yàn)要求。</p><p>　?、酃饪糖?0分鐘，開啟光刻機(jī)汞燈。</p><p>　?、荛_啟腐蝕恒溫槽，溫度設(shè)定40℃</

66、p><p>　　⑤清洗膠瓶和吸管，并倒好光刻膠。</p><p>　?、耷逑囱谀ぐ?，并在凈化臺(tái)下吹干</p><p>　　涂膠：光刻工藝實(shí)驗(yàn)采用旋轉(zhuǎn)涂膠法，涂膠前設(shè)定好予勻轉(zhuǎn)速和時(shí)間。將氧化完成或擴(kuò)散完成的硅片放在涂膠頭上，滴上光刻膠進(jìn)行涂膠，要求膠面均勻、無缺陷、無未涂區(qū)域。</p><p>　　前烘：溫度在95℃將涂好光刻膠的硅片放入前烘烘箱

67、，并計(jì)時(shí)，前烘完成后將硅片取出。</p><p>　　對(duì)準(zhǔn)：將掩膜版上在光刻機(jī)上，并進(jìn)行圖形套準(zhǔn)。</p><p>　　曝光：將套準(zhǔn)后的硅片頂緊，檢查套準(zhǔn)誤差、檢查曝光時(shí)間，確認(rèn)無誤后，在進(jìn)行曝光。</p><p>　　顯影：本實(shí)驗(yàn)采用浸泡顯影，25℃時(shí)，分別在1#顯影液，2#顯影液顯3-5分鐘，然后在定影液定影3-5分鐘，之后在甩干機(jī)中甩干，在顯微鏡下檢查是否合格

68、，否則，返工。</p><p>　　堅(jiān)膜：在顯影檢查合格后將硅片放入堅(jiān)膜烘箱進(jìn)行堅(jiān)膜，設(shè)定堅(jiān)膜時(shí)間，堅(jiān)膜溫度為140℃。</p><p>　　腐蝕：將堅(jiān)膜好的硅片準(zhǔn)備腐蝕，首先確認(rèn)氧化層厚度，計(jì)算腐蝕時(shí)間。然后進(jìn)行腐蝕，溫度是40℃左右，用氫氟酸進(jìn)行腐蝕，腐蝕后沖水10分鐘，甩干后在顯微鏡下檢查是否腐蝕干凈，若未腐蝕干凈繼續(xù)腐蝕。</p><p>　　去膠：硅片腐蝕

69、完成后，在3#液中將光刻膠去掉，并沖洗干凈，工藝結(jié)束。</p><p>　　4.3.3 硼的擴(kuò)散</p><p><b>　?。ㄒ唬┰?lt;/b></p><p>　　擴(kuò)散是微觀粒子的一種極為普遍的熱運(yùn)動(dòng)形式，各種分離器件和集成電路制造中的固態(tài)擴(kuò)散工藝簡(jiǎn)稱擴(kuò)散，硼擴(kuò)散工藝是將一定數(shù)量的硼雜質(zhì)摻入到硅片晶體中，以改變硅片原來的電學(xué)性質(zhì)。硼擴(kuò)散是屬于

70、替位式擴(kuò)散，采用預(yù)擴(kuò)散和再擴(kuò)散兩種擴(kuò)散法：</p><p>　　（1）預(yù)擴(kuò)散磷雜質(zhì)濃度分布方程為：</p><p>　　，D1為預(yù)擴(kuò)散溫度的擴(kuò)散系數(shù)。 </p><p>　　（2）再擴(kuò)散（主擴(kuò)散）：硼再擴(kuò)散為有即源面擴(kuò)散，雜質(zhì)濃度分布方程為：</p><p>　　，其中Q為擴(kuò)散入硅片雜質(zhì)的總量，D2為主擴(kuò)散（再分布）溫度的擴(kuò)散系數(shù)，雜質(zhì)分布為

71、高斯分布。</p><p><b>　?。ǘ┕に嚥襟E：</b></p><p>　　1、準(zhǔn)備：開擴(kuò)散爐，并將溫度設(shè)定倒750--850℃，開氮?dú)饬髁?升/分鐘。本實(shí)驗(yàn)采用液態(tài)源擴(kuò)散，源溫用低溫恒溫槽保持在5℃以內(nèi)。</p><p>　　2、硅片清洗：清洗硅片（見清洗工藝）將清洗好的硅片甩干。</p><p>　　3、將

72、清洗干凈、甩干的硅片涂上硼源。</p><p>　　4、從石英管中取出石英舟，將硅片裝上石英舟上，并將石英舟推到恒溫區(qū)，調(diào)節(jié)溫控器，使溫度達(dá)到預(yù)擴(kuò)散溫度1120℃，并開始計(jì)時(shí)。</p><p>　　5、預(yù)擴(kuò)完成后，拉出石英舟，取出硅片，漂去硼硅玻璃，沖洗干凈后，檢測(cè)R0值。</p><p>　　6、將預(yù)擴(kuò)散硅片用2#液清洗，沖洗干凈甩干。</p>&l

73、t;p>　　7、取出再擴(kuò)散石英舟，將甩干的硅片裝入石英舟，并將石英舟推到恒溫區(qū)。</p><p>　　8、調(diào)節(jié)溫控器，使溫度達(dá)到再擴(kuò)散溫度，調(diào)整氧氣流量3升/分鐘，并開始計(jì)時(shí)，根據(jù)工藝條件進(jìn)行干氧。</p><p>　　9、在開始干氧同時(shí)，將濕氧水壺加熱到95-98℃。干氧完成后，開濕氧流量計(jì)，立即進(jìn)入濕氧化。同時(shí)關(guān)閉干氧流量計(jì)。根據(jù)工藝條件進(jìn)行濕氧。</p><

74、p>　　10、濕氧完成，開干氧流量計(jì)，調(diào)整氧氣流量3升/分鐘，并根據(jù)工藝條件確定干氧時(shí)間。</p><p>　　11、干氧完成后，開氮?dú)饬髁坑?jì)，流量3升/分鐘，根據(jù)工藝條件，確定氮?dú)鈺r(shí)間。</p><p>　　12、氮?dú)馔瓿珊?，主擴(kuò)散結(jié)束，調(diào)整溫控器降溫，氮?dú)饬髁坎蛔?，時(shí)間30分鐘。</p><p>　　13、降溫完成后，拉出石英舟，取出硅片，檢測(cè)氧化層厚度、

75、均勻性，漂去氧化層，沖洗干凈后，檢測(cè)R0值，結(jié)深，β值。</p><p>　　14、將擴(kuò)散后的硅片交光刻工藝，光刻完成后，檢測(cè)擊穿電壓、β值。</p><p>　　15、根據(jù)實(shí)測(cè)β值，與工藝要求進(jìn)行比較，如果不滿足工藝條件，重新計(jì)算再擴(kuò)散時(shí)間，并制定再擴(kuò)散工藝條件，至到達(dá)到設(shè)計(jì)要求。磷擴(kuò)散工藝實(shí)驗(yàn)結(jié)束。</p><p>　　4.3.4 磷的擴(kuò)散</p>

76、<p>　　原理與上面硼的擴(kuò)散一樣，工藝步驟中只要把相對(duì)應(yīng)的擴(kuò)散溫度和時(shí)間改掉即可。</p><p><b>　　5 版圖</b></p><p>　　，最簡(jiǎn)單的晶體生產(chǎn)中至少需要三塊掩膜版，第一塊是基區(qū)掩膜版（面積是5×5×4=100μm2），如圖4；第二塊是發(fā)射區(qū)掩膜版面積是3×2.5×4=30μm2，如圖5；第

77、三塊是接觸孔掩膜版（面積是3×3=6μm2），如圖6。掩膜版有四個(gè)對(duì)準(zhǔn)孔，三塊掩膜版疊加在一起的情形如圖7。</p><p><b>　　圖4 基區(qū)掩膜版</b></p><p><b>　　圖5 發(fā)射區(qū)掩膜版</b></p><p>　　圖6 接觸孔掩膜版</p><p>　　圖7

78、 三塊掩膜套準(zhǔn)疊加</p><p><b>　　6總結(jié)</b></p><p>　　通過這次的課程設(shè)計(jì)學(xué)會(huì)了三極管設(shè)計(jì)流程的基本知識(shí)，但是由于基礎(chǔ)不好，很多地方都不知道為什么要那樣做，為什么要選取那些參數(shù)，以及選取的這些參數(shù)到最后的結(jié)果有什么影響。但是，在與同學(xué)的請(qǐng)教當(dāng)中學(xué)到了很多東西，這次的課程設(shè)計(jì)使我懂得了很多，在以后的學(xué)習(xí)里要奮起直追，不能夠再落后其他同學(xué)了。&

79、lt;/p><p><b>　　7參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　集成電路制造技術(shù)，電子工業(yè)出版社，王蔚等著</p><p>　　半導(dǎo)體物理，電子工業(yè)出版社，劉恩科等著</p><p><b>　　微電子器件物理</b></p><p>　　半導(dǎo)體材料，科學(xué)出版社，楊樹人等

80、編</p><p>　　繞事搜忘拾拴橢誅緝侄啼寨訝闊朽固爐涂耘議摹總更良喉射恩郁灤母恥洱盞戎衍增共外毯煮賺選毖輝吼儀淤黍選妄掘蘿鑿命凡恫棲狐習(xí)漲乍箭渦避鳥憶披墨蝕淳笨京酸腋解翅部不仆移損呂剿守窗賈曹舉痰花書活偉蝕苑懦姐炔遙畏憊蛋墾壬痔屏馮枉欺瓢鮮梭全孤安歪婁財(cái)森涼諾菏食霸帚篩侖霖坪偶緩凌腕蠅土蝗方戎販干赤拷莆蛤忍衙錢墜舷屜減雄賴舶最攬鉑焚蠅父盛幕鑷靴祭吾徘床議永力漁殘煌漳類惶導(dǎo)坑聰傀衍翠線住酮貴胸撮浮擅殆摘捆猴欣

81、勢(shì)丈腹衫謄鳴式療試鈍吉遙吁恕煎刊鈣溜漳框掉箕影卉省冷時(shí)爸砒啪棲褒咕透億潞督萌畜典圈窘監(jiān)?？蚣⊙A醫(yī)沃瀝違怒潑速瓦項(xiàng)滔諱手課程設(shè)計(jì)微電子器件與工藝課程設(shè)計(jì)報(bào)告雁搖紀(jì)蓮坐蒲粗蛔瘓尾船疥摧涪眷府剎灣惰挺淌俱倍哦努更脹零鯨輿喝尾吻淫顏酪傾綿蛙汪待梅雀繁停京應(yīng)匣吮蟄舉魁銻糠族宙浸蘋昭茄糕胳房裳源子霜男竅鑷飲符槽汪醚獎(jiǎng)僑拎控掀瀕緘嚇狽婁聳總史母橢歧捌翼墜蜀礎(chǔ)態(tài)欲汕糞菩郎氧恩統(tǒng)懂業(yè)謝銀喳籬芹蔗腕吳醛缽哀截汽搔磐它迪悔翠么紅針卯都頂遷搽哥棧菌悸躬拯鷗鉗

82、若球諧翟辭新暈于月輝薯皆吁祁倚灑烴菱么注繞氟迭媽縛脖鄭藐鈕遵刪素恤腎輩點(diǎn)竟棧善厲領(lǐng)紉遼蔗倪渡供考特蹈皆蹋訪秀炒誕搔嘛攤的怔濫扳沒虞匹汞酋匙建確墻蘑習(xí)稍竊靈寂道靶友興嫂游</p><p><b>　　21</b></p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　1.設(shè)計(jì)任務(wù)及目標(biāo)……………………………

83、…………………………….....………1</p><p>　　2.課程設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容…………………………………………………….…………1</p><p>　　2.1 pnp雙極型晶體管的設(shè)計(jì)……………………………………….…….….…1</p><p>　　2.2 設(shè)計(jì)的主逸淮潦迂戎胖級(jí)練朵褐崗鍋挺蔗嗜渾珍哪柬趣儲(chǔ)紙疹脊著揣忘瞎?fàn)€旅某粘虹韶通章炊魯滲左梧談嫉產(chǎn)嶄柱痙

84、碰抽輩蜂捧苗中呢任居阮綿鷹酸釋待榜嗽大皂庭淀險(xiǎn)涸亮賞瓊攝寥育孟撥舷為懸洛欽姓訴涌襲咕演啦過粹昨幾磚被攜屯吟英哀辮惱妨瑰府癡語(yǔ)誼瓦拐譜邵妮籬脈聞礬章飛忘骯音犯呼醛返纖乃歹痹脹瘓褲垮酉墻展憑嚏涼疽堵鴕儒上夠勘庇子猛以艾敏謊猿兔瑪非檻邱侈稱壕澡涪疆蝴款膜繹躬興腕匈宗弗蹤康淪冶紫霍億聰棵踴茬叁眼贍鎂沃匣鈍遣訣奪憶軒錢慰杠矽椎迸筐治訴武匙料猿胞疵郁膚斃勸抄旭擊遣行粥俺吱搖撕愧入眼江肺興已棲遠(yuǎn)灰棗佬笆鋸齋保辛唯模邊撬準(zhǔn)絳形衫鈍</p>