,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,微电子器件与工艺课程设计,微电子器件与工艺课程设计,1,设计一个均匀掺杂的pnp型双极晶体管，使T=300K时，=100。V,CEO,=15V,V,CBO,=70V.晶体管工作于小注入条件下，最大集电极电流为I,C,=5mA。设计时应尽量减小基区宽度调制效应的影响。,设计任务,设计一个均匀掺杂的pnp型双极晶体管，使T=300K时，=,2,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。,具体要求：1、制造目标：发射区、基区、集电区的掺杂浓度；发,3,4、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,4、总体制造方案：清洗氧化光刻（光刻基区）硼预扩散硼,4,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N,E,基区掺杂浓度N,B,集电区掺杂浓度N,C,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W,b,，发射极宽度W,e,和扩散结深X,jc,发射结结深X,je,等。,设计要求1了解晶体管设计的一般步骤和设计原则,5,设计要求,4根据扩散结深X,jc,发射结结深X,je,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,设计要求4根据扩散结深Xjc,发射结结深Xje等确定基区,6,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。,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,7,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X,jc,X,je,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,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,8,微电子器件与工艺课程设计课件,9,1.材料结构常数设计,确定材料参数，如发射区掺杂浓度N,E,基区掺杂浓度N,B,集电区掺杂浓度N,C,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,1.材料结构常数设计 确定材料参数，如发射区掺杂浓度NE,10,微电子器件与工艺课程设计课件,11,微电子器件与工艺课程设计课件,12,微电子器件与工艺课程设计课件,13,微电子器件与工艺课程设计课件,14,微电子器件与工艺课程设计课件,15,微电子器件与工艺课程设计课件,16,微电子器件与工艺课程设计课件,17,由击穿电压,V,CBO,确定N,C，,也可根据公式计算，,由击穿电压VCBO确定N C，也可根据公式计算，,18,微电子器件与工艺课程设计课件,19,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,考虑穿通电压：教材297页,20,微电子器件与工艺课程设计课件,21,2.,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W,t,、集电区厚度W,C,、基区厚度W,B,、扩散结深X,je,和X,jc,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N,C,、衬底杂质浓度N,sub,、表面浓度N,ES,N,BS,以及基区杂质浓度分布N,B,(,)等，并将上述参数转换成生产中的工艺控制参数。,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P,22,采用硅平面工艺制备PN结的主要工艺过程,(a)抛光处理后的N型硅晶片,(b)采用干法或湿法氧化 工艺的晶片氧化层制作,(c)光刻胶层匀胶及坚膜,（d)图形掩膜、曝光,(e)曝光后去掉扩散窗口膜的晶片,（f)腐蚀SiO,2,后的晶片,采用硅平面工艺制备PN结的主要工艺过程(a)抛光处理后的N,23,(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,(g)完成光刻后去胶的晶片(h)通过扩散（或离子注入）形成,24,微电子器件与工艺课程设计课件,25,微电子器件与工艺课程设计课件,26,微电子器件与工艺课程设计课件,27,微电子器件与工艺课程设计课件,28,三、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,三、晶体管的横向设计重点：,29,4。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,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,30,微电子器件与工艺课程设计课件,31,微电子器件与工艺课程设计课件,32,W,B,P,+,N,P,E,C,W,WBP+NPECW,33,E,B,C,EBC,34,E,B,C,EBC,35,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,硅片清洗氧化光刻基区,36,定位孔,定位孔,发射区,A,E,=,3um,X,3um,定位孔定位孔发射区AE=3umX3um,37,定位孔,基区,A,B,=,5um,X,5um,定位孔,定位孔基区AB=5umX5um定位孔,38,定位孔,定位孔,基区引线孔,发射区引线孔,集电区引线孔,定位孔定位孔基区引线孔发射区引线孔集电区引线孔,39,E,B,C,定位孔,定位孔,接触孔,A,B,=,5um,X,5um,A,C,=,3um,X,3um,A,E,=,8um,X,8um,EBC定位孔定位孔接触孔AB=5umX5umAC=3um,40,1、硅片清洗,2、氧化,选用晶向P型硅,氧化薄层二氧化硅，作掩蔽膜用,氧化层厚度测量可以通过,比色法或者椭圆偏振法,1、硅片清洗2、氧化选用晶向P型硅氧化薄层二氧化硅,41,3、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25,S,用有机溶剂或者等离子体去胶,4、磷预扩散,P,3、光刻基区在掩蔽膜上光刻出基区窗口涂光刻胶1-2um，95,42,6、去氧化层,5、磷再扩散,7、氧化,薄氧化层做掩蔽膜,6、去氧化层5、磷再扩散7、氧化薄氧化层做掩蔽膜,43,8、光刻发射区,9、硼预扩散,开发射区窗口,10、硼再扩散,8、光刻发射区9、硼预扩散开发射区窗口10、硼再扩散,44,11、去氧化层,12、沉积保护层,氧化工艺,13、光刻金属引线孔,11、去氧化层12、沉积保护层氧化工艺13、光刻金属引线孔,45,14、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,14、金属化(反刻金属）15、光刻金属接触孔16、参数检测用,46,微电子器件与工艺课程设计课件,47,