PNP双极型晶体管课程设计

pnp双极型晶体管课程设计学生姓名馥语甄心

1.设计任务及目标......................................................................P1

2.概述－发展现状......................................................................P1

3.设计思路.................................................................................P2

4.各材料参数和结构参数的设计...............................................P2

4.1原材料的选择....................................................................................P2

4.2各区掺杂浓度和相关参数的计算....................................................P4

4.3集电区厚度Wc的选择.....................................................................P5

4.4基区宽度WB的选择........................................................................P7

4.5扩散结深及发射区面积、基区面积的确定....................................P7

5.工艺参数设计.........................................................................P8

5.1硅片氧化相关参数............................................................................P8

5.2基区扩散相关参数............................................................................P9

5.3发射区扩散相关参数......................................................................P10

6.刻画掩模板.............................................................................P12

6.1基区掩模板........................................................................................P12

6.2发射区掩模板....................................................................................P12

6.3金属引线掩模板................................................................................P13

6.4设计参数总结....................................................................................P14

7.工艺步骤.................................................................................P14

7.1清洗....................................................................................................P15

7.2氧化工艺............................................................................................P15

7.2光刻工艺............................................................................................P17

7.4磷扩散工艺........................................................................................P18

7.5硼扩散工艺........................................................................................P19

7.6β、CBO CEO V V /的测量........................................................................P20

8.工艺总流程.............................................................................P21

9.体会与心得.............................................................................P24

1.设计任务及目标

设计一个均匀掺杂的pn p型硅双极晶体管，满足T=300K时，基区掺杂浓度为N B=1016cm-3,`共发射极电流增益=80。BV CEO=60V，设计时应尽量减小基区宽度调制效应的影响，假设经验参数为年n=3)

1．了解晶体管设计的一般步骤和设计原则

2．根据设计指标设计材料参数，包括发射区、基区和集电区掺杂浓度N E, N B,和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，包括集电区厚度W c，基本宽度W b，发射区宽度W e和扩散结深X jc, 发射结结深X je等。

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

2.概述－发展现状

《微电子器件与集成电路工艺》课是电子材料及元器件专业本科教学中的重要教学实践环节。目的是帮助学生理解课堂上学到的基本原理和知识，了解并掌握集成电路制造的基本方法，提高实际动手能力，以适应社会的要求。

集成电路工艺基础课程讲述了集成电路制造的基本工艺：扩散、离子注入、氧化、光刻、刻蚀、外延、化学气相沉积、金属化和钝化等。《集成电路工艺》课程设计主要包含了四个方面：氧化工艺、光刻工艺、硼扩散工艺和磷扩散工艺，将以上四个工艺按集成电路制造工艺流程结合起来，制造出一个集成电路最重要的单元——双极晶体管并进行击穿特性测试、双极晶体管直流放大特性测试、

在集成电路工艺中，最早得到广泛应用的一种双极型工艺技术就是所谓的三重扩散方法，由于其成本低、工艺简单以及成品率高等优点，这种技术在今天在某些应用领域中仍在继续使用。在基本的三重扩散工艺技术基础上所做的改进之一就是增加一个集电区埋层，即位于集电区下面的一个重掺杂的扩散区，它可以使集电区的串联电阻大大减小。不同的制造工艺会产生不同的发射极寄生电容、发射极击穿电压及基区接触电阻等。较为先进的双极型器件工艺则利用自对准多晶硅结构形成器件发射区和基区的欧姆接触，而金属和多晶硅的接触可以在较厚的场氧化层上制备完成，这样就使器件的结面积大大缩小。此外，利用多晶硅形成发射区欧姆接触，还可以使器件的本征电流增益有所增大。

3.设计思路

具体工艺流程：清洗→氧化→光刻（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（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（光刻接触孔）→金属化→光刻（光刻接触电极）→参数检测

4.各材料参数和结构参数的设计

4.1 硅片原材料的选择

本次课程设计选用的硅片：电阻率为cm ?Ω7的P 型硅，晶向是<111>

4.2 各区掺杂浓度及相关参数的计算

击穿电压主要由集电区电阻率决定。因此，集电区电阻率的最小值由击穿电压决定，在满足击穿电压要求的前提下，尽量降低电阻率，并适当调整其他参量，以满足其他电学参数的要求。

对于击穿电压较高的器件，在接近雪崩击穿时，集电结空间电荷区已扩展至均匀掺杂的外延层。因此，当集电结上的偏置电压接近击穿电压60V 时，集电结可用突变结近似，对于Si 器件击穿电压为

4313106-?=）

（BC B N V ，由此可得集电区杂质浓度为： 34

133413

)1106106CEO

n CBO C BV BV N β+?=?=（）（由设计的要求可知C-B 结的击穿电压为60V

根据公式,可算出集电区杂质浓度：

31534313

1042.1)60801106-?=?+?=cm N C （

一般的晶体管各区的浓度要满足NE>>NB>NC ，根据以往的经验可取: 3

1810-=cm N E

根据图（a ）300k 下载流子迁移率与掺杂浓度的函数关系图，可以看出

S V C ?=/cm 10202μ S V B ?=/cm 4372μ S V E ?=/cm 2802μ 由爱因斯坦关系式μq kT D =，可得，300k 下，026.0≈q

kT ，所以少子的扩散系数为 s cm D C /52.261020026.02=?=

s cm D B /36.11437026.02=?=

s cm D E /28.7280026.02=?=

从上面两个图可以看出，少子的载流子寿命为

s 104-=C τ s 1066-?=E τ

一般来说 s 101066--=B B

数量级，所以τ是τ 所以，少子的扩散长度，由公式n τn D Ln = p τDp Lp =可得 0515.0=C L 31037.3-?=B L 310609.6-?=E L

4.3集电区厚度c W 的选择

根据公式，可计算c W 的最小值，得