广东工业大学半导体器件物理pnp三极管课程设计

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课 程 设 计 课程名称___半导体物理器件和集成电路工艺原理___ 题目名称____ pnp双极型晶体管的设计________ 学生学院______材料与能源学院__________ 专业班级_____2012级微电子2班________ 学 号______________________________ 学生姓名___________郑培柱___________ 指导老师:魏爱香老师、何玉定老师

2015 年 1 月 23 日 广东工业大学课程设计任务书 2

题目名称 pnp双极型晶体管的设计 学生学院 材料与能源学院 专业班级 微电子专业12级2班 姓 名 学 号 一、课程设计的内容 设计一个均匀掺杂的pnp型双极晶体管，使T=300K时，hfe=80。BVCBO=60V.晶体管工作于小注入条件下，设计时应尽量减小基区宽度调制效应的影响 二、课程设计的要求与数据 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NE, NB,和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，包括集电区厚度Wc，基本宽度Wb，发射区宽度We和扩散结深Xjc, 发射结结深Xje等。 4．根据扩散结深Xjc, 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 三、课程设计应完成的工作 1. 材料参数设计 2.晶体管纵向结构设计 3.晶体管的横向结构设计（设计光刻基区、发射区和金属化的掩膜版图形） 4．工艺参数设计和工艺操作步骤 5.总结工艺流程和工艺参数 3

6. 写设计报告 四、课程设计进程安排 序号 设计各阶段内容 地点 起止日期

1 教师布置设计任务，讲解设计要求和方法 教1-403 2015.1.12 2 学生熟悉设计任务，进行资料查阅和整体设计方案的制定 图书馆， 教1-403 2015.1.13 3 设计晶体管的材料参数 图书馆， 教1-403 2015.1.14 4. 设计晶体管的纵向结构参数 图书馆， 教1-403 2015.1.15 5 教师集中辅导，分析设计中存在的主要问题 教1-403 2015.1.16 6 设计纵向结构参数, 绘制光刻基区、发射区和金属化的版图 教1-403 2015.1.17- 2015.1.19 8 工艺操作步骤设计 图书馆， 教1-403 2015.1.20 9 教师集中辅导和检查版图和工艺操作的设计 教1-403 2015.1.21 10 写课程设计报告 图书馆， 教1-403 2015.1.22- 2015.1.23 112 课程设计答辩 工学三号馆311 2015.1.24 五、应收集的资料及主要参考文献

1．《半导体器件基础》Robert F. Pierret著，黄如译，电子工业出版社，2004. 2．《半导体物理与器件》 赵毅强等译，电子工业出版社，2005年. 3．《硅集成电路工艺基础》，关旭东编著，北京大学出版社，2005年. 4 发出任务书日期： 2015 年 1 月 12 日 指导教师签名：

计划完成日期： 2015年 1月 24日 基层教学单位责任人签章： 主管院长签章：

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目 录 1.课程设计目的与任务…………………………………………………………2 2.设计的内容……………………………………………………………………2 3.设计的要求与数据……………………………………………………………2 4.物理参数设计…………………………………………………………………3 4.1 各区掺杂浓度及相关参数的计算………………………………………3 4.2 集电区厚度Wc的选择……………………………………………………6 4.3 基区宽度WB………………………………………………………………6 4.4 扩散结深…………………………………………………………………10 4.5 芯片厚度和质量…………………………………………………………10 4.6 晶体管的横向设计、结构参数的选择…………………………………10 5.工艺参数设计…………………………………………………………………11 5.1 工艺部分杂质参数………………………………………………………11 5.2 基区相关参数的计算过程………………………………………………11 5.3 发射区相关参数的计算过程……………………………………………13 5.4 氧化时间的计算…………………………………………………………14 6.设计参数总结…………………………………………………………………16 7.工艺流程图……………………………………………………………………17 8.生产工艺流程…………………………………………………………………19 9.版图……………………………………………………………………………28 10.心得体会……………………………………………………………………29 11.参考文献……………………………………………………………………30

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PNP双极型晶体管的设计 1、课程设计目的与任务 《微电子器件与工艺课程设计》是继《微电子器件物理》、《微电子器件工艺》和《半导体物理》理论课之后开出的有关微电子器件和工艺知识的综合应用的课程，使我们系统的掌握半导体器件，集成电路，半导体材料及工艺的有关知识的必不可少的重要环节。 目的是使我们在熟悉晶体管基本理论和制造工艺的基础上，掌握晶体管的设计方法。要求我们根据给定的晶体管电学参数的设计指标，完成晶体管的纵向结构参数设计→晶体管的图形结构设计→材料参数的选取和设计→制定实施工艺方案→晶体管各参数的检测方法等设计过程的训练，为从事微电子器件设计、集成电路设计打下必要的基础。

2、设计的内容 设计一个均匀掺杂的pnp型双极晶体管，使T=300K时，β=80，VCBO=60V.晶体管工作于小注入条件下，设计时应尽量减小基区宽度调制效应的影响。

3、设计的要求与数据 （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NE, NB, 和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，包括集电区厚度Wc， 基本宽度Wb，发射区宽度We和扩散结深Xjc,发射结结深Xje等。 （4）根据扩散结深Xjc,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。 6

4、物理参数设计 4.1 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V时，集电结可

用突变结近似，对于Si器件击穿电压为4313106）（BCBNV ， 由此可得集电区杂质浓度为：

34133413)1106106CEOnCBOCBVBVN（）（

由设计的要求可知C-B结的击穿电压为： VBVCEO60 查表,可得集电区杂质浓度：

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: BECBNNNN100,10 即各区的杂质溶度为：

3 - 15 cm 10 9   C N

3 - 18 3 - 16 3 - 15 cm 10 9 , cm 10 9 cm 10 9       C B C N N N ， 7

图1 室温下载流子迁移率与掺杂浓度的函数关系（器件物理P55） 根据图1，得到少子迁移率：

根据公式可得少子的扩散系数： S V cm n C •   / 1200 2   S V cm B •   / 480

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p  

S V cm n E •   / 270 2  

s q D C C / cm 2 . 31 1200 026 . 0 2     

s q D B B / cm 48 . 480 026 . 0 2      12

KT KT