《微電子器件與工藝課程設(shè)計(jì)》由會(huì)員分享,可在線閱讀,更多相關(guān)《微電子器件與工藝課程設(shè)計(jì)(47頁(yè)珍藏版)》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。
1、微電子器件與工藝課程設(shè)計(jì),設(shè)計(jì)一個(gè)均勻摻雜的pnp型雙極晶體管,使T=300K時(shí),=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(jì)時(shí)應(yīng)盡量減小基區(qū)寬度調(diào)制效應(yīng)的影響。,設(shè)計(jì)任務(wù),具體要求:,1、制造目標(biāo):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(jì):設(shè)計(jì)的基本原理,基本公式,工藝過(guò)程;發(fā)射區(qū) 和基區(qū)的擴(kuò)散溫度、擴(kuò)散時(shí)間及相應(yīng)的氧化層厚度,氧化溫度及時(shí)間。 3、晶體管的結(jié)構(gòu)圖及版圖:版圖標(biāo)準(zhǔn)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,接觸孔版圖
2、(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(yù)擴(kuò)散硼再擴(kuò)散(基區(qū)擴(kuò)散) 去氧化膜 氧化工藝 光刻(光刻發(fā)射區(qū))磷預(yù)擴(kuò)散磷再擴(kuò)散(發(fā)射區(qū)擴(kuò)散) 去氧化膜 沉積保護(hù)層光刻(光刻接觸孔)金屬化光刻(光刻接觸電極)參數(shù)檢測(cè),設(shè)計(jì)要求,1了解晶體管設(shè)計(jì)的一般步驟和設(shè)計(jì)原則 2根據(jù)設(shè)計(jì)指標(biāo)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(kuò)散系數(shù),遷移率,擴(kuò)散長(zhǎng)度和壽命等。 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,基本寬度Wb,發(fā)射極寬度We和擴(kuò)散結(jié)深Xjc, 發(fā)射結(jié)結(jié)深X
3、je等。,設(shè)計(jì)要求,4根據(jù)擴(kuò)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(yù)擴(kuò)散和再擴(kuò)散的擴(kuò)散溫度和擴(kuò)散時(shí)間;由擴(kuò)散時(shí)間確定氧化層的氧化溫度、氧化厚度和氧化時(shí)間。 5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。 6. 根據(jù)現(xiàn)有工藝條件,制定詳細(xì)的工藝實(shí)施方案。 7撰寫設(shè)計(jì)報(bào)告,晶體管設(shè)計(jì)過(guò)程,實(shí)際上就是根據(jù)現(xiàn)有的工藝水平,材料水平,設(shè)計(jì)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(yù)期要得到的技術(shù)指標(biāo)或功能要求,變成一個(gè)可實(shí)施的具體方案的過(guò)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(yàn)證值是否符合設(shè)計(jì)要求,不合要求
4、重新確定以上參數(shù),計(jì)算擴(kuò)散結(jié)深Xjc, Xje以及基區(qū)、發(fā)射區(qū)面積,計(jì)算基區(qū)和發(fā)射區(qū)分別所需的擴(kuò)散時(shí)間,氧化層厚度、氧化時(shí)間,全面驗(yàn)證各種參數(shù)是否符合要求,確定各區(qū)的少子壽命,擴(kuò)散系數(shù),擴(kuò)散長(zhǎng)度,1.材料結(jié)構(gòu)常數(shù)設(shè)計(jì),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。 (根據(jù)壽命-摻雜濃度圖,擴(kuò)散長(zhǎng)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(jì)算,,考慮穿通電壓:教材297頁(yè) 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(gè),2. 晶體管的縱向設(shè)計(jì),雙極晶體管是
5、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),如圖1所示。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Wt、集電區(qū)厚度WC、 基區(qū)厚度WB、 擴(kuò)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(guò)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(jiān)膜,(d)圖形掩膜、曝光,(e)曝光后去
6、掉擴(kuò)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(guò)擴(kuò)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(guò)程,三、晶體管的橫向設(shè)計(jì),重點(diǎn): 設(shè)計(jì)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(jì),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(yù)擴(kuò)散磷再擴(kuò)散(基區(qū)擴(kuò)散) 去氧化膜 氧化工藝光刻發(fā)射區(qū) 硼預(yù)擴(kuò)散硼再擴(kuò)散(發(fā)射區(qū)擴(kuò)散) 去氧化膜 沉積保護(hù)層光刻接觸孔 金屬化光刻接觸電極參數(shù)檢測(cè),定位孔,定位孔,發(fā)射區(qū),AE
7、=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(cè)量可以通過(guò) 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(jiān)膜20-30分鐘,用紫外光曝光,200W曝光25S,用有機(jī)溶劑或者等離子體去膠,4、磷預(yù)擴(kuò)散,P,6、去氧化層,5、磷再擴(kuò)散,7、氧化,薄氧化層做掩蔽膜,8、光刻發(fā)射區(qū),9、硼預(yù)擴(kuò)散,開發(fā)射區(qū)窗口,10、硼再擴(kuò)散,11、去氧化層,12、沉積保護(hù)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(cè),用蒸鍍或者濺射方法 沉積金屬層,