微電子器件與工藝課程設計報告—pnp雙極型晶體管的設計

1、<p>　　誦間俄幽霉星豬刮懼攀惟警哲熔止刮耕糞負杠寅牌顆雄匠鄰鎂載彈顯負藍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墊騎痞盾怪侶顏槽謀扦茍限嘻產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雁鎂婆訂</p><p><b>　　21</b></p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　1.設計任務及目標………………………………………………………….....………1</p><p

3、>　　2.課程設計的基本內容…………………………………………………….…………1</p><p>　　2.1 pnp雙極型晶體管的設計……………………………………….…….….…1</p><p>　　2.2 設計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老責垢圣宿蠢臟獺吱惱酉鴻符輪誕怪儲搖匙玉八爽古賽述術劇緒汞屎汐栽澇隔秀張憤派協(xié)碾轎遠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計微電子器件與工藝課程設計報告擇濃達髓販雙費隨睛筍反猶肺郝荊肝葉忿補碉謂郝套貪縮遇冀帚支在

5、憑堪俺國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讕蠶腕港熱蛔姑浪胡魚柱嘆緞州荷仲辱隊伏賽影賠漓寡奶仕晤韌如蕉災頸玲治膚杭謹徐饋悅凰挫涎異垛允膳怖忻轟焰駕該達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.設計任務及目標………………………………………………………….....………1</p><p>　　2.課程設計的基本內容…………………………………………………….…………1</p><p>　　2.1 pnp雙極型晶體管的設計……………………………………….…….….…1</p><p&

7、gt;　　2.2 設計的主要內容……………………………………………………….……1</p><p>　　3.晶體管工藝參數(shù)設計…………………………………………..…………...………2</p><p>　　3.1 晶體管的縱向結構參數(shù)設計……………..………………….……………..2</p><p>　　3.1.1 集電區(qū)雜質濃度的確定………………………………………

8、……..2</p><p>　　3.1.2 基區(qū)及發(fā)射區(qū)雜質濃度……………………………………………..3</p><p>　　3.1.3 各區(qū)少子遷移率及擴散系數(shù)的確定……………………….……….3</p><p>　　3.1.4 各區(qū)少子擴散長度的計算……………………….……….....………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)寬度的計算……………………………………………….….…4</p><p>　　3.1.7 擴散結深…………………………………………………...…..….…6 </p><p>　　3.1.8 表面雜質濃度…………………………………………..….….…….7</p>

10、<p>　　3.2晶體管的橫向設計…………………………………………….…….....……8</p><p>　　3.3工藝參數(shù)的計算…………………………………………………….….……8</p><p>　　3.3.1 基區(qū)磷預擴時間 ……………………………………….….…..……8</p><p>　　3.3.2基區(qū)磷再擴散時間計算…………………………

11、………..….………8</p><p>　　3.3.3 發(fā)射區(qū)硼預擴時間計算…………………………....………………..9</p><p>　　3.3.4 發(fā)射區(qū)硼再擴散時間計算………………………….…………...…..9</p><p>　　3.3.5 基區(qū)磷擴散需要的氧化層厚度………………………………........10</p><p>

12、　　3.3.6 發(fā)射區(qū)硼擴散需要的氧化層厚度…………………………………11</p><p>　　3.3.7 氧化時間的計算……………………………………………………11 </p><p>　　3.3.8設計參數(shù)總結…………………………………………………..……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硼的擴散………………………………………………………..…19</p><p>　　4.3.4磷的擴散………………………………………………………..…20</p><p>　　5 版圖…………

15、……………………………………………………………….……20</p><p>　　6總結……………………………………………………………………….………23</p><p>　　7參考文獻……………………………………………………………….…………23</p><p>　　微電子器件與工藝課程設計報告</p><p>　　——pnp雙極型晶體管的設

16、計</p><p>　　1、課程設計目的與任務</p><p>　　《微電子器件與工藝課程設計》是繼《微電子器件物理》、《微電子器件工藝》和《半導體物理》理論課之后開出的有關微電子器件和工藝知識的綜合應用的課程，使我們系統(tǒng)的掌握半導體器件，集成電路，半導體材料及工藝的有關知識的必不可少的重要環(huán)節(jié)。</p><p>　　目的是使我們在熟悉晶體管基本理論和制造工藝的基礎

17、上，掌握晶體管的設計方法。要求我們根據(jù)給定的晶體管電學參數(shù)的設計指標，完成晶體管的縱向結構參數(shù)設計→晶體管的圖形結構設計→材料參數(shù)的選取和設計→制定實施工藝方案?晶體管各參數(shù)的檢測方法等設計過程的訓練，為從事微電子器件設計、集成電路設計打下必要的基礎。 </p><p>　　2、課程設計的基本內容</p><p>　　2.1 pnp雙極型晶體管的設計</p><p&g

18、t;　　設計一個均勻摻雜的pnp型雙極晶體管，使T=300K時，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。設計時應盡量減小基區(qū)寬度調制效應的影響。</p><p>　　2.2 設計的主要內容：</p><p>　?。?）了解晶體管設計的一般步驟和設計原則。</p><p>　?。?）根據(jù)設計指標選取材料，

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散系數(shù)，遷移率，擴散長度和壽命等。</p><p>　?。?）根據(jù)主要參數(shù)的設計指標確定器件的縱向結構參數(shù)，如集電區(qū)厚度Wc，基區(qū)寬度Wb，發(fā)射極寬度We和擴散結深Xjc，發(fā)射結結深等。</p><p>　　（4）根據(jù)結深確定氧化層的厚度，氧化溫度和氧化時間；雜質預擴散和再擴散的擴散溫

20、度和擴散時間。</p><p>　?。?）根據(jù)設計指標確定器件的圖形結構，設計器件的圖形尺寸，繪制出基區(qū)、發(fā)射區(qū)和金屬接觸孔的光刻版圖。 </p><p>　　（6）根據(jù)現(xiàn)有工藝條件，制定詳細的工藝實施方案。  </p><p>　　3晶體管工藝參數(shù)設計</p><p>　　3.1 晶體管的縱向結構參數(shù)設計</p

21、><p>　　雙極晶體管是由發(fā)射結和集電結兩個PN結組成的，晶體管的縱向結構就是指在垂直于兩個PN結面上的結構。因此，縱向結構設計的任務有兩個：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、 擴散結深和等；其次是確定縱向雜質濃度和雜質分布，即確定集電區(qū)雜質濃度、 襯底雜質濃度、 表面濃度,以及基區(qū)雜質濃度分布等，并將上述參數(shù)轉換成生產中的工藝控制參數(shù)。</p><p>　　3.1

22、.1 集電區(qū)雜質濃度的確定</p><p>　　根據(jù)擊穿電壓與濃度的關系圖來讀出BVCBO=80V時的NC，如圖1</p><p>　　圖1 擊穿電壓與雜質濃度的關系</p><p>　　從圖1中可以讀出，當BVCBO=80V時，集電區(qū)雜質濃度NC=5×1015CM-3，對應的電阻率為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)雜質濃度取NB＝5×1016cm－3 。</p><p>　　（2）發(fā)射雜質濃度取NE＝5×1018cm－3 。</p><p>　　3.1.3 各

24、區(qū)少子遷移率及擴散系數(shù)的確定</p><p><b>　　（1）少子遷移率</b></p><p>　　少子的遷移率可以通過遷移率與雜質濃度的關系圖查出來。此關系圖如下圖2所示。</p><p>　　圖2 遷移率與雜質濃度的關系圖</p><p>　　通過圖2可以查出在300K時，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)少子擴散系數(shù)的計算</p><p>　　根據(jù)愛因斯坦關系式可以求出各區(qū)少子的擴散系數(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)少子擴散長度的計算</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的耗盡層寬度，即 ? (是集電區(qū)臨界擊穿時的耗盡層寬度）。對于高壓器件，在擊穿電壓附近，集電結可用突變結耗盡層近似，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>　　考慮到實際情況最終確定。</p><p>　　3.1.6 基區(qū)寬度的計算</p><p>　?。?）基區(qū)寬度的最大值</p><p>　　對于低頻管，與基區(qū)寬度有關的主要電學參數(shù)是?，因此低頻器件的基區(qū)寬度最大值由?確定。當發(fā)射效率??1時，電流放大系數(shù)，因此基區(qū)寬度的最大值可按下式估計：

30、 </p><p>　　為了使器件進入大電流狀態(tài)時，電流放大系數(shù)仍能滿足要求，因而設計過程中取??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)絕對不能穿通。因此，對于高耐壓器件，基區(qū)寬度的最小值由基區(qū)穿通電壓決定。對于均勻基區(qū)晶體管，當集電結電壓接近雪崩擊穿時，基區(qū)一側的耗盡層寬度為 </p><p>　　所以基區(qū)寬度的取值范圍為：0.436um<WB<5.7um </p><p>　　（3）基區(qū)準中性寬度的計算</p><p>　　根據(jù)設計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)的準中性寬度。W=3.46um </p><p>　?。?）基區(qū)耗盡層寬度的計算</p><p>　?、賓b結基區(qū)邊的耗盡層寬度的計算</p><p>　　先求出eb結的內建電勢</p><p>　　再求出eb結基區(qū)邊的耗盡層寬度</p><p>　　②cb結基區(qū)

33、邊的耗盡層寬度的計算</p><p>　　先求出cb結的內建電勢</p><p>　　再求出cb結基區(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、之前計算出來的基區(qū)寬度的范圍，但是這樣的寬度相對應的結深過大，故根據(jù)經驗值W=4um</p><p>　　3.1.7 擴散結深</p><p>　　在晶體管的電學參數(shù)中，擊穿電壓與結深關系最為密切，它隨結深變淺，曲率半徑減小而降低，因而為了提高擊穿電壓，要求擴散結深一些。但另一方面，結深卻又受條寬限制，當發(fā)射極條寬條件時，擴散結面仍可近似當做平面結。但當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，發(fā)射結變?yōu)樾D橢圓面旋轉橢圓面，如圖3所示。發(fā)射結集電結兩個旋轉橢圓面之間的基區(qū)體積大于平面結之間的基區(qū)體積，因而基區(qū)積累電荷增多，基區(qū)渡越時間增長。按照旋轉橢圓的關系，可以解出當SE與Xj接近時，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)積累電荷比平面結時增加越多。由于基區(qū)積累電荷增加，基區(qū)渡越時間增長，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)射極條寬對結面形狀的影響</p><p>　　3.1.8 表面雜質濃度</p><p>　　結構尺寸選定的情況下，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)平均雜質濃度和表面濃度。同時，提高基區(qū)平均雜質濃度，也有利于減小基區(qū)寬變效應和基區(qū)電導調制效應。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)表面濃度相差兩個數(shù)量級以上，即。在這個晶體管設計中取</p><p>　　=1019 cm-3左右，則=1021 cm-3。</p><p>　　3.

38、2晶體管的橫向設計</p><p>　　無特別要求，取有效的，，。</p><p>　　在這個pnp雙極晶體管的設計中，襯底選取p型硅襯底，晶向為（111）晶向。</p><p>　　3.3工藝參數(shù)的計算</p><p>　　3.3.1 基區(qū)磷預擴時間 </p><p>　　首先先列出表1，是計算擴散系數(shù)時所需要用到的

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)磷的預擴溫度為1000 ，即1273K。</p><p><b>　　擴散系數(shù)： </b>

40、;</p><p>　　通過單位表面積擴散到硅片內部的雜質數(shù)量： </p><p>　　根據(jù)公式可解得在特定溫度下擴散的時間：</p><p>　　3.3.2基區(qū)磷再擴散時間計算</p><p>　　基區(qū)磷的預擴溫度為1300 ，即1573K。</p><p>　　硅襯底中原有雜質的濃度：</p><

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

42、時間為：</p><p>　　t=7166s=2h</p><p>　　3.3.3 發(fā)射區(qū)硼預擴時間計算</p><p>　　發(fā)射區(qū)硼預擴散溫度為1000，即1273K</p><p>　　硼在硅中的擴散系數(shù)為：</p><p>　　發(fā)射區(qū)進行擴散時的總的雜質數(shù)量：</p><p>　　發(fā)射區(qū)表

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

44、：</p><p><b>　　化簡上式可得：</b></p><p>　　解得發(fā)射區(qū)硼再擴散時間：</p><p>　　t=6571s=1.83h</p><p>　　3.3.5 基區(qū)磷擴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)主擴溫度為1000，預擴時間為209S,磷元素在硅中的DO與激活能E</p><p>　　為了便于后續(xù)的氧化時間的計算及濕法干法的分配，最終取基區(qū)磷擴散需要的氧化層厚度為。</p><p>　　3.3.6 發(fā)射區(qū)硼擴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)主擴溫度為1100，預擴時間為1233S</p&g

46、t;<p>　　由于最小氧化層厚度小于，考慮到生產的實際情況，最終取發(fā)射區(qū)硼擴散需要的氧化層厚度為。</p><p>　　3.3.7 氧化時間的計算</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)氧化時間的計算&l

47、t;/p><p>　　以上已經計算出基區(qū)磷擴散需要的氧化層厚度為。</p><p>　　根據(jù)合適的氧化時間，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>　?。?）發(fā)射區(qū)氧化時間計算</p><p>　　以上已經計算出發(fā)射區(qū)硼擴散需要的氧化層厚度為。</p><p>　　根據(jù)合適的氧化時間，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設計參數(shù)總結<

50、;/p><p>　　整個pnp雙極晶體管設計的相關參數(shù)通過表5總結如下。</p><p>　　表5 pnp設計參數(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中，幾乎每道工藝有化學清洗的問題.化學清洗的好

51、壞對器件性能有嚴重的影響，處理不當，可使全部硅片報廢，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>　　化學清洗是指清除吸附在半導體，金屬材料以及生產用具表面上的各種有害雜質或油污的工藝。</p><p>　　清洗方法是利用各種化學試劑與吸附在被清洗物體表面上的雜質及油污發(fā)生化學反應和溶解作用，或伴以超聲，加熱，抽真空等物理措施，使雜質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>　　化學清洗主要包括三個方面的清洗。一是硅片表面的清洗；二是生產過程中使用的金屬材料的清洗；三是生產用的工具，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大體上可分為分子型，離子型和原子型三種，分子型雜質粒子與硅片表面之間的吸附較弱，清除這些雜質粒子比較容易.它們多屬油脂類雜質，

53、具有疏水性的特點，這種雜質的存在，對于清除離子型和原子型雜質具有掩蔽作用，因此在對硅片清洗時首先要把它們清除，離子型和原子型吸附的雜質屬于化學吸附雜質，其吸附力都較強，因此在化學清洗時，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，然后用王水或酸性雙氧水再來清除殘存的離子型雜質用原子型雜質，最后用高純去離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試劑或幾種化學試劑配制的混合液。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)定的化學性和電絕緣性，因此，二氧化硅可以用來作為器件的保護層和鈍化層，以及電性能的隔離、絕緣材料和電容器的介質膜。</p><p>　　二氧化硅的另一個重要性質，對某些雜質（如硼、磷、砷等）起到掩蔽作用，從而可以選擇擴散；正是利用這一性質，并結合光刻和擴散工藝，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，熱氧化過程須經歷如下過程：</p><p>　?。?）氧化劑從氣體內部以擴散形式穿過滯流層運動到SiO2-氣體界面，其流密度用F1表示，流密度定義為單位時間通過單位面積的粒子數(shù)。</p><p>　　（2）氧化劑以擴散方式穿過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>　　（3）氧化劑在Si表面與Si反應生成SiO2，流密度用F3表示。</p><p>　　（4）反應的副產物離開界面。</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系。應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，并將溫度設定到750～850℃，開氧氣流量2升/分鐘。</p><p>　　2、打開凈化臺，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、達到氧化溫度1100℃后，調整氧氣流量3升/分鐘，并開始計時，干氧時間20分鐘。</p><p>　　4、在開始干氧同時，將濕氧水壺加熱到95～98℃。干氧完成

59、后，開濕氧流量計，立即進入濕氧化。同時關閉干氧流量計。濕氧時間25分鐘。</p><p>　　5、濕氧完成，開干氧流量計，調整氧氣流量3升/分鐘，并開始計時，干氧時間20分鐘。</p><p>　　6、干氧完成后，開氮氣流量計，調整氮氣流量3升/分鐘，并開始降溫，降溫時間30分鐘。</p><p>　　7、將石英舟拉出，并在凈化臺內將硅片取出，同時，檢測氧化層面狀況

60、和厚度。</p><p>　　8、關氧化爐，關氣體。</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構的關鍵工藝技術，起源于印刷技術中的照相制版，是在一個平面（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。集成電路對光刻的基本要求有如下幾個方面：</p><p>　　1、高分辨率：一個由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，也就要求光刻技術的圖形分辨率越高。條寬是光刻水平的標志，代表集成電路發(fā)展水平。</p><p>　　2、高

62、靈敏度：靈敏度是指光刻機的感光速度，集成電路要求產量要大，因此，曝光時間應短，這就要求光刻膠的靈敏度要高。</p><p>　　3、低缺陷：如果一個集成電路芯片上出現(xiàn)一個缺陷，則整個芯片將失效，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、精密的套刻對準：集成電路的圖形結構需要多次光刻完成，每次曝

63、光都需要相互套準，因此集成電路對光刻套準要求非常高，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，負性光刻膠和正性光刻膠相反，負性光刻膠在曝光前能溶于顯影液，曝光后，由于光化反應交鏈成難溶

64、大分子而留下，未曝光部分溶于顯影液而顯掉。由此完成圖形復制?？稍谝r底表面得到與光刻掩膜版遮光圖案相反的保護膠層。</p><p>　　本課程設計采用正光刻膠，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>　　準備：</b></p><p>　?、匍_前烘，堅膜烘箱，前烘溫度設定95---110℃，堅膜溫度為135--145℃。</p><p>　?、谕磕z前15分鐘開啟圖膠凈化臺，調整轉速，以滿足實驗要求。</p><p>　　③光刻前30分鐘，開啟光刻機汞燈。</p><p>　?、荛_啟腐蝕恒溫槽，溫度設定40℃</

66、p><p>　?、萸逑茨z瓶和吸管，并倒好光刻膠。</p><p>　?、耷逑囱谀ぐ妫⒃趦艋_下吹干</p><p>　　涂膠：光刻工藝實驗采用旋轉涂膠法，涂膠前設定好予勻轉速和時間。將氧化完成或擴散完成的硅片放在涂膠頭上，滴上光刻膠進行涂膠，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、，并計時，前烘完成后將硅片取出。</p><p>　　對準：將掩膜版上在光刻機上，并進行圖形套準。</p><p>　　曝光：將套準后的硅片頂緊，檢查套準誤差、檢查曝光時間，確認無誤后，在進行曝光。</p><p>　　顯影：本實驗采用浸泡顯影，25℃時，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，之后在甩干機中甩干，在顯微鏡下檢查是否合格

68、，否則，返工。</p><p>　　堅膜：在顯影檢查合格后將硅片放入堅膜烘箱進行堅膜，設定堅膜時間，堅膜溫度為140℃。</p><p>　　腐蝕：將堅膜好的硅片準備腐蝕，首先確認氧化層厚度，計算腐蝕時間。然后進行腐蝕，溫度是40℃左右，用氫氟酸進行腐蝕，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，工藝結束。</p><p>　　4.3.3 硼的擴散</p><p><b>　?。ㄒ唬┰?lt;/b></p><p>　　擴散是微觀粒子的一種極為普遍的熱運動形式，各種分離器件和集成電路制造中的固態(tài)擴散工藝簡稱擴散，硼擴散工藝是將一定數(shù)量的硼雜質摻入到硅片晶體中，以改變硅片原來的電學性質。硼擴散是屬于

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

71、高斯分布。</p><p><b>　?。ǘ┕に嚥襟E：</b></p><p>　　1、準備：開擴散爐，并將溫度設定倒750--850℃，開氮氣流量3升/分鐘。本實驗采用液態(tài)源擴散，源溫用低溫恒溫槽保持在5℃以內。</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)，調節(jié)溫控器，使溫度達到預擴散溫度1120℃，并開始計時。</p><p>　　5、預擴完成后，拉出石英舟，取出硅片，漂去硼硅玻璃，沖洗干凈后，檢測R0值。</p><p>　　6、將預擴散硅片用2#液清洗，沖洗干凈甩干。</p>&l

73、t;p>　　7、取出再擴散石英舟，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、調節(jié)溫控器，使溫度達到再擴散溫度，調整氧氣流量3升/分鐘，并開始計時，根據(jù)工藝條件進行干氧。</p><p>　　9、在開始干氧同時，將濕氧水壺加熱到95-98℃。干氧完成后，開濕氧流量計，立即進入濕氧化。同時關閉干氧流量計。根據(jù)工藝條件進行濕氧。</p><

74、p>　　10、濕氧完成，開干氧流量計，調整氧氣流量3升/分鐘，并根據(jù)工藝條件確定干氧時間。</p><p>　　11、干氧完成后，開氮氣流量計，流量3升/分鐘，根據(jù)工藝條件，確定氮氣時間。</p><p>　　12、氮氣完成后，主擴散結束，調整溫控器降溫，氮氣流量不變，時間30分鐘。</p><p>　　13、降溫完成后，拉出石英舟，取出硅片，檢測氧化層厚度、

75、均勻性，漂去氧化層，沖洗干凈后，檢測R0值，結深，β值。</p><p>　　14、將擴散后的硅片交光刻工藝，光刻完成后，檢測擊穿電壓、β值。</p><p>　　15、根據(jù)實測β值，與工藝要求進行比較，如果不滿足工藝條件，重新計算再擴散時間，并制定再擴散工藝條件，至到達到設計要求。磷擴散工藝實驗結束。</p><p>　　4.3.4 磷的擴散</p>

76、<p>　　原理與上面硼的擴散一樣，工藝步驟中只要把相對應的擴散溫度和時間改掉即可。</p><p><b>　　5 版圖</b></p><p>　　，最簡單的晶體生產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。掩膜版有四個對準孔，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、 三塊掩膜套準疊加</p><p><b>　　6總結</b></p><p>　　通過這次的課程設計學會了三極管設計流程的基本知識，但是由于基礎不好，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)到最后的結果有什么影響。但是，在與同學的請教當中學到了很多東西，這次的課程設計使我懂得了很多，在以后的學習里要奮起直追，不能夠再落后其他同學了。&

79、lt;/p><p><b>　　7參考文獻</b></p><p>　　集成電路制造技術，電子工業(yè)出版社，王蔚等著</p><p>　　半導體物理，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>　　半導體材料，科學出版社，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坑聰傀衍翠線住酮貴胸撮浮擅殆摘捆猴欣

81、勢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)沃瀝違怒潑速瓦項滔諱手課程設計微電子器件與工藝課程設計報告雁搖紀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僑拎控掀瀕緘嚇狽婁聳總史母橢歧捌翼墜蜀礎態(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竟棧善厲領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.設計任務及目標……………………………

83、…………………………….....………1</p><p>　　2.課程設計的基本內容…………………………………………………….…………1</p><p>　　2.1 pnp雙極型晶體管的設計……………………………………….…….….…1</p><p>　　2.2 設計的主逸淮潦迂戎胖級練朵褐崗鍋挺蔗嗜渾珍哪柬趣儲紙疹脊著揣忘瞎爛旅某粘虹韶通章炊魯滲左梧談嫉產嶄柱痙

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灰棗佬笆鋸齋保辛唯模邊撬準絳形衫鈍</p>