微電子器件與工藝課程設(shè)計(jì)

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1、微 電 子 器 件 與 工 藝 課 程 設(shè) 計(jì) n 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

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 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 （ 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

3、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)

4、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 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 W c， 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 Xje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 、

5、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 n 晶 體 管 設(shè) 計(jì) 過 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

6、 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 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 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 度 1.材 料

7、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 度和 壽 命 等 。（ 根 據(jù) 壽 命 -摻 雜 濃 度 圖 ， 擴(kuò) 散 長 度 -摻 雜 濃 度 圖 遷 移 率 -摻 雜 濃 度 圖 ） 查 qTkD 0 DL 由 擊 穿 電 壓 VCBO確 定 N C， 也 可 根 據(jù) 公 式 計(jì) 算 ，低 摻 雜 邊NVBR 1 考 慮 穿 通 電 壓 ： 教 材 297頁 三 極 管 的 擊 穿

8、 電 壓 是 雪崩 擊 穿 電 壓 和 穿 通 電壓 中 較 小 的 一 個(gè) 210 210 210 )(2 )(2 )(2 biDA DAspn biDAA Dsp biDAD Asn VNN NNqKxxW VNNN NqKx VNNN NqKx 2. 晶 體 管 的 縱 向 設(shè) 計(jì) 雙 極 晶 體 管 是 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

9、 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 N sub、 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) 。 n 采 用 硅 平 面 工 藝 制 備 PN結(jié) 的 主 要 工 藝 過 程 N Si N + (a)拋 光 處 理 后 的 N型 硅 晶 片 N+ (b)

10、采 用 干 法 或 濕 法 氧 化 工 藝 的 晶 片 氧 化 層 制 作 光 刻 膠 N Si SiO2 N+ (c)光 刻 膠 層 勻 膠 及 堅(jiān) 膜 （ d)圖 形 掩 膜 、 曝 光 光 刻 膠 掩 模 板 紫 外 光 N Si SiO2 N+ n Si P Si N Si 光 刻 膠 SiO2 SiO2 N+ N+ (e)曝 光 后 去 掉 擴(kuò) 散 窗 口膜 的 晶 片 （ f)腐 蝕 SiO2后 的 晶 片 N Si SiO2 N+ P Si N Si SiO2金 屬 N+N Si SiO 2 N+ N Si P Si SiO2金 屬 金 屬 N + (g)完 成 光 刻 后 去

11、膠 的 晶 片 (h)通 過 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 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)硅 片 清 洗 氧 化 光 刻 （ 光刻 基 區(qū) ） 磷 預(yù) 擴(kuò) 散磷 再 擴(kuò) 散 （ 基 區(qū) 擴(kuò)散 ）刻 蝕 二 氧化 硅硅 片氧 化 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 ）

12、 光 刻（ 光 刻接 觸 孔 ） 金 屬 化 光 刻 （ 光刻 接 觸 電極 ）參 數(shù)檢 測(cè)寫 出 每 一 步 的 操 作 方法 和 工 藝 參 數(shù) WBP+ N PE CW EBC EBC 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 =3umX3um 定 位 孔基區(qū) AB =5umX5um定 位 孔

13、 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 EBC定 位 孔定 位 孔接觸孔 AB =5umX5umAC =3umX3umAE =8umX8um 1、 硅 片 清 洗2、 氧 化 選 用 晶 向 P型 硅cm7且氧 化 薄 層 二 氧 化 硅 ， 作 掩 蔽 膜 用分 鐘清 洗號(hào) 洗 液用 10,1 6:1:1: 22223 OHOHOHNH mC 2.0 ,min111100氧 化 層 厚 度氧 化氧 化 層 厚 度 測(cè) 量 可 以 通 過比 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

14、 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 Cs8001183預(yù) 擴(kuò) 散 溫 度預(yù) 擴(kuò) 散 時(shí) 間 319105 cm表 面 雜 質(zhì) 濃 度P 212106.9 cm雜 質(zhì) 濃 度 6、 去 氧 化 層5、 磷 再 擴(kuò) 散 mX c 8j 結(jié) 深 Cs125023184再 擴(kuò) 散 溫 度再 擴(kuò) 散 時(shí) 間 后 再 通 氮 氣11min,干氧- 36min濕氧-11min干氧7、 氧 化 薄 氧 化 層 做 掩 蔽 膜2同

15、 工 藝 步 驟酸 洗 或 者 堿 洗 去 氧 化 層 8、 光 刻 發(fā) 射 區(qū)9、 硼 預(yù) 擴(kuò) 散 開 發(fā) 射 區(qū) 窗 口 Cs9501354預(yù) 擴(kuò) 散 溫 度預(yù) 擴(kuò) 散 時(shí) 間 320105.1 cm表 面 雜 質(zhì) 濃 度 214104 cm雜 質(zhì) 濃 度 3同 工 藝 步 驟10、 硼 再 擴(kuò) 散 Cs125023184再 擴(kuò) 散 溫 度再 擴(kuò) 散 時(shí) 間 mX 4je 結(jié) 深 后 再 通 氮 氣17min,干氧- min22濕氧-17min干氧 11、 去 氧 化 層12、 沉 積 保 護(hù) 層 氧 化 工 藝 13、 光 刻 金 屬 引 線 孔 2同 工 藝 步 驟 3同 工 藝 步 驟光 刻 工 藝酸 洗 或 者 堿 洗 去 氧 化 層 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 0CBCEO BVBV 、值 ， 以 及測(cè) 出 輸 出 特 性 曲 線 ，在 晶 體 管 圖 示 儀 下 測(cè) 量 3同 工 藝 步 驟 光 刻 工 藝