n双极型晶体管课程设计.docx

n双极型晶体管课程设计 学生姓名 馥语甄心 目录1设计任务及目标12概述－发展现状13设计思路24各材料参数和结构参数的设计241原材料的选择242各区掺杂浓度和相关参数的计算443集电区厚度Wc的选择544基区宽度WB的选择745扩散结深及发射区面积、基区面积的确定75工艺参数设计851硅片氧化相关参数852基区扩散相关参数953发射区扩散相关参数 106刻画掩模板1261基区掩模板1262发射区掩模板1263金属引线掩模板1364设计参数总结147工艺步骤1471清1572氧化工艺1572光刻工艺1774磷扩散工艺1875硼扩散工艺1976β、的测量208 工艺总流程219体会与心得241设计任务及目标设计一个均匀掺杂的n 型硅双极晶体管，满足T=300K时，基区掺杂浓度为NB=1016cm-3,`共发射极电流增益b=80BVCEO=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→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 41 硅片原材料的选择 本次课程设计选用的硅片：电阻率为的型硅，晶向是<111> 42 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 ， 由此可得集电区杂质浓度为： 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： 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: 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 由爱因斯坦关系式，可得 ，300k下，，所以少子的扩散系数为从上面两个图可以看出，少子的载流子寿命为 一般来说 所以，少子的扩散长度，由公式 可得 43集电区厚度的选择根据公式，可计算的最小值，得的最大值受串联电阻rcs的限制增大集电区厚度会使串联电阻rcs增加，饱和压降VCES增大，因此的最大值受串联电阻限制，所以综合考虑这两方面的因素，故选择=25μm44基区宽度的选择基区宽度最大值计算 对于低频管，与基区宽度有关的主要电学参数是b，因此低频器件的基区宽度最大值由b确定当发射效率γ≈1时，电流放大系数，因此基区宽度的最大值可按下式估计： 为了使器件进入大电流状态时，电流放大系数仍能满足要求，因而设计过程中取λ=4。

根据公式,求得低频管的基区宽度的最大值为：由公式可看出，电流放大系数β要求愈高，则基区宽度愈窄为提高二次击穿耐量，在满足β要求的前提下，可以将基区宽度选的宽一些，使电流在传输过程中逐渐分散开,以提高二次击穿耐性 基区宽度的最小值的计算为了保证器件正常工作，在正常工作电压下基区绝对不能穿通因此，对于高耐压器件，基区宽度的最小值由基区穿通电压决定,此处，对于均匀基区晶体管，当集电结电压接近雪崩击穿时，基区一侧的耗尽层宽度为： 在高频器件中，基区宽度的最小值往往还受工艺的限制所以由于，所以可以看做单边突变结所以E-B耗尽区宽度（）可近视看作全部位于基区内，又由，做近似计算，也看做单边突变结，大多数C-B耗尽区宽度（）位于集电区内因为C-B结轻掺杂一侧的掺杂浓度比E-B结轻掺杂一侧的浓度低，所以＞由图可得根据公式 可得一元二次方程，进一步解得该方程的解为 W=重新代入公式得，β=803，符合设计β=80的要求。