半导体器件与工艺课程设计

课程设计

课程名称微电子器件工艺课程设计

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 08微电子学1班

学号 ********** 学生姓名____ 张又文 __ _ 指导教师魏爱香、何玉定 ___

2011 年 7 月 6 日

广东工业大学课程设计任务书

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 微电子学专业08级1班

姓 名 张又文 学 号

3108008033

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，β=120。V CEO =15V,V CBO =80V.晶体管工作于小注入条件下，最大集电极电流为I C =5mA 。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N E , N B ,和N C , 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W c ，基本宽度W b ，发射区宽度W e 和扩散结深X jc , 发射结结深X je 等。

4．根据扩散结深X jc , 发射结结深X je 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

6. 写设计报告

四、课程设计进程安排

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.

发出任务书日期： 2011 年 6 月 27 日指导教师签名：

计划完成日期： 2011年 7月8日基层教学单位责任人签章：

主管院长签章：

目录

广东工业大学课程设计任务书 (2)

一、设计任务及目标 (5)

二、晶体管的主要设计步骤和原则 (5)

2.1.晶体管设计一般步骤 (5)

2.2．晶体管设计的基本原则 (6)

三、晶体管物理参数设计 (7)

3.1. 各区掺杂浓度及相关参数的计算 (7)

3.2.集电区厚度Wc的选择 (10)

3.3. 基区宽度WB (10)

3.4.扩散结深 (13)

3.5.杂质表面浓度 (14)

3.6.芯片厚度和质量 (14)

3.7. 晶体管的横向设计、结构参数的选择 (14)

四、工艺参数设计 (16)

4.1. 工艺参数计算思路 (16)

4.2. 基区相关参数的计算过程 (16)

4.3.发射区相关参数的计算过程 (18)

4.4. 氧化时间的计算 (20)

五、设计参数总结 (21)

六、工艺流程图 (22)

七、生产工艺说明 (24)

7.1 硅片清洗 (24)

7.2 氧化工艺 (26)

7.3. 光刻工艺 (27)

7.4 磷扩散工艺（基区扩散） (29)

7.5 硼扩散工艺(发射区扩散) (31)

八.心得体会 (32)

九.参考文献 (33)

PNP 双极型晶体管的设计

一、设计任务及目标

《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，

设计一个均匀掺杂的pnp 型双极晶体管，使T=300K 时，β=120。V CEO =15V,V CBO =80V.晶体管工作于小注入条件下，最大集电极电流为I C =5mA 。设计时应尽量减小基区宽度调制效应的影响。

二、晶体管的主要设计步骤和原则

2.1.晶体管设计一般步骤

第一，根据预期指标要求选定主要电学参数，确定主要电学参数的设计指标。 第二，根据设计指标的要求，了解同类产品的现有水平和工艺条件，结合设计指标和生产经验进行初步设计，设计内容包括以下几个方面：

（1）根据主要参数的设计指标确定器件的纵向结构参数，如集电极厚度Wc ，基极宽度Wb 和扩散结深Xj 等。

（2）根据结深确定氧化层的厚度，氧化温度和氧化时间；杂质预扩散和再扩

散的扩散温度和扩散时间。

（3）根据设计指标确定器件的图形结构，设计器件的图形尺寸，绘制出光刻版图。

（4）根据设计指标选取材料，确定材料参数，如电阻率p ，位错，寿命，晶向等。

（5）根据现有工艺条件，制定详细的工艺实施方案。

（6）根据晶体管的类型进行热学设计，选择封装形式，选用合适的管壳和散热方式等。

第三、根据初步设计方案，对晶体管进行电学验算，并在此基础上对设计方案进行综合调整和修改。

第四，根据初步设计方案进行小批测量试制，暴露问题，解决矛盾，修改和完善设计方案。

双极晶体管的电学参数可分为直流参数，交流参数和极限参数三大类。下面将电学参数按三大类进行汇总

结构和材料参数

电学参数 W B

W C

N C

N E

N B

A e

A c

f T I CM G P V CES

BV CBO

2.2．晶体管设计的基本原则

（1）全面权衡各电学参数间的关系，确定主要电学参数

尽管晶体管的电学参数很多，但对于一类型的晶体管，其主要电学参数却只有几个，如对高频大功率管，主要的电学参数是f T ， BV CBO ， P CM 和I CM 等；而高速开关管的主要电学参数则为t o n ，t off ，U BES 和U CES 。因此，在进行设计时，必须