微电子器件及工艺课程设计(指导,参考书
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A=2 DSiO2 ( 1/ks +1/h); B= 2DSiO2 C*/ N1 ； τ= ( xi2＋Axi）/ B 。 A、B都是速度常数，
可查表获得
可整理ppt
9
恒定表面源扩散
• 恒定表面源是指在扩散过程中，硅片
表面的杂质浓度始终是保持不变的。
• 恒定表面源扩散指硅一直处于杂质氛 围中，硅片表面达到了该扩散温度的 固溶度Cs。
x ＝ 2（D SiO2 t）1/2 erfc－1 C（x）/Cs ＝ A （D SiO2 t） 1/2
Cs为扩散温度下杂质在SiO2表面的浓度，t为扩散时间， A与SiO2表面处的杂质浓度及SiO2膜下面衬底的表面杂 质浓度有关，可由高斯函数或余误差分布函数得到。 假定SiO2表面处的杂质浓度与Si－ SiO2界面处的杂质 浓度之比为某一值，如103时，就认为SiO2层起到了掩 蔽作用。由此可求出所需的SiO2层的最小厚度xmin。此 时可由余误差分布函数查出A=4.6, 因此
2. 半导体制造技术，电子工业出版社，Michael Quirk，Julian Serda著
3. 微电子技术工程，电子工业出版社，刘玉岭等 著
4. 晶体管原理与工艺，科学出版社，上海无线电 七厂编
5. 晶体管原理与设计，科学出版社，北京大学电 子仪器厂半导体专业编
6. 大功率晶体管的设计与制造，科学出版社，赵 保经编
C(x,t) t3>t2>t1
t1
• 解扩散方程： C 2C
Cs
t2
t D x2
t3
• 初始条件为：C(x，0)=0，x>0 • 边界条件为：C(0，t)=Cs
C(∞，t)= 0
恒定表面源扩散杂质分布情况
CB
x
0
xj1 xj2 xj3
Cx,tCserfc
x 2
Dt
可整理ppt
10
恒定表面源扩散
结深
13
扩散时间计算
wk.baidu.com
再扩散 结深 xj＝｛4Dt lnS/[Csub（3.14Dt)]1/2｝1/2
S为单位面积的掺杂原子总数，s＝浓度（平均浓度）×结深 预扩散扩散长度比再扩散的扩散长度小得多，预扩散分布的
渗透范围小到可以忽略。 设计思路：发射区扩散时间－氧化层厚度－基区扩散结深－
基区扩散时间－基区掩蔽层厚度－氧化时间。 由于二次氧化，在考虑基区扩散深度时须对发射区掩蔽层消
耗的硅进行补偿。 集电结结深＝发射结结深＋基区宽度＋0.46发射区掩蔽层厚
度。发射结结深＝1~2基区宽度。
可整理ppt
14
氧化层厚度
二氧化硅薄膜的掩蔽效果与厚度及其膜层质量、杂 质在SiO2中的扩散系数有关，还与SiO2和硅衬底 中的杂质浓度、杂质在衬底中的扩散系数以及杂 质在衬底与SiO2界面的分凝系数等因素有关。
7. 晶体管原理与实践，上海科学技术出版社
可整理ppt
6
基本要求
所有的参数设计都必须有根据，或为计算所 得，或为查图表所得，须列出资料来源， 不得杜撰数据、不得弄虚作假。
相互合作，独立完成。 树立严谨的、科学的、实事求是的态度。
可整理ppt
7
起掩蔽作用的氧化层厚度
杂质在SiO2中分布属余误差分布和高斯分布。对余误差 分布，浓度为C(x）所对应的深度表达式为：
Xmin ＝ 4.6 （D SiO2 t）1/2
t为掺杂扩散时间，预扩散温度低，扩散系数小，杂质在
预扩散时在二氧化硅中的扩散深度可忽略不计。
可整理ppt
8
氧化时间计算
x0＝A/2 {[1+ (t+τ)/(A2/4B)]1/2-1}, 可由图 解法求解。
初始条件x0（0）＝xi，xi为氧化前硅片上原有 的SiO2厚度。可得： x02 ＋ Ax0 ＝ B（t＋τ）
xj 2erf1cC CsB DtA Dt
杂质数量
Q Cx,tdx2Cs
0
Dt π
1.13Cs
Dt
杂质浓度梯度
C(x ,t )
Cs
x2 e 4Dt
x x,t πDt
• erfc称为余误差函数。
• 恒定源扩散杂质浓度服从余误差分布，延长扩散时间：
①表面杂质浓度不变； ②结深增加； ③扩入杂质总量
可整理ppt
4
设计报告
1. 目录
2. 设计任务及目标
3. 概述－发展现状
4. 工艺流程
5. 设计基本原理及工艺参数设计
6. 设计参数总结
7. 版图
8. 心得体会
9. 参考书
报告书约20~30页，A4纸
可整理ppt
5
参考书
1. 微电子制造科学原理与工程技术，电子工业出 版社，Stephen A Campbell著
Cs’
t2
Cs”
t3
有限表面源扩散杂质分布情况
Cx,t
x2
Q e 4Dt
Dt 可整理ppt
CB 0δ
Xj1 Xj2 Xj3
X
12
有限表面源扩散
杂质表面浓度 结深 杂质浓度梯度
Cs'
Q
Dt
1
xj
2ln
C's CB
2
Dt A
Dt
C(x,t) x (x,t)
x 2Dt
C(x,t)
可整理ppt
3. 工艺参数设计：设计的基本原理，基本公式，工艺过 程。；发射区和基区的扩散温度、扩散时间及相应的氧 化层厚度，氧化温度及时间。
4. 晶体管的结构图及版图：版图标准尺寸为4inchX4inch， 版图上有功能区及定位孔，包括基区版图、发射区版图， 接触孔版图（发射极及基极）及3张版图重合的投影图。
晶体管的结构
可整理ppt
1
双极晶体管结构及版图示意图
可整理ppt
2
自对准双多晶硅双极型结构
可整理ppt
3
课程设计要求
1. 制造目标：发射区、基区、收集区的掺杂浓度；发射结 及收集结的结深；基区宽度；收集结及发射结的面积
2. 总体制造方案：清洗→氧化→光刻（光刻基区）→硼预 扩散→硼再扩散（基区扩散） → 去氧化膜→ 氧化工艺 →光刻（光刻发射区）→磷预扩散→磷再扩散（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
增加； ④杂质浓度梯度减可小整理。ppt
11
有限表面源扩散
• 指杂质源在扩散前积累于硅
片表面薄层δ内， Q为单位 面积杂质总量，解扩散方程：
Cx,0dx Q
0
边界条件:C(x,0)=Q/δ , 0<x<δ C(x,t)
C(∞,t)=0 初始条件：C(x,0)=0, x>0
Cs
t3>t2>t1 t1
考虑到生产实际情况，基区氧化层厚度约为6000埃 （氧化温度1100℃左右），发射区氧化层厚度约 为7000埃，采用干氧－湿氧－干氧工艺。
可查表获得
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9
恒定表面源扩散
• 恒定表面源是指在扩散过程中，硅片
表面的杂质浓度始终是保持不变的。
• 恒定表面源扩散指硅一直处于杂质氛 围中，硅片表面达到了该扩散温度的 固溶度Cs。
x ＝ 2（D SiO2 t）1/2 erfc－1 C（x）/Cs ＝ A （D SiO2 t） 1/2
Cs为扩散温度下杂质在SiO2表面的浓度，t为扩散时间， A与SiO2表面处的杂质浓度及SiO2膜下面衬底的表面杂 质浓度有关，可由高斯函数或余误差分布函数得到。 假定SiO2表面处的杂质浓度与Si－ SiO2界面处的杂质 浓度之比为某一值，如103时，就认为SiO2层起到了掩 蔽作用。由此可求出所需的SiO2层的最小厚度xmin。此 时可由余误差分布函数查出A=4.6, 因此
2. 半导体制造技术，电子工业出版社，Michael Quirk，Julian Serda著
3. 微电子技术工程，电子工业出版社，刘玉岭等 著
4. 晶体管原理与工艺，科学出版社，上海无线电 七厂编
5. 晶体管原理与设计，科学出版社，北京大学电 子仪器厂半导体专业编
6. 大功率晶体管的设计与制造，科学出版社，赵 保经编
C(x,t) t3>t2>t1
t1
• 解扩散方程： C 2C
Cs
t2
t D x2
t3
• 初始条件为：C(x，0)=0，x>0 • 边界条件为：C(0，t)=Cs
C(∞，t)= 0
恒定表面源扩散杂质分布情况
CB
x
0
xj1 xj2 xj3
Cx,tCserfc
x 2
Dt
可整理ppt
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恒定表面源扩散
结深
13
扩散时间计算
wk.baidu.com
再扩散 结深 xj＝｛4Dt lnS/[Csub（3.14Dt)]1/2｝1/2
S为单位面积的掺杂原子总数，s＝浓度（平均浓度）×结深 预扩散扩散长度比再扩散的扩散长度小得多，预扩散分布的
渗透范围小到可以忽略。 设计思路：发射区扩散时间－氧化层厚度－基区扩散结深－
基区扩散时间－基区掩蔽层厚度－氧化时间。 由于二次氧化，在考虑基区扩散深度时须对发射区掩蔽层消
耗的硅进行补偿。 集电结结深＝发射结结深＋基区宽度＋0.46发射区掩蔽层厚
度。发射结结深＝1~2基区宽度。
可整理ppt
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氧化层厚度
二氧化硅薄膜的掩蔽效果与厚度及其膜层质量、杂 质在SiO2中的扩散系数有关，还与SiO2和硅衬底 中的杂质浓度、杂质在衬底中的扩散系数以及杂 质在衬底与SiO2界面的分凝系数等因素有关。
7. 晶体管原理与实践，上海科学技术出版社
可整理ppt
6
基本要求
所有的参数设计都必须有根据，或为计算所 得，或为查图表所得，须列出资料来源， 不得杜撰数据、不得弄虚作假。
相互合作，独立完成。 树立严谨的、科学的、实事求是的态度。
可整理ppt
7
起掩蔽作用的氧化层厚度
杂质在SiO2中分布属余误差分布和高斯分布。对余误差 分布，浓度为C(x）所对应的深度表达式为：
Xmin ＝ 4.6 （D SiO2 t）1/2
t为掺杂扩散时间，预扩散温度低，扩散系数小，杂质在
预扩散时在二氧化硅中的扩散深度可忽略不计。
可整理ppt
8
氧化时间计算
x0＝A/2 {[1+ (t+τ)/(A2/4B)]1/2-1}, 可由图 解法求解。
初始条件x0（0）＝xi，xi为氧化前硅片上原有 的SiO2厚度。可得： x02 ＋ Ax0 ＝ B（t＋τ）
xj 2erf1cC CsB DtA Dt
杂质数量
Q Cx,tdx2Cs
0
Dt π
1.13Cs
Dt
杂质浓度梯度
C(x ,t )
Cs
x2 e 4Dt
x x,t πDt
• erfc称为余误差函数。
• 恒定源扩散杂质浓度服从余误差分布，延长扩散时间：
①表面杂质浓度不变； ②结深增加； ③扩入杂质总量
可整理ppt
4
设计报告
1. 目录
2. 设计任务及目标
3. 概述－发展现状
4. 工艺流程
5. 设计基本原理及工艺参数设计
6. 设计参数总结
7. 版图
8. 心得体会
9. 参考书
报告书约20~30页，A4纸
可整理ppt
5
参考书
1. 微电子制造科学原理与工程技术，电子工业出 版社，Stephen A Campbell著
Cs’
t2
Cs”
t3
有限表面源扩散杂质分布情况
Cx,t
x2
Q e 4Dt
Dt 可整理ppt
CB 0δ
Xj1 Xj2 Xj3
X
12
有限表面源扩散
杂质表面浓度 结深 杂质浓度梯度
Cs'
Q
Dt
1
xj
2ln
C's CB
2
Dt A
Dt
C(x,t) x (x,t)
x 2Dt
C(x,t)
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3. 工艺参数设计：设计的基本原理，基本公式，工艺过 程。；发射区和基区的扩散温度、扩散时间及相应的氧 化层厚度，氧化温度及时间。
4. 晶体管的结构图及版图：版图标准尺寸为4inchX4inch， 版图上有功能区及定位孔，包括基区版图、发射区版图， 接触孔版图（发射极及基极）及3张版图重合的投影图。
晶体管的结构
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1
双极晶体管结构及版图示意图
可整理ppt
2
自对准双多晶硅双极型结构
可整理ppt
3
课程设计要求
1. 制造目标：发射区、基区、收集区的掺杂浓度；发射结 及收集结的结深；基区宽度；收集结及发射结的面积
2. 总体制造方案：清洗→氧化→光刻（光刻基区）→硼预 扩散→硼再扩散（基区扩散） → 去氧化膜→ 氧化工艺 →光刻（光刻发射区）→磷预扩散→磷再扩散（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
增加； ④杂质浓度梯度减可小整理。ppt
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有限表面源扩散
• 指杂质源在扩散前积累于硅
片表面薄层δ内， Q为单位 面积杂质总量，解扩散方程：
Cx,0dx Q
0
边界条件:C(x,0)=Q/δ , 0<x<δ C(x,t)
C(∞,t)=0 初始条件：C(x,0)=0, x>0
Cs
t3>t2>t1 t1
考虑到生产实际情况，基区氧化层厚度约为6000埃 （氧化温度1100℃左右），发射区氧化层厚度约 为7000埃，采用干氧－湿氧－干氧工艺。