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
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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
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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。
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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
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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。
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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。
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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
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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
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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
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2
自对准双多晶硅双极型结构
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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。
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