目录
1.课程设计目的与任务 (2)
2.设计的内容 (2)
3.设计的要求与数据 (2)
4.物理参数设计 (3)
4.1 各区掺杂浓度及相关参数的计算 (3)
4.2 集电区厚度Wc的选择 (6)
4.3 基区宽度WB (6)
4.4 扩散结深 (10)
4.5 芯片厚度和质量 (10)
4.6 晶体管的横向设计、结构参数的选择 (10)
5.工艺参数设计 (11)
5.1 工艺部分杂质参数 (11)
5.2 基区相关参数的计算过程 (11)
5.3 发射区相关参数的计算过程 (13)
5.4 氧化时间的计算 (14)
6.设计参数总结 (16)
7.工艺流程图 (17)
8.生产工艺流程 (19)
9.版图 (28)
10.心得体会 (29)
11.参考文献 (30)
PNP 双极型晶体管的设计
1、课程设计目的与任务
《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。 2、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。 3、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。 4、物理参数设计
4.1 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V 时，集电结可用突变结近似，对于Si 器件击穿电压为4
313
106-
?=）（BC B N V ， 由此可得集电区杂质浓度为：
34
1334
13)1106106CEO
n CBO
C BV BV N β+?=?=（）（
由设计的要求可知C-B 结的击穿电压为： V
BV CBO 80=
根据公式,可算出集电区杂质浓度：
3
153
4
133********.6)80106106-?=?=?=cm BV N CBO C （）（
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:
B
E C B N N N N 100,10==
即各区的杂质溶度为：
3
1831631510814.610814.610814.6---?=?=?=cm N cm N cm N E B C ，，
图1 室温下载流子迁移率与掺杂浓度的函数关系（器件物理P55）
根据图1，得到少子迁移率：
s V cm ?==/13002n C μμ s V cm P B ?==/3302μμ s V cm N E ?==/1502μμ
根据公式可得少子的扩散系数：
s
cm q kT D s
cm q kT D s cm q kT
D E E B B C C /90.3150026.0/58.8330026.0/8.331300026.0222=?===?===?==
μμμ
图2 掺杂浓度与电阻率的函数关系（器件物理P59）
根据图2，可得到不同杂质浓度对应的电阻率：
cm C ?Ω=17.1ρ cm B ?Ω=1.0ρ cm E ?Ω=014.0ρ
图3 少子寿命与掺杂浓度的函数关系（半导体物理P177）
根据图3，可得到各区的少子寿命E B C τττ和、
s C 6105.3-?=τ s B 7109-?=τ s E 6101.1-?=τ
根据公式得出少子的扩散长度：
cm
D L cm
D L cm D L
E E E B B B C C C 3637261007.2101.190.31078.2100.958.81009.1105.38.33------?≈??==?≈??==?≈??==τττ
4.2 集电区厚度Wc 的选择
根据公式求出集电区厚度的最小值为：
um 91.3101.39]10814.6106.1808.111085.82[]2[521
15
19142
10=?≈???????==?---cm qN BV X W C CBO S mB
C εε
W C 的最大值受串联电阻r cs 的限制。增大集电区厚度会使串联电阻r cs 增加，饱和压降V CES 增大，因此W C 的最大值受串联电阻限制。 综合考虑这两方面的因素，故选择W C =8μm 4.3 基区宽度WB （1）基区宽度的最大值
γ≈1时，电流放大系数][1
22
nb
B L W λβ=，因此基区
宽度的最大值可按下式估计：2
1
2][β
λnb B L W <
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：
()um
08.51008.51201078.24][42
32
1
2mas =?≈??==--cm L W nb B βλ，
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。
（2）基区宽度的最小值
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V BV CBO 80=，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：
()()
um
373.010373.0]8010814.610814.610814.610814.6106.11085.88.112[]2[]2[421
15
1615
1619142
1
02
1
0min ,=?≈??+?????????=+=+=---cm BV N N N qN BV N N N qN X CBO C B C B S CBO A D A
D S B εεεε 在高频器件中，基区宽度的最小值往往还受工艺的限制。 则由上述计算可知基区的范围为：m W m B μμ08.5373.0<<
（3）基区宽度的具体设计
与PN 结二极管的分析类似，在平衡和标准工作条件下，BJT 可以看成是由两个独立的PN 结构成，它在平衡时的结构图如下所示：
图4 平衡条件下的PNP 三极管的示意图
具体来说，由于B E N N >>，所以E-B 耗尽区宽度（EB W ）可近视看作全部位于基区内，又由C B N N >，得到大多数C-B 耗尽区宽度（CB W ）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CB W ＞
EB W 。另外注意到B W 是基区宽度，W 是基区中准中性基区宽度；也就是说，对
于PNP 晶体管，有：nCB nEB B x x W W ++=
其中nEB x 和nCB x 分别是位于N 型区内的E-B 和C-B 耗尽区宽度，在BJT 分析中W 指的就是准中性基区宽度。 E-B 结的内建电势为：
V n N N q kT V i B E biEB
938.0)10(10814.610814.6ln 026.0ln 2
1016182=????== C-B 结的内建电势为：
V n N N q kT V i B C biCB
758.0)10(10814.610814.6ln 026.0ln 2
1016152=????== 根据公式,E-B 结在基区一边的耗尽层宽度nEB x 为： ∵B E N N >> ，可以当成单边突变结处理
()2
121022?
?????≈??????+=biEB B o s biEB B E B E
S nEB V qN K V N N N N q K X εε
um 134.01034.110814.6106.1938.01085.88.11252
1
16
1914
=?≈?????
????????=---cm
C-B 结在基区一边的耗尽层厚度nCB x 为：
()2
1
0)-(2?
?????+=CB biEB B C B C
S nCB V V N N N N q K X ε
0W n n =--=CB EB B X X W ，则穿通时有
()()
V N N N N q K X W
V V B C B C
S EB B CB
CB 242.1444614447758.02-02
n max ,bi -=-=+-=?ε
CBO CB V V >>则 ()2102?
?
????+=biEB B C B C S nCB
V N N N N q K X ε所以有
()um
0363.010363.0758.010814.610814.610814.610814.6106.11085.88.11252
1
16151615
1914
=?≈?
???????+?????????=---cm
对于准中性基区宽度W ，取基区宽度um 5.3=B W ，则 um X X W W CB EB B 33.30363.0-134.0-5.3n n ==--= 验证其取值的准确性，根据公式有：
2
211
???
?
??+=B E E B B E dc L W L W N N D D β
126
1078.21033.3211007.21033.310814.610814.658.89.31
2
34341816≈???
? ?????+??????=
----
解得的β接近于设计的要求，符合设计指标，所以基区宽度为m W B μ5.3=， 满足条件m W m B μμ08.5373.0<<。
4.4 扩散结深
在晶体管的电学参数中，击穿电压与结深关系最为密切，它随结深变浅，曲率半径减小而降低，因而为了提高击穿电压，要求扩散结深一些。但另一方面，结深却又受条宽限制，由于基区积累电荷增加，基区渡越时间增长，有效特征频率就下降，因此，通常选取：
反射结结深为um W X B je 5.3== 集电结结深为um W X B j 72c =?= 4.5 芯片厚度和质量
本设计选用的是电阻率为cm ?Ω7的P 型硅，晶向是<111>。硅片厚度主要由集电结深、集电区厚度、衬底反扩散层厚度决定。同时扩散结深并不完全一致，在测量硅片厚度时也存在一定误差。因此在选取硅片厚度时必须留有一定的的余量。衬底厚度要选择适当，若太薄，则易碎，且不易加工；若太厚，则芯片热阻过大。因此，在工艺操作过程中，一般硅片的厚度都在300um 以上，但最后要减薄到150～200um 。硅片的质量指标主要是要求厚度均匀，电阻率符合要求，以及材料结构完整、缺陷少等。
4.6 晶体管的横向设计、结构参数的选择 (1)横向设计
进行晶体管横向设计的任务，是根据晶体管主要电学参数指标的要求，选取合适的几何图形，确定图形尺寸，绘制光刻版图。晶体管的图形结构种类繁多：从电极配置上区分，有延伸电极和非延伸电极之分；从图形形状看，有圆形、梳状、网格、覆盖、菱形等不同的几何图形。众多的图形结构各有其特色。 此次设计的晶体管只是普通的晶体管，对图形结构没有特别的要求，所以只是采用普通的单条形结构。三极管剖面图如图5，三极管俯视图如图6。
E
B
C
图5：三极管剖面图
E
B
C
图6：三极管俯视图
(2)基区和发射区面积
发射区面积取21001010m A E μ=?= 基区面积取26002030m A B μ=?=。 5、工艺参数设计 5.1 工艺部分杂质参数 杂质元素 )/(20s cm D )(eV E a
磷（P ） 3.85 3.66 硼（B ）
0.76
3.46
表1 硅中磷和硼的0D 与a E （微电子工艺基础119页表5-1） 5.2 基区相关参数的计算过程 5.2.1 预扩散时间
PNP 基区的磷预扩散的温度取1080℃，即1353K 。
单位面积杂质浓度：
212415161025.5107)10814.610814.6()()(--?=???+?=?+=cm X N N t Q jc C B
由上述表1可知磷在硅中有：s cm D O /85.32= V E e 66.3a =
s /cm 1097.8)1353
10614.866.3ex p(85.3)ex p(21450--?=??-?=-
=T k E D D a 所以， 为了方便计算，取318cm 105-?=S C 由公式 Dt C t Q S π
2
)(=
，得出基区的预扩散时间：
(
)
(
)
min 08.1684.96410
97.8105414
.31025.54)(t 142182
1322==??????==-s D C t Q S π 5.2.2 氧化层厚度
氧化层厚度的最小值由预扩散（1353K ）的时间t=964.84s 来决定的，且服从余误差分布，并根据假设可求t D x SiO 26.4min = ，由一些相关资料可查出磷（P ）在温度1080℃时在2i O S 中的扩散系数：s /cm 102.22142i -?=O S D
5
14
min 212910129.284.96410
2.26.46.42A cm t D x SiO =?=???==--所以，
考虑到生产实际情况，基区氧化层厚度取为60000
A 。 5.2.3 基区再扩散的时间
PNP 基区的磷再扩散的温度这里取1200℃。
由一些相关资料可查出磷的扩散系数：s /cm 106212?=D 由于预扩散的结深很浅，可将它忽略，故，m jC μ7X X .==再扩 由再扩散结深公式：B
S
C C Dt ln
2X =再扩，
而且Dt
Q
C S π=
，31510814.6-?==cm N C C B
故可整理为： 02X ln 2ln ln 4X
22
=+???
? ????-???=D D C Q
t t t Dt C Q
Dt B B 再扩再扩
ππ 即()
0106210710614.310814.61025.5ln 2ln 122
412
1512
=???+
???
? ????????----t t t 经过化简得： 0391675.13ln =+-?t t t 解得基区再扩散的时间： t=9050s=2.5h 5.3 发射区相关参数的计算过程 5.3.1 预扩散时间
PNP 发射区的硼预扩散的温度这里取950℃，即1223K 。 单位面积杂质浓度：
21541816e 104.2105.3)10814.610814.6()()(--?=???+?=?+=cm X N N t Q j E B
由上述表1可知硼在硅中有：s cm D O /76.02= V E e 46.3a =
s /cm 102.4)1223
10614.846.3ex p(76.0)ex p(21550--?=??-?=-
=T k E D D a 所以， 为了方便计算，取320cm 108-?=S C 由公式 Dt C t Q S π
2
)(=
，得出发射区的预扩散时间：
(
)
(
)
min 281683102.4108414
.3104.24)(t 15
2202
152
2==??????==-s D C t Q S π 5.3.2 氧化层厚度
氧化层厚度的最小值由预扩散（1353K ）的时间t=1683s 来决定的，且服从余误差分布，并根据假设可求t D x SiO 26.4min = ，由一些相关资料可查出硼（B ）在温度950℃时在2i O S 中的扩散系数：s /cm 1062152i -?=O S D
5
15
min 146210462.1168310
66.46.42A cm t D x SiO =?=???==--所以，
考虑到生产实际情况，基区氧化层厚度取为70000
A 。
5.3.3 发射区再扩散的时间
PNP 基区的磷再扩散的温度这里取1170℃，即1443K ，则 s /cm 103.6)1443
10614.846.3ex p(76.0)ex p(2
1350--?=??-?=-
=T k E D D a 由于预扩散的结深很浅，可将它忽略，故，m j μ5.3X X .e ==再扩 由再扩散结深公式：B
S
C C Dt ln
2X =再扩，
而且Dt
Q
C S π=
，31610814.6-?==cm N C B B 故可整理为： 02X ln 2ln ln 4X
22
=+???
? ????-???=D D C Q
t t t Dt C Q
Dt B B 再扩再扩
ππ 即()
0103.62105.3103.614.310814.6104.2ln 2ln 132
413
1615
=???+
???
? ????????----t t t 经过化简得： 09722226.20ln =+-?t t t 解得基区再扩散的时间： t=8700s=2.4h 5.4 氧化时间的计算 5.4.1 基区氧化时间
由前面得出基区氧化层厚度是60000
A ，可以采用干氧－湿氧－干氧的工艺, 将60000
A 的氧化层的分配成如下的比例进行氧化工艺： 干氧：湿氧：干氧=1：4：1
即先干氧10000
A （0.1um ），再湿氧40000
A （0.4um ），再干氧10000
A （0.1um ） 取干氧和湿氧的氧化温度为1200℃，由图7可得出：
干氧氧化10000A 的氧化层厚度需要的时间为：m in 4.20h 34.0t 1== 湿氧氧化40000A 的氧化层厚度需要的时间为：m in 2.16h 27.0t 2== 所以，基区总的氧化时间为：m in 572.164.202t t 2t 21=+?=+=
图7 氧化时间与氧化厚度的关系图 5.4.2 发射区氧化时间
由前面得出发射区氧化层厚度是70000
A，可以采用干氧－湿氧－干氧的工
艺,将70000
A的氧化层的分配成如下的比例进行氧化工艺：
干氧：湿氧：干氧=1：5：1
即先干氧10000
A（0.1um），再湿氧5000
A（0.5um），再干氧1000
A（0.1um）
取干氧和湿氧的氧化温度为1200℃，由图7可得出：
干氧氧化10000
A的氧化层厚度需要的时间为：m in
4.
20
h
34
.0
t
1
=
=
湿氧氧化50000
A 的氧化层厚度需要的时间为：m in 24h 4.0t 2== 所以，发射区总的氧化时间为：m in 8.64244.202t t 2t 21=+?=+= 6、设计参数总结
采用外延硅片，其衬底的电阻率为7cm ?Ω的P 型硅，选取<111>晶向。
相关参数 集电区C
基区B
发射区E
各区杂质浓度()3-cm N X 1510814.6?
1610814.6?
1810814.6?
少子迁移率()s V cm X ?/2μ 1300 330 150 少子扩散系数()
s cm D X /2 33.8 8.58 3.90 电阻率()cm X ?Ωρ 1.17
0.1
0.014
少子寿命()s X
τ
6105.3-?
7109-?
6101.1-?
扩散长度()cm L X 21009.1-? 31078.2-?
31007.2-? 结深/W(m μ) m X C μ7j =
m W B μ5.3=
m X μ5.3je =
面积(m μ2)
1200 600 100 扩散温度(℃)和 时间()s
预扩散
/ 1080℃,964.84 950℃, 1683 再扩散
/
1200℃,9050
1170℃,8700
氧化层厚度(0
A )
/ 6000 7000 氧化时间 / 先干氧氧化20.4分钟，后湿氧氧化
16.2分钟，再干氧氧化20.4分钟，共氧化57分钟。
先干氧氧化20.4分钟，后湿氧氧化24分钟，再干氧氧化20.4分钟，共氧化64.8
分钟
表2 设计参数总表 7、工艺流程图
PNP晶体管生产总的工艺流程图如下:
8、生产工艺流程
8.1 硅片清洗
1.清洗原理：
a. 表面活性剂的增溶作用：表面活性剂浓度大于临界胶束浓度时会在水溶液中
形成胶束，能使不溶或微溶于水的有机物的溶解度显著增大。
b.表面活性剂的润湿作用：固－气界面消失，形成固－液界面
c.起渗透作用；利用表面活性剂的润湿性降低溶液的表面张力后，再由渗透剂的渗透作用将颗粒托起，包裹起来。具有极强渗透力的活性剂分子可深入硅片表面与吸附物之间，起劈开的作用，活性剂分子将颗粒托起并吸附于硅片表面上，降低表面能。颗粒周围也吸附一层活性剂分子，防止颗粒再沉积。
通过对污染物进行化学腐蚀、物理渗透和机械作用，达到清洗硅片的目的。硅片清洗液是指能够除去硅片表面沾污物的化学试剂或几种化学试剂配制的混合液。常用硅片清洗液有：
名称配方使用条件作用
Ⅰ号洗液NH
4OH:H
2
O
2
:H
2
O
=1:1:5→1:2:7 80±5℃
10min
去油脂
去光刻胶残膜
去金属离子
去金属原子
Ⅱ号洗液HCl:H
2O
2
:H
2
O
=1:1:6→1:2:8 80±5℃
10min
去金属离子
去金属原子
Ⅲ号洗液H
2SO
4
:H
2
O
2
=3:1 120±10℃
10~15min
去油、去腊
去金属离子
去金属原子
8.2 氧化工艺
8.2.1 氧化原理
二氧化硅能够紧紧地依附在硅衬底表面，具有极稳定的化学性和电绝缘性，
因此，二氧化硅可以用来作为器件的保护层和钝化层，以及电性能的隔离、绝缘材料和电容器的介质膜。
二氧化硅的另一个重要性质，对某些杂质（如硼、磷、砷等）起到掩蔽作用，从而可以选择扩散；正是利用这一性质，并结合光刻和扩散工艺，才发展起来平面工艺和超大规模集成电路。
制备二氧化硅的方法很多，但热氧化制备的二氧化硅掩蔽能力最强，是集成电路工艺最重要的工艺之一。由于热生长制造工艺设备简单，操作方便，SiO
2
膜较致密，所以采用热氧化二氧化硅制备工艺。
热生长的方法是将硅片放入高温炉内，在氧气氛中使硅片表面在氧化物质作
用下生长SiO
2
薄层，氧化气氛可为水汽，湿氧或干氧。实验表明，水汽氧化法：
生长速率最快，但生成的SiO
2
层结构疏松，表面有斑点和缺陷，含水量多，对杂质特别是磷的掩蔽以力较差，所以在器件生产上都不采用水汽氧化法。
（1）干氧法: 生长速率最慢，但生成的SiO
2
膜结构致密，干燥，均匀性和
重复性好，掩蔽能力强，钝化效果好，SiO
2
膜表面与光刻胶接触良好，光刻时不易浮胶。
（2）湿氧法:生长速率介于前两者之间，生长速率可通过炉温或水浴温度进
行调整。使用灵活性大，湿氧法生长的SiO
2
膜，虽然致密性略差于干氧法生长
的SiO
2
膜，但其掩蔽能力和钝化效果都能满足一般器件生产的要求，较突出的
弱点是SiO
2
表面与光刻胶接触不良，光刻时容易产生浮胶。生产中采用取长补短的方法，充分利用湿氧和干氧的优点，采用干氧—湿氧—干氧交替的方法。
根据迪尔和格罗夫模型，热氧化过程须经历如下过程：
微电子器件课程设计报告 题目： NPN型双极晶体管 班级：微电0802班 学号： 080803206 姓名：李子忠 指导老师：刘剑霜 2011 年6月6日
一、目标结构 NPN 型双极晶体管 二、目标参数 最终从IV曲线中提取出包括fT和 Gain在内的设计参数. 三、在该例中将使用: （1）多晶硅发射双极器件的工艺模拟； （2）在DEVEDIT中对结构网格重新划分； （3）提取fT和peak gain. ATLAS中的解过程: 1. 设置集电极偏压为2V. 2. 用 log语句用来定义Gummel plot数据集文件. 3.用extract语句提取BJT的最大增益"maxgain"以及最大ft,"maxft". Gummel plot:晶体管的集电极电流Ic、基极电流 Ib与基极-发射极电压 Vbe关系图(以半对数坐标的形式). 四、制造工艺设计 4.1.首先在ATHENA中定义0.8um*1.0um的硅区域作为基底，掺杂为均匀的砷杂质，浓度为2.0e16/cm3,然后在基底上注入能量为18ev，浓度为4.5e15/cm3的掺杂杂质硼，退火，淀积一层厚度为0.3um的多晶硅，淀积过后，马上进行多晶硅掺杂，掺杂为能量50ev，浓度7.5e15/cm3的砷杂质，接着进行多晶硅栅的刻蚀（刻蚀位置在0.2um 处）此时形成N++型杂质（发射区）。刻蚀后进行多晶氧化，由于氧化是在一个图形化（即非平面）以及没有损伤的多晶上进行的，所以使
用的模型将会是fermi以及compress，进行氧化工艺步骤时分别在干氧和氮的气氛下进行退火，接着进行离子注入，注入能量18ev，浓度2.5e13/cm3的杂质硼，随后进行侧墙氧化层淀积并进行刻蚀，再一次注入硼，能量30ev，浓度1.0e15/cm3，形成P+杂质（基区）并作一次镜像处理即可形成完整NPN结构,最后淀积铝电极。 4.2.三次注入硼的目的： 第一次硼注入形成本征基区;第二次硼注入自对准(self-aligned)于多晶硅发射区以形成一个连接本征基区和p+ 基极接触的connection.多晶发射极旁的侧墙(spacer-like)结构用来隔开 p+ 基极接触和提供自对准.在模拟过程中,relax 语句是用来减小结构深处的网格密度,从而只需模拟器件的一半；第三次硼注入,形成p+基区。 4.3.遇到的问题 经常遇到这样一种情况:一个网格可用于工艺模拟,但如果用于器件模拟效果却不甚理想.在这种情况下,可以用网格产生工具DEVEDIT 用来重建网格,从而以实现整个半导体区域内无钝角三角形. 五、原胞版图和工艺仿真结果： 用工艺软件ATHENA制作的NPN基本结构：
目录 1.课程设计目的与任务 (2) 2.设计的内容 (2) 3.设计的要求与数据 (2) 4.物理参数设计 (3) 4.1 各区掺杂浓度及相关参数的计算 (3) 4.2 集电区厚度Wc的选择 (6) 4.3 基区宽度WB (6) 4.4 扩散结深 (10) 4.5 芯片厚度和质量 (10) 4.6 晶体管的横向设计、结构参数的选择 (10) 5.工艺参数设计 (11) 5.1 工艺部分杂质参数 (11) 5.2 基区相关参数的计算过程 (11) 5.3 发射区相关参数的计算过程 (13) 5.4 氧化时间的计算 (14) 6.设计参数总结 (16) 7.工艺流程图 (17) 8.生产工艺流程 (19) 9.版图 (28) 10.心得体会 (29) 11.参考文献 (30)
PNP 双极型晶体管的设计 1、课程设计目的与任务 《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。 2、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。 3、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。
第三讲双极型晶体管 1.3 双极型晶体管 半导体三极管有两大类型，一是双极型半导体三极管 二是场效应半导体三极管 双极型半导体三极管是由两种载流子参与导电的半导体器件，它由两个PN 结组合而成，是一种CCCS器件。 场效应型半导体三极管仅由一种载流子参与导电，是一种VCCS器件。 1.3.1晶体管的结构及类型 双极型半导体三极管的结构示意图如图所示。它有两种类型：NPN型和PNP型。中间部分称为基区，相连电极称为基极，用B或b表示（Base）； 一侧称为发射区，相连电极称为发射极，用E或e表示（Emitter）； 另一侧称为集电区和集电极，用C或c表示（Collector）。 E-B间的PN结称为发射结（Je）， C-B间的PN结称为集电结（Jc）。 两种极性的双极型三极管 双极型三极管的符号在图的下方给出，发射极的箭头代表发射极电流的实际方向。从外表上看两个N区(或两个P区)是对称的，实际上发射区的掺杂浓度大，集电区掺杂浓度低，且集电结面积大。基区要制造得很薄，其厚度一般在几个微米至几十个微米。 1.3.2 晶体管的电流放大作用 双极型半导体三极管在工作时一定要加上适当的直流偏置电压。若在放大工作状态：发射结加正向电压，集电结加反向电压。现以NPN型三极管的放大状态为例，来说明三极管内部的电流关系。
双极型三极管的电流传输关系（动画2-1） 发射结加正偏时，从发射区将有大量的电子向基区扩散，形成的电流为I EN。与PN结中的情况相同。从基区向发射区也有空穴的扩散运动，但其数量小，形成的电流为I EP。这是因为发射区的掺杂浓度远大于基区的掺杂浓度。 进入基区的电子流因基区的空穴浓度低，被复合的机会较少。又因基区很薄，在集电结反偏电压的作用下，电子在基区停留的时间很短，很快就运动到了集电结的边上，进入集电结的结电场区域，被集电极所收集，形成集电极电流I CN。在基区被复合的电子形成的电流是I BN。 另外，因集电结反偏，使集电结区的少子形成漂移电流I CBO。于是可得如下电流关系式： I E= I EN＋I EP 且有I EN>>I EP I EN=I CN+ I BN 且有I EN>> I BN，I CN>>I BN I C=I CN+ I CBO I B=I EP+ I BN－I CBO I E=I EP+I EN=I EP+I CN+I BN=(I CN+I CBO)+(I BN+I EP－I CBO)=I C+I B 以上关系在图02.02的动画中都给予了演示。由以上分析可知，发射区掺杂浓度高，基区很薄，是保证三极管能够实现电流放大的关键。若两个PN结对接，相当基区很厚，所以没有电流放大作用，基区从厚变薄，两个PN结演变为三极管，这是量变引起质变的又一个实例。 双极型半导体三极管的电流关系 (1) 三种组态 双极型三极管有三个电极，其中两个可以作为输入, 两个可以作为输出，这样必然有一个电极是公共电极。三种接法也称三种组态，见图02.03。 共发射极接法，发射极作为公共电极，用CE表示； 共集电极接法，集电极作为公共电极，用CC表示； 共基极接法，基极作为公共电极，用CB表示。
双极型晶体管 晶体管的极限参数 双极型晶体管（Bipolar Transistor） 由两个背靠背PN结构成的具有电流放大作用的晶体三极管。起源于1948年发明的点接触晶体三极管，50年代初发展成结型三极管即现在所称的双极型晶体管。双极型晶体管有两种基本结构：PNP型和NPN型。在这3层半导体中，中间一层称基区，外侧两层分别称发射区和集电区。当基区注入少量电流时，在发射区和集电区之间就会形成较大的电流，这就是晶体管的放大效应。双极型晶体管是一种电流控制器件，电子和空穴同时参与导电。同场效应晶体管相比，双极型晶体管开关速度快，但输入阻抗小，功耗大。双极型晶体管体积小、重量轻、耗电少、寿命长、可靠性高，已广泛用于广播、电视、通信、雷达、计算机、自控装置、电子仪器、家用电器等领域，起放大、振荡、开关等作用。 晶体管：用不同的掺杂方式在同一个硅片上制造出三个掺杂区域，并形成两个PN结，就构成了晶体管. 晶体管分类：NPN型管和PNP型管 输入特性曲线：描述了在管压降UCE一定的情况下，基极电流iB与发射结压降uBE之间的关系称为输入伏安特性，可表示为：硅管的开启电压约为0.7V，锗管的开启电压约为0.3V。 输出特性曲线：描述基极电流IB为一常量时，集电极电流iC与管压降uCE之间的函数关系。可表示为： 双击型晶体管输出特性可分为三个区 ★截止区：发射结和集电结均为反向偏置。IE@0，IC@0，UCE@EC，管子失去放大能力。如果把三极管当作一个开关，这个状态相当于断开状态。 ★饱和区：发射结和集电结均为正向偏置。在饱和区IC不受IB的控制，管子失去放大作用，U CE@0，IC=EC／RC，把三极管当作一个开关，这时开关处于闭合状态。 ★放大区：发射结正偏，集电结反偏。 放大区的特点是： ◆IC受IB的控制，与UCE的大小几乎无关。因此三极管是一个受电流IB控制的电流源。 ◆特性曲线平坦部分之间的间隔大小，反映基极电流IB对集电极电流IC控制能力的大小，间隔越大表示管子电流放大系数b越大。 ◆伏安特性最低的那条线为IB=0，表示基极开路，IC很小，此时的IC就是穿透电流ICEO。 ◆在放大区电流电压关系为：UCE=EC-ICRC, IC=βIB ◆在放大区管子可等效为一个可变直流电阻。 极间反向电流：是少数载流子漂移运动的结果。
pnp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......................................................................P1 2.概述－发展现状......................................................................P1 3.设计思路.................................................................................P2 4.各材料参数和结构参数的设计...............................................P2 4.1原材料的选择....................................................................................P2 4.2各区掺杂浓度和相关参数的计算....................................................P4 4.3集电区厚度Wc的选择.....................................................................P5 4.4基区宽度WB的选择........................................................................P7 4.5扩散结深及发射区面积、基区面积的确定....................................P7 5.工艺参数设计.........................................................................P8 5.1硅片氧化相关参数............................................................................P8 5.2基区扩散相关参数............................................................................P9 5.3发射区扩散相关参数......................................................................P10 6.刻画掩模板.............................................................................P12 6.1基区掩模板........................................................................................P12 6.2发射区掩模板....................................................................................P12 6.3金属引线掩模板................................................................................P13 6.4设计参数总结....................................................................................P14 7.工艺步骤.................................................................................P14 7.1清洗....................................................................................................P15 7.2氧化工艺............................................................................................P15
目录 欧阳家百（2021.03.07） 1.课程设计目的与任务 (2) 2.设计的内容 (2) 3.设计的要求与数据 (2) 4.物理参数设计 (3) 4.1各区掺杂浓度及相关参数的计算 (3) 4.2 集电区厚度Wc的选择 (6) 4.3 基区宽度WB (6) 4.4 扩散结深 (10) 4.5 芯片厚度和质量 (10) 4.6 晶体管的横向设计、结构参数的选
择 (10) 5.工艺参数设计 (11) 5.1 工艺部分杂质参数 (11) 5.2 基区相关参数的计算过程 (11) 5.3发射区相关参数的计算过程 (13) 5.4氧化时间的计算 (14) 6.设计参数总结 (16) 7.工艺流程图 (17) 8.生产工艺流程 (19) 9.版图 (28) 10.心得体会 (29)
11.参考文献 (30) PNP双极型晶体管的设计 1、课程设计目的与任务 《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。 2、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。 3、设计的要求与数据
目录 １、课程设计目得与任务 (2) ２、设计得内容 (2) 3.设计得要求与数据 (2) 4、物理参数设计 (3) ４、1 各区掺杂浓度及相关参数得计算 (3) 4、2 集电区厚度Wc得选择 (6) 4、3 基区宽度WB (6) ４、4 扩散结深...........................................................................１0 4、5 芯片厚度与质量 (10) 4、6 晶体管得横向设计、结构参数得选择…………………………………1０ 5、工艺参数设计 (11) 5、１工艺部分杂质参数 (11) ５、2 基区相关参数得计算过程......................................................１1 5、3 发射区相关参数得计算过程 (13) ５、4 氧化时间得计算 (1) ４ 6、设计参数总结…………………………………………………………………１６ 7、工艺流程图 (17) 8、生产工艺流程…………………………………………………………………1９ 9、版图 (28) 1０、心得体会..............................................................................2９11、参考文献 (30) PNＰ双极型晶体管得设计 1、课程设计目得与任务 《微电子器件与工艺课程设计》就是继《微电子器件物理》、《微电子器件工艺》与《半导体物理》理论课之后开出得有关微电子器件与工艺知识得综合应
用得课程，使我们系统得掌握半导体器件,集成电路，半导体材料及工艺得有关知识得必不可少得重要环节。 目得就是使我们在熟悉晶体管基本理论与制造工艺得基础上,掌握晶体管得设计方法。要求我们根据给定得晶体管电学参数得设计指标,完成晶体管得纵向结构参数设计→晶体管得图形结构设计→材料参数得选取与设计→制定实施工艺方案→晶体管各参数得检测方法等设计过程得训练,为从事微电子器件设计、集成电路设计打下必要得基础。 2、设计得内容 设计一个均匀掺杂得pnp型双极晶体管,使T=300K时,β=120,Ｖ CEO ＝1５ Ｖ,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得影响。 ３、设计得要求与数据 （1)了解晶体管设计得一般步骤与设计原则。 (2)根据设计指标设计材料参数,包括发射区、基区与集电区掺杂浓度N E , N B , 与N C ，根据各区得掺杂浓度确定少子得扩散系数,迁移率,扩散长度与寿命 等。 （3）根据主要参数得设计指标确定器件得纵向结构参数，包括集电区厚度Ｗ c ， 基本宽度Ｗ b ,发射区宽度Ｗ e 与扩散结深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 等确定基区与发射区预扩散与再扩散得 扩 散温度与扩散时间；由扩散时间确定氧化层得氧化温度、氧化厚度与氧化时间。 （5）根据设计指标确定器件得图形结构,设计器件得图形尺寸，绘制出基区、发射区与金属接触孔得光刻版图。 (6)根据现有工艺条件,制定详细得工艺实施方案。 4、物理参数设计
Cc 集电极电容 Ccb 集电极与基极间电容 Cce 发射极接地输出电容 Ci 输入电容 Cib 共基极输入电容 Cie 共发射极输入电容 Cies 共发射极短路输入电容 Cieo 共发射极开路输入电容 Cn 中和电容（外电路参数） Co 输出电容 Cob 共基极输出电容。在基极电路中，集电极与基极间输出电容 Coe 共发射极输出电容 Coeo 共发射极开路输出电容 Cre 共发射极反馈电容 Cic 集电结势垒电容 CL 负载电容（外电路参数） Cp 并联电容（外电路参数） BVcbo 发射极开路，集电极与基极间击穿电压 BVceo 基极开路，CE结击穿电压 BVebo 集电极开路EB结击穿电压 BVces 基极与发射极短路CE结击穿电压 BV cer 基极与发射极串接一电阻，CE结击穿电压 D 占空比 fT 特征频率 fmax 最高振荡频率。当三极管功率增益等于1时的工作频率 hFE 共发射极静态电流放大系数 hIE 共发射极静态输入阻抗 hOE 共发射极静态输出电导 h RE 共发射极静态电压反馈系数 hie 共发射极小信号短路输入阻抗 hre 共发射极小信号开路电压反馈系数 hfe 共发射极小信号短路电压放大系数 hoe 共发射极小信号开路输出导纳 IB 基极直流电流或交流电流的平均值 Ic 集电极直流电流或交流电流的平均值 IE 发射极直流电流或交流电流的平均值 Icbo 基极接地，发射极对地开路，在规定的VCB反向电压条件下的集电极与基极之间的反Iceo 发射极接地，基极对地开路，在规定的反向电压VCE条件下，集电极与发射极之间的Iebo 基极接地，集电极对地开路，在规定的反向电压VEB条件下，发射极与基极之间的反Icer 基极与发射极间串联电阻R，集电极与发射极间的电压VCE为规定值时，集电极与发射Ices 发射极接地，基极对地短路，在规定的反向电压VCE条件下，集电极与发射极之间的Icex 发射极接地，基极与发射极间加指定偏压，在规定的反向偏压VCE下，集电极与发射ICM 集电极最大允许电流或交流电流的最大平均值。 IBM 在集电极允许耗散功率的范围内，能连续地通过基极的直流电流的最大值，或交流电
pnp双极型晶体管课程设计 学生馥语甄心
目录 1.设计任务及目标......................................................................P1 2.概述－发展现状......................................................................P1 3.设计思路.................................................................................P2 4.各材料参数和结构参数的设计...............................................P2 4.1原材料的选择....................................................................................P2 4.2各区掺杂浓度和相关参数的计算....................................................P4 4.3集电区厚度Wc的选择.....................................................................P5 4.4基区宽度WB的选择........................................................................P7 4.5扩散结深及发射区面积、基区面积的确定....................................P7 5.工艺参数设计.........................................................................P8 5.1硅片氧化相关参数............................................................................P8 5.2基区扩散相关参数............................................................................P9 5.3发射区扩散相关参数......................................................................P10 6.刻画掩模板.............................................................................P12 6.1基区掩模板........................................................................................P12 6.2发射区掩模板....................................................................................P12 6.3金属引线掩模板................................................................................P13 6.4设计参数总
双极型三极管及其在生活中的应用 一、双极型三极管的介绍 1、类型与结构 双极型三极管 (Bipolar Junction Transistor, BJT称为半导体三极管、晶体半导体等,是一种重要的三端子电子器件。它是由贝尔实验室 (Bell Laboratory 的一个研究团队在 1947年发明的。虽然如今 MOSFET 已经成为应用最广泛的电子器件,但是BJT 仍然在汽车电子仪器、无线系统频射电路等领域具有一定的优越性。 双极型三极管(BJT 是一种电流控制器件。它由两个背靠背 PN 结构成, 是具有电流放大作用的晶体三极管, 。它有三个电极, 每个电极伸出一个引脚, 由电子和空穴同时参与导电。 BJT 常见的晶体管外形如右图所示。
在一个硅片或锗片上生成三个半导体区域:一个 P 区夹在两个 N 区中间的称为NPN 型管;一个 N 区夹在两个 P 区之间的称为 PNP 型管。它们的电路符号和结构图如下图所示。 (NPN 型管的结构模型图 (A 为 NPN 晶体管、 B 为 PNP 晶体管 三个杂质半导体区域分别为:基区、发射区、集电区。它们的特点是:基区很薄,空穴浓度较小; 发射区与基区的接触面较小, 高掺杂; 集电区与基区的接触面较大。
从三个区域中分别引出三个电极:基极(B 、发射极(E 、集电极(C 。三个杂志半导体区域之间两两形成了 PN 结。其中发射区和基区间形成发射结,集电区和基区间形成集电结。上图所示是 NPN 型管的结构模型图。 2、工作原理 BJT 的工作模式有三:共射极放大、共基极放大、共集极放大。其中最常见的是共发射极工作模式。 当 BJT 中两个 PN 结偏置条件不同时, BJT 将呈现不同的工作状态【 1】 : (1 放大区:发射结正偏且大于开启电压, 集电结反偏。 (2截止区:发射结和集电结均为反向偏置。其实只要发射结反偏或零偏置 , 三极管就已处于截止状态 . 在数字电路中 , 这个条件还要弱一些 , 只要加在发射结上的电压小于导通电压 , 三极管就可以截止。 (3饱和区:发射结和集电结均为正向偏置。 (4倒置态【 2】 :发射结加反向偏置电压 , 集电结加正向偏置电压。与 BJT 的放大状态相比 , 相当于把集电极与发射极相互交换。 工作原理描述:当晶体管工作在有源放大区时,管内载流子运动如右图所示。由于发射结的外加正向电压,发射区的电子向基区扩散 , 形成发射极电流 I E 。部分电子继续向集电结方向扩散, 另一部分电子与基区的空穴符合形成基区复合电流 I
实验一、双极型晶体管(BJT)特性参数测量 一、实验设备 (1)半导体管特性图示仪(XJ4810A 型),(2)BJT 晶体管(S9014、S8050、S8550), (3)二极管(1N4001) 二、实验目的 1、熟悉 BJT 晶体管特性参数测试原理; 2、掌握使用半导体管特性图示仪测量 BJT 晶体管特性参数的方法; 3、学会利用手册的特性参数计算 BJT 晶体管的混合π型EM1 模型参数的方 法。 三、实验仪器介绍: XJ4810型/XJ4810A型半导体管特性图示仪采用示波管显示半导体器件的各种特性曲线,并测量其静态参数。本仪器具有二簇曲线显示,双向集电极扫描电路,可以对被测半导体器件的特司长进行对比分析,便于对管或配件配对。本仪器IR测量达200nA/div,配备扩展装置后,VC可达3KV;可测试CMOS及TTL 门电路传输特性;可对场效应管进行配对或对管测试;可测试三端稳压管特性。 图1为XJ4810A型晶体管测试仪图片 四、BJT 晶体管特性参数测试原理 晶体管的输出特性曲线如图1所示,这就是一组曲线族,对于其中任一条曲线,相当于Ib =常数(即基极电流Ib不变)。曲线显示出集电极与发射极之间的电压Vcc增加时,集电极电流Ic的变化。因此,为了显示一条特性曲线,可以采用如图2所示的方法,既固定基极电流Ib为: Ib=(Eb-Vbe)/Rb
在集电极到发射极的回路中,接入一个锯齿波电压发生器Ec与一个小的电阻Rc,晶体管发射极接地。由于电阻R很小,锯齿波电压实际上可以瞧成就是加在晶体管的集电极与发射极之间。晶体管的集电极电流从电阻Rc上流过,电阻Rc上的电压降就正比于Ic。如果把晶体管的c、e两点接到示波管的x偏转板上,把电阻Rc两端接到示波管的y偏转板上,示波器便显示出晶体管的Ic随Vcc变化的曲线。(为了保证测量的准确性,电阻Rc应该很小)。用这种方法只能显示出一条特性曲线,因为此时晶体管的基极电流Ib就是固定不变的。如果要测量整个特性曲线族,则要求基极电流Ib改变。基极电流Ib的改变采用阶梯变化,每一个阶梯维持的时间正好等于作用在集电极的锯齿波电压的周期,如图3所示。阶梯电压每跳一级,电流Ib 便增加一级。(每一级阶梯的增幅可根据不同的晶体管的做相应的调整)。 晶体管特性图示仪便就是按照上述原理设计的,它包括阶梯电压发生器(供基极或发射极阶梯波)、锯齿波电压发生器(供集电极扫描电压)、x轴放大器、y轴放大器、示波管系统等组成,其单元作用如图4所示。作用在垂直偏转板上的除Ic(实际上就是IcRc)外,还可以就是基极电压、基极电流、外接或校正电压。由于x轴与y轴作用选择的不同,在示波器荧光屏上显示出的特性就完全不同。例如:若x轴作用为集电极电压,y轴作用选择集电极电流,得到晶体管的输出特性曲线;若x轴作用为基极电流,y轴作用选择集电极电流,得到晶体管的电流增益特性(即β特性);若y轴作用为基极电流,x轴作用就是基极电流,得到晶体管的输入特性曲线。 五、BJT 晶体管特性参数测试过程 为了不使被测晶体管与仪器损坏,在测试前必须充分了解仪器的使用方法与晶体管的规格,测试中,在调整仪器的各个选择开关与转换量时,必须注意使加于被测晶体管的电压、电流(并配合功耗电阻)从低量程漫漫提高,直到满足测量要求。(不然会烧) 以XJ4810A型晶体管特性曲线图示仪为例,仪器操作程序如下: 1、开启电源,预热5分钟。 2、调整示波器: (1)拉—电源开。 (2)调整辉度到适中的亮度; (3)调整聚焦与辅助聚焦,使线迹清晰。 (4)调整x、y移位,使光点停留在适于观察的位置。 3、基极控制面板调节(阶梯调零与极性选择) 首先根据被测晶体管的类型(npn或pnp)及接地方式(共基极或共发射极)选取阶梯极性npn pnp 发射极接地 + —基极接地然后进行阶梯调零(即调整阶梯信号的起始级在零电位的位置):先将y轴作用置于“基极电流或基极电源电压”,阶梯选择置于0、01V/级,阶梯作用为“重复”,x轴作用置于集电极电压(V/度)。调峰值电压为10V,这时荧光屏上出现阶梯信号。 将y轴放大器校正置于“零点”位置,调y轴移位,使基线位于零线上;再将校正复位,使阶梯信号零位
课程设计 课程名称微电子器件与工艺课程设计题目名称npn双极型晶体管的设计
目录 1．设计任务书 (2) 1.1内容 (2) 1.2要求与数据 (2) 1.3应完成的工作 (2) 1.4主要参考文献 (3) 2．物理参数计算 (3) 2.1. 各区掺杂浓度及相关参数的计算 (3) 2.2少子的迁移率 (3) 2.3少子的扩散系数 (4) 2.4少数载流子的扩散长度 (5) 2.5各区的厚度 (5) 2.5.1集电区厚度Wc (5) 2.5.2基区宽度WB (6) 2.6扩散结深 (9) 2.7电阻率 (9) 3．实际器件设计 (10) 3.1硅片选择 (10) 3.2图形结构 (10) 3.3各区面积 (11) 4.工艺参数计算 (11) 4.1基区硼扩散 (11) 4.1.1预扩散 (11) 4.1.2再扩散 (12) 4.1.3氧化层厚度 (13) 4.2发射区磷扩散 (13) 4.2.1预扩散 (13) 4.2.2再扩散 (14) 4.2.3氧化层厚度 (15) 4.3氧化时间 (15) 4.3.1基区氧化 (15) 4.3.2发射区氧化 (16) 5、设计参数总结 (17) 6、工艺流程 (18) 6.1主要流程 (18) 6.2清洗工艺 (22) 6.3氧化工艺 (23) 6.4光刻工艺 (25) 6.5硼扩散工艺(基区扩散) (27) 6.6磷扩散工艺(发射区扩散） (29) 7.版图设计 (31) 7.2发射区掩膜板 (31) 7.3接触孔掩膜版 (32) 8.总结与体会 (32)
1．设计任务书 题目名称npn双极型晶体管的设计 学生学院材料与能源学院 专业班级 姓名 学号 1.1内容 设计一个均匀掺杂的npn型双极晶体管，使T=300K时，h fe =120,BV CBO =80V. 晶体管工作于小注入条件下，设计时应尽量减小基区宽度调制效应的影响。 1.2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 1.3应完成的工作 1. 材料参数设计 2.晶体管纵向结构设计
微电子器件课程设计报告 题目：NPN型双极晶体管 班级：微电0802班 学号：080803206 姓名：李子忠 指导老师：刘剑霜 2011 年6月6日 页脚内容1
一、目标结构 NPN 型双极晶体管 二、目标参数 最终从IV曲线中提取出包括fT和Gain在内的设计参数. 三、在该例中将使用: （1）多晶硅发射双极器件的工艺模拟； （2）在DEVEDIT中对结构网格重新划分； （3）提取fT和peak gain. ATLAS中的解过程: 1. 设置集电极偏压为2V. 2. 用log语句用来定义Gummel plot数据集文件. 3.用extract语句提取BJT的最大增益"maxgain"以及最大ft,"maxft". Gummel plot:晶体管的集电极电流Ic、基极电流Ib与基极-发射极电压Vbe关系图(以半对数坐标的形式). 四、制造工艺设计 4.1.首先在ATHENA中定义0.8um*1.0um的硅区域作为基底，掺杂为均匀的砷杂质，浓度为2.0e16/cm3,然后在基底上注入能量为18ev，浓度为4.5e15/cm3的掺杂杂质硼，退火，淀积一层厚度为0.3um的多晶硅，淀积过后，马上进行多晶硅掺杂， 页脚内容2
掺杂为能量50ev，浓度7.5e15/cm3的砷杂质，接着进行多晶硅栅的刻蚀（刻蚀位置在0.2um处）此时形成N++型杂质（发射区）。刻蚀后进行多晶氧化，由于氧化是在一个图形化（即非平面）以及没有损伤的多晶上进行的，所以使用的模型将会是fermi以及compress，进行氧化工艺步骤时分别在干氧和氮的气氛下进行退火，接着进行离子注入，注入能量18ev，浓度2.5e13/cm3的杂质硼，随后进行侧墙氧化层淀积并进行刻蚀，再一次注入硼，能量30ev，浓度1.0e15/cm3，形成P+杂质（基区）并作一次镜像处理即可形成完整NPN结构,最后淀积铝电极。 4.2.三次注入硼的目的： 第一次硼注入形成本征基区;第二次硼注入自对准(self-aligned)于多晶硅发射区以形成一个连接本征基区和p+ 基极接触的connection.多晶发射极旁的侧墙(spacer-like)结构用来隔开p+ 基极接触和提供自对准.在模拟过程中,relax 语句是用来减小结构深处的网格密度,从而只需模拟器件的一半；第三次硼注入,形成p+基区。 4.3.遇到的问题 经常遇到这样一种情况:一个网格可用于工艺模拟,但如果用于器件模拟效果却不甚理想.在这种情况下,可以用网格产生工具DEVEDIT用来重建网格,从而以实现整个半导体区域内无钝角三角形. 五、原胞版图和工艺仿真结果： 用工艺软件ATHENA制作的NPN基本结构： 页脚内容3