广东工业大学电材微电子物理与器件课程设计

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电子材料1班

学 号 3108007452

学生姓名____ 123 __ _

指导教师____ 魏爱香、何玉定_ ___

2011 年 6 月 17 日

广东工业大学课程设计任务书

一、课程设计的内容

设计一个均匀掺杂的pn p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β=50。BVCEO=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)

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

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

序号 设计各阶段内容 地点 起止日期

1 教师布置设计任务，讲解设计要求和方法 教1-401 2011.6.6

2 学生熟悉设计任务，进行资料查阅和整体设计方案的制定 图书馆，

教1-401 2011.6.7

3 设计晶体管的各区材料参数和结构参数设计 图书馆，

教1-401 2011 .6.8

4. 教师集中辅导，分析材料参数和结构设计中存在的主要问题 教1-407 2011.6.9

5 晶体管工艺参数设计， 实验室

教1-402 2100.6.10-

2011.6.11

6 绘制光刻基区、发射区和金属化的版图 实验室

教1-402 2011.6.12

2011.6.13

8 教师集中辅导，分析工艺设计中存在的主要问题 实验室

教1-322 2011.6.14

9 总结设计结果，写设计报告 实验室

教1-322 2011.6.15

10 写课程设计报告 图书馆，

宿室 2011.6.16

11 教师组织验收，提问答辩 实验室

2011.6．17

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 6日 指导教师签名：

计划完成日期： 2011年 6月 17日 基层教学单位责任人签章：

主管院长签章：

目 录

一、课程设计目的与任务 …………………………………………………… 2

二、课程设计时间 …………………………………………………………… 2

三、课程设计的基本内容………………………………………………………2

3.1 微电子器件与工艺课程设计――npn双极型晶体管的设计…………………2

3.2 课程设计的主要内容：……………………………………………………… 2

四、课程设计原理…………………………………………………………………3

五、工艺参数设计…………………………………………………………………3

5.1 晶体管设计的一般步骤：…………………………………………………… 3

5.2 材料参数计算………………………………………………………………… 4

5.2.1 各区掺杂浓度及相关参数的计算………………………………………… 4

5.2.2 集电区厚度Wc的选择………………………………………………………8

5.2.3 基区宽度WB………………………………………………………………… 8

5.2.4 晶体管的横向设计…………………………………………………………

11

5.2.4.1 晶体管横向结构参数的选择……………………………………………11

5.3 工艺参数设计…………………………………………………………………12

5.3.1 晶体管工艺概述……………………………………………………………

12

5.3.2 工艺参数计算思路…………………………………………………………

13

5.3.3 基区相关参数的计算过程：……………………………………………… 13

5.3.4 发射区相关参数的计算过程………………………………………………

15

5.3.5 氧化时间的计算……………………………………………………………

17

5.3.6 外延层的参数计算…………………………………………………………

19

5.3.7 设计参数总结………………………………………………………………

20

六、工艺流程图………………………………………………………………… 21

七、生产工艺流程…………………………………………………………… 21

7.1 硅片清洗………………………………………………………………………

21

7.2 氧化工艺…………………………………………………………………… 22

7.3 第一次氧化工艺步骤（基区氧化）……………………………………………23

7.4 采用比色法测量氧化层厚度…………………………………………………23

7.5 第一次光刻工艺（基区光刻）…………………………………………………24

7.6 硼扩散工艺……………………………………………………………………

25

7.6.1原理……………………………………………………………………… 25

7.6.2工艺步骤…………………………………………………………………… 25

7.7 第二次光刻工艺（发射区光刻）……………………………………………26

7.8 磷扩散工艺（发射区扩散）………………………………………………… 26

7.8.1工艺原理…………………………………………………………………… 26

7.8.2 工艺步骤(扩散的过程同时要进行发射区的氧化) …………………………………………………………………………………

27

八、版图 ………………………………………………………………………… 28

九、心得体会 ………………………………………………………………… 30

十、参考文献 …………………………………………………………………… 31

PNP双极型晶体管的设计

一、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，

二、课程设计时间

两周

三、课程设计的基本内容

3.1 微电子器件与工艺课程设计――pnp双极型晶体管的设计

设计一个均匀掺杂的pnp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β=50。BVCEO=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)。

3.2 课程设计的主要内容：

（1）了解晶体管设计的一般步骤和设计原则。

（2）根据设计指标选取材料，确定材料参数，如发射区掺杂浓度NE,，基区掺杂浓度NB， 集电区掺杂浓度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，如集电区厚度Wc，基区宽度Wb，发射极宽度We和扩散结深Xjc，发射结结深等。

（4）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。

（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。

四、课程设计原理