课程设计-微电子器件与工艺课程设计报告

目 录

1.设计任务及目标………………………………………………………….....………1 2.课程设计的基本内容…………………………………………………….…………1

pnp双极型晶体管的设计……………………………………….…….….…1 设计的主要内容……………………………………………………….……1 3.晶体管工艺参数设计…………………………………………..…………...………2

晶体管的纵向结构参数设计……………..………………….……………..2

集电区杂质浓度的确定……………………………………………..2 基区及发射区杂质浓度……………………………………………..3 各区少子迁移率及扩散系数的确定……………………….……….3 各区少子扩散长度的计算……………………….……….....………4 集电区厚度的选择…………………….…………………....….……4 基区宽度的计算……………………………………………….….…4 扩散结深…………………………………………………...…..….…6 表面杂质浓度…………………………………………..….….…….7 晶体管的横向设计…………………………………………….…….....……8 工艺参数的计算…………………………………………………….….……8

基区磷预扩时间 ……………………………………….….…..……8 基区磷再扩散时间计算…………………………………..….………8 发射区硼预扩时间计算…………………………....………………..9 发射区硼再扩散时间计算………………………….…………...…..9 基区磷扩散需要的氧化层厚度………………………………........10 发射区硼扩散需要的氧化层厚度…………………………………11 氧化时间的计算……………………………………………………11 设计参数总结…………………………………………………..……12

微电子器件与工艺课程设计报告

——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、课程设计的基本内容 pnp双极型晶体管的设计

设计一个均匀掺杂的pnp型双极晶体管，使T=300K时，β=120。VCEO=15V,VCBO=80V.晶体管工作于小注入条件下，最大集电极电流为IC=5mA。设计时应尽量减小基区宽度调制效应的影响。 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。 3晶体管工艺参数设计 晶体管的纵向结构参数设计

双极晶体管是由发射结和集电结两个PN结组成的，晶体管的纵向结构就是指在垂直于两个PN结面上的结构。因此，纵向结构设计的任务有两个：首先是

选取纵向尺寸，即决定衬底厚度Wt、集电区厚度WC、 基区厚度WB、 扩散结深其次是确定纵向杂质浓度和杂质分布，即确定集电区杂质浓度NC、 Xjc和Xje等；

衬底杂质浓度Nsub、 表面浓度NES,NBS以及基区杂质浓度分布NB(?)等，并将上述参数转换成生产中的工艺控制参数。 集电区杂质浓度的确定

BVCBO?80V根据击穿电压与浓度的关系图来读出BVCBO=80V时的NC，如

图1

图1 击穿电压与杂质浓度的关系

从图1中可以读出，当BVCBO=80V时，集电区杂质浓度NC=5×1015CM-3，对应的电阻率为Ω*CM,所以选用（111）晶向的P型硅。 基区及发射区杂质浓度

一般的晶体管各区的浓度要满足NE>>NB>NC，故 （1）基区杂质浓度取NB＝5×1016cm－3 。

（2）发射杂质浓度取NE＝5×1018cm－3 。 各区少子迁移率及扩散系数的确定 （1）少子迁移率

少子的迁移率可以通过迁移率与杂质浓度的关系图查出来。此关系图如下图2所示。

图2 迁移率与杂质浓度的关系图

通过图2可以查出在300K时，集电区、基区和发射区各自的少子的迁移率如下。

C区： Uc= 1298cm 2/； B区： UB =378 cm 2 /； E区： UE=130 cm 2/； （2）各区少子扩散系数的计算 根据爱因斯坦关系式C区：DC?DkT可以求出各区少子的扩散系数 ??qkT?c?0.0259?1298?33.6cm2/s； qB区：DB?E区：DE?kT?B?0.0259?378?9.79cm2/s； qkT?E?0.0259?130?3.37cm2/s； q 各区少子扩散长度的计算

?6?6由L?D?，其中少子寿命?C?10s ，?B?10s，?E?10s

?7LC?DC?C?39?10?6?58um；

LB?DB?B?13?10?6?3.61?10?3cm?31.3um； LE?DE?E?9.62?10?7?9.81?10?3cm?5.8um； 集电区厚度的选择 （1）集电区厚度的最小值

集电区厚度的最小值由击穿电压决定。通常为了满足击穿电压的要求，集电区厚度WC必须大于击穿电压时的耗尽层宽度，即WC

XmB(XmB是集电区临

界击穿时的耗尽层宽度）。对于高压器件，在击穿电压附近，集电结可用突变结耗尽层近似，因而

WC?XmB2?0?SBVCBO22?8.85?10?14?11.8?802?[]?[]?4.57um ?1915qNC1.6?10?5?1011（2）集电区厚度的最大值

WC的最大值受串联电阻rCS的限制。增大集电区厚度会使串联电阻rCS增加，饱和压降VCES增大，因此WC的最大值受串联电阻限制。 考虑到实际情况最终确定WC?15um。 基区宽度的计算 （1）基区宽度的最大值

对于低频管，与基区宽度有关的主要电学参数是度最大值由确定。当发射效率

，因此低频器件的基区宽

WB21时，电流放大系数?[2]，因此基区

??LB11?L2宽度的最大值可按下式估计：WB?[nb]2

?