硅npn平面晶体管工艺参数设计及管芯制造

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1、硅NPN平面晶体管工艺参数设计及管芯制造作者：第一组田野0442023050指导老师：袁菁摘要：对给定放大倍数为50、击穿电压我50-80V的NPN型晶体管的设计，制造。由于是给定的N型衬底，击穿电压主要由浓度低的一端决定，所以，这里的击穿电压是基本确定了的，不用去再做设计。这里主要是对放大倍数的设计，放大倍主要由基极和发射极的性质决定，主要是设计基极、发射极的浓度和深度。制造时，主是控制基区和射区扩散的时间的温度，以使之达到我们所希望的浓度和深度。关键词：晶体管纵向结构参数设计晶体管版图设计一次氧化一次光刻

2、硼扩散—预沉积硼扩散—再分布二次光刻磷扩散及测试一、平面工艺历史及在微电子技术发展中的作用集成电路的发展历史应该追溯到1947年12月晶体管的发明。1947年12月美国贝尔实验室的巴丁和布拉顿制作出第一只点接触型半导体晶体管，观测到放大现象，在这项发明中肖可莱也起到了重要作用。1948年1月肖可莱又提出了结型双极晶体管的理论，并于1951年制作出结型晶体管。他们3人因此在1956年获得诺贝尔物理学奖。晶体管的发明揭开了半导体器件的神秘面纱引发了一次新的技术革命，使人类社会步入了电子时代。1958年美国德州仪器

3、公司的基尔比在半导体Ge衬底上形成台面双极晶体管和电阻等元器件，并用超声波焊接的方法将这些元器件通过金丝连接起来，形成一个小型电子电路。1959年2月基尔比申请了专利，将它名名为集成电路。1959年7月FSC的诺依斯基于J.Hoerni发明的硅平面双极晶体管的技术，提出用淀积在二氧化硅膜上的导电膜作为元器件之间的连线，解决了集成电路中的互连问题，为利用平面工艺批量制作单片集成电路奠定了基础。1960年仙童公司利用平面工艺制作出第一个单片集成电路系列，命名为“微逻辑”。尽管早在1926年Lilienfeld就提

4、出了场效应的概念，1935年Heil发表文章提出MOS结构中形成表面反型沟道的理论，但是由于对Si-SiO2界面控制问题没有解决，在1960年制作出的MOSFET基础上，加上已有了平面工艺的基础，因此很快就出现了MOS集成电路。1963年Wanlass和Sah提出了把P沟道MOS晶体管和N沟道MOS晶体管结合起来构成互补MOS集成电路，即CMOS集成电路随着电子工业的发展，各行各业对集成电路的需求越来越大，同时，工艺技术的发展和设计水平的提高，拓宽了继承电路的应用时常，总的来说，今后模拟继承电路器件将朝着高速

5、、高精度、低电源和低功耗的方向发展。一、晶体管结构设计内容1、给定放大倍数，对基区和发射区的各参数进行设计。1、所给N型硅片掺杂浓度N=。设B、E区都为均匀掺杂。设：=，=，=0.5um.查得，=时，=4um.所以，>，可用浅基区近似。则可写为：。因为：，=。从表一得：=770/170=4.35从图二得:=0.17由以上数据求得,β=50时,=0.5um.由以上数据得,满足要求的NPN型晶体管的各数据为:NC=，=，=，=0.5um,=0.5um。2、晶体管制作工艺参数设计衬底制备给定电阻率为3-6·CM衬底

6、，所对应的NC=。基区扩散扩散杂质为硼。扩散温度为1000度。=++射区扩散所用于掩敝的所消耗的硅的厚度。经计算得，用于掩敝的所消耗的硅的厚度为0.2um左右（详细见下文）。所以，硼扩深度为1.2um.当硼扩深度为1.2um.时，由下式：求得，硼扩散总量为：=*,由下图三查得：D=0.085,由图四查的硼在硅的表面固容度为，并求得：硼扩时间：=1.11小时。硼的再分布。由于的硼的再分布是在氧气氛下进行的，所以，硼的再分布时，同时做了磷扩所需的氧化层的二氧化硅的生长。时间可由生长氧化层所需的时间来控制。（4）、

7、掩敝层的生长。由于最后还是要去除的，所以才晶体管的影响不太大，此处全用900度、一个大气压下的湿氧氧化。由下表五查得，硼扩用时为1.11小时时，所用的的厚度为0.065um，由表六查得；生长0.065um的，所用时长为0.4小时。为达到最佳掩敝，应该适当的增加氧化层的厚度，即是增加氧化时间。所以，将氧化时间，增大到，40分钟。3、射区扩散。（1）、NE==，=0.5um.采用磷扩，1000度下，由前文表四查得，磷在硅中的固容度为，由图三查得D=1.13um,磷扩散总量为=*.求得；磷扩时间：=1.2小时。（2

8、）、磷扩掩敝层的生长。和基区扩散一样，用湿氧，900度，一个标准大气压下，查图七得，做1.2小时磷扩所需要的厚度为0.135um.由图六查得，生长0.135um二氧化硅需用0.9小时。一、工艺参数设计（1）硼、磷扩散原理首先假设半导体晶体是各向同性的。硼、磷是在晶格上取代了硅原子的杂志，称为替位型杂质。替位型杂质有两种扩散方式：一，空位交换模式；二，填隙扩散机制。空位交换模式：替位型原子在晶体中移动