大学电材微电子物理与器件课程设计bmrx.docx

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1、课程设计计课程名称称微电子子器件工工艺课程程设计题目名称称PNPP双极型型晶体管管的设计计学生学院院_ 材材料与能能源学院院_ _ 专业班级级 008电子子材料11班学号 33108800774522 学生姓名名_ 1123 _ _ 指导教师师_ 魏魏爱香、何何玉定_ _20111 年年 66月 117 日广东工业业大学课课程设计计任务书书一、课程程设计的的内容设计一个个均匀掺掺杂的ppn pp型硅双双极晶体体管，满满足T=3000K时，基基区掺杂杂浓度为为NB=10016cmm-3,共发射射极电流流增益=500。BVCEEO=660V，设设计时应应尽量减减小基区区宽度调调制效应应的影响响，假

2、设设经验参参数为年年n=33)二、课程程设计的的要求与与数据1了解解晶体管管设计的的一般步步骤和设设计原则则2根据据设计指指标设计计材料参参数，包包括发射射区、基基区和集集电区掺掺杂浓度度NE, NNB,和NC, 根据据各区的的掺杂浓浓度确定定少子的的扩散系系数，迁迁移率，扩扩散长度度和寿命命等。3根据据主要参参数的设设计指标标确定器器件的纵纵向结构构参数，包包括集电电区厚度度Wc，基本本宽度WWb，发射射区宽度度We和扩散散结深XXjc, 发射结结结深XXje等。4根据据扩散结结深Xjc, 发射结结结深XXje等确确定基区区和发射射区预扩扩散和再再扩散的的扩散温温度和扩扩散时间间；由扩扩散时

3、间间确定氧氧化层的的氧化温温度、氧氧化厚度度和氧化化时间。 5根根据设计计指标确确定器件件的图形形结构，设设计器件件的图形形尺寸，绘绘制出基基区、发发射区和和金属接接触孔的的光刻版版图。6. 根根据现有有工艺条条件，制制定详细细的工艺艺实施方方案。7撰写写设计报报告三、课程程设计应应完成的的工作1. 材材料参数数设计2.晶体体管纵向向结构设设计3.晶体体管的横横向结构构设计（设设计光刻刻基区、发发射区和和金属化化的掩膜膜版图形形）4工艺艺参数设设计和工工艺操作作步骤5.总结结工艺流流程和工工艺参数数6. 写写设计报报告四、课程程设计进进程安排排序号设计各阶阶段内容容地点起止日期期1教师布置置设

4、计任任务，讲讲解设计计要求和和方法教1-440120111.6.62学生熟悉悉设计任任务，进进行资料料查阅和和整体设设计方案案的制定定图书馆，教1-440120111.6.73设计晶体体管的各各区材料料参数和和结构参参数设计计图书馆，教1-440120111 .66.84.教师集中中辅导，分分析材料料参数和和结构设设计中存存在的主主要问题题教1-440720111.6.95晶体管工工艺参数数设计，实验室教1-440221000.6.10-20111.6.116绘制光刻刻基区、发发射区和和金属化化的版图图实验室教1-440220111.6.1220111.6.138教师集中中辅导，分分析工艺艺设

5、计中中存在的的主要问问题实验室教1-332220111.6.149总结设计计结果，写写设计报报告实验室教1-332220111.6.1510写课程设设计报告告图书馆，宿室20111.6.1611教师组织织验收，提提问答辩辩实验室20111.617五、应收收集的资资料及主主要参考考文献1半半导体器器件基础础Rooberrt FF. PPierrrett著，黄黄如译，电电子工业业出版社社，20004. 2半半导体物物理与器器件赵赵毅强等等译，电电子工业业出版社社，20005年年. 3硅集集成电路路工艺基基础，关关旭东编编著，北北京大学学出版社社，20005年年.发出任务务书日期期： 20111年

6、6 月 6日指导教教师签名名：计划完成成日期： 220111年 6月 117日基层教教学单位位责任人人签章：主管院长长签章：目录一、课程程设计目目的与任任务 2二、课程程设计时时间2三、课程程设计的的基本内内容23.1 微电子子器件与与工艺课课程设计计nppn双极极型晶体体管的设设计223.2 课程设设计的主主要内容容： 2四、课程程设计原原理33五、工艺艺参数设设计335.1 晶体管管设计的的一般步步骤： 335.2 材料参参数计算算 445.2.1各区区掺杂浓浓度及相相关参数数的计算算 445.2.2集电电区厚度度Wc的选选择85.2.3基区区宽度WWB 85.2.4晶体体管的横横向设计计

7、 1115.2.4.11 晶体体管横向向结构参参数的选选择115.3 工艺参参数设计计1225.3.1晶体体管工艺艺概述 1125.3.2工艺艺参数计计算思路路 1135.3.3基区区相关参参数的计计算过程程： 1135.3.4发射射区相关关参数的的计算过过程 1155.3.5氧化化时间的的计算 1175.3.6外延延层的参参数计算算 1195.3.7设计计参数总总结 220六、工艺艺流程图图 221七、生产产工艺流流程 2217.1 硅片清清洗 2217.2 氧化化工艺 2227.3 第一次次氧化工工艺步骤骤（基区区氧化）237.4 采用比比色法测测量氧化化层厚度度2337.5 第一次次光刻

8、工工艺（基基区光刻刻）2247.6 硼扩散散工艺 2257.6.1原理理 2257.6.2工艺艺步骤 2257.7 第二次次光刻工工艺（发发射区光光刻）2667.8 磷扩散散工艺（发发射区扩扩散） 2667.8.1工艺艺原理 2267.8.2工艺艺步骤(扩散的的过程同同时要进进行发射射区的氧氧化) 227八、版图图 228九、心得得体会 330十、参考考文献 331 PPNP双双极型晶晶体管的的设计一、课程程设计目目的与任任务微电子子器件与与工艺课课程设计计是继继微电电子器件件物理、微微电子器器件工艺艺和半半导体物物理理理论课之之后开出出的有关关微电子子器件和和工艺知知识的综综合应用用的课程程

9、，使我我们系统统的掌握握半导体体器件，集集成电路路，半导导体材料料及工艺艺的有关关知识的的必不可可少的重重要环节节。目的是使使我们在在熟悉晶晶体管基基本理论论和制造造工艺的的基础上上，掌握握晶体管管的设计计方法。要要求我们们根据给给定的晶晶体管电电学参数数的设计计指标，完完成晶体体管的纵纵向结构构参数设设计晶体管管的图形形结构设设计材料参参数的选选取和设设计制定实实施工艺艺方案晶晶体管各各参数的的检测方方法等设设计过程程的训练练，为从从事微电电子器件件设计、集集成电路路设计打打下必要要的基础础，二、课程程设计时时间两周三、课程程设计的的基本内内容3.1 微电子子器件与与工艺课课程设计计pnnp

10、双极极型晶体体管的设设计设计一个个均匀掺掺杂的ppnp型型硅双极极晶体管管，满足足T=3300KK时，基基区掺杂杂浓度为为NB=10016cmm-3,共发射射极电流流增益=500。BVCEEO=660V，设设计时应应尽量减减小基区区宽度调调制效应应的影响响，假设设经验参参数为年年n=33)。3.2 课程设设计的主主要内容容：（1）了了解晶体体管设计计的一般般步骤和和设计原原则。（2）根根据设计计指标选选取材料料，确定定材料参参数，如如发射区区掺杂浓浓度NE,，基区区掺杂浓浓度NB，集电区区掺杂浓浓度NC，根据据各区的的掺杂浓浓度确定定少子的的扩散系系数，迁迁移率，扩扩散长度度和寿命命等。（3）

11、根根据主要要参数的的设计指指标确定定器件的的纵向结结构参数数，如集集电区厚厚度Wc，基区区宽度WWb，发射射极宽度度We和扩散散结深XXjc，发发射结结结深等。（4）根根据结深深确定氧氧化层的的厚度，氧氧化温度度和氧化化时间；杂质预预扩散和和再扩散散的扩散散温度和和扩散时时间。（5）根根据设计计指标确确定器件件的图形形结构，设设计器件件的图形形尺寸，绘绘制出基基区、发发射区和和金属接接触孔的的光刻版版图。（6）根根据现有有工艺条条件，制制定详细细的工艺艺实施方方案。四、课程程设计原原理晶体管的的设计是是有关晶晶体管物物理知识识的综合合应用。晶晶体管的的基本理理论只能能反映晶晶体管内内部的基基本

12、规律律，而且且这些规规律往往往是基于于很多假假设，并并忽略了了很多次次要因素素的情况况下得到到的，如如工艺因因素的影影响，半半导体材材料的影影响及杂杂质浓度度的具体体分布形形式等。因因此，在在进行晶晶体管设设计时必必须从生生产实践践中总结结出经验验数据与与基本的的理论结结合起来来，经过过多次反反复，才才能得到到切实可可行的设设计方案案。同时时，对有有志从事事半导体体器件以以及集成成电路有有关工作作的工程程技术人人员来说说，要系系统的掌掌握半导导体器件件，集成成电路，半半导体材材料及工工艺的有有关知识识，晶体体管设计计也是必必不可少少的重要要环节。晶体管设设计过程程，实际际上就是是根据现现有的工

13、工艺水平平，材料料水平，设设计水平平和手段段以及所所掌握的的晶体管管的有关关基本理理论，将将用户提提出的或或预期要要得到的的技术指指标或功功能要求求，变成成一个可可实施的的具体方方案的过过程。因因此，设设计者必必须对当当前所能能获取的的半导体体材料的的有关参参数和工工艺参数数有充分分的了解解，并弄弄清晶体体管的性性能指标标参数与与材料参参数，工工艺参数数和器件件几何结结构参数数之间的的相互关关系，才才可能得得到设计计所提出出的要求求。但是是晶体管管的种类类繁多，性性能指标标要求也也就千差差万别，因因此要将将各类晶晶体管的的设计都都要讲清清楚是很很难的，所所以我们们只能简简单介绍绍一下晶晶体管设

14、设计的一一般步骤骤和基本本原则。五、工艺艺参数设设计5.1 晶体管管设计的的一般步步骤：晶体管设设计过程程大致按按下列步步骤进行行：第一，根根据预期期指标要要求选定定主要电电学参数数、VCBOO、VCEOO、ICM，确确定主要要电学参参数的设设计指标标。第二，根根据设计计指标的的要求，了了解同类类产品的的现有水水平和工工艺条件件，结合合设计指指标和生生产经验验进行初初步设计计，设计计内容包包括以下下几个方方面：（1）根根据主要要电学参参数计算算出各区区的浓度度：Ncc、Ne、Nb。（2）纵纵向设计计：根据据主要参参数的设设计指标标确定器器件的纵纵向结构构参数，如如基区宽宽度Wb，扩散散结深XX

15、j和集电电区厚度度Wc等。（3）横横向设计计：根据据设计指指标确定定器件的的图形结结构，设设计器件件的图形形尺寸，绘绘制出光光刻版图图。（4）根根据设计计指标选选取材料料，确定定材料参参数，如如电阻率率r，位错错，寿命命，晶向向等。（5）根根据现有有工艺条条件，制制定实施施工艺方方案。（6）根根据晶体体管的类类型进行行热学设设计，选选择分装装形式，选选用合适适的管壳壳和散热热方式等等。第三，根根据初步步设计方方案，对对晶体管管的电学学验算，并并在此基基础上对对设计方方案进行行综合调调整和修修改。第四，根根据初步步设计方方案进行行小批测测量试制制，暴露露问题，解解决矛盾盾，修改改和完善善设计方方

16、案。5.2 材料参参数计算算5.2.1各区区掺杂浓浓度及相相关参数数的计算算由设计题题目可知知，晶体体管的设设计指标标是：3300KK时，基区区掺杂浓浓度为NNB=10016cmm-3,共发射射极电流流增益=500，BVCEEO=660V。对上表参参数进行行仔细分分析后可可发现，上上述参数数中，只只有击穿穿电压主主要由集集电区电电阻率决决定。因因此，集集电区电电阻率的的最小值值由击穿穿电压决决定，在在满足击击穿电压压要求的的前提下下，尽量量降低电电阻率，并并适当调调整其他他参量，以以满足其其他电学学参数的的要求。对于击穿穿电压较较高的器器件，在在接近雪雪崩击穿穿时，集集电结空空间电荷荷区已扩扩

17、展至均均匀掺杂杂的外延延层。因因此，当当集电结结上的偏偏置电压压接近击击穿电压压V时，集集电结可可用突变变结近似似，对于于Si器件件击穿电电压为，由此可可得集电电区杂质质浓度为为：根据公式式,可算出出集电区区杂质浓浓度：一般的晶晶体管各各区的浓浓度要满满足NENNBNC，故，图1室温温下载流流子迁移移率与掺掺杂浓度度的函数数关系（器器件物理理55页）查图1得得到少子子迁移率率：根据公式式可知：图2掺杂杂浓度与与电阻率率的函数数关系（器器件物理理59页）根据图22，可得得到不同同杂质浓浓度对应应的电阻阻率：（即衬底底选用的的电阻率率）图3少子子寿命与与掺杂浓浓度的函函数关系系（半导导体物理理17

18、77页）根据图33，可得得到E、B、C三区的的少子寿寿命注明：这这里的少少子寿命命偏大，故故取器件件物理2287页页的经验验值，为为了方便便得到较较合理的的基区准准中性宽宽度，所所以这里里的少子子寿命取取值如下下：根据公式式有：5.2.2集电电区厚度度Wc的选选择(1)集集电区厚厚度Wcc根据公式式求出集集电区厚厚度的最最小值为为：WC的最最大值受受串联电电阻rcs的限限制。增增大集电电区厚度度会使串串联电阻阻rcs增加加，饱和和压降VVCESS增大，因因此WC的最大大值受串串联电阻阻限制。综合考虑虑这两方方面的因因素，故故选择WWC=14m5.2.3基区区宽度WWB（1）基基区宽度度的最大大

19、值对于低频频管，与与基区宽宽度有关关的主要要电学参参数是b，因因此低频频器件的的基区宽宽度最大大值由b确确定。当当发射效效率g1时，电电流放大大系数，因因此基区区宽度的的最大值值可按下下式估计计：为了使器器件进入入大电流流状态时时，电流流放大系系数仍能能满足要要求，因因而设计计过程中中取l=4。根据公公式,求得低低频管的的基区宽宽度的最最大值为为：由公式可可看出，电电流放大大系数b要要求愈高高，则基基区宽度度愈窄。为为提高二二次击穿穿耐量，在在满足b要要求的前前提下，可可以将基基区宽度度选的宽宽一些，使使电流在在传输过过程中逐逐渐分散散开,以提高高二次击击穿耐性性。（2）基基区宽度度的最小小值

20、为了保证证器件正正常工作作，在正正常工作作电压下下基区绝绝对不能能穿通。因因此，对对于高耐耐压器件件，基区区宽度的的最小值值由基区区穿通电电压决定定,此处，对于均均匀基区区晶体管管，当集集电结电电压接近近雪崩击击穿时，基基区一侧侧的耗尽尽层宽度度为：在高频器器件中，基基区宽度度的最小小值往往往还受工工艺的限限制。则由上述述可知：（3）基基区宽度度的具体体设计与PN结结二极管管的分析析类似，在在平衡和和标准工工作条件件下，BBJT可可以看成成是由两两个独立立的PNN结构成成，它在在平衡时时的结构构图如下下所示：图4 平衡条条件下的的PNPP三极管管的示意意图具体来说说，由于于，所以以E-BB耗尽

21、区区宽度（）可近视看作全部位于基区内，又由，得到大多数C-B耗尽区宽度（）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。另外注意到是基区宽度，是基区中准中性基区宽度；也就是说，对于PNP晶体管，有：（10）其中和分分别是位位于N型区内内的E-B和C-BB耗尽区区宽度。在在BJTT分析中中指的就就是准中中性基区区宽度。E-B结结的内建建电势为为：C-B结结的内建建电势为为：根据公式式有：E-B结结在基区区一边的的耗尽层层厚度为为可以当当成单边边突变结结处理C-B结结在基区区一边的的耗尽层层厚度为为根据公式式有：求解得到到由上述可可得基区区总宽度度：满足条件件：

22、，这个宽宽度是允允许的，但但是为了了与标准准工艺相相对应，这这里的，方方便以后后的计算算。（3）扩扩散结深深在晶体管管的电学学参数中中，击穿穿电压与与结深关关系最为为密切，它它随结深深变浅，曲曲率半径径减小而而降低，因因而为了了提高击击穿电压压，要求求扩散结结深一些些。但另另一方面面，结深深却又受受条宽限限制，由由于基区区积累电电荷增加加，基区区渡越时时间增长长，有效效特征频频率就下下降，因因此，通通常选取取：反射结结结深为集电结结结深为（4）芯芯片厚度度和质量量本设计选选用的是是电阻率率为的P型硅，晶晶向是。硅硅片厚度度主要由由集电结结深、集集电区厚厚度、衬衬底反扩扩散层厚厚度决定定。同时时

23、扩散结结深并不不完全一一致，在在测量硅硅片厚度度时也存存在一定定误差。因因此在选选取硅片片厚度时时必须留留有一定定的的余余量。衬衬底厚度度要选择择适当，若若太薄，则则易碎，且且不易加加工；若若太厚，则则芯片热热阻过大大。因此此，在工工艺操作作过程中中，一般般硅片的的厚度都都在3000umm以上，但但最后要要减薄到到15002000um。硅硅片的质质量指标标主要是是要求厚厚度均匀匀，电阻阻率符合合要求，以以及材料料结构完完整、缺缺陷少等等。5.2.4晶体体管的横横向设计计5.2.4.11 晶体体管横向向结构参参数的选选择(1)横横向设计计进行晶体体管横向向设计的的任务，是是根据晶晶体管主主要电学

24、学参数指指标的要要求，选选取合适适的几何何图形，确确定图形形尺寸，绘绘制光刻刻版图。晶晶体管的的图形结结构种类类繁多：从电极极配置上上区分，有有延伸电电极和非非延伸电电极之分分；从图图形形状状看，有有圆形、梳梳状、网网格、覆覆盖、菱菱形等不不同的几几何图形形。众多多的图形形结构各各有其特特色。此次设计计的晶体体管只是是普通的的晶体管管，对图图形结构构没有特特别的要要求，所所以只是是采用普普通的单单条形结结构。三三极管剖剖面图如如图5，三极极管俯视视图如图图6。图5：三三极管剖剖面图图6：三三极管俯俯视图(2)基基区、发发射区与与集电区区面积的的计算基区面积积无特别别要求，取取有效的的根据设计计

25、要求，涉涉及到集集电极电电流受基基区电导导调制效效应的限限制。有有公式：由最大饱饱和压降降VCESS2V可可得到： （8）其中、为为临界饱饱和时的的结压降降，通常常V，可以到到半导导体物理理学第第七版，电电子工业业出版社社一书的的1244页，图图4-115进行行查得，由由（8）式式得：另外，为为满足散散热要求求，取AAC要大一一些。故最终决决定的三三个区的的面积分分别为，5.3 工艺参参数设计计5.3.1晶体体管工艺艺概述在集成电电路工艺艺中，最最早得到到广泛应应用的一一种双极极型工艺艺技术就就是所谓谓的三重重扩散方方法，由由于其成成本低、工工艺简单单以及成成品率高高等优点点，这种种技术直直到

26、今天天在某些些应用领领域中仍仍然在继继续使用用。这个个工艺流流程只需需七块光光刻掩模模版，首首先在NN衬底上上生长一一层初始始氧化层层，并光光刻出PP保护环环扩散区区窗口；保护环环扩散推推进完成成后，去去掉初始始氧化层层，重新新生长第第二次氧氧化层，并并光刻出出集电区区注入窗窗口；集集电区注注入推进进完成后后，把二二次氧化化层去掉掉，再生生长第三三次氧化化层，并并光刻出出基区注注入窗口口；完成成基区注注入后，去去掉三次次氧化层层，并对对基区杂杂质进行行退火激激活，然然后生长长第四次次氧化层层，并光光刻出发发射区注注入窗口口；发射射区注入入完成后后，再把把四次氧氧化层去去掉，并并生长最最后一次次

27、氧化层层，在这这层氧化化层上光光刻出基基极欧姆姆接触区区窗口；然后进进行基极极欧姆接接触区的的N+注入，并并对基极极欧姆接接触区和和发射区区注入层层进行最最后一次次退火激激活；接接下来沉沉积欧姆姆接触区区保护层层、开接接触孔、形形成金属属化导电电层并对对其进行行光刻和和刻蚀。在在基本的的三重扩扩散工艺艺技术基基础上所所做的改改进之一一就是增增加一个个集电区区埋层，即即位于集集电区下下面的一一个重掺掺杂的扩扩散区，它它可以使使集电区区的串联联电阻大大大减小小。引入入集电区区埋层后后意味着着集电区区本身必必须通过过外延技技术在衬衬底上生生长出来来，这项项技术称称为“标准埋埋层集电电区工艺艺（SBB

28、C）”。不同的制制造工艺艺会产生生不同的的发射结结寄生电电容、发发射结击击穿电压压及基区区接触电电阻等。从从历史发发展来看看，双极极型晶体体管的性性能在很很大程度度上受其其寄生参参数的限限制，在在这些参参数中最最主要的的是与欧欧姆接触触区或器器件非本本征区有有关的结结电容。三三重扩散散工艺或或标准埋埋层集电电区工艺艺具有较较大的非非本征电电容。较较为先进进的双极极型器件件工艺则则利用自自对准多多晶硅结结构形成成器件发发射区和和基区的的欧姆接接触，而而金属和和多晶硅硅的接触触可以在在较厚的的场氧化化层上制制备形成成，这样样就使器器件的结结面积大大大缩小小。此外外，利用用多晶硅硅形成发发射区欧欧姆

29、接触触，还可可以使器器件的本本征电流流增益有有所增大大。5.3.2工艺艺参数计计算思路路计算思路路：发射射区扩散散时间氧氧化层厚厚度在发发射区扩扩散时基基区扩散散结深基基区扩散散时间基基区掩蔽蔽层厚度度氧化时时间。由于二次次氧化，必必须在考考虑基区区扩散深深度时须须对发射射区掩蔽蔽层消耗耗的硅进进行补偿偿（在前前面计算算已将它它计算在在内了）。下下表是计计算扩散散系数过过程中要要用到的的：表1：硅硅中磷和和硼的与与（微电电子工艺艺基础1119页页表5-1）杂质元素素磷（P）3.8553.666硼（B）0.7663.466表2：二二氧化硅硅中磷和和硼的与与（微电电子工艺艺基础1106页页表4-6

30、）杂质元素素磷（P）1.755硼（B）3.5005.3.3基区区相关参参数的计计算过程程：（1）预预扩散时时间PNP基基区的磷磷预扩散散的温度度取8000，即10073KK（规范范取值到到11220，但是是这样得得不到合合理的预预扩散时时间，所所以降低低温度来来处理）由公式其中图7 杂质质在硅中中的溶解解度（实实用集成成电路工工艺手册册1077页图6-7）由图7可可得，在在8000时磷在在硅中的的固溶度度为，但是这这里的数数据比较较大，为为了计算算的方便便故这里里的表面面浓度取取（预扩扩时间在在合理范范围）故（2）氧氧化层厚厚度：氧化层厚厚度的最最小值由由预扩散散（10773K）的时间间t=1

31、8448s来决定定的，且且服从余余误差分分布，并并根据假假设可求求。考虑到生生产实际际情况，基基区氧化化层厚度度取为60000(C)基基区再扩扩散的时时间：本来应该该取11120，但是是为了能能够得到到较快的的主扩时时间，所所以主扩扩温度取取到了112500（15223K），这时时的由于预扩扩散的结结深很浅浅，可将将它忽略略，故，由再扩散散结深公公式：，而且故可整理理为：即经过化简简得，利用MAATLAAB软件件求解方方程，得得t=2249667s=6.993h5.3.4发射射区相关关参数的的计算过过程（1）预预扩散时时间PNP发发射区的的磷预扩扩散的温温度这里里取9550，即12223KK由

32、公式其中由上面的的图7可得，在在9500时硼在硅中中的固溶溶度为，即此处处的故（2）氧氧化层厚厚度：氧化层厚厚度的最最小值由由预扩散散（12223K）的时间间t=21001s来决定定的，且且服从余余误差分分布，并并根据假假设可求求考虑到生生产实际际情况，发射区氧化层厚度取为7000(C)基基区再扩扩散的时时间：主扩温度度取12200（14773K），此时时有由于预扩扩散的结结深很浅浅，可将将它忽略略，故，由再扩散散结深公公式：，而且故可整理理为：即经过化简简得，利用MAATLAAB软件件求解方方程，得得t=75515ss=2.08hh5.3.5氧化化时间的的计算表311100的干氧氧和湿氧氧的

33、氧化化速率常常数（半半导体制制造基础础41页）A()B()B/A()干氧0.0994.566湿氧(995水汽)0.1110表4 1200的干氧氧和湿氧氧的氧化化速率常常数（半半导体制制造基础础41页）A()B()B/A()干氧0.0441.622湿氧(995水汽)0.0550（1）基基区氧化化时间由前面算算出基区区氧化层层厚度是是60000，如如果氧化化温度是是11000，要得得到60000的的氧化层层，可以以采用干干氧湿湿氧干干氧工艺艺,因为所以以可以根根据所需需厚度来来算时间间可以先后后干氧各各500，然然后湿氧氧5000，根根据11100的相关关系数代代入上述述式子，则则可以得得到：11

34、1000干氧，11000湿氧，将将上面的的厚度对对应代入入，可以以得到干干氧时间间和湿氧氧时间：即干氧111miin（500）-湿氧氧36mmin(5000)干氧111minn(5000)(2)发发射区氧氧化时间间由前面算算出基区区氧化层层厚度是是70000，如果果氧化温温度是112000，要得得到70000的氧化化层，可可以采用用干氧湿氧干氧工工艺,同样根据据来算时时间可以先后后干氧各各10000，然然后湿氧氧50000，根据据12000的相关关系数代代入上述述式子，则则可以得得到：112000干氧，12000湿氧，将将上面的的厚度对对应代入入，可以以得到干干氧时间间和湿氧氧时间：即干氧11

35、7miin（10000）-湿氧氧22mmin(5000)干氧177minn(10000)5.3.7设计计参数总总结采用外延延硅片，其其衬底的的电阻率率为7的P型硅，选选取晶向。表4：设设计参数数总结列表表相关参数数集电区CC基区B发射区EE各区杂质质浓度少子迁移移率13322437200扩散系数数34.44988811.3318335.188电阻率70.50.0445少子寿命命扩散长度度结深/WW()面积(22)60010030扩散温度度()和时间预扩散/800,18448950,21001再扩散/12500,24996712000,75115氧化层厚厚度()/6000070000氧化时间间/

36、先干氧氧氧化111分钟，后后湿氧氧氧化366分钟，再再干氧氧氧化111分钟。先干氧氧氧化177分钟，后后湿氧氧氧化222分钟，再再干氧氧氧化177分钟。六、工艺艺流程图图PNP晶晶体管生生产总的的工艺流流程图：七、生产产工艺流流程7.1 硅片清清洗1.清洗洗原理：a. 表表面活性性剂的增增溶作用用：表面面活性剂剂浓度大大于临界界胶束浓浓度时会会在水溶溶液中形形成胶束束，能使使不溶或或微溶于于水的有有机物的的溶解度度显著增增大。b.表面面活性剂剂的润湿湿作用：固气气界面消消失，形形成固液界面面c.起渗渗透作用用；利用用表面活活性剂的的润湿性性降低溶溶液的表表面张力力后，再再由渗透透剂的渗渗透作用

37、用将颗粒粒托起，包包裹起来来。具有有极强渗渗透力的的活性剂剂分子可可深入硅硅片表面面与吸附附物之间间，起劈劈开的作作用，活活性剂分分子将颗颗粒托起起并吸附附于硅片片表面上上，降低低表面能能。颗粒粒周围也也吸附一一层活性性剂分子子，防止止颗粒再再沉积。通过对污污染物进进行化学学腐蚀、物物理渗透透和机械械作用，达达到清洗洗硅片的的目的。硅片清洗洗液是指指能够除除去硅片片表面沾沾污物的的化学试试剂或几几种化学学试剂配配制的混混合液。常常用硅片片清洗液液有：名称配方使用条件件作用备注号洗液液NH4OOH:HH2O2:H2O=1:11:51:22:7805510miin去油脂去光刻胶胶残膜去金属离离子去

38、金属原原子号洗液液HCl:H2O2:H2O=1:11:61:22:8805510miin去金属离离子去金属原原子号洗液液H2SOO4:H2O2=3:111201010115miin去油、去去腊去金属离离子去金属原原子7.2 氧化化工艺7.2.1.氧化原原理二氧化硅硅能够紧紧紧地依依附在硅硅衬底表表面，具具有极稳稳定的化化学性和和电绝缘缘性，因因此，二二氧化硅硅可以用用来作为为器件的的保护层层和钝化化层，以以及电性性能的隔隔离、绝绝缘材料料和电容容器的介介质膜。二氧化硅硅的另一一个重要要性质，对对某些杂杂质（如如硼、磷磷、砷等等）起到到掩蔽作作用，从从而可以以选择扩扩散；正正是利用用这一性性质，

39、并并结合光光刻和扩扩散工艺艺，才发发展起来来平面工工艺和超超大规模模集成电电路。制备二氧氧化硅的的方法很很多，但但热氧化化制备的的二氧化化硅掩蔽蔽能力最最强，是是集成电电路工艺艺最重要要的工艺艺之一。由由于热生生长制造造工艺设设备简单单，操作作方便，SiO2膜较致密，所以采用热氧化二氧化硅制备工艺。热生长的的方法是是将硅片片放入高高温炉内内，在氧氧气氛中中使硅片片表面在在氧化物物质作用用下生长长SiOO2薄层，氧氧化气氛氛可为水水汽，湿湿氧或干干氧。实实验表明明，水汽汽氧化法法：生长长速率最最快，但但生成的的SiOO2层结构构疏松，表表面有斑斑点和缺缺陷，含含水量多多，对杂杂质特别别是磷的的掩

40、蔽以以力较差差，所以以在器件件生产上上都不采采用水汽汽氧化法法。（1）干干氧法: 生长长速率最最慢，但但生成的的SiOO2膜结构构致密，干干燥，均均匀性和和重复性性好，掩掩蔽能力力强，钝钝化效果果好，SSiO22膜表面面与光刻刻胶接触触良好，光光刻时不不易浮胶胶。（2）湿湿氧法:生长速速率介于于前两者者之间，生生长速率率可通过过炉温或或水浴温温度进行行调整。使使用灵活活性大，湿湿氧法生生长的SSiO22膜，虽虽然致密密性略差差于干氧氧法生长长的SiiO2膜，但但其掩蔽蔽能力和和钝化效效果都能能满足一一般器件件生产的的要求，较较突出的的弱点是是SiOO2表面与与光刻胶胶接触不不良，光光刻时容容易

41、产生生浮胶。生生产中采采用取长长补短的的方法，充充分利用用湿氧和和干氧的的优点，采采用干氧氧湿氧干氧交交替的方方法。根据迪尔尔和格罗罗夫模型型，热氧氧化过程程须经历历如下过过程：（1）氧氧化剂从从气体内内部以扩扩散形式式穿过滞滞流层运运动到SSiO22-气体界界面，其其流密度度用F11表示，流流密度定定义为单单位时间间通过单单位面积积的粒子子数。（2）氧氧化剂以以扩散方方式穿过过SiOO2层（忽忽略漂移移的影响响），到到过SiiO2-Si界面面，其流流密度用用F2表示示。（3）氧氧化剂在在Si表面面与Sii反应生生成SiiO2，流密密度用FF3表示示。（4）反反应的副副产物离离开界面面。氧化的致致密性和和氧化层层厚度与与氧化气气氛（氧氧气、水水气）、温温度和气气压有密密切关系系。应用用于集成成电路掩掩蔽的热热氧化工工艺一般般采用干干氧湿氧干氧