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1、硅NPN平面晶体管工艺参数设计及管芯制造开题报告学院：物理科学与技术学院专业：微电子学年级：07 级本科姓名 学号：赵志文 0742024055王俊 0742024023李彬 07420240 常鹏英 07420240论文题目：硅NPN平面晶体管工艺参数设计及管芯制造一 课题研究的背景1947 年发明了晶体管，有了最简单的点接触电晶体和接面型晶体管。五十年代初期才 开始出现市售的晶体管产品。在 1959年世界上第一块集成电路问世，由于当时工艺手段的 缺乏，例如采用化学方法选择的腐蚀台面、蒸发时采用金属掩模板来形成引线，使得线宽限 制在 100um 左右，集成度很低。在 1961 年出现了硅平面
2、工艺后，利用氧化、扩散、光刻、 外延、蒸发等平面工艺，在一块硅片上集成多个组件，因而诞生了平面型集成电路。六十年 代初，实现了平面集成电路的商品化，这时的集成电路是由二极管、三极管和电阻互连所组 成的简单逻辑门电路。随后在1964年出现MOS集成电路，从此双极型和MOS型集成电路并 行发展，集成电路也由最初的小规模集成电路发展到中规模集成、大规模集成甚至于超大规 模集成电路二 课题研究的目的和意义本文主要是对 NPN 晶体管的设计，通过对晶体管放大倍数，击穿电压的取值设置，确定所制 造的晶体管的基区、发射区和集电区的掺杂浓度以及结深的大小。再通过结深来确定实验时 扩散的时间等具体操作参数，从而
3、进行实验。通过实验，更加深入理解晶体管结构，理解发 射区和基区浓度对放大倍数的影响，基电区浓度和反向击穿电压的关系。三 课题研究的内容和方法1,实验目标：制作纵向NPN晶体管，选择P型衬底，晶体管放大倍数为10-100倍，击穿电压 BV 为 60-80 VCBO2，实验原理（一）， NPN 晶体管纵向结构示意图（二），设计原则 发射区 重掺杂减小基极电流和发射区串联电阻 对于 npn 管发射区用 As 掺杂 金属硅化物作为发射极 集电区 外集电区设计：减小面积，掺杂浓度低，减小寄生电容 子集电区设计：高掺杂，以减小集电区电阻 正集电区设计，优化考虑晶体管的放大特性和雪崩倍增效应，从而达到所需要
4、的晶体 管。【1】 基区 外基区重掺杂来降低外基区相关的电容电阻尽管小 外基区不能扩散入本征基区外基区对E-B结，B-C结反向击穿电压的影响应降到最低三），版图设计100.806.000.5011.50g 0. B0纟 纟0.70三）掺杂浓度对各种参数的影响根据公式0 =0n 2 D N LieBnBEpE【 1】n 2 DieE pEWBJ p dxp0小电流情况下：0=0n 2 D N Li e Bn-BE p En 2 D N W ieE pE B B曲线【2】其中假设认为是深发射区，W =0.1umB(切辻 CES?-=qoE.seExo.Es图1 少子迁由上图可知在我们所选定浓度下有
5、D / D =卩 / 卩 1.8 nB nE nB nE心 心 o o 3 1 30 0 3 1 e3 1: n (m3USiE+171E+18】E+19IE+20Doping concentration (cm). _H图 2少子扩散长度与掺杂浓度之间关系【 1】由图 2 可知，在所选掺杂浓度和基区宽度L W = 0.40.1 = 4p EBMWAUHL 总 u daPUFq -upeddv140120100_ p-lype silicon80IE+18IE+19Doping concentration （cm，）图 3能带宽度变化随浓度之间关系【1】由图3 可知，室温时，在选定的浓度和基区
6、宽度情况下n 2.；n 2 = exp AE- AE ）/kT 0.24ieBieEgBgE由以上数据可得放大倍数 B = 0.24 x 1.7 x 50 x 4 = 81 .60由此可见，理论上该掺杂浓度和基区宽度的选择满足设计要求，放大倍数在60-100倍之内反向击穿电压： BV= V + BV （ BV近似取 10V）C B O ptE B OEBO十亠qN （N + N ）而有V = b b c W 2【3】 pt2 NBsC取反向击穿电压为 60V代入数据可得：N =8.53 X 1017 cm -3C四 参考文献1】 陈星弼 张庆中 编著 晶体管原理与设计（第二版）电子工业出版社2】 YUAN TAUR TAK H.NING 著 FUNDEMENTALS OF MODERN VLSI DEVICES3】 刘恩科，朱秉升，罗晋升编著。半导体物理学（第七版）
