Введение
Целью данного курсового проекта является расчет параметров структуры транзистора и определение технологических режимов ее изготовления.
По заданным параметрам структуры транзистора выбирается технологический маршрут изготовления. Определяются технологические режимы эпитаксиального наращивания, имплантации, длительность и температура диффузии, рассчитываются профили распределения примеси.
В курсовом проекте рассматривается задача синтеза структуры транзистора с использованием расчетных соотношений и параметров материалов, применяемых в его производстве.
Экономический расчет проекта не проводился.
Новизны в работе нет, так как проектирование проводилось по материалам учебной литературы.
Реферат
Пояснительная записка содержит 17 рисунков, 1 таблицу, приложение. При написании проекта использовался 1 источник.
Перечень ключевых слов: транзистор, диффузия, имплантация, легирующая примесь, p-n-переход, удельное сопротивление, напряжение лавинного пробоя, профиль распределения, температура, коэффициент диффузии, кремний, технологический режим.
Объект разработки: структура кремниевого эпитаксиально-планарного n-p-n транзистора.
Цель работы: расчет параметров структуры транзистора и определение технологических режимов ее изготовления.
Метод разработки: аналитический расчет.
Полученные результаты: xjСС = 8,49 мкм, hЭС 6 мкм, ЭС = 0,4 Ом*см, xjРД = 7,062 мкм, xjКБ = 3 мкм, xjЭБ = 2,3 мкм, cc = 3 мкм.
Степень внедрения: не внедрено.
Рекомендации по внедрению: нет.
Эффективность: не рассчитывалась.
Основные конструктивные и технико-эксплутационные характеристики: VКБ = 120 В, Wа = 0,8 мкм, материал подложки – ЭКДБ-10, ЭС = 0,4 Ом*см.
Область применения: расчет кремниевых эпитаксиально-планарных транзисторов.
Содержание
1. Определение режимов имплантации и термической диффузии
2. Имплантированных ионов сурьмы для создания в подложке скрытого слоя
3. Определение удельного сопротивления эпитаксиального слоя
4. Определение толщины эпитаксиального слоя
5. Определение режимов эпитаксии
6. Определение режимов разделительной диффузии
7. Определение режимов базовой диффузии
8. Определение режимов эмиттерной диффузии
9. Проверка величины размывания скрытого слоя в процессе последующих диффузий
10. Последовательность процессов при производстве ИМС
Заключение
Список использованных источников
1. Определение режимов имплантации и термической диффузии имплантированных ионов сурьмы для создания в подложке скрытого слоя
Определяем параметры скрытого слоя (СС). Поскольку параметры СС в задании на курсовой проект не указаны, то мы воспользуемся стандартными технологическими режимами, используемыми в изготовлении ИМС. Скрытый слой формируется путем имплантации ионов сурьмы с последующей термической диффузией имплантированных ионов.
Стандартный режим имплантации следующий:
Ф = 500 мкКл/см2 – доза облучения;
Е = 50 кэВ – энергия имплантированных ионов.
Термическая диффузия имплантированных ионов сурьмы Sb+ проводится по режимам:
ТСС = 1220 0С;
tСС = 12 ч.
Распределение атомов сурьмы после диффузии определяется следующим выражением:
, (1.1)
где Q – количество ионов примеси на единицу поверхности, см-2; x – глубина, соответствующая данной концентрации, см; D – коэффициент диффузии примеси, см2/c; t – длительность диффузии, с.
Выразим дозу в количестве частиц, внедренных на единицу поверхности:
Q = 6,25*1012*Ф. (1.2)
В нашем случае Q = 6,25*1012*500 = 3,125*1015 см-2.
С помощью рис. 9.5, а [1] определим коэффициент диффузии сурьмы в кремнии при температуре ТСС = 1220 0С. Заданной температуре соответствует коэффициент D = 4,5*10-13 см2/c.
Глубина залегания p-n-перехода CC–подложка описывается выражением:
, (1.3)
где N0 – величина концентрации примеси на поверхности легированного слоя, т.е. при x = 0; NП – концентрация примеси в исходной подложке.
Концентрация примеси N0 определяется на основе соотношения:
(1.4)
В нашем случае
см-3.
В стандартной конструкции микросхем используются кремниевые подложки с удельным сопротивлением = 10 Ом*см. По графику зависимости концентрации примеси от удельного сопротивления рис. 6.4 [1] находим, что удельному сопротивлению = 10 Ом*см соответствует концентрация примеси: NП = 1,2*1015 см-3.
С учетом полученных результатов глубину залегания p-n-перехода определяем по формуле (1.3):
8,49*10-4 см = 8,49 мкм.
2. Определение удельного сопротивления эпитаксиального слоя
Величина удельного сопротивления эпитаксиального слоя (ЭС) определяется с учетом заданного значения пробивного напряжения VКБ.
Известно [1], что величина пробивного напряжения плоского резкого p-n-перехода определяется следующим соотношением:
, (2.1)
где NЭС – концентрация примеси в ЭС, в котором формируется p-n-переход коллектор–база.
Для планарного p-n-перехода справедливо следующее выражение [1]:
, (2.2)
где Uпр.плоск. – пробивное напряжение плоского p-n-перехода; n = 1 для цилиндрического и n = 2 для сферического p-n-перехода.
, (2.3)
где r – радиус кривизны p-n-перехода, равный глубине залегания этого p-n-перехода; W0 – ширина области объемного заряда (ООЗ) резкого p-n-перехода при напряжении пробоя плоского p-n-перехода:
. (2.4)
Проведем расчет для случая сферического p-n-перехода, т.е. n = 2.
Зададим значение глубины залегания p-n-перехода xjК-Б = 3 мкм, тогда r = xjК-Б =3 мкм.
Зададим приблизительное значение NЭС. Для этого воспользуемся графиком зависимости напряжения лавинного пробоя p-n-перехода с различной геометрией переходов рис. 9.3 [1]: NЭС(15 В) = 5*1016 см-3.
Используя полученное из графика значение NЭС, рассчитаем пробивное напряжение плоского p-n-перехода. Согласно формуле (2.1):
= 17,944 В.
Определяем величину W0 в соответствии с (2.4):
= 6,826*10-5 см = 0,6826 мкм.
Находим
.
По формуле (2.2) определяем точное значение пробивного напряжения p-n-перехода коллектор–база при NЭС = 5*1016 см-3:
Uпр.план. = 17,944*{[(2+1+4,395) *4,3952]1/3-4,395} = 14,937 В.
Сравниваем полученное нами точное значение пробивного напряжения (14,937 В), с заданным в задании на курсовой проект значением пробивного напряжением коллектор–база (15 В). Отмечаем, что разница не превышает 10%. Поэтому оставляем выбранное нами значение концентрации эпитаксиального слоя NЭС = 5*1016 см-3. С помощью рис. 6.4 [1] найдем удельное сопротивление ЭС ЭС = 0,4 Ом*см.
3. Определение толщины эпитаксиального слоя
Толщина ЭС определяется исходя из соотношения:
hЭСmin = xjК-Б+W0+сс, (3.1)
где xjК-Б – глубина залегания p-n-перехода коллектор–база; W0 – ширина ООЗ p-n-перехода при рабочем напряжении (напряжении пробоя); сс – величина расплывания СС в ЭС, отсчитываемая от границы раздела подложка–ЭС. Зададим глубину залегания xjК-Б = 3 мкм и величину расплывания сс = 3 мкм.
Определим ширину ООЗ p-n-перехода по формуле (2.4)
6,241*10-5 см = 0,624 мкм.
Согласно (3.1) толщина ЭС hЭС будет равна:
4. Определение режимов эпитаксии
Температура эпитаксии обычно равна 11501200 0С. Зададим температуру эпитаксии ТЭ=1150 0С.
Скорость наращивания ЭС соответствует диапазону vЭН = 0,10,3 мкм/мин. Выбираем vЭН = 0,2 мкм/мин.
Следовательно, длительность эпитаксиального наращивания:
5. Определение режимов разделительной диффузии
Разделительные дорожки (РД) формируются путем диффузии бора В+ с поверхности ЭС вглубь до смыкания с подложкой. При этом глубина залегания РД должна быть меньше ЭС на 1 мкм, т.е.
xjРD = hЭС + 1 мкм. (5.1)
В нашем случае, согласно выражению (5.1) xjРD = 7,062 мкм.
Глубина разделительной диффузии описывается следующим выражением:
, (5.2)
где D2t2 – параметры второй стадии разделительной диффузии; N0 – концентрация на поверхности диффузионного разделительного слоя; NП = NЭС – концентрация примеси в ЭС.
В формуле (5.2) должно выполняться соотношение: N0103NП. (5.3)
Положим, что N0 = 103NП = 103NЭС = 5*1019 см-3. Из выражения (5.2) определяем D2t2:
Задаем температуру второй стадии диффузии: Т2=1220 0С. Определим D2. Пользуясь рис. 9.5, а [1] находим, что для Т2 = 1220 0С коэффициент диффузии бора D2(1220) = 3,5*10-12 см2/c.
Рассчитываем значение t2:
Определяем параметры первой стадии разделительной диффузии. Распределение примеси после второй стадии диффузии описывает выражение:
, (5.4)
где Q – количество примеси, введенное в полупроводник на первой стадии диффузии. Оно определяется через параметры первой стадии диффузии выражением:
, (5.5)
где N01 – величина предельной растворимости. Определяется по графику (рис.9.5, а) [1].
Подставим выражение (5.5) в (5.4), и выразим N0:
, (5.6)
где N0, согласно (5.3), принимаем равным N0 = 103NЭС = 5*1019 см-3.
Из (5.6) выражаем D1t1:
. (5.7)
Зададим температуру первой стадии диффузии: Т1=1150 0С. По графику зависимости рис. 9.5, а [1] находим: D1(1150 0C) = 7*10-13 см2/c.
С помощью рис. 5.2 [1] находим предельную растворимость бора в кремнии N01(T1) = N01(1150 0C) = 5,4*1020 см-3.
Определяем t1 из выражения (5.7):
В результате получаем следующее распределение примеси в разделительных дорожках:
6. Определение режимов базовой диффузии
Формирование базовой области проведем методом имплантации ионов бора В с последующей термической диффузией имплантированных ионов.
Страницы: 1, 2
