МОСКОВСКИЙ ИНСТИТУТ ЭЛЕКТРОННОЙ ТЕХНИКИ

(ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)

Курсовой проект

по предмету

Физика полупроводниковых

приборов.

Выполнил:

Проверил: Старосельский В.И.

МОСКВА

2002 г.

ОГЛАВЛЕНИЕ

1 РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ КРЕМНИЕВОГО ИНТЕГРАЛЬНОГО БИПОЛЯРНОГО п-р-п ТРАНЗИСТОРА 3

1.1 Задание 3

1.2 Исходные данные 3

1.3 Теоретические сведения. 3

1.4 Маршрутная карта изготовления транзистора 5

1.5 Малосигнальная эквивалентная схема 5

1.6 Распределение донорной и акцепторной примесей 6

1.7 Расчет р-n переходов: толщин слоев и граничных концентраций примеси в плоскостях технологических переходов. 7

1.8 Расчет коэффициента передачи эмиттерного тока . 11

1.9 Барьерные емкости переходов Э – Б и К – Б. 14

1.10 Диффузионная емкость перехода Э – Б. 14

1.11 Итоги 14

1.12 Задание 15

1.13 Теоретические сведения. 15

1.14 Краткая маршрутная карта МДП-транзистора. 16

1.15 МДП-транзистор. Исходные данные 16

1.16 Расчет и корректировка Vt0 17

1.17 Идеальная ВАХ. 19

1.18 Реальная ВАХ. 20

1.19 Малосигнальная схема 22

2 Список литературы 23

1. Расчет параметров кремниевого интегрального биполярного п-р-п транзистора

   1. Задание

1. Разработать топологический чертеж транзисторной структуры.

2. Привести малосигнальную эквивалентную схему и объяснить смысл ее элементов.

3. При заданных исходных данных для V_BC= -2В, I_E= 1 мА (V_BE  0,8 В) рассчитать следующие параметры эквивалентной схемы:

• коэффициент передачи эмиттерного тока;

• барьерные емкости переходов E – B и K – B;

• диффузионную емкость перехода E – B.

4. Привести маршрутную карту изготовления транзистора.

2. Исходные данные

– технология изготовления: с боковой диэлектрической изоляцией.

– глубина технологического перехода эмиттер-база, мкм x_je = 0.9

– глубина технологического перехода коллектор-база, мкм x_jc = 1,8

– толщина эпитаксиального коллектора, мкм h_c = 7

– поверхностная концентрация эмиттерной примеси, см^-3 N_es = 2*10²⁰

– поверхностная концентрация базовой примеси, см^-3 N_bs = 6*10¹⁸

– концентрация примеси в эпитаксиальном коллекторе, см^-3 N_c = 10¹⁷

– максимальная концентрация примеси в n⁺- коллекторе, см^-3 N_c⁺ = 10¹⁹

– толщина n⁺- коллектора, см h_c⁺ = 3

– площадь эмиттерного перехода, мкм  мкм a_eb_e = 310 = 30

– площадь коллекторного перехода, мкм  мкм a_сb_с = 515 = 75

– время жизни неосновных носителей в эмиттере, мкс  _e:= 30

– время жизни неосновных носителей в базе, мкс  _b = 200

– время жизни неосновных носителей в коллекторе, мкс  _c = 1000

Диффузанты: эмиттер, коллектор — Р; база — В; n⁺- коллектор — As.

Концентрация примеси в подложке N_s = 10¹⁵см^-3

3. Теоретические сведения.

Транзисторные структуры являются основными конструктивным элементом полупроводниковых ИС. Типовой технологический процесс изготовления ИС на биполярных транзисторных структурах сводится к формированию в пластине кремния структур чередующейся проводимости n-p-n типа с определенными электрофизическими параметрами и характеристиками (рис.1).

Конструктивное исполнение изолирующих областей оказывает существенное влияние на электрофизические характеристики и в значительной степени определяет топологические площади транзисторной структуры, вносящих основной вклад в частотные параметры транзисторов и быстродействие ИС.

В связи с этим в микроэлектронике классификацию транзисторных структур принято проводить на основе технологических методов создания межэлементной изоляции.

Применяемые в промышленности методы изоляции транзисторных структур можно разделить на три основных группы:

• диодная изоляция (изоляция обратно-смещенным p-n переходом коллектор- подложка);

• комбинированная изоляция (боковая диэлектрическая и донная диодная);

• полная диэлектрическая изоляция.

Диодная изоляция характеризуется большими размерами областей активной транзисторной структуры и межэлементной изоляции и соответственно большими паразитными емкостями p-n переходов, что ухудшает частотные свойства интегральных транзисторов и схем.

Принципиальным шагом в совершенствовании биполярной технологии и конструкций транзисторных структур явился переход на создание боковой диэлектрической изоляции (БДИ). В сравнении с обычными планарными конструкциями транзисторы с БДИ имеют меньшую общую площадь и меньшие емкости боковых изолирующих областей.

П

p

p

a_e

b_e

a_b

олная диэлектрическая межэлементная изоляция ликвидирует паразитную емкость перехода коллектор – подложка и обеспечивает высокие граничные частоты транзисторных структур. Однако сложность технологии не позволяет достичь экономически выгодного процента выхода годных микросхем, что ограничивает ее применение.

Рисунок 1

В данной работе мы рассмотрим транзисторные структуры с боковой диэлектрической изоляцией.

Для изготовления таких структур на исходных высокоомного кремния формируются диффузией мышьяка локальные n+ скрытые слои, а затем эпитаксиальные n^-- -коллекторные слои. После создания тонкой (40-50 нм) демпфирующей пленки SiO₂ осаждается защитная пленка (80-100 нм) Si₃ N₄ осаждается, наносится пленка фоторезиста и создается в ней рисунок базовых и коллекторных областей. Затем плазмохимическим (или химическим ) способом вытравливаются углубления приблизительно до половины эпитаксиальной пленки, создаются p+ противоинверсные области и легированием ионами бора; удаляется резист и глубоким термическим окислением кремния формируются области БДИ.

Последние имеют специфический профиль, связанный с наличием двух характерных участков, известных под названием “птичья голова” и “птичий клюв”.

Наличие такого профиля не позволяет сделать узкими, менее 4 мкм, области БДИ между n+ контактными коллекторными областями и p-базовыми областями, что ограничивает степень интеграции структуры.