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微电子概论(第3版)课件3-4B_扩散工艺.pptx

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目录1.扩散掺杂原理3.4扩散掺杂工艺2.常用扩散掺杂方法3.扩散掺杂工艺的表征参数4.扩散工艺与集成电路设计的关系

3.扩散掺杂工艺的表征参数(1)方块电阻“方块电阻”是其他专业未涉及的一个很有意思的参数。预备知识:浓度为N的均匀掺杂薄层导电材料的电阻为R=ρl/S=(1/σ)l/S其中1/ρ=σ=(qμN)为材料的电导率N为载流子浓度,近似等于掺杂浓度。

3.扩散掺杂工艺的表征参数(1)方块电阻R=ρl/S=(1/σ)l/S一个方块材料对于从其侧面流过的电流所表现的电阻为:R=(1/qμN)l/(lXj)=(1/qμ)(NXj)这种表面为方块的材料对从侧面流过的电流表现的电阻称为方块电阻记为R□因此R□=(1/qμ)(NXj)

3.扩散掺杂工艺的表征参数(1)方块电阻方块电阻的特点是其阻值与方块的大小无关,只取决于导电薄层中与单位表面面积对应的掺杂总数(NXj)因此,方块电阻的大小直接表征了掺入杂质的多少。对于非均匀掺杂情况,这一结论不变,只是(NXj)改为积分

3.扩散掺杂工艺的表征参数(1)方块电阻方块电阻的测量方法:“四探针”方法用四根间距相等的探针与掺杂层表面接触,外面一对探针间通过电流I,从中间一对探针间测量电压V。理论分析可得掺杂层的方块电阻为R□=C(V/I)式中C称为修正因子,是一个与探针间距、样品尺寸等因素均有关的系数,具体数值可查表得到。

3.扩散掺杂工艺的表征参数(2)结深的测量常用磨角法和滚槽法测量结深。测试精度都较差。采用理化分析方法测量杂质分布可以精确测定结深。

4.扩散工艺与集成电路设计的关系(1)方块电阻集成电路设计中一般采用某个掺杂区起电阻作用。半导体IC中不同掺杂区域方块电阻差别可能很大,应根据电路中的电阻要求合理选用。pn结隔离双极IC各掺杂区方块电阻典型值

4.扩散工艺与集成电路设计的关系(2)横向扩散在集成电路设计中需要考虑横向扩散产生的两个结果:①横向扩散对击穿电压的影响横向扩散形成的结面包括球面形。若结浅,则球面的曲率半径很小,类比尖端放电原理,该处耗尽层电场最集中,降低了pn结的击穿电压。

4.扩散工艺与集成电路设计的关系(2)横向扩散②横向扩散增加了对相邻窗口间距的要求由于横向扩散,晶片中相邻扩散区域之间的间距将小于相应两个窗口版图图形之间的距离。因此设计版图时相邻窗口之间的距离必须留有充分的余地,否则相邻两个掺杂区域之间会发生短路。

4.扩散工艺与集成电路设计的关系(3)结深的控制其中xjC、xjE分别为基区掺杂结深和发射区掺杂的结深。目前基区宽度为0.1微米以下,从实际工艺波动影响考虑,使得xjE≈xB,有利于精细控制xB因此掺杂结深的控制精度直接影响晶体管的基区宽度控制精度,从而对器件多种特性产生明显影响。双极IC中npn晶体管基区宽度为xB=xjC-xjE

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