采用外延硅片，其衬底的电阻率为7的P型 硅，选取<111>晶向。
参数表格如下：
相关参数 各区杂质浓度
集电区C
基区B
发射区E
N X cm3


6.8141015
1300
6.8141016
330
6.8141018
150
少子迁移率
X cm2 / V s
DX cm2 / s
少子扩散系数
晶体管的横向设计、结构参数的选择
(1)横向设计 进行晶体管横向设计的任务，是根据晶体管主要电学参 数指标的要求，选取合适的几何图形，确定图形尺寸， 绘制光刻版图。晶体管的图形结构种类繁多：从电极配 置上区分，有延伸电极和非延伸电极之分；从图形形状 看，有圆形、梳状、网格、覆盖、菱形等不同的几何图 形。众多的图形结构各有其特色。 此次设计的晶体管只是普通的晶体管，对图形结构没有 特别的要求，所以只是采用普通的单条形结构。三极管 剖面图如图5，三极管俯视图如图6。
在高频器件中，基区宽度的最小值往往还受工艺 的限制。 则由上述计算可知基区的范围为
0.373m WB 5.08m
（3）基区宽度的具体设计 与PN结二极管的分析类似，在平衡和标准工作 条件下，BJT可以看成是由两个独立的PN结构成， 它在平衡时的结构图如下所示：
扩散结深
工艺流程 ：
1.硅片清洗 2.氧化 3.洗涤基区 7.洗涤发射区 12.光刻接触孔 4.磷预扩散 8.磞预扩散 13.金属化 5.去氧化膜 9.去氧化层 14.光刻金属孔 6.磷再扩散，与发射区氧化 10.磞在扩散 11.沉淀保护层
生产工艺流程
硅片清洗 氧化工艺 光刻工艺 磷扩散工艺（基区扩散） 硼扩散工艺(发射区扩散)
高频小功率晶体管设计
10微电子2班 第 4组成员：
设计步骤：
1.高频大功率晶体管的电学参数 2.纵向结构参数 3.图形结构 4.材料参数 5.工艺方案 6.热学设计，封装形式 7设计方案的完善
设计的要求与数据
（1）了解晶体管设计的一般步骤和设计原则。 （2）根据设计指标设计材料参数，包括发射区、基区和集电区掺 杂浓度NE, NB, （ 3）和NC,根据各区的掺杂浓度确定少子的扩散系数，迁移率， 扩散长度和寿命 等。 （4）根据主要参数的设计指标确定器件的纵向结构参数，包括集 电区厚度Wc，基本宽度Wb，发射区宽度We和扩散结深Xjc,发射结 结深Xje等。根据扩散结深Xjc,发射结结深Xje等确定基区和发射区 预扩散和再扩散的扩 （5） （散温度和扩散时间；由扩散时间确定氧化层的氧化温度、 氧化厚度和氧化时间。根据设计指标确定器件的图形结构，设计器 件的图形尺寸，绘制出基区、发射区和金属接触孔的光刻版图。 （6）根据现有工艺条件，制定详细的工艺实施方案。
各区的少子寿命 B 9 107 s C 3.5 106 s E 1.1106 s
根据公式得出少子的扩散长度：
LC DC C 33.8 3.5 10 6 1.09 10 2 cm LB DB B 8.58 9.0 10 7 2.78 10 3 cm LE DE E 3.90 1.1 10 6 2.07 10 3 cm
jc B
芯片厚度和质量
本设计选用的是电阻率为P型硅，晶向是 （111）。硅片厚度主要由集电结深、集电区厚 度、衬底反扩散层厚度决定。同时扩散结深并不 完全一致，在测量硅片厚度时也存在一定误差。 因此在选取硅片厚度时必须留有一定的的余量。 衬底厚度要选择适当，若太薄，则易碎，且不易 加工；若太厚，则芯片热阻过大。因此，在工艺 操作过程中，一般硅片的厚度都在300um以上， 但最后要减薄到150～200um。硅片的质量指标 主要是要求厚度均匀，电阻率符合要求，以及材 料结构完整、缺陷少等。
物理参数设计
各区掺杂浓度及相关参数的计算 击穿电压主要由集电区电阻率决定。 因此，集电区电阻率的最小值由击穿电压 决定，在满足击穿电压要求的前提下，尽 量降低电阻率，并适当调整其他参量，以 满足其他电学参数的要求 .
对于击穿电压较高的器件，在接近雪崩击 穿时，集电结空间电荷区已扩展至均匀掺 杂的外延层。因此，当集电结上的偏置电 压接近击穿电压V时，集电结可用突变结 近似，对于Si器件击穿电压为 ， 由此可 得集电区杂质浓度为：
版图





参考文献 1.半导体器件基础（器件物理），R.F.Pierret电子 工业出版社，2010年7月 2.集成电路制造技术--原理与工艺，王蔚等编，电 子工业出版社，2010年9月 3.半导体制造基础，Gary S.May 施敏著，人民邮 电出版社，2007年11月 4.微电子工艺基础，李薇薇等编，化学工业出版社， 2007年1月 5.实用集成电路工艺手册，沈文正等编，宇航出版 社，1989年10月 6.晶体管原理与设计，北京大学电子仪器厂半导体 专业编，科学出版社，1977 年11月
一NC，根据以往的经验可取:
N B 10NC , N E 100N B
室温下载流子迁移率与掺杂浓度 的函数关系 ：
即各区的杂质溶度为：
NC 6.8141015 cm3，NB 6.8141016 cm3，NE 6.8141018 cm3
集电区厚度Wc的选择
根据公式求出集电区厚度的最小值为： WC的最大值受串联电阻rcs的限制。增大 集电区厚度会使串联电阻rcs增加，饱和压 降VCES增大，因此WC的最大值受串联电 阻限制。 综合考虑这两方面的因素，故选择 WC=8μm
基区宽度WB
（1）基区宽度的最大值 当发射效率γ≈1时，电流放大系 数 1 [ W ] ，
高频小功率三极管的应用
高频小功率三极管主要适用于工作频率比较 高、功率不高于1W的放大电路，高频振荡电路。 比如在晶体管收录机，，电视机的高频电路中， 可以选用高频小功率三极管，如3CG3AE,3DG6A-D。
6 10 6 10 NC （ ） （ ) n 1 BV BVCBO CEO
13 4 3 13
4 3
由设计的要求可知C-B结的击穿电压为： BVCBO 80 V 根据公式,可算出集电区杂质浓度： 4 4 6 1013 3 6 1013 3 15 3
NC （ BVCBO ） （ 80 ) 6.81410 cm
C
B
E
C B E
图5：三极管剖面图
图6：三极管俯视图
AE 1010 100m2 (2)基区和发射区面积 2 发射区面积取 AB 30 20 600m
5、工艺参数设计 5.1 工艺部分杂质参数
表1 硅中磷和硼的与（微电子工艺基础119页 表5-1）
设计参数总结：
在晶体管的电学参数中，击穿电压与结深关系最 为密切，它随结深变浅，曲率半径减小而降低， 因而为了提高击穿电压，要求扩散结深一些。但 另一方面，结深却又受条宽限制，由于基区积累 电荷增加，基区渡越时间增长，有效特征频率就 下降，因此，通常选取： 反射结结深为： X je WB 3.5um 集电结结深为： X 2 W 7um
2 1 nb 2 3 2

5.08104 cm 5.08um
由公式可看出，电流放大系数β要求愈高，则基 区宽度愈窄。为提高二次击穿耐量，在满足β要 求的前提下，可以将基区宽度选的宽一些，使电 流在传输过程中逐渐分散开,以提高二次击穿耐 性。
（2）基区宽度的最小值
为了保证器件正常工作，在正常工作电压下 基区绝对不能穿通。因此，对于高耐压器件， 基区宽度的最小值由基区穿通电压决定,此处， 对于均匀基区晶体管，当集电结电压接近雪 崩击穿时，基区一侧的耗尽层宽度为：
图1 室温下载流子迁移率与掺杂浓度的函数关系（器件物理P55）
根据图1，得到少子迁移率：
C n 1300 / V s cm
2
B P 330cm / V s
2
E N 150cm / V s
2
根据公式可得少子的扩散系数：
kT 2 DC C 0.0261300 33.8cm / s q kT 2 DB B 0.026 330 8.58cm / s q kT 2 DE E 0.026150 3.90cm / s q
掺杂浓度与电阻率的函数关系

图2 掺杂浓度与电阻率的函数关系（器件物理 P59）
根据图2，可得到不同杂质浓度对应的电 阻率：
C 1.17 cm B 0.1 cm E 0.014 cm
图3 少子寿命与掺杂浓度的函数关系（半导体物理P177）
根据图3，可得 ：
X B , min 2 [ 0 S qND NA BVCBO ] 2 N D N A
1
2 [ 0 S qNB
1 NC BVCBO ] 2 N B N C
1 2 11.8 8.85 1014 6.814 1015 [ 80] 2 19 16 16 15 1.6 10 6.814 10 6.814 10 6.814 10 0.373 10 4 cm 0.373um
扩散长度
cm
2 预扩散 再扩散
结深/W( 面积 (
扩散温度(℃)和 时间
m
m )
WB 3.5m
600 1080℃,964.84 1200℃,9050 6000 先干氧氧化20.4分钟，后 湿氧氧化16.2分钟，再干 氧氧化20.4分钟，共氧化 57分钟。
氧化层厚度 (
0
A
)
/
氧化时间
/
L
2 B 2 nb
因此基区宽度的最大值可按下式估计：
L2 1 nb 2 WB [ ]