Автореферат (СВЧ комплементарный биполярный технологический процесс с высокой степенью симметрии динамических параметров транзисторов), страница 2

Москва, Институт проблемпроектирования в микроэлектронике РАН, 2010, 2014 гг.); «Твердотельнаяэлектроника. Сложные функциональные блоки РЭА» (г. Москва, АО «НПП«Пульсар», 2008–2014 гг.); «Электроника, микро- и наноэлектроника» 2011,2012 гг. (НИЯУ МИФИ), «Микроэлектроника и информатика–2011» (г.Москва, Зеленоград, 2011 г.); «Обмен опытом в области созданиясверхширокополосных РЭС» (Омск, ЦКБА, 2010); «Фундаментальныепроблемы радиоэлектронного приборостроения» (INTERMATIC) (г.Москва, МГТУ МИРЭА, 2007, 2013, 2014 гг.); Международная научнотехническая школа-конференция «Молодые учёные – 2008» (г. Москва,МГТУ МИРЭА, 2008 г.); International Conference «Micro- andnanoelectronics» (г. Звенигород, 2007, 2012 г.).По теме диссертации опубликовано 5 работ в изданиях рецензируемыхВАК, 23 работы в материалах международных и всероссийских научнотехнических конференций, получено 4 свидетельства о государственнойрегистрации топологии ИМС.Структура и объем работы: диссертация состоит из введения, четырехглав и заключения, изложенных на 165 страницах текста, иллюстрированноготаблицами, графиками и рисунками, библиографического списка и приложения.6КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИВо введении обоснована актуальность работы.

Сформулированы цели изадачи, решаемые в диссертации. Отмечены научная и практическая ценностьрезультатов работы, а также приведены основные положения, выносимые назащиту. Приведен список конференций и публикаций, в которыхдокладывались материалы диссертации.В первой главе проводится обзор основных конструкций интегральныхpnp-транзисторов, методов оптимизации параметров КБТ. Обобщённаяинформация по параметрам КБТ, входящих в состав технологическихпроцессов с вертикальными pnp-транзисторами, представлена в таблице 1.Анализ таблицы, а также зависимостей fT от UКЭ0 для различных вариантовбиполярных транзисторов показал, что для решения задач данной работынаиболее подходит процесс на основе кремния.Анализ конструкций СВЧ КБТ рассмотренных промышленныхтехнологических процессов позволил выявить основные особенности:- тип межэлементной изоляции не влияет на значения граничной частотыи пробивного напряжения, однако влияет на общее быстродействие ИМС,поэтому в рамках данной работы рассматриваются процессы только скомбинированной изоляцией и полной диэлектрической изоляцией на основеКНИ-подложек, позволяющие симметрировать значения емкостей КБТ;- все процессы, обеспечивающие требуемые значения граничной частоты(fT > 10 ГГц) используют технологию самосовмещения областей базы иэмиттера, при которой снижается сопротивление пассивной базы иувеличивается максимальная частота генерации (fMAX);- профиль распределения примеси для промышленных технологическихпроцессов является секретом производства, однако согласно научнымпубликациям толщина области активной базы как для npn-, так и для pnpтранзисторов не превышает 100 нм;- максимальным значением проектных норм для транзисторов сfT >10 ГГц для всех рассмотренных процессов является величина L = 0,6 мкм.Важно отметить, что наиболее критичными операциями при созданииСВЧ КБТ являются имплантация и отжиг мелкозалегающих p-n переходов.

Заисключением нескольких производителей КМОП ИМС, большинствоотечественных предприятий используют установки имплантации с энергиямине менее 10 кэВ и диффузионные печи со скоростью нагрева не более10 оС/мин. Соответственно, разрабатываемый КБТП должен быть ориентированна использование указанных технологических режимов, использованиепроектных норм ≥ 1 мкм и толщины эпитаксиальных слоев ≥ 2 мкм.В части расширения элементного базиса СВЧ КБТП рассмотреныконструкции и основные параметры интегральных диодов Шоттки, а такжеполевых транзисторов с управляющим p-n переходом. Определены основныенаправления для их оптимизации при интеграции в КБТП.7Таблица 1 – Параметры комплементарных биполярных транзисторов КБТПКомпанияAnalog Devices Inc.Texas InstrumentsNational SemiconductorHarris SemiconductorMaxim IntegratedPlessey SemiconductorsSTMicroelectronicsSony Corp.Hitachi Ltd.IHPTower JazzАО "НПП "Пульсар"АО "НПП "Пульсар"(АО "НИИМЭ")АО "НИИ ТАП"(АО "НИИМЭ")ЗАО "ВЗПП-Микрон"ОАО "Интеграл"Название,особенности технологииCB (1985)Изоляция p-n переходомXFCB (1992),КНИ-подложкаXFCB3 (2005)SiGe компл-ный, КНИ-подложкаBiCom3(2003)SiGe КБиКМОП,КНИ-подложкаBiCom3HV (2007)SiGe компл-ный,КНИ-подложкаVIP-3 (1994),Изоляция p-n переходомVIP-10 (2000),КНИ-подложкаCBC8 (2010)SiGe КБиКМОП,КНИ-подложка– (2011)Комбинир.

изоляцияUHF-1 (1992),КНИ-подложкаCB2 (1995), Комбинир. изоляцияHJV (1998), Комбинир. изоляцияHJB (1998), Комбинир. изоляцияHSA (2005), КНИ-подложкаHSB (2010), КНИ-подложка– (2009), КНИ-подложка– (2010), КНИ-подложкаBiCMOS6G (1999)SiGe КБиКМОПКомбинир. изоляцияBiCMOS7RF (2006)SiGe КБиКМОПКомбинир. изоляцияP52H (2001)Комбинир.

изоляцияКБиКМОП (2001)КНИ-подложкаSiGe КБиКМОП (2007)КНИ-подложкаSG25H3 (2003)Комбинир. изоляцияSBC35 (2010)SiGe КБиКМОПP35XX (1986)Изоляция p-n переходомКомбинир. изоляцияКомплементарный,Изоляция p-n переходомКомплементарный, КСДИКомплементарный (2015),Комбинир. изоляция8fT (ГГц)npn/pnp0,9/0,7h21npn\pnp175/180UA (В)npn\pnp60/55UКЭ0 (В)npn\pnp364,5/2,5(UКЭ=2В)16/970/5580/25>12––5150/1007/6100/10048/5317,7/20,6 200/100fmax= 60/45(Uce=3 В)4,2/3,0200/230(UКЭ=12 В)3,1/2,4100/65200/10045/609/8100/55120/40Uп = 1234/38300/200(UКЭ=1,5В)250/855,25/3135/100(UКЭ= 5В)9.0/5.5100/40(UКЭ=2 В)9,4/8,7–8,7/8,3170/5519/15170/709/9170/555/4166/524,85/3,580/803/390/6545/4100/–fmax= 60(UКЭ=1,5В)60/6100/–fmax= 90(UКЭ=1,5В)20/5100/100375/8525/3860/208/12–120/4560/20115/50215/95185/70400/10060/–Uп = 15>124.5>12>2632/4347/463,6/–60/–2,8/9,5–410,5/6,0180/5050/3917/15150/11060/6019.5/17.810/12180/80160/180150/402,0/2,615/10130/135300/7013/151,5/2,070/4040/50364,5/3,5100/60–>154,5/2,5100/100–150,8/0,63,0/2,0>60100/50–100/20>30>12Во второй главе приводятся результаты определения системыпроектирования, выбор моделей технологических процессов и расчётаэлектрофизических характеристик, используемых в исследованиях СВЧ КБТП.Одной из основных причин расхождения экспериментальных и расчётныхданных является точность построения расчётной сетки.

Сопоставлениепрограмм моделирования, отличающихся возможностями создания различныхтипов сетки, показало, что для двумерного проектирования необходимоприменение адаптивной сетки. Это связано с существенным различием вкритических вертикальных и горизонтальных размерах СВЧ БТ. Получено, чтоалгоритмов построения адаптивной сетки модуля DIOS САПР Sentaurus TCADдостаточно для решения задач данной работы. Выбор аналитическогомоделирования связан с возможностью повышения скорости расчётов приснижении затрат вычислительных мощностей, что важно для инженерных задачоптимизации технологических процессов. Исследования технологической иприборной сеток, в частности, определение размеров ячеек сетки,обеспечивающих высокую точность и минимальное время расчёта, показало,что для требуемых глубин залегания p-n переходов размер минимальногоэлемента сетки (в области активной базы) должен быть не более 6 нм (рис.

1).а)б)Рис. 1 Зависимость нормированного времени расчёта, глубины p-n перехода активной базы(а) и граничной частоты (б) pnp-транзистора от минимального размера элементовтехнологической (а) и приборной (б) сетокПо результатам анализа современных КБТП были определены диапазонырежимовосновныхтехнологическихопераций,необходимыхдляформирования СВЧ КБТ.

Для полученных диапазонов на основе сопоставленияэкспериментальных и расчётных данных проводился выбор аналитическихмоделей ионной имплантации, отжига, окисления. Одним из критериев выбораявлялось значение погрешности модели, определяемое с помощью следующейметодики: 1) поиск с помощью регрессионного анализа методом наименьшихквадратов функций, описывающих результаты измерений и моделирования(применяются экспоненциальные уравнения; коэффициент детерминации дляфункции должен составлять не менее 0,75); 2) определение вектораотносительной погрешности модели; 3) определение нормы векторапогрешности ║A║ как среднего арифметического для всего диапазонаизменения переменной.

Данная методика позволяет оперировать точностьюрасчёта всего профиля в целом, что целесообразно, когда не ясно влияниеконкретных участков профиля на результаты расчёта параметров элементов.9Значение критерия для нормы вектора погрешности технологическихмоделей было определено с помощью представленной методики на основемоделей, используемых в расчётах профилей распределения примеси споследующим определением параметров полевых и биполярных транзисторов.В частности, при погрешности ║A║ = 31,3 % моделей расчёта примеси вслаболегированных областях стока/истока субмикронного МОП-транзисторасредняя ошибка определения значения порогового напряжении составила0,5 %. При ║A║ = 22,4 % для моделей распределения примеси в области базыБТ, ошибка определения коэффициента усиления составляла не более 2 %.Таким образом, норма вектора погрешности моделей технологическихпроцессов не более 30 % обеспечивает высокую точность расчёта параметровэлементов КБТП и будет использоваться при выборе моделей.Результаты исследования аналитических моделей имплантации показали,что использование функции распределения «Пирсон-IV» со стандартнымипараметрами модели достаточно для описания легирования толькополикристаллического кремния.

Для описания имплантации в монокристаллнеобходимо переходить к специализированным таблицам параметров. Вчастности, для акцепторной примеси наибольшую точность обеспечиваюттаблицы параметров Техасского университета (UT) (рис. 2). При сниженииэнергии менее 10 кэВ точность моделирования существенно снижается.а)б)Рис. 2 Сопоставление экспериментальных и расчётных профилей распределенияакцепторной примеси, полученных имплантацией а) B и б) BF2 (E=15 кэВ, Q = 8e15 см-2)Как и в случае акцепторной примеси, моделирование имплантациифосфора и мышьяка с помощью параметров UT обеспечивает высокуюточность соответствия экспериментальным данным.

Для сурьмы, в отсутствиетаблиц UT, применение таблиц Crystal-TRIM для высоких значений дозыобеспечивает норму вектора погрешности ║A║ не менее 26 %, чтоудовлетворяет выбранному критерию к точности модели. Также выбранномукритерию удовлетворяют результаты расчётов с помощью таблиц Crystal-TRIMдля высоких значений дозы имплантации примеси через пленку SiO2.После выбора параметров моделей имплантации определяется точностьмоделей температурной обработки.

Именно эти модели обеспечивают точностьфинального распределения примеси и, соответственно, электрофизическиххарактеристик элементов КБТП. Исследования режимов диффузии дляподобранных моделей имплантации показали следующие результаты:10- для моделирования отжига акцепторной примеси при дозе имплантациидо 3e15 см–2, температурах 900 – 1150 oC и различной длительности необходимастандартная («Conventional») модель диффузии. В диапазонах отличных отуказанных необходимо применение парной модели диффузии («PairDiffusion»),что, однако, приводит к увеличению расчётного времени.