Автореферат (СВЧ комплементарный биполярный технологический процесс с высокой степенью симметрии динамических параметров транзисторов), страница 3

Процесс окислениядолжен быть описан с помощью калиброванных граничных условий «Natural»;- расчёт диффузии фосфора при различных атмосферах долженпроводиться с помощью парной модели диффузии; без окисляющей средыможет использоваться стандартная модель;- отжиг активной базы pnp-транзистора, формируемой мышьяком илисурьмой должен проводиться при температурах 900 – 1000 oС с длительностямидо 30 мин., при этом точность обеспечивается стандартной моделью диффузии;- для процесса диффузии из поликремния необходимо применятькалиброванную модель диффузии для границы раздела, для акцепторнойпримеси – «Conventional», для донорной – «Equilibrium» (рис. 3).а)б)Рис. 3 Сопоставление расчётных и экспериментальных данных при диффузии изполикремния: а) B (T = 900 oC, t = 10 мин. (синий) и t = 60 мин.

(красный))б) As (t = 30 мин.: T = 900 oC, (синий); T = 950 oC, (зеленый); T = 1000 oC, (красный))По результатам выбора моделей технологических операций былисформулированы основные особенности методологии инженерного расчётаСВЧ КБТП. В частности, это формирование последовательности расчётов,введение ограничений на размеры моделируемых областей, особенностиперехода между моделями диффузии, граничные условия и др.Проводился анализ моделей расчёта электрофизических характеристикэлементов СВЧ КБТП, который показал следующее:- в интересующем диапазоне значений fT разница между результатамирасчётов на основе дрейф-диффузионной и гидродинамической моделейсоставила менее 3 %, при отличии расчётного времени более чем на порядок.Соответственно, применение гидродинамической модели для определенияпараметров элементов исследуемого СВЧ КБТП не целесообразно.- на расчётные значения fT существенное влияние оказывают моделиподвижности носителей заряда и сужения запрещенной зоны.

Результатырасчётов подтверждают высокую точность универсальной модели подвижностикомпании Philips, в сочетании с которой наибольшую точность в оценкезначения fT демонстрирует модель сужения запрещенной зоны Слотбума.11- для описания наихудшего случая при оптимизации значенийпробивного напряжения СВЧ КБТ целесообразно использовать моделилавинной генерации Лакнера и туннелирования Шенка.Применимость указанных моделей расчёта электрофизическиххарактеристик была подтверждена результатами оптимизации элементов КБТП,а также мощных СВЧ биполярных кремниевых транзисторов.В третьей главе представлены результаты оптимизации конструкции итехнологии изготовления СВЧ КБТ с целью удовлетворения основнымзакладываемым требованиям (параметры КБТ, ограничения на режимытехнологических операций, особенности методов моделирования).

Также вглаве представлены экспериментальные результаты исследования КБТ.В случае использования комбинированной изоляции требования кскрытым слоям n– и p+ по обеспечению значения напряжения пробоя n–/p+(UПРОБ n–/p+) не менее UКБ0 и отсутствию прокола изоляции противоречат другдругу. В результате оптимизации получено, что повысить UПРОБ n–/p+ возможнотолько с увеличением глубины изолирующего p-n перехода за счёт длительногоотжига.

Показано, что обеспечить UПРОБ n–/p+ > 30 В возможно при толщине слояn– не менее 2,7 мкм при имплантации с дозой 6e13 см–2, энергией 175 кэВ иотжигом не менее 5 часов с применением инертной и окисляющей атмосфер.Оптимизация глубины изолирующего слоя n– при комбинированнойизоляции связана с глубиной щелевой изоляции, которая, в свою очередь,связана с толщиной эпитаксиальной пленки и возможностями установкитравления. Для обеспечения изоляции между соседними областями обязательноиспользование противоинверсной области p-типа, снижающей ток утечки внезависимости от глубины слоя n–. Увеличение дозы имплантации, в отличие отэнергии, существенно повышает напряжение начала возрастания тока утечки.Однако для малых глубин щелевой изоляции это приводит к снижению UПРОБn–/p-подложка. Было показано, что для обеспечения UПРОБ n–/p-подложка более100 В глубина области щелевой изоляции должна составлять не менее 7 мкм,что соответствует технологическим возможностям отечественных предприятий.Область коллектора интегрального БТ традиционно условно разбиваютна 3 части: глубокий коллектор, скрытый и слаболегированный слои.

Переход ктонким эпитаксиальным слоям, определяющим слаболегированную область,существенно увеличивает влияние скрытого слоя на итоговый профильраспределения примеси. Исследования показали, что при выбранной толщинеактивной базы существуют оптимальные параметры эпитаксиальной пленки,обеспечивающие максимальное значение fT×UКЭ0 для npn-транзистора (рис. 4).Для выбранных параметров эпитаксиального слоя (d = 2 мкм,N = 8e15 см–3) при режиме эпитаксии, наихудшим с точки зрения обратнойдиффузии, проводились исследования следующих методов управленияобратной диффузии из скрытого слоя p+: 1) дополнительное травлениекремния; 2) отжиг в окисляющей атмосфере; 3) «тормозящее» легирование.12а)б)Рис.

4 Зависимость произведения fT×UКЭ0 npn-транзистора от толщины (а) и концентрациипримеси (б) эпитаксиальной пленки n-типаМетод травления кремния не обеспечивает преимуществ по глубинеобратной диффузии в сравнении с варьированием дозы имплантации слоя p+.Преимущество метода – это отсутствие влияния на глубину слоя n–, однако дляметода отсутствует селективность по отношению к слою n+ npn-транзистора.Селективность в обработке скрытых слоев присутствует при отжиге вокисляющей атмосфере. В сравнении с отжигом в инертной атмосфере приодинаковом значении поверхностного сопротивления (RS) возможнообеспечить выигрыш в толщине нелегированной области не более 0,2 мкм.Кроме того, для данного метода также наблюдается диффузия в слой n–.Был предложен метод «тормозящего» легирования фосфора,позволяющий исключить влияние методов снижения глубины обратнойдиффузии на толщину слоя n–.

Метод позволяет получить большую толщинунелегированной пленки n-типа при том же значении RS в сравнении срассмотренными ранее методами (рис. 5). Представленный метод такжеприменим и для полной диэлектрической изоляции с помощью КНИ-подложек.а)б)Рис. 5 Зависимость а) толщины нелегированного слоя и б) поверхностного сопротивления p+слоя от режимов «тормозящего» легирования для объемной подложкиСтоит отметить, что поскольку моделирование диффузии фосфора при«тормозящем» легировании с учетом выбранных моделей значительноувеличивает время расчёта, то при оптимизации СВЧ КБТ использовался методподавления обратной диффузии с помощью окисления.Определившись с глубиной обратной диффузии, проводилосьисследование режимов формирования области перекомпенсации, оказывающей13наибольшее влияние на параметры вертикального pnp-транзистора.

Двумерныйанализ pnp-транзистора при различных режимах формирования областиперекомпенсации показал, что применение одной операции имплантациипозволяет сформировать профиль распределения примеси, обеспечивающийтребуемые параметры pnp-транзистора. При этом для средних энергийимплантации и увеличенного времени отжига происходит формированиеравномерного профиля с неоптимальным распределением примеси, а в случаевысокой энергии имплантации возможно формирование ретроградногопрофиля с низким значением концентрации в области коллекторного перехода.Проводились исследования конструкции pnp-транзистора, в которуюспециальным образом вводилась область селективного имплантированногоколлектора (СИК). Показано, что ширина СИК для процесса с проектныминормами ≥ 1 мкм не влияет на значение fT×UКЭ0, что свидетельствует овозможном формировании неоднородного распределения примеси в коллекторес помощью дополнительной имплантации с малым значением энергии в окно,уже используемое для формирования слаболегированного коллектора.Исследования режимов двойной имплантации (рис.

6) показали, что ростfT×UКЭ0 наблюдается при снижении энергии и возрастании дозы имплантацииверхней области вплоть до Q = 5e12 см–2. С увеличением дозы наблюдаетсяснижение напряжения UКЭ0 < 10 В. Для имплантации нижней области такжесуществуют оптимальные режимы, обеспечивающие значения fT×UКЭ0 не менее150 ГГц·В. Таким образом, установлено, что метод двойной имплантации привысокой энергии для нижнего слоя и низкой энергии для второго слояпозволяет получить максимальное значение fT×UКЭ0 для выбранного режимаформирования области активной базы.а)б)Рис. 6 Зависимость произведения fT×UКЭ0 pnp-транзистора от режимов формированияверхней (а) и нижней (б) областей при двойной имплантации коллектораОптимизация режимов формирования глубокого коллектора связана сограничениями на длительность температурной обработки.

Для pnpтранзистора низкое сопротивление глубокого коллектора обеспечиваетсяимплантацией бора с дозой ~ 1500 мкКл/см2. В npn-транзисторе отсутствиенизкоомной прослойки между слоями глубокого и скрытого коллектораобеспечивается только использованием имплантации фосфора с аналогичнойдозой.14Исследование изоляции активных областей для КБТ показали влияниетипов изоляции только на значения fMAX. Для исследуемого КБТП была выбранаЛОКОС-изоляция, что обусловлено следующим:- отработанные технологические операции осаждения и окисления нетребуют нового технологического оборудования для травления мелких щелей;- использование длительного окисления, предполагает наихудший случайс точки зрения влияния на параметры скрытых слоев;- сочетание областей ЛОКОС-изоляции с методом покрытия щелевойизоляции позволяет уменьшить общее число технологических операций.Выбранный за основу метод формирования пассивной базы предполагаетимплантацию поликристаллического кремния, что упрощает технологическийпроцесс.

К преимуществам процесса с последовательным легированиемполикремниевых слоев относится гибкость управления параметрамиформируемых областей, позволяющая повысить симметрию самосовмещенныхКБТ. Режимы формирования пассивной базы определяются следующимифакторами: сопротивлением базы (RБ), емкостью и пробивным напряжениемперехода коллектор-база, глубиной диффузии в область активной базы. Крометого, в самосовмещенных БТ предполагается разделение поликремниевыхслоев пассивной базы и эмиттера с помощью диэлектрического спейсера. Приформировании КБТ толщина спейсера одинакова для обоих транзисторов, чтонакладывает дополнительные ограничения при проведении оптимизации.С точки зрения технологического процесса режим формированияпассивной базы имеет следующие особенности:- ограничения к режиму температурной обработки связаны споследовательностьютехнологическихопераций,предполагающейформирование на данном этапе пленки SiO2, применяемой при имплантацииактивной базы. Соответственно, отжиг должен проводиться в атмосфере сухогокислорода для высокого качества пленки и обеспечивать толщину,необходимую для формирования областей активной базы КБТ.