Автореферат (СВЧ комплементарный биполярный технологический процесс с высокой степенью симметрии динамических параметров транзисторов), страница 4

Дляформирования SiO2 с толщиной 0,01 – 0,02 мкм должен быть использованрежим T = 1000 oC, t = 10 ± 5 мин., применяемый в процессах "НПП "Пульсар";- расчётные зависимости fT и fMAX от дозы имплантации пассивной базыпоказали, что влияние боковой диффузии снижает fT, тогда как снижение RБперекрывает влияние на fMAX. Соответственно, существуют режимыимплантации пассивной базы, обеспечивающие оптимальные значения fT и RБ.- ограничением к режимам имплантации является отсутствиепроникновения примеси в монокристаллический кремний в процессеимплантации поликремния, поскольку, в противном случае, примесь оказываетвлияние на толщину области активной базы.Результаты моделирования операций формирования пассивной базы p- иn-типов проводимости для пленки поликремния толщиной 0,25 мкм,представленные на рис.

7, позволили определить режимы, обеспечивающиемаксимальную степень симметрии параметров пассивной базы КБТ. Из15графиков видно, что симметрия по глубине боковой диффузии возможнатолько при значительной разнице в сопротивлениях пассивной базы КБТ.а)б)Рис. 7 Зависимость глубины боковой диффузии и сопротивления легированногомонокристаллического кремния от режимов имплантации а) BF2; б) Asв поликремний d = 0,25 мкм при отжиге t = 10 мин. T = 1000 oC, атмосфера – O2Отсутствие симметрии в значениях боковой диффузии пассивной базыисследуемых КБТ привело к необходимости изучения влияния спейсеров на ихпараметры. Толщина спейсера влияет не только на UБЭ0 и RБ, но и на режимыформирования эмиттера, что связано с размерами эмиттерного окна и толщиныпленки поликремния.

Общее соотношение ширины эмиттерного окна (W),толщины спейсеров (dСП) и эмиттерного поликремния (dЭП) выглядит как:W ≥ 2∙dСП+ 2∙dЭП.Ограничения по минимальной толщине эмиттерного поликремнияопределяются режимом его имплантации и отжига эмиттера. Для поликремнияс толщиной менее 0,225 мкм при выбранных значениях времени и температурыфинального отжига необходимо применять энергию имплантации эмиттераpnp-транзистора менее 10 кэВ, что противоречит ограничениям данной работы.На рис. 8 приведены ВАХ эмиттерного перехода КБТ в зависимости отширины спейсера. Видно, что напряжение UБЭ0 (IЭ = 1 мкА/мкм) для КБТсоставляет не менее 2,5 В во всем рассматриваемом диапазоне толщинспейсера. Соответственно, при выбранных проектных нормах ≥ 1 мкм,значениях толщины эмиттерного поликремния 0,225 – 0,25 мкм и толщиныспейсера 0,25 – 0,275 мкм для КБТ получены приемлемые значения UБЭ0.а)б)Рис.

8 Вольт-амперные характеристики перехода эмиттер-база а) pnp-транзистора,б) npn-транзистора в зависимости от толщины спейсера16Задача по формированию активной базы включает в себя множествосоставляющих и существенно усложняется для КБТ с симметричнымипараметрами. Расчёты показали, что для активной базы с учетом ограниченийданной работы, целесообразно использовать имплантацию BF2 и Sb.По результатам моделирования коэффициента усиления в зависимости отрежимов имплантации и отжига были сделаны следующие выводы:- с увеличением времени отжига для обеспечения требуемых параметровКБТ необходимо снижать энергию и дозу имплантации;- для pnp-транзистора доза имплантации не должна превышать 5e13 см–2;- для pnp-транзистора при имплантации с дозой 5e13 см–2 и отжиге: t = 10мин.

± 20 %, T = 900 oС требуется применение энергии не более E = 35 кэВ;- для npn-транзистора применение энергии E = 11 кэВ обеспечиваетвозможность использования высокой дозы имплантации при режиме отжига –t = 10 мин. ± 20 %, T = 900 oС; увеличение энергии требует снижения дозыимплантации, что влияет на сопротивление базы.Последующие уточнения режимов формирования области активной базыКБТ проводились уже для основных оптимизируемых параметров: fT и UКЭ0(рис. 9). На основе представленных графиков сделаны следующие выводы:- увеличение энергии и снижение дозы позволяет формировать pnpтранзисторы со значениями fT > 11 ГГц при UКЭ0 > 13 В для рассматриваемогодиапазона времен отжига;- уменьшение дозы для npn-транзистора приводит к росту граничнойчастоты и снижению показателя качества fT × UКЭ0.а)б)Рис.

9 Зависимости fT (синий) и UКЭ0 (красный) для КБТ от режимов формирования активнойбазы транзисторов: а) npn (BF2, E = 11 кэВ); б) pnp (Sb, Q =3,125e13 см–2)Моделирование режимов формирования эмиттера показало, что для pnpтранзистора доза имплантации бора должна составлять не более 8e15 см–2, приэтом значение энергии не должно превышать 15 кэВ с целью обеспечитьсоответствующий диапазон изменения времени отжига. Для npn-транзистораувеличение дозы не приводит к отсутствию работоспособности, при этом длярассматриваемых режимов отжига усиление не превышает 150, а fT ~ 13,5 ГГц.Таким образом, в результате анализа режимов формирования активнойбазы КБТ стоит отметить:17- исследования параметров КБТ с учетом отжига t = 10 мин. ± 20 % приT = 900 oC показали, что коэффициент усиления npn-транзистора припроведенной оптимизации может быть увеличен до 200, тогда какконцентрация примеси в базе pnp-транзистора не позволяет получать значенияболее 100 при нормальном функционировании транзистора;- для npn-транзистора снижение энергии имплантации бора менее 10 кэВво всем диапазоне исследуемых значений доз приводит к потереработоспособности транзистора;- уменьшение дозы, а также рост времени отжига приводит к снижениюзначения произведения fT × UКЭ0.- максимальнаясимметриядинамическихпараметровКБТобеспечивается следующими режимами имплантации активной базы: npnтранзистор – BF2, E = 11 кэВ, Q = 1,25e15 см–2; pnp-транзистор – Sb, E = 35 кэВ,Q = 3,125e13 см–2.

Данные режимы обеспечивают значения fT ~ 11 ГГц, UКЭ0 >12 В. Отношение значений fT (pnp/npn) (разбаланс граничной частоты)исследуемых КБТ для указанных режимов составляет не менее 0,98, чтопревосходит, в частности, СВЧ КБТП компании Plessey Semiconductors (0,95).На рис. 10 представлены итоговые конструкции исследуемых СВЧ КБТ.а)б)Рис.

10 Конструкции СВЧ КБТ: а) pnp-транзистор, б) npn-транзисторДля проверки предложенных конструктивно-технологических методовбыл разработан ряд специализированных транзисторных кристаллов(фотографии приведены на рис. 11). Результаты измерений подтверждаютприменимость предложенных методов оптимизации параметров СВЧ КБТ.а)б)в)Рис. 11 Фотографии специализированных транзисторных кристаллов: а) npn, б) и в) pnpВ частности, на рис. 12 представлены результаты сопоставлениявыходных ВАХ КБТ с топологией: 1 эмиттер (L = 4 мкм), 2 базы, 1 коллектор срезультатами измерений элементов современного зарубежного СВЧ КБТП(HJV).18а)б)Рис. 12 Сопоставление выходных ВАХ для а) npn-транзистора (режим формированияактивной базы Q = 6,125e14 см–2, E = 11 кэВ); б) pnp-транзистора (режим формированияактивной базы Q =1e13 см–2, E = 55 кэВ) и транзисторов зарубежного СВЧ КБТППолучено, что обеспечить соответствие по статическим характеристикамсравниваемых КБТ, возможно за счёт выбора режима имплантации активнойбазы.

Показатели качества fT×UКЭ0 КБТ, полученные, в том числе, сприменением зависимостей fT от тока коллектора (рис. 13), для исследуемогопроцесса, оптимизированного по статическим параметрам, превосходятпоказатели транзисторов зарубежного процесса.

При этом в части симметрииемкостей переходов КБТ наблюдается преимущество зарубежного КБТП.а)б)Рис. 13 Сопоставление характеристик fT = f(IК) (UКЭ = 2 В) для а) npn- и б) pnp-транзисторовисследуемого КБТП (синий цвет) и процесса (измерения – красный цвет, SPICEмоделирование – зеленый цвет)В четвертой главе представлены результаты моделирования иэкспериментальныеисследованияконструктивно-технологическихособенностей диодов Шоттки и полевых транзисторов с управляющим p-nпереходом, формируемых в рамках исследуемого СВЧ КБТП.Исследования конструктивных вариантов диодов Шоттки, в том числе наоснове измерений специализированных кристаллов (рис.

14), показалипреимущества топологии с катодом, окружающим анод. Такая топологияпозволяет увеличить значение частоты среза (fC) при фиксированномнапряжении пробоя (UПРОБ) и наилучшим образом подходит для построенияСВЧ диодов Шоттки в процессах с применением проектных норм ≥ 1 мкм.19а)б)в)Рис. 14 Фотографии диодов Шоттки: а) полосковая структура; б) наборная структура;в) кольцевая топология (два типа)Конструкция ДШ без охранных колец (ОК) имеет существенныепреимущества в сравнении со структурой с кольцами. Однако для обеспечениятехнологичности использование ОК является обязательным.