Автореферат (СВЧ комплементарный биполярный технологический процесс с высокой степенью симметрии динамических параметров транзисторов), страница 5

Для КБТП ссамосовмещением охранные кольца целесообразно формировать на основе pполикремния, используемого для пассивной базы npn-транзистора.Сократить размеры ДШ возможно за счёт сближения областей катода ианода с помощью поликремния пассивной базы pnp-транзистора. Исследованияконструкций ДШ со спейсерами между поликремниевыми ОК и металлическиманодом показали преимущества конструкции без спейсеров.Оптимизация геометрических параметров конструкции интегральногодиода Шоттки показала следующее:- ограничения по сокращению размеров ЛОКОС-изоляции, разделяющейконтакты катода/анода, связаны с минимальным расстоянием между областямиполикремния, используемыми для катода и охранных колец (≥ 1 мкм);- для обеспечения технологичности конструкции и максимальногозначения частоты среза необходимо применять следующий конструктивныйвариант охранного кольца: 0,25 мкм поликремния p-типа располагается накремнии, 0,75 мкм – на пленке SiO2 ЛОКОС-изоляции;- оптимальное значение ширины контакта анода составляет W ≈ 3 мкм.Представленная оптимизация позволяет интегрировать в исследуемыйКБТП диод Шоттки с параметрами: UПРОБ >15 В и fC > 260 ГГц (рис.

15).Рис. 15 Конструкция интегрального ДШ с катодомна основе поликремния пассивной базы pnp-транзистора20Результаты сопоставления ВАХ и ВФХ интегральных диодов Шоттки длясравниваемых СВЧ КБТП представлены на рис. 16. По результатам сравнения,стоит отметить наибольшее соответствие ВФХ исследуемых ДШ для шириныанода W = 3 мкм, что подтверждает результаты оптимизации конструкциидиода Шоттки исследуемого технологического процесса.а)б)Рис.

16 Сопоставление а) ВАХ и б) ВФХ для диодов Шоттки с площадью анода 3×10 мкм2 –пунктирная линия, 10×10 мкм2 –сплошная линияКак и в случае ДШ, в конструкциях n- и p-канальных JFET,целесообразно сблизить контакты стока/истока с затвором за счетиспользования поликремния пассивных баз КБТ. Такая конструкция позволяетпри минимальном изменении UЗИ.отс повысить ток стока более чем на 25 %.Ограничения по размеру верхнего затвора (LЗ ≥ 1 мкм), формируемого также наоснове пассивной базы КБТ, связаны с расстоянием между ЛОКОС-изоляцией.Для p-JFET в качестве канала используется коллектор pnp-транзистора.

Вслучае двойной имплантации UЗИ.отс составляет ~ 7 В. Для его снижениянеобходимо использовать только верхнюю область коллектора. Исследованиявлияния режимов формирования данной области на параметры JFET (рис. 17), сучетом требований к UКЭ0 pnp-транзистора, позволили определить оптимальныезначения дозы и энергии имплантации: Q = 5e12 см–2, E = 70 кэВ.а)б)Рис. 17 Зависимость напряжения отсечки (а) и начального тока стока (б) p-канального JFETот режимов имплантации области p– (UСИ = 3 В)Для n-канального JFET было получено, что диффузия из скрытого p+слоя, применяемого в качестве нижнего затвора, приводит к уменьшениютолщины канала и снижению начального тока стока.

Как показано в главе 3,21для снижения обратной диффузии наиболее эффективно использование«тормозящего» легирования. В результате показано, что дополнительноелегирование с дозой Q = 3,125e12 см–2 (рис. 18) обеспечивает симметриюзначений UЗИ.отс и IС.нач n- и p-канальных JFET.Рис. 18 Зависимость тока стока от напряжения на затворе n-канального JFET при различныхдозах «тормозящего» легирования (E=20 кэВ)Такимобразом,представленныеконструктивно-технологическиерешения позволяют формировать в рамках исследуемого КБТПкомплементарные JFET (рис. 19), основные параметры которых приведены втаблице 2.

По параметрам комплементарные JFET исследуемого КБТПнаходятся на уровне транзисторов КБТП BiCom3HV (Texas Instruments).Тип прибораn-JFETp-JFETUЗИ.отс, В(UСИ = 3 В)–0,740,85IС.нач, А/мкм(UСИ = 5 В)1,04e-69,36e-7Таблица 2 – Параметры комплементарных JFETgms, См/мкмfT, ГГцUСИ, В(UЗИ = 0 В)(UСИ = 3 В)4,620e-6>16,50,436,625e-6>16,70,34а)б)Рис. 19 Конструкции интегральных комплементарных полевых транзисторов с управляющимp-n переходом: а) p-канальный, б) n-канальныйС целью подтверждения ряда конструктивно-технологических методов,применяемых для комплементарных JFET, в рамках технологических слоевСВЧ КБТП был спроектирован и изготовлен специализированный кристалл,содержащий набор конструкций n- и p-канальных JFET (рис.

20).22Рис. 20 Фотография кристалла для исследований n- и p-канальных JFETСопоставление расчётных и экспериментальных данных показаловозможность обеспечения высокого значения начального тока стока. При этомснижение напряжения отсечки p-канального JFET возможно только в рамкахиспользования двойной имплантации области коллектора pnp-транзистора. Безприменения дополнительных технологических методов также не удаетсядобиться симметрии значений напряжения отсечки n- и p-канальных JFET.Результаты измерений JFET применялись также для разработки SPICE-моделейтранзисторов (модель BSIM 1-го уровня), используемых в дальнейшем припроектировании, а также в образовательном процессе МТУ (МИРЭА).Результатыпроектированияиисследованияконструктивнотехнологических особенностей СВЧ КБТП были использованы при разработкеряда ИМС: радиационно-стойкий СВЧ усилитель 1324УВ6 (рис. 21, а),источник стабильного тока 1348ЕТ2 (рис. 21, б), радиационно-стойкийквадратурный модулятор 1324МП2 (рис.

21, в) широкополосный пассивныйСВЧ смеситель 1324ПС5 (А4505) (рис. 21, г). Представленные ИМСподтверждают применимость СВЧ КБТП для разработки изделий с широкимифункциональными возможностями.а)б)в)г)Рис. 21 Фотографии кристаллов ИМС:а) 1324УВ6, б) 1348ЕТ2, в) 1324МП2, г) 1324ПС5 (А4505)23В заключении подведены основные итоги теоретических иэкспериментальных исследований, проведённых в настоящей работе, которыезаключаются в следующем:1. Разработаны конструктивно-технологические методы, направленные нареализацию кремниевого СВЧ (fT > 10 ГГц) КБТП с высокой степеньюсимметрии динамических параметров транзисторов и UКЭ0>12 В.2.

Проведеныисследованияпорасширениюконструктивнотехнологического базиса КБТП за счёт интеграции оптимизированныхконструкций диодов Шоттки, комплементарных полевых транзисторов суправляющим p-n переходом.3. Сопоставление параметров интегральных элементов исследуемогоКБТП с элементами зарубежного промышленного процесса показало ихвысокий уровень и возможность использования при создании радиационностойких аналого-цифровых ИМС, а также СВЧ МИС L- и S-диапазонов частот.4. Разработанные конструктивно-технологические решения могут бытьприменены для реализации перспективных КБТП на основе гетероструктуркремний-германий.5.

Результаты диссертационной работы являются внедренными в процессразработки и производства ИМС, разработанные ИМС (1324УВ6, 1348ЕТ2,1324МП2, 1324ПС5 (А4505)) являются освоенными в серийном производстве сприёмкой категории качества «ВП».Публикации по теме диссертационной работыСтатьи в журналах из перечня ВАК1. Виноградов Р.Н., Дроздов Д.Г., Корнеев С.В. Оптимизациякомплементарного биполярного технологического процесса изготовления ИМСс использованием САПР TCAD// Электронная техника.

Серия 2Полупроводниковые приборы. – 2009. – № 1. – С. 58-64.2. Виноградов Р.Н., Дроздов Д.Г., Корнеев С.В., Савченко Е.М. Выбороптимального маршрута моделирования диффузионных процессов сиспользованиемСАПРTCAD//Электроннаятехника.Серия2Полупроводниковые приборы. – 2009. – № 1. – С. 65-72.3. Дроздов Д.Г., Зубков А.М., Савченко Е.М. Результаты приборнотехнологического моделирования комплементарной биполярной технологии сграничной частотой 10 ГГц и более// Проблемы разработки перспективныхмикроэлектронных систем – 2010. Сборник научных трудов / под общ. ред.академика РАН А.Л. Стемпковского. Москва: ИППМ РАН, 2010. С. 66–69.4.

Дроздов Д.Г., Савченко Е.М. Особенности технологии самосовмещенияпри построении комплементарных биполярных транзисторов// Электроннаятехника. Серия 2 Полупроводниковые приборы. – 2011. – №2, – С. 53–58.5. Дроздов Д.Г., Савченко Е.М. Проектирование технологическихпроцессовизготовлениякремний-германиевыхгетеробиполярныхтранзисторов// Проблемыразработкиперспективныхмикроинаноэлектронных систем (МЭС).

2014. № 2. С. 141-144.24Свидетельства о государственной регистрации топологии1. Свидетельство о государственной регистрации топологии ИМС№ 2012630043 "Широкополосный пассивный СВЧ смеситель А4505" (ИМСА4505). Авторы: Будяков А.С., Вагин А.В., Дроздов Д.Г., Мельничук С.А.,Пронин А.А., Савченко Е.М.2.