Диссертация (СВЧ комплементарный биполярный технологический процесс с высокой степенью симметрии динамических параметров транзисторов), страница 8

Другие варианты снижения обратной диффузии дляисследуемого КБТП будут описаны в главе 3.Таким образом, при создании требуемого профиля коллектора необходимо учитывать:– особенности эпитаксиального роста (режим формирования, параметры пленки);– особенности методов снижения обратной диффузии;– режимы формирования областей перекомпенсации;32– режимы формирования последующих технологических операций (окисление стенокщелей, формирование ЛОКОС-изоляции, защитных масок для легирования и т.д.).Последней составляющей, представленной на рис. 1.10, является область глубокогоколлектора (в англоязычной литературе – "sinker") [9], [142], используемая для уменьшениясопротивления между металлическим электродом коллектора и скрытым слоем.

Приформировании данной области основное внимание должно уделяться:– обеспечению низкого значения сопротивления, в том числе поверхностного;– влиянию отжига на боковую диффузию примеси из области глубокого коллектора,изменяющего значения пробивного напряжения КБТ;– влиянию отжига на процесс “размытия” вертикальных профилей распределенияпримеси в активных областях КБТ.Стоит отметить, что в случае, если сопротивление коллектора удовлетворяеттребованиям разработчиков, то глубокий коллектор может не использоваться. Так, например, вКБТП HJB компании Plessey Semiconductor [50], малая толщина эпитаксиальной пленкипозволяет формировать глубокий коллектор только для npn-транзисторов.

Таким образом,конкретная конструкция коллекторов определяется требованиями к параметрам КБТ.1.8.2.1 Неоднородный профиль распределения примеси в коллектореРазвитие технологии изготовления БТ привело к выделению трех основных типовраспределенияпримесивколлекторе:равномерного,ретроградногоиградиентного[143] (рис. 1.12). Также в работах [144 – 146] выделен ступенчатый профиль распределенияпримеси, являющийся разновидностью ретроградного профиля. Стоит обратить внимание на то,что обозначение градиентного и ретроградного профилей в работах [143] и [144 –146] противоположны между собой. В данной работе типы распределения примеси будутобозначаться согласно рис. 1.12.Рис. 1.12 Профиль распределения примеси в биполярном транзисторе при различныхтипах распределения в области коллектораНеобходимость создания неравномерного профиля распределения примеси обусловленастремлением повысить граничную частоту и максимальную частоту генерации, при этом33сохранитьвысокоезначениепробивногонапряженияколлектор-эмиттер.Созданиенеоднородного профиля распределения примеси в современных технологических процессахосуществляется, в основном, за счёт использования технологии селективной имплантацииколлектора (дополнительная имплантация коллектора через окно, сформированное длясоздания области активной базы).

На рис. 1.13 представлена структура активной областитранзистора с областью селективно-имплантированного коллектора (СИК).Рис. 1.13 Конструкция активной области транзистора с СИКПодобный метод используется практически во всех современных технологическихпроцессах изготовления СВЧ БТ, например, в работах [57], [58], [147 – 149]. Стоит отметитьработу [150], представляющую результаты оптимизации режимов формирования СИК длявертикального pnp-транзистора с fT = 3 ГГц. Также необходимо подчеркнуть, что наибольшеераспространение метод формирования СИК получил для технологических процессов сиспользованием технологии самосовмещения, о которой будет сказано далее.Помимо СИК к методам формирования неоднородного профиля распределения примесистоит отнести: жертвенное удаление оксида кремния, сформированного с помощьюспециальногоокисления[151];использование«launcher»слоя(эпитаксиальныйсильнолегированный слой между базой и эпитаксиальным коллектором с равномернымлегированием) [152]; использование коллектора, имплантированного с высокой энергией(«HENCI») [153].Исследованиянеоднородногораспределенияпримесидляnpn-транзистороввработах [143 – 146] показало следующее: для ретроградного профиля увеличение fT × UКЭ0достигается только для эпитаксиальных пленок определенной толщины, при снижении которойуже градиентный профиль обеспечивает рост fT × UКЭ0.

При этом в других работах указываютсятолько преимущества ретроградного профиля. Отсутствие работ, посвященных оптимизациинеоднородного профиля для pnp-транзисторов с fT > 10 ГГц и UКЭ0 > 10 В, приводит кнеобходимости проведения подобных исследований.Проведенный анализ показал, что оптимизация профиля и конструкции коллекторовКБТ для обеспечения требуемых параметров должна выполняться по следующим направлениям:– выбор и оптимизация типа вертикального распределения примеси;34– оптимизациярежимовиметодовформированиясистемыскрытыйслой/эпитаксиальный слой;– оптимизация конструкции коллекторов и топологии транзисторов;– исследование влияния области коллектора на параметры дополнительных элементовтехнологического процесса.1.8.3 Изоляция активных областей транзисторовИспользованиеизоляциимеждуактивнымиобластямиБТимеетследующиепреимущества:– снижение токов утечки, связанных с поверхностными эффектами;– ограничение кривизны коллекторного p-n перехода и, как следствие, увеличениепробивного напряжения;– ограничение протекания тока по областям с наименьшим сопротивлением.Одним из наиболее распространенных методов изоляции является локальное окислениекремния (ЛОКОС-изоляция), предложенное еще в 1970 г.

сотрудниками компания Phillips [154].Особенностью метода является простота формирования изолирующих областей, за счетразницы в скоростях окисления участков с маской из нитрида кремния и без [155]. Ксущественным недостаткам метода стоит отнести возникновение на краях областей изоляцииучастков в форме «птичьего клюва» [156], которые приводят к увеличению механическихнапряжений и ограничивают возможность уменьшения размеров областей изоляциизначениями менее 0,5 мкм [157].Для решения указанной проблемы и перехода к субмикронным размерам областейизоляции разработано большее число методов: ROX [158], FIFT и SPOT [159], STI [160], [161] идр.

Современные КБТ (см. таблицу 1.1) (исключением является линейка технологическихпроцессов компании Plessey Semiconductor [50]) применяют мелко-щелевую изоляцию (STI).Причинами перехода к такой изоляции, помимо сокращения геометрических размеров,являются: снижение механических напряжений; уменьшение длительности и температурыобработки, что, соответственно, снижает влияние на итоговый профиль распределения примеси.Процесс формирования данного типа изоляции состоит из следующих этапов: осаждениесистемы слоев SiO2/Si3N4; формирование маски и травление мелких щелей; предварительноеокисление с последующим заполнением щелей SiO2; планаризация поверхности и травлениеSi3N4 [161].Однако переход к данному методу изоляции требует существенного увеличениястоимости технологического процесса за счет применения технологии химического осажденияиз газовой фазы (ХОГФ, CVD) [162], требований к качеству химико-механической полировки35[163] и т.д.

В ходе оптимизации конструкций элементов КБТП будут проведены исследованиявлияния двух описанных типов изоляции на параметры КБТ и определены требования кобластям изоляции для решения задач данной работы.1.8.4 Область базыОбласть базы в современных биполярных транзисторах разделяют на активную ипассивную. В активной базе происходят основные процессы, определяющие свойства ихарактеристики БТ, тогда как пассивная база выступает в качестве проводника тока от областиактивной базы к металлическим контактам. Область пассивной базы увеличивает емкостьперехода коллектор-база и сопротивление базы.

Основным современным методом сниженияемкости перехода коллектор-база является технология самосовмещения [164]. Стоитрассмотреть особенности данной технологии более подробно.1.8.4.1 Технологии самосовмещенияПодтерминомсамосовмещениевбиполярнойтехнологииследуетпониматьсовокупность технологических процессов, при проведении которых используются ужесуществующие элементы конструкции транзистора. Это позволяет свести к минимуму илиполностью отказаться от применения прецизионной фотолитографии, а также повыситьплотность упаковки элементов на кристалле.Первые работы, посвященные технологии самосовмещения, были представлены в 80-хгодах XX века. В них в качестве основного элемента самосовмещения выступали пленкисильнолегированного поликремния, используемые в качестве низкоомного контакта к p-базеnpn-транзистора.Приэтомтакжеудавалосьуменьшитьпереходноесопротивлениеметаллического контакта базы.