Диссертация (СВЧ комплементарный биполярный технологический процесс с высокой степенью симметрии динамических параметров транзисторов), страница 9

Помимо снижения площади пассивной базы такой методпозволял увеличить число контактов к коллектору, а также уменьшить последовательноесопротивление в горизонтальном направлении.1. Самосовмещенные структурыАктивный поиск оптимальной самосовмещенной конструкции БТ привел к созданиюбольшого количества технологий. Разработанные с помощью этих технологий структуры стоитразделить следующим образом:- структуры с одним процессом самосовмещения (технологии SST1, SST1A, SST1B [165],[166]);- структуры с двойным самосовмещением (технологии SDX, SICOS, ELO [167 – 169];- структурытранзистор [170]).стройнымсамосовмещением(PED-2,тройнойсамосовмещенный362.

Структуры с одним самосовмещенияСуперсамосовмещенная технология формирования быстродействующих транзисторов(SST) была разработана в 1981 году [165] и в дальнейшем претерпела множество изменений. Насегодняшнийденьэтонаиболеераспространеннаятехнологияизготовлениясверхвысокочастотных кремниевых КБТ.Особенностью данной технологии является необходимость только одной операциифотолитографии для формирования активной области транзистора.

На рис. 1.14 представленыосновные технологические операции изготовления транзистора по технологии SST1A [166].а)б)г)в)д)Рис.1.14 Этапы изготовления транзистора по технологии SST1A, (а) осаждение пленок SiO2,Si3N4 , Si*; (б) травление Si*; (в) окисление, ионная имплантация базы; (г) осаждение пленокSiO2, Si* для формирования спейсеров; (д) формирование эмиттера [166]Последовательность операций в технологии SST1A следующая: на подложку сосформированными скрытыми слоями, эпитаксиальным слоем, и изолирующими областямипоследовательно наносятся пленки SiO2, Si3N4 и поликристаллического кремния. Слойполикремния, находящийся над активной областью транзистора стравливается. Затемпроводятся операции по окислению поликремния и травлению Si3N4 и SiO2.

С помощьютермического окисления формируется тонкий слой SiO2, через который выполняется ионнаяимплантация бора. Далее последовательно осаждаются слои SiO2 и поликремния (ХОГФ). Спомощью анизотропного травления вскрываются окна под эмиттеры. На заключительном этапепроводится осаждение слоя поликремния, имплантация мышьяка и отжиг, необходимый дляформирования эмиттеров.Данная технология, первая из технологий с самосовмещением, позволила реализовать ведином технологическом процессе как комплементарные биполярные, так и полевыетранзисторы (технология КБиКМОП) [171].

На рис. 1.15 представлены структуры КБТ,изготовленные по данной технологии.37Рис.1.15 Структура комплементарной биполярной транзисторной пары, изготовленнойпо суперсамосовмещенной КБиКМОП технологии3. Структуры с двойным самосовмещениемОсобенностьюструктур,сформированныхпотакойтехнологии,являетсясамосовмещение как эмиттерного с базовым, так и базового с коллекторным слоями. Примеромиспользования данной технологии является SICOS-структура [168], представленная на рис. 1.16.Преимущества такой структуры: уменьшение площади перехода коллектор-база и площадискрытого слоя коллектора; возможность управления сопротивлением пассивной базы за счётизменения толщины поликремния.Рис.

1.16 Структура SICOS транзистора [168]Для создания структуры по технологии SICOS необходимо применять специальнуютехнологию формирования изолирующих областей, которая требует применения процессовселективного окисления, осаждения и травления. Это существенно увеличивает стоимостьизготовления.ОптимизацияSICOSструктурыбылавыполненаприпереходекSPOTECтехнологии [172], в которой боковые контакты базы выполнялись на основе полицида (силицидтугоплавкого металла – поликремний).

Особенностями такого процесса являлись:– самосовмещение поликремния с областью перехода база-эмиттер;– использование полицида, позволяющего уменьшить ширину электрода базы ипаразитное сопротивление;– узкий коллектор, выполненный из тугоплавкого металла (например, вольфрама),обеспечивающий непосредственный контакт к n+ скрытому слою, и уменьшающий площадьконтакта коллектора;– узкие U-образные щели, заполняемые с помощью ХОГФ SiO2, обеспечивающиенеобходимую изоляцию и плотность упаковки интегральных элементов.38Данный технологический процесс [27] (проектные нормы – 0,3 мкм) показалвозможность создания быстродействующей комплементарной пары транзисторов, структурыкоторых представлены на рис.

1.17.Рис. 1.17 Сечение комплементарной биполярной транзисторной пары, изготовленной поSPOTEC технологии [27]В этом процессе пленка силицида вольфрама в качестве электрода к базе используетсятолько в npn-транзисторе, в pnp-транзисторе полицидные электроды не используются,поскольку поверхностное сопротивление поликремния n-типа достаточно низкое (~ 100 –150 Ом/кв.) и позволяет добиться хорошего соответствия в сопротивлениях баз КБТ. КБТсимметричны по своей структуре, за исключением профилей распределения примеси.Представленный КБТП использовался для построения схем, в которых коллектор pnpтранзистора и подложка находились под одинаковым напряжением смещения, поэтому такойтранзистор не имел области изоляции. Подобный процесс можно использовать приформировании КБТ на КНИ-подложках.Еще одним вариантом технологии с двойным самосовмещением является SDXпроцесс [167].

Здесь при формировании элементов структуры использовалась зависимостьскорости травления поликремния от концентрации примеси. Это позволяет упроститьтехнологию формирования областей активной и пассивной базы. Недостатком технологии,ограничивающей её использование при создании КБТ, является различие в скоростях травленияполикремния, легированного акцепторной и донорной примесями.В современных вариантах КБТП самосовмещение областей базы и коллектора зачастуюполучают за счёт эпитаксиального роста области базы [58], что, как уже отмечалось,существенно увеличивает стоимость процесса.4.

Структуры с тройным самосовмещениемТранзисторы такого типа в отличие от структур, рассмотренных ранее, имеют ещё однуоперацию самосовмещения, благодаря которой выполняется полное самосовмещение соскрытым слоем коллектора. Это позволяет уменьшить сопротивление коллектора, а такжеемкость коллектор-подложка.На рис. 1.18 представлена структура npn-транзистора, описанного в работе [170].Несмотря на преимущества подобной конструкции промышленное изготовление, а также39объединение технологии с изготовлением pnp-транзисторов в едином цикле затруднено.Поэтому широкого распространения подобная технология не получила.Рис.

1.18 Структура npn-транзистора с тройным самосовмещением [170]1.8.4.2 СпейсерыОсобенностью технологических процессов с самосовмещением является необходимостьформирования специализированных диэлектрических областей (спейсеров) для разделенияблизкорасположенных контактов к различным областям. В технологии с одним процессомсамосовмещения спейсеры необходимы дляразделения областейбазы иэмиттера.Использование спейсеров также позволяет значительно сократить размеры эмиттерного p-nперехода и уменьшить эффект оттеснения тока эмиттера [173], [174].

На рис. 1.19 представленаэволюция конструкций спейсеров, применяемых в технологиях с самосовмещением базы иэмиттера [175], [176].а)б)в)г)Рис. 1.19 Конструкции спейсеров, применяемые в технологиях с самосовмещением базы иэмиттера: а) SiO2; б) SiO2/Si*; в) SiO2/Si3N4; г) Si3N4 [175], [176]На рис. 1.19 а) представлен простейший вариант спейсера, формируемый с помощьюреактивного ионного травления осаждаемого оксида кремния. Такой подход имеетсущественный недостаток: повреждение перехода эмиттер-база, а также то, что кремнийподвержен сильной деформации из-за плохой селективности травления между Si и SiO2.

Дляповышения селективности травления возможно использовать имплантацию бора в спейсер40(рис. 1.19 б). В этом случае, обратная диффузия бора на этапе разгонки эмиттера позволяетформировать тонкий слой, связывающий пассивную и активную базы, что решает одну изосновных проблем технологии с двумя слоями поликремния – проблему "соединение базы"("base link") – высокого значения сопротивления области между пассивной и активной базой.Альтернативные подходы, позволяющие избежать плазменного травления, представлены нарис. 1.19, в) и г). Рис.

1.19, в) демонстрирует применение Mosaic 111 процесса, в которомиспользуемый поликремний защищает от жидкостного травления лежащий под ним оксид, приэтом сам становится частью эмиттера. В конструкции спейсеров, представленной на рис. 1.19,г), применяются пленки оксида/нитрида кремния.На современном этапе производители биполярных транзисторов, в основном,используют метод, подробно описанный в работе [176]. Здесь для снижения повреждений приформировании области эмиттерного перехода используется двойное травление – сначалареактивное ионное травление, а затем удаление оставшегося материала с помощьюжидкостного травления (например, в растворе BHF). Для повышения селективности спейсерыформируются из нитрида кремния.