Автореферат (1091198)
Текст из файла
На правах рукописиДроздов Дмитрий ГеннадьевичСВЧ КОМПЛЕМЕНТАРНЫЙ БИПОЛЯРНЫЙТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕССС ВЫСОКОЙ СТЕПЕНЬЮ СИММЕТРИИДИНАМИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ТРАНЗИСТОРОВСпециальность 05.27.01 – Твердотельная электроника, радиоэлектронныекомпоненты, микро- и наноэлектроника, приборы на квантовых эффектахАВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание ученой степеникандидата технических наукг. Москва2017Работа выполнена в Акционерном обществе «Научно-производственноепредприятие «Пульсар».Научный руководитель:кандидат технических наук,Савченко Евгений МатвеевичОфициальные оппоненты: доктор технических наук, профессор,Петросянц Константин Орестович,департамент электронной инженерии, МИЭМ,НИУ ВШЭкандидат технических наук,Ключников Алексей Сергеевич,начальниклабораторииприборнотехнологического моделирования АО «НИИМЭ»Ведущая организация:Федеральноегосударственноеучреждение«ФедеральныйнаучныйцентрНаучноисследовательскийинститутсистемныхисследований Российской академии наук»Защита состоится «___» __________ 2017 г.
в _____ч. _____ мин. на заседаниидиссертационного совета Д212.131.02 при Московском технологическомуниверситете по адресу: 119454, г. Москва, Проспект Вернадского, д. 78.С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотекеМИРЭА. Автореферат размещен на сайте: www.mirea.ruАвтореферат разослан «___»___________ 2017 г.Ученый секретарьдиссертационного совета Д212.131.02кандидат физико-математических наукЛ. Ю. Фетисов2ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность работыБыстродействующие радиационно-стойкие интегральные микросхемы(ИМС) находят широкое применение в аппаратуре различного назначения.
Ониприменяются в измерительных приборах, приемных и передающих устройствахсвязи, системах управления и обработки сигналов.На современном этапе развития микроэлектроники происходитнепрерывное ужесточение требований к ИМС (расширение частотного идинамического диапазонов, снижение потребляемой мощности, повышениеуровня стойкости к внешним воздействующим факторам (ВВФ), расширениефункциональных возможностей).
Применение комплементарного биполярноготехнологического процесса (КБТП), сочетающего в себе вертикальные npn- иpnp-транзисторы, позволяет реализовать эти требования для целого ряда ИМС.Например, аналого-цифровые преобразователи (АЦП), использующиекомплементарные биполярные транзисторы (КБТ), способны сочетать в себевысокую динамическую точность (низкое время преобразования, высокаячастота дискретизации), низкий ток потребления и т.д. Расширение базисаКБТП за счёт введения в его состав быстродействующих диодов Шоттки (ДШ),малошумящих полевых транзисторов с управляющим p-n переходом (JFET)позволяет создавать ИМС с расширенными функциональными возможностями.Основной проблемой любого технологического процесса, сочетающего всебе большой набор активных и пассивных элементов, является невозможностьполучения максимальных значений параметров непосредственно для каждогоиз элементов.
Для биполярных транзисторов, зачастую, максимальныепараметры имеют только npn-транзисторы, pnp-транзисторы выступают в роливспомогательных элементов. В данной работе решается задача поисследованию технологических процессов, обеспечивающих высокуюсимметрию динамических параметров КБТ при выполнении требований пограничной частоте (fT > 10 ГГц) и пробивному напряжению коллектор-эмиттер(UКЭ0 > 12 В).За рубежом в направлении разработки СВЧ КБТП работает целый рядкомпаний: Analog Devices, Texas Instruments, National Semiconductor, Harris,STMicroelectronics, Hitachi Ltd., Plessey Semiconductor и др.
Для созданияподобных процессов производители все чаще ориентируются на применениегетероструктур кремний-германий. Тем не менее, для традиционного кремниясуществует большое количество преимуществ, например, низкая стоимостьизготовления за счёт отсутствия прецизионных процессов формирования иконтроля; отработанные технологические процессы и большой набор моделейдля их описания. Указанные причины обуславливают необходимостьразработки подобной технологии исключительно на основе кремния.В Российской Федерации современные технологические операции(субмикронная фотолитография, быстрый термический отжиг (БТО),3низкоэнергетическая имплантация и др.) применяются только при производствеКМОП ИМС всего на нескольких предприятиях отрасли.
Это привело к тому,что на сегодня КБТП с указанными параметрами в РФ не существует.Существующая потребность в изделиях, изготовленных с применениемподобной технологии, делает задачу по разработке технологического процессакрайне актуальной. Внедрение технологического процесса способно снизитьзатраты в сравнении с лицензированием зарубежных процессов. Использованиепроектных норм не менее 1 мкм и режимов критических технологическихопераций, обеспечиваемых отечественными установками, позволит расширитьвозможности реализации технологии на отечественных предприятиях отрасли.Цель работыРазработка конструктивно-технологических методов для созданиякремниевогосверхвысокочастотного(fT > 10 ГГц)комплементарногобиполярного технологического процесса с высокой степенью симметриидинамических параметров транзисторов (разбаланс граничной частоты не более20 %), включающего интегральные быстродействующие диоды Шоттки,малошумящие полевые транзисторы с управляющим p-n переходом,предназначенного для изготовления быстродействующих радиационно-стойкиханалого-цифровых ИМС на отечественных предприятиях.Достижение указанной цели требует решения следующих задач:1.
Рассмотреть основные элементы конструкции СВЧ КБТ, интегральныхдиодов Шоттки и полевых транзисторов с управляющим p-n переходом,оказывающих существенное влияние на оптимизируемые параметры.2. Выработать основные методологические подходы к проектированиюСВЧ КБТП с учетом точности моделей технологических процессов и экономиивычислительных мощностей.3. Определить режимы проведения технологических операций,необходимые для создания оптимальной конструкции и профиляраспределения примеси КБТ с учетом ограничений, накладываемыхвозможностями технологического оборудования и точностью моделирования, иобеспечивающих высокую степень симметрии динамических параметров КБТ(разбаланс граничной частоты не более 20 %).4.
Определить основные конструктивно-технологические особенностидиодов Шоттки, полевых транзисторов с управляющим p-n переходом дляинтеграции в исследуемый СВЧ КБТП.5. Провести сопоставление результатов расчётов с характеристикамисовременных КБТП.6. Сформулировать перечень основных конструктивно-технологическихрешений, обеспечивающих создание СВЧ КБТП с параметрами на уровнесовременных зарубежных аналогов.Научная новизна работы заключается в следующем:1. Определены параметры моделей ионной имплантации, диффузии иокисления для режимов формирования областей кремниевых КБТ, для4формирования активной базы без применения низкоэнергетическойимплантации (E > 10 кэВ) и быстрого термического отжига (скорость выхода нарежим >10 oC/мин).
Корректность выбора подтверждена теоретическими,численными методами, а также экспериментальными исследованиямиинтегральных элементов комплементарных биполярных технологическихпроцессов, БиКМОП процессов, а также мощных СВЧ биполярныхтранзисторов.2. Показана возможность повышения симметрии динамическихпараметров КБТ (разбаланс граничной частоты не более 20 %) за счётградиентного профиля распределения примеси в коллекторе pnp-транзистора,сформированного двойной имплантацией в эпитаксиально-планарномтехнологическом процессе с толщиной пленки 2 мкм и комбинированнойизоляцией элементов ИМС.3.
Разработана последовательность технологических операций СВЧКБТП для которой определены режимы формирования областей пассивной иактивной базы, обеспечивающие повышение симметрии динамическихпараметров КБТ с fT > 10 ГГц, UКЭ0 > 12 В, UБЭ0 > 2,5 В.4. Предложена конструкция диода Шоттки с охранными кольцами p-типапроводимости, интегрированная в исследуемый СВЧ КБТП, и обеспечивающаязначение частоты среза fC > 260 ГГц при UПРОБ > 15 В.5. Предложен метод дополнительного «тормозящего» легирования,позволяющий управлять процессом обратной диффузии из скрытых слоевколлектора, а в рамках исследуемого СВЧ КБТП способный обеспечитьсимметрию значений не только динамических, но и статических параметров nи p-канальных полевых транзисторов с управляющим p-n переходом.Практическая значимость полученных результатов диссертационнойработы заключается в том, что проводимые теоретические иэкспериментальные исследования использовались при оптимизации элементовИМС, применяемых при разработке быстродействующих ИМС вОКР «Двинянин», «Лисица-Ку», «Липтон-Ку», исследованиях конструктивнотехнологических базисов ИМС, разрабатываемых в НИР «Пеликан-Б»,ОКР «Изотопия», «Цифра-5», «Цифра-8», «Цифра-16», «Высотка-13»,СЧ ОКР «Победа-П».
«Вихрь». Результаты работы являются внедренными впроцесс разработки и производства ИМС (1324УВ6, 1348ЕТ2, 1324МП2,1324ПС5 (А4505)), которые освоены в серийном производстве с приёмкойкатегории качества «ВП».Научные положения, выдвигаемые для защиты:1. Для кремниевого КБТП двойная имплантация бора, используемая приформировании градиентного профиля распределения примеси в коллекторевертикального pnp-транзистора, позволяет достигнуть значения произведенияfT ×UКЭ0 не менее 150 ГГц·В при fT > 10 ГГц для КБТ.2. Для выбранной последовательности технологических операциймаксимальная степень симметрии параметров пассивной базы КБТ получена5при имплантации As (E = 120 кэВ, Q = 1500 мкКл/см2) и BF2 (E = 20 кэВ,Q = 250 мкКл/см2) для отжига t = 10 мин., T = 1000 oC, атмосфера – сухойкислород, что обеспечивает пробивное напряжение UБЭ0 > 2,5 В(IЭ = 10–6 А/мкм) для КБТ.3.
Максимальная степень симметрии значений граничной частоты КБТfT ~ 11 ГГц при UКЭ0 > 13 В обеспечивается применением ионной имплантацииBF2 и Sb с энергией > 10 кэВ для формирования областей активной базы, приотжиге активной базы/эмиттера t = 10 мин. ± 20 %, T = 900 oC и скоростивыхода на режим не менее 10 oC/мин.4. В рамках исследуемого КБТП максимальное значение частоты срезаfC > 260ГГцинтегральногодиодаШотткиспробивнымнапряжением UПРОБ > 15 В обеспечивается для конструкции без спейсеров приширине анода W ≈ 3 мкм и охранных кольцах, выполненных с применениемполикремния.5. Применение операции дополнительного «тормозящего» легированиядля самосовмещенных структур комплементарных полевых транзисторов суправляющим p-n переходом в рамках исследуемого КБТП обеспечиваетсимметричные значения напряжения отсечки ~ 1,0 В.Апробация работы. Основные положения диссертационной работыобсуждались и получили одобрение на следующих российских имеждународных научно-технических конференциях: «Проблемы разработкиперспективных микроэлектронных систем» (г.
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
