Диссертация (1091199), страница 10
Текст из файла (страница 10)
В большинстве технологических процессов применяетсянитрид кремния стехиометрического состава (Si3N4), однако проводятся исследования поснижениюмеханическихнестехиометрическогонапряженийсостава(SiNX)при[177].использованииДлянитридаразрабатываемогокремнияКБТПбудетрассматриваться использование стандартного метода формирования спейсеров с нитридомкремния стехиометрического состава.Исследования толщины спейсеров [174] показывают существенное влияние начастотные характеристики биполярных транзисторов.
В главе 3 будут представлены результатыпо исследованию влияния параметров спейсеров на характеристики исследуемого КБТП.1.8.4.3 Выбор метода формирования пассивной базыБольшинство из представленных вариантов технологических процессов могут бытьиспользованы для создания КБТ с требуемыми параметрами. Причины выбора конкретноговарианта для исследования в рамках данной работе представлены далее.1. Количество операций самосовмещенияКак уже отмечалось, недостатком технологии с двойным самосовмещением являетсясущественное увеличение стоимости изготовления ИМС.
По этой причине большинствосовременных производителей быстродействующих ИМС на кремниевых КБТ применяюттехнологию с одним процессом самосовмещения областей базы и эмиттера. Для исследуемогопроцесса также будет применяться один процесс самосовмещения.412. Самосовмещение для КБТВ зависимости от требуемых параметров операция самосовмещения может бытьприменена как к одному из КБТ, так и к обоим.
Примером использования самосовмещениятолько для npn-транзистора является процесс P52H компании Sony Corporation [55] (рис. 1.20).Рис.1.20 Сечение транзисторов, изготовленных по технологии P52H [55]Из рисунка видно, что площадь npn-транзистора значительно меньше площади pnp, дажебез учета области изоляции от подложки.
Такой подход не обеспечивает симметрию значенийграничной частоты для npn-транзистора fT = 20 ГГц, pnp-транзистора fT = 5 ГГц. Для повышениясимметрии при использовании самосовмещения только для одного из КБТ возможно применятьметод, описанный в работе [178]. Применимость указанного метода для решения задач даннойработы будет рассмотрена в главе 3.Тем не менее, для обеспечения максимальной симметрии параметров в качествеосновного варианта для решения задач данной работы выбрано самосовмещение для КБТ.3.
Методы реализации самосовмещенных структурДля КБТП методы реализации активных областей могут быть разделены на следующие:- каждая конкретная область формируется с помощью отдельной технологическойоперации;- ряд технологических операций используется для формирования нескольких элементовконструкции КБТ.Метод,вкоторомформированиеобластейКБТосуществляетсязасчётпоследовательного легирования осаждаемых областей поликремния, применяется целым рядомкомпаний, выпускающих ИМС [43], [49], [50]. При таком методе исключается возможностьлегирования поликремния во время осаждения, увеличивается число технологических операций.Стоит отметить, что современные КБТП активно применяют технологии селективногоэпитаксиального роста [59].
Однако, высокая стоимость изготовления исключает подобныеметоды из рассмотрение в данной работе.Для методов с совмещением технологических операций [58], [60] при сокращении ихобщего числа снижается вариативность процесса и, в частности, уменьшается число возможныхконструкций дополнительных элементов. Для подобных процессов не удается обеспечитьмаксимальную степень симметрии параметров КБТ.42Подводя итоги сопоставления методов, стоит отметить, что для решения задач даннойработы наилучшим образом подходит первый метод, который и будет являться основным.1.8.4.4 Область активной базыФормирование сверхтонкой активной базы за счёт процесса ионной имплантации илиэпитаксиальногороста – одноизосновныхпреимуществвертикальнойконструкциитранзистора.
Как видно из формул (1), (3), (5) толщина базы играет определяющую роль взначениях граничной частоты, коэффициента усиления по току, пробивного напряженияколлектор-эмиттер.Согласно публикациям, отмеченным ранее, толщина области активной базы как для npn-,так и для pnp-транзисторов для частот 10 ГГц и более не превышает 100 нм.
Для формированияактивной базы подобной толщины применяются следующие методы:– имплантация с малыми значениями энергии и быстрый термический отжиг [179];– имплантация через специальный материал определенной толщины [180];– дополнительная имплантация фтором или углеродом для подавления диффузии [140],[141], [181];– эпитаксиальный рост кремния [182].Кроме того, зачастую, используются сочетания представленных методов. Указанныеметоды требуют применения современного технологического оборудования, не всегдадоступного на предприятиях Российской Федерации. По этой причине в рамках данной работыбудут проведены исследования по определению минимальных требований к режимамформирования сверхтонкой активной базы, необходимой для построения КБТ с необходимымипараметрами.Формирование области активной базы, нельзя рассматривать отдельно от областиэмиттера.
Сравнение вариантов возможных конструкций эмиттера [183] показывает, чтополикремниевый эмиттер полностью удовлетворяет основным требованиям к данной области[184]: малая глубина эмиттерного перехода, низкое сопротивление, отсутствие проплавленияалюминия металлического контакта в мелкозалегающих слоях и др. По этой причине другиеварианты конструкций эмиттеров в данной работе рассматриваться не будут.1.9 Дополнительные элементы КБТПДля построения ИМС, обладающих широкими функциональными возможностями ивысокимитехническимихарактеристиками,необходиморасширятьконструктивно-технологический базис КБТП.
Для этого могут быть использованы МОП-транзисторы, полевыетранзисторы с управляющим p-n переходом, диоды Шоттки, диоды Зенера и т.д. В рамкахданной работы для интеграции в исследуемый КБТП будут рассматриваться диоды Шоттки и43полевые транзисторы с управляющим p-n переходом. Создание указанных элементов можетбыть выполнено в рамках используемого базиса технологических операций, что не приведет кувеличению стоимости КБТП.1.9.1 Интегральные диоды ШотткиКонструкция современного интегрального ДШ, представленная на рис.
1.21, включает всебя следующие элементы: контакт Шоттки с нелегированным полупроводником; контакт клегированномуполупроводнику(катод);областидлясниженияпоследовательногосопротивления; боковую изоляцию.Рис. 1.21 Конструкция интегрального диода ШотткиОсновными параметрами, характеризующими ДШ, являются:– прямое падение напряжения (UПР, В)– пробивное напряжение (UПРОБ, В);– последовательное сопротивление (RS, Ом);– емкость при нулевом напряжении (C0, Ф);– частота среза (fС, Гц), определяемая по формуле:1 = 2∙∙ ∙0(6)Для формирования интегральных ДШ используют области полупроводника n-типа, чтообусловлено их лучшими транспортными свойствами.
В качестве металла традиционноприменяется алюминий [185], однако требования к низкому последовательному сопротивлениюприводят к необходимости применения силицидов платины, титана и других металлов [186 –188].Помимо материалов на параметры ДШ существенно влияет конструкция. Стоитвыделить основные конструктивные особенности диодов Шоттки. На рис. 1.22 представленаконструкция ДШ, сформированного в КМОП технологическом процессе в кармане n-типа [189].44Рис. 1.22 Конструкция ДШ, описанная в работе [185]Снижение проектных норм, а также развитие методов изоляции привело к тому, чтосовременные ДШ, интегрированные в КМОП технологический процесс, имеют следующуюконструкцию (рис.
1.23) [189 – 192].Рис. 1.23 Конструкция ДШ компании IBM [186]КонструкцияДШ,изготавливаемоговрамкахКБТПHJкомпанииPlesseySemiconductor [50], представлена на рис. 1.24. В отличие от рассмотренных ранее конструкцийДШ имеют топологию с одним катодом. Применимость подобной топологии ДШ дляисследуемого КБТП будет рассмотрена в главе 4.Рис. 1.24 Конструкция диода Шоттки компании Plessey Semiconductor [50]Особенностью конструкций ДШ, представленных на рис. 1.23 и 1.24, является наличиеохранных колец p-типа. Охранные кольца [192] снижают влияние краевых эффектов на45пробивное напряжение, снижают токи утечки, однако приводят к увеличению емкости ДШ, и,соответственно, снижению частоты среза.
Исследования конструкций ДШ с учетом охранныхколец в рамках исследуемого КБТП будет также представлено в главе 4. Помимо охранныхколец в интегральных ДШ могут быть использованы спейсеры, по аналогии с биполярнымитранзисторами. Отмеченная конструкция описана в работе [193].В таблице 1.7 представлены основные параметры интегральных диодов Шоттки,изготовленных на основе различных технологических процессов.Таблица 1.7 – Параметры интегральных кремниевых ДШТехнологическийпроцессHJB [50]BiCMOS8HP [191]BiCom3HV [43]Топология,мкм23×1010×1010×3010×1003×1010×1010×3010×1001×1–XB06 [194]1,6×1,6HJV [50]ПрямоеСопротивление,напряжение, ВОм0,6321,60,6319,90,638,20,633,60,6525,40,6525,00,6511,60,655,1–28,00,3<50(0,5 мкА/мкм2)0,8017,0Емкость,фФ25,864,9179,6581,814,534,490,0297,05,5–12,0ЧастотаПробивноесреза, ГГц напряжение, В285,7~ 15123,3~ 15108,1~ 1576,0~ 15432,4~ 21185,2~ 21152,5~ 21105,1~ 211030,0––<–19780,521Из анализа таблицы 1.7 можно сделать следующие выводы:– длясовременныхсубмикронныхтехнологическихпроцессовчастотасрезакремниевого ДШ достигает значений ~ 1 ТГц;– емкость ДШ играет определяющую роль в значении частоты среза.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
