Диссертация (1091199), страница 11
Текст из файла (страница 11)
В частности, ДШтехнологического процесса HJV [50], сформированные на эпитаксиальной пленке большегосопротивления (RS = 8000 Ом/кв.), при одинаковой площади анода имеют значение емкости в1,5 раза меньше, в сравнении с ДШ технологического процесса HJВ, что приводит кпрактически такому же увеличению частоты среза.Таким образом, создание СВЧ ДШ, расширяющих область применения КБТП, можетбыть выполнено без введения дополнительных технологических операций, при этомконструкция ДШ должна быть оптимизирована с учетом используемых проектных норм идругих особенностей разрабатываемого процесса.1.9.2 Полевые транзисторы с управляющим p-n переходомСогласно таблице 1.1, на сегодня наиболее распространена интеграция КБТ с полевымитранзисторами с изолированным затвором.
Это, в свою очередь, значительно сократило числоработ по интеграции JFET в КБТП. Стоит также подчеркнуть, что технологические процессынаиболее близкие к исследуемому КБТП не имеют в своем составе JFET. Однако,использование JFET позволяет расширить область применения технологического процесса,46улучшить параметры таких устройств как: температурные сенсоры [195], детекторы [196],прецизионные операционные усилители [197], [198], устройства выборки и хранения и др.Соответственно, задача по внедрению JFET в исследуемый КБТП актуальна.Объединение процесса изготовления JFET с биполярным технологическим процессомпроизошло еще в начале 80-х годов XX-века [199].
Традиционная конструкция интегральногоJFET представлена на рис. 1.25 [200].Рис. 1.25 Конструкция JFET с каналом p-типа проводимости [200]Представленный на рис. 1.25 транзистор имеет канал p-типа проводимости. РеализацияданноготранзистораслаболегированныйвКБТПколлекторпозволяетиспользоватьpnp-транзистора.Помимодляформированияp-канальногоканалатранзистора,использование КБТП может позволить формировать также и n-канальный JFET, таким образом,формируя комплементарную пару [201].Теоретически, в рамках КБТП создание конструкций JFET возможно за счётиспользования областей пассивной и активной базы, эмиттера и изоляции.
Тем не менее,использование в качестве затвора эмиттеров или коллекторов, а также в качестве каналасильнолегированных областей базы не позволяет получать высоких значений параметровтранзисторов. Таким образом, стоит считать в качестве оптимального конструктивноговарианта JFET – канал на основе области коллектора и затвор на основе области пассивнойбазы.Стоит отметить, что оптимизация характеристик и конструкций JFET, на данный момент,происходит в следующих основных направлениях:– создание мощных [202] и радиационно-стойких JFET [203], в том числе с применениемновых материалов;– исследования по изучению и снижению уровня шумов в JFET [204];– интеграция в современные технологические процессы [43], [205 – 211], в том числемощные [209].Стоит рассмотреть вопросы интеграции JFET в технологические процессы подробнее.На рис.
1.26 представлена конструкция n-канального JFET, интегрированного в КМОПтехнологический процесс компании IBM [208], [210] с проектными нормами 0,18 мкм.47Рис. 1.26 Конструкция интегрального n-канального JFET, изготавливаемого в рамках КМОПтехнологического процесса компании IBM [208], [210]Использование в данной конструкции мелкощелевой изоляции обеспечивает высокоерабочее напряжение сток-исток при низком сопротивлении в открытом состоянии. Дляизоляции от подложки используется карман n-типа.Создание n-канального JFET в БиКМОП технологическом процессе описано и в работе[211].
Для создания JFET с высокими значениями параметров использовались дополнительныетехнологические операции по формирования канального слоя и верхнего затвора.В работах [206], [207] подробно описаны особенности создания p-JFET в современномбиполярномтехнологическомпроцессенаосновемелкозалегающегоp-nперехода.Конструкция такого транзистора полностью соответствует рис. 1.25. Указанный транзисторобладает низким током утечки, а также высоким пробивным напряжением UGS. Однако длясоздания данного транзистора, также как и в работе [211] применялись две дополнительныетехнологические операции: по формированию канала и верхнего затвора.
Использованиедополнительных операций по формированию JFET предполагается и в технологическихпроцессах компаний Texas Instruments (технологический процесс BiCOM3HV [43]), XFab(технологический процесс XB06) [194].В таблице 1.8 приведены основные параметры n- и p-канальных JFET, интегрированныхв различные биполярные технологические процессы.Тип транзистораnJFETpJFETpJFETnJFETpJFETpJFETnJFETТаблица 1.8 – Параметры интегральных n- и p-канальных JFETUЗИ.отс (В)IС.начUСИ UЗпробλИсточник(мкА/мкм)(В)(В)(В–1)–1,052,62022–0,006[43]Texas Instruments1,11–1,950530,0091,12,1>80105–[206], [207]–1,52,31635–[211]3–15––[194] XFab1,4–22–––2,05,511––[208], [210] IBMПодводя итоги можно сделать ряд выводов:– расширение области применения КБТП возможно как с помощью JFET с каналомодного типа проводимости (детекторы, температурные сенсоры, прецизионные усилители), так48и комплементарных JFET (логические элементы с высоким уровнем стойкости к внешнимфакторам [212], усилители [213]);– для обеспечения высокой технологичности при интеграции JFET в разрабатываемыйКБТП, должна применяться стандартная конструкция, использующая в качестве каналаслаболегированные области коллектора и в качестве верхнего затвора область пассивной базы;– создание комплементарных JFET в одном технологическом процессе, реализованотолько в промышленном технологическом процессе BiCOM3HV (компания Texas Instruments) сприменением дополнительных операций фотолитографии.Таким образом, решение задач по интеграции JFET, в том числе комплементарных, вСВЧ КБТП является актуальным.1.10 Выводы1.
При построении БТ со значениями пробивного напряжения UКЭ0 > 6 В использованиегетероструктур SiGe не обеспечивает преимуществ в сравнении с традиционным кремнием, чтоопределяет целесообразность разработки КБТ с симметричными значениями параметров(fT > 10 В; UКЭ0 > 10 В) на основе кремния.2. Для повышения симметрии значений емкостей КБТ должна быть использована либокомбинированная изоляция с применением глубоких щелей, либо полная диэлектрическаяизоляция на основе КНИ-подложек.3. Для повышения показателя качества fT×UКЭ0 эпитаксиально-планарных СВЧ БТприменяется неоднородно-легированная область коллектора.4. Технологический процесс с одним самосовмещением для КБТ с формированиемобластей транзисторов отдельными технологическими операциями при использовании спейсерана основе Si3N4 обеспечивает требуемые высокие значения динамических параметров КБТ.5.
Проектные нормы технологического процесса оказывают наибольшее влияние назначение частоты среза интегральных СВЧ диодов Шоттки.6. Для улучшения параметров полевых транзисторов с управляющим p-n переходом приинтеграции в биполярные технологические процессы применяются дополнительные операцииформирования канала и верхнего затвора.7. Наиболее распространенное в РФ технологическое оборудование для ионнойимплантации и высокотемпературного отжига имеет ограничения по минимальной энергииимплантации E = 10 кэВ и максимальной скорости нагрева/охлаждения 10 оС/мин.,соответственно.49ГЛАВА 2 ОСОБЕННОСТИ ПРИБОРНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯСВЧ КОМПЛЕМЕНТАРНЫХ БИПОЛЯРНЫХ ТРАНЗИСТОРОВВ главе 1 были сформулированы основные требования к конструкциям и режимамформирования элементов исследуемого КБТП.
Анализ литературы показал, что большинстворазработчиков при оптимизации технологических процессов [214] – [217] и конструкцийинтегральных элементов [218] – [222] применяют системы приборно-технологическогомоделирования (TCAD). Подобные системы позволяют проводить исследования режимовтехнологическихпроцессовиихвлияниенаконструкцииэлементов,исследоватьэлектрические параметры, экстрагировать параметры компактных моделей, при этом снижаяколичество итераций изготовления пробных вариантов [223], [224].Степеньсоответствия между проектируемымииизготавливаемымиизделиямиопределяется множеством факторов, в частности, точностью применяемых моделей и методоврасчёта.
Наиболее крупными, собравшими наибольшее число методов и моделей, являютсясистемы компаний Silvaco [225] и Synopsys [226]. При расчётах кремниевых приборов этисистемы практически полностью повторяют особенности друг друга, поэтому в данной работебудет использована доступная система Sentaurus TCAD (бывший ISE TCAD), наиболеераспространенная на территории Российской Федерации. Выбор конкретных методов имоделей в рамках системы автоматизированного проектирования (САПР) помимо точностиобусловлен решаемыми задачами, возможными вычислительными ресурсами, расчётнымвременем и т.д. В данной главе будут представлены основные модели и методы, позволяющиепровести исследования СВЧ КБТП, будет определена их область применения.2.1 Особенности построения расчётной сеткиПеред выбором моделей стоит определиться с точностью расчётной сетки [227]. Выборсетки, при решении задач методом конечных элементов, должен обеспечивать сочетаниетребуемой точности и минимального расчётного времени.
Для одномерного моделированияобеспечение требуемой точности добиваются за счет простого увеличения числа элементов,при этом время расчета изменяется не существенно. При переходе к многомерномумоделированию в САПР TCAD для построения расчетной сетки, в основном, используютсяразличные алгоритмы триангуляции. В этом случае простое увеличение числа элементов сеткиприведет к существенному возрастанию расчётного времени и затрат вычислительных ресурсов.Для решения проблемы наилучшим образом подходит метод адаптивной оптимизации сетки.В применяемой САПР, до недавнего времени, возможность построения треугольнойсетки, адаптивной к профилю распределения примеси, различным материалам и их границам,50была реализована только в модуле технологического моделирования DIOS.
В альтернативноммодуле SProcess (бывший Floops) адаптация сетки проводилась только в границах конкретновыделенных областей с учетом различных критериев. Современная версия модуля [226]применяет модифицированные алгоритмы, однако, не предусматривает оптимизацию сетки сучётом профиля распределения примеси. Это означает, что для БТ с малыми вертикальными ибольшими горизонтальными размерами обеспечить точность расчётов возможно толькоувеличением числа элементов сетки, и, соответственно, расчётного времени. В связи с этим вкачестве средства проектирования КБТП был выбран модуль DIOS. Результаты успешногоприменения данного модуля для двумерного анализа технологических процессов изготовленияСВЧ транзисторов представлены в работах [221], [222], [228], [209].На основе сопоставление различных типов была выбрана сетка, построенная с помощьютриангуляции Делоне [230] с треугольными элементами с различной длиной бедер.
Данный типсетки позволяет проводить адаптивную оптимизацию сетки близ максимального значенияконцентрации примеси, p-n переходов, по градиенту распределения примеси и т.д. Выбравоптимальный алгоритм построения расчетной сетки, необходимо определиться с размерамиэлементов сетки. Элементы сетки минимальных размеров должны находиться в области снаименьшей глубиной залегания. В СВЧ БТ – это область активной базы.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
