Диссертация (1091199), страница 18
Текст из файла (страница 18)
3.14. На рисунке представлено сравнение профилей распределения примеси приимплантации в приповерхностную область слоя p+ различных вариантов примеси: сурьма,мышьяк, фосфор с энергией E = 25 кэВ и дозой Q = 1e14 см–2.Рис. 3.14 Сопоставление профилей распределения примеси после эпитаксиального роста ииспользовании тормозящего легирования различными донорными примесямиИз рисунка видно, что в результате эпитаксиального роста при данных режимахтормозящего легирования существенное снижение глубины проникновения примеси из областиp+ наблюдается только для фосфора.
Это связано с высоким, по сравнению с мышьяком илисурьмой, коэффициентом диффузии фосфора. Таким образом, для снижения обратнойдиффузии из области p+ необходимо использовать фосфор.На рис. 3.15 представлены результаты моделирования профилей распределения примесидля различных режимов тормозящего легирования фосфором. Стоит отметить, чтоварьирование режимов позволяет управлять глубиной обратной диффузии, однако в случаедостаточно высокой дозы имплантации слоя n-типа наблюдается существенное снижениесопротивления.88а)б)Рис.
3.15 Профиль распределения примеси после эпитаксиального роста и использованиитормозящего легирования фосфора с различной: а) дозой (E=25 кэВ); б) энергией (Q = 1e13 см–2)На рис. 3.16 и 3.17 представлены результаты исследования режимов тормозящеголегирования для двух типов подложки. Зависимости показывают, что метод позволяет получитьбольшую толщину нелегированной пленки n-типа при том же значении RS в сравнениирассмотренными ранее методами. При этом для КНИ-подложки наблюдается большееснижение толщины пленки n-типа, а также насыщение изменения глубины, тогда как дляобъемной подложки с увеличением энергии обратная диффузия возрастает (рис.
3.18).а)б)Рис. 3.16 Зависимость а) толщины нелегированного слоя и б) поверхностного сопротивления p+слоя от режимов тормозящего легирования для КНИ-подложкиа)б)Рис. 3.17 Зависимость а) толщины нелегированного слоя и б) поверхностного сопротивления p+слоя от режимов тормозящего легирования для объемной подложки89а)б)Рис. 3.18 Сопоставление результатов расчётов снижения обратной диффузии (а) иповерхностного сопротивления (б) при использовании тормозящего легирования (E = 20 кэВ)для КНИ-подложки и объемного полупроводникаИз недостатков тормозящего легирования стоит отметить: введение дополнительныхдефектов, увеличение количества технологических операций. К преимуществам стоит отнестито, что метод позволяет проводить выборочное изменение величины обратной диффузии и,соответственно, получать БТ с различными значениями fT и UКЭ0.
Кроме того, диффузия вобласть изоляции n– в данном методе отсутствует. Это в свою очередь позволяет правильнозадавать глубину слоя изоляции непосредственно на этапе его формирования, а, следовательно,точно оценить напряжение пробоя/прокола и паразитную емкость pnp-транзистора.Согласно результатам исследований стоит сделать ряд выводов:- применение окисляющей атмосферы для отжига скрытого p+ слоя позволяет получатьдо 0,2 мкм нелегированной пленки n-типа, при этом для объемной подложки целесообразноприменять окисление в парах воды, с целью снижения влияния на область изоляции n–;- применение «тормозящего» легирования – перспективный метод снижения обратнойдиффузии, особенно для КНИ-подложек;- моделирование имплантации фосфора при «тормозящем» легировании с учетоммоделей, описанных выше, значительно увеличивает время расчёта технологического маршрута,поэтому для исследуемых конструкций КБТ будет рассматриваться метод подавления обратнойдиффузии с помощью окисления.3.1.2.5 Область перекомпенсацииВыше был представлен ряд технологических особенностей формирования профиляраспределения примеси в коллекторе.
Стоит провести более подробный анализ влиянияпрофиля распределения примеси на параметры КБТ.Для начала проводился анализ влияния профиля распределения примеси на основныепараметры перехода коллектор-база, рассмотренного в одномерном приближении и без учетаостальных областей транзистора. На рис. 3.19 представлены результаты расчётов пробивногонапряжения, а также показателя качества области коллектора RК×CК для равномерного и90ретроградного профилей распределения примеси (отрицательная толщина означает, чтопрофиль стал ретроградным и области с равномерной концентрацией нет).
Из рисунка видно,что снижение концентрации примеси в области равномерного легирования приводит как кповышению пробивного напряжения, так и снижению произведения RК×CК. При этомсуществуетоптимальноезначениетолщиныравномерно-легированнойобласти,обеспечивающее и высокое напряжение, и низкое значение RК×CК. Тем не менее, низкаяконцентрация приведет к тому, что для формирования сверхмелкой области активной базы БТнеобходимо применять низкую энергию имплантации, что ограничено требованиями работы.При низкой концентрации невозможно обеспечить высокую плотность тока коллектора.
Крометого, обеспечить низкую концентрацию в области коллектора трудно технологически,поскольку необходимо обеспечивать полную перекомпенсацию пленки n-типа. Указанныепричины ограничивают использование данного метода и для анализа градиентного профиляраспределения примеси. Таким образом, упрощенный анализ не позволяет в должной мереоценитьвлияниеобластиколлекторанапараметрыБТ.Необходиморассчитыватьнепосредственно оптимизируемые параметры pnp-транзисторов при варьировании режимовформирования области коллектора.а)б)Рис.
3.19 Зависимость пробивного напряжения (а) и произведения RК×CК (б) от толщиныобласти коллектора с равномерным легированиемПредставленные выше ограничения на параметры эпитаксиальной пленки и скрытогослоя p+ приводят к фиксированному значению толщины нелегированной области. Для даннойвеличины получено, что при дозе имплантации менее Q = 1e12 см–2 варьирование энергииE = 125 – 400 кэВ и времени отжига вплоть до 30 мин. (T = 1050 оC, атмосфера – пары воды) неприводит к формированию области перекомпенсации. На рис. 3.20 представлены результатыисследования других режимов формирования области перекомпенсации.
На рисункепредставлен показатель качества fT × UКЭ0 × h21, поскольку ряд режимов приводит ксущественному снижению коэффициента усиления по току.91Рис. 3.20 Зависимость показателя качества fT × UКЭ0 × h21 от режимов формирования областиколлектора pnp-транзистораС увеличением дозы имплантации показатель качества снижается за счёт значениянапряжения UКЭ0. Аналогичная ситуация получена с уменьшением энергии, что обусловленобольшей концентрацией в области коллекторного перехода. Тем не менее, наличие максимумаопределяется наибольшими значениями fT и h21. Оптимальное время отжига зависит от того,насколько диффузия примеси в коллекторе влияет на диффузию примеси областей базы иэмиттера. Стоит отметить, что при увеличении энергии более 420 кэВ формирование областиперекомпенсации для рассматриваемых режимов отжига происходить уже не будет.
Такженеобходимо отметить, что при высокоэнергетической имплантации в качестве маскицелесообразно использовать систему материалов оксид/нитрид кремния. Si3N4 обеспечиваетболее надежную защиту поверхности кремния при ионной имплантации в сравнении с SiO2 (дляодинаковых режимов имплантации глубина проникновения через Si3N4 на ~ 30 % ниже, чемчерез SiO2). Тем не менее, использование только Si3N4 в качестве маски невозможно, посколькуспособствует появлению дефектов кристаллической решетки [315]. Поэтому необходимоиспользовать в качестве подслоя слой SiO2.Таким образом, увеличение энергии имплантации приводит к формированиюретроградного профиля с достаточно низким значением концентрации примеси в областиколлекторного перехода. Для средних энергий и увеличенного времени отжига происходитформированиеравномерногопрофиляснеоптимальнымраспределениемпримеси.Представленные исследования показали, что применение одной операции имплантациипозволяет сформировать профиль распределения примеси, обеспечивающий требуемыепараметры pnp-транзистора.
Дальнейшее улучшение показателя качества fT × UКЭ0 возможно сиспользованием других методов оптимизации профиля распределения примеси.3.1.2.6 Селектино-имплантированный коллекторДля исследования области СИК при создании неоднородного профиля проводилосьмоделированиеспециальнойконструкцииpnp-транзистора,вкоторуюотносительно92сформированного профиля примеси искусственным образом (с помощью специальногоредактора конструкций транзисторов) вводилась область с высокой концентрацией примеси.
Нарис. 3.21 представлены результаты исследования показателя качества fT × UКЭ0, нормированногок значению для транзистора без СИК, в зависимости от концентрации (N), глубины (d) иширины (L) дополнительно вводимой области. Из рисунков видно, что простое введениедополнительной области повышенной концентрации приводит к снижению показателя качества,что обусловлено преобладанием снижения UКЭ0 над ростом fT.
Это показывает, чтоисследование операции формирования СИК не может быть отделено от оптимизации режимовформирования области активной базы.а)б)Рис. 3.21 Зависимость произведения fT × UКЭ0 pnp-транзистора, нормированного к значению дляБТ без СИК, от глубины СИК при различной концентрации (а) и ширине СИК (б)Также важно отметить результаты исследования влияния ширины области СИК (рис.3.22).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
