Диссертация (1091199), страница 19
Текст из файла (страница 19)
В диапазоне изменения ширины СИК 0,5 – 5,5 мкм показатель качества БТ длявыбранной глубины не меняется. Это показывает, что дополнительная концентрация примесипри различной ширине влияет на UКБ0 БТ одинаково. Важно отметить, что ширина эмиттерасоставляла 1 мкм, а толщина спейсеров 0,25 мкм. Исследования показали, что сформироватьузкий СИК, позволяющий изменить влияние на UКБ0, с помощью технологических операций безприменения фотолитографии с разрешением менее 0,4 мкм не возможно. Таким образом,полученные результаты предполагают возможность формирования неоднородного профиляраспределения примеси при формировании области коллектора в целом.Рис.
3.22 Зависимость относительного произведения fT × UКЭ0 pnp-транзистора, нормированногок значению для БТ без СИК, при различной ширине и глубине СИК933.1.2.7 Неоднородный профиль, сформированный в процессе перекомпенсацииПредставленный выше вывод о влиянии неоднородного профиля распределения примесипозволяет объединить процесс его формирования с перекомпенсацией эпитаксиальной пленкипри создании коллектора pnp-транзистора. Это позволит улучшить характеристики pnpтранзисторов, что приведет к повышению симметрии параметров КБТ.Реализовать градиентный профиль распределения примеси наиболее просто за счетпоследовательной ионной имплантации с двумя различными значениями энергии и дозы.
Как ив случае формирования равномерного или ретроградного профиля, первая операцияимплантации проводится с высоким значением энергии ионов, а вторая должна обеспечитьточную концентрацию примеси в области коллекторного перехода.На рис. 3.23 представлены результаты варьирования режимов имплантации верхнегослоя p–. Варьирование режимов имплантации верхней области p– изменяет коэффициентусиления не существенно, поэтому на рисунках представлен показатель качества fT × UКЭ0.а)б)в)Рис. 3.23 Зависимость а) fT; б) UКЭ0 и в) fT × UКЭ0 pnp-транзистора от режимов имплантацииверхней области p– при использовании двойной имплантацииСогласно расчётам показатель качества fT × UКЭ0 при оптимизации области коллектораопределяется в первую очередь значением UКЭ0. С учетом требований, предъявляемых кпараметрам КБТ, максимальное значение показателя качества не опускается ниже 120 ГГц∙В.Целесообразнорассмотретьтакжезависимостиоптимизируемыхпараметровтранзисторов от дозы имплантации нижней области p– при выбранном значении режимаформировании верхней области p– (рис.
3.24). Видно, что энергия имплантация слабо влияет на94параметры транзисторов, а оптимальное значение дозы имплантации нижнего слоя (режимверхнего p– слоя – E = 40 кэВ, Q = 4e12 см–2) составляет Q = 4e12 см–2. При этом минимальноезначение показателя качества не опускается ниже 150 ГГц∙В. Важно отметить, что между двумяоперациями имплантации применяется отжиг в атмосфере азота: T = 950 oC, t = 20 мин.а)б)в)Рис.
3.24 Зависимость а) fT; б) UКЭ0 и в) fT × UКЭ0 pnp-транзистора от режимов имплантациинижней области p– при использовании двойной имплантации3.1.2.8 Формирование областей глубокого коллектораРассмотренные выше результаты, в основном, касались проблемы построениявертикального профиля распределения примеси. Однако, для построения СВЧ КБТ важнымявляется сокращение сопротивления R1 (рис. 1.9), что достигается применением областиглубокого коллектора.Результаты моделирования граничной частоты КБТ, выполненных на КНИ-подложке сэпитаксиальной пленкой толщиной 4 мкм, в зависимости от использования области глубокогоколлектора представлены на рис. 3.25. Не симметричное влияние глубокого коллектора на fTКБТ обусловлено тем, что большая диффузия из скрытого слоя p+ для pnp-транзистора всравнении с npn-транзистором, обеспечивает меньшую разницу значений R1.Оптимизация режимов формирования глубокого коллектора с низким сопротивлениемсвязана с ограничениями на использование длительных высокотемпературных процессовотжига.
Кроме того, для интегральных КБТ важным является боковая диффузия из глубокого95коллектора, особенно с уменьшением толщины эпитаксиальной пленки. При использованиисамосовмещения областей базы и эмиттера влияние на напряжение UКБ0 уменьшается.а)б)Рис. 3.25 Зависимости граничной частоты от тока коллектора npn- (а) и pnp-транзисторов(б) при различных конструктивных вариантах области коллектораДля формирования сильнолегированной области глубокого коллектора рассматриваласьимплантация на различных этапах создания транзисторов. При формировании pnp-транзисторанизкое сопротивление глубокого коллектора обеспечивается за счёт имплантации с высокойдозой ~ 1500 мкКл/см2 после формирования слаболегированного коллектора.
При этомснижение сопротивления обеспечивается за счёт процессов окисления при формированиищелевой изоляции, а также ЛОКОС-изоляции. Разброс значений RS (~ 20 Ом/кв.) на ширинеглубокого коллектора 1 мкм для рассмотренных режимов составляет не более 5 Ом/кв.Высокое значение дозы (1500 мкКл/см2) при использование для npn-транзисторамышьяка обеспечивает значение RS в центре глубокого коллектора ~ 20 Ом/кв., а прииспользовании фосфора ~ 15 Ом/кв. Однако расчёт электрического сопротивления, показываетчто использование фосфора уменьшает сопротивление в сравнении с мышьяком более чем в 15раз, что обусловлено отсутствием высокоомной прослойки между глубоким и скрытымколлекторами.Крометого,глубокийколлектордолженобеспечиватьоднородностьсопротивления по всей ширине контакта, что для примеси с малым коэффициентом диффузии(мышьяк) обеспечить значительно сложнее при условии ограниченности времени отжига слоев.При использовании фосфора получено снижение поверхностного сопротивления не более чемна 3 Ом/кв.
на расстоянии 1 мкм от центра глубокого коллектора.Как уже отмечалось, моделирование диффузии фосфора существенно увеличивает времярасчёта и ограничивает возможности по оптимизации режимов формирования областейтранзисторов. Поэтому, в ряде случаев для КБТ моделирование проводилось только дляобласти, включающей контакты базы и эмиттера, без учета контактов коллектора.963.1.3 Методы изоляции активных областей транзисторовКак описано в главе 1, преимущества от использования изоляции активных областей БТнаправлены, в первую очередь, на оптимизацию топологии и снижение паразитных элементовконструкции.
В подтверждение представлены результаты анализа частотных свойств рnpтранзистора с использованием различных методов изоляции активных областей (рис. 3.26).Стоит отметить, что, в данном случае, размеры моделируемой конструкции были ограничены,область глубокого коллектора не учитывалась. Результаты показывают слабую зависимостьчастотных свойств от метода изоляции, хотя очевидно, что максимальная частота генерациивозрастает при совершенствовании метода изоляции и, соответственно, снижении размеровколлекторного перехода. Аналогичная зависимость наблюдается и для пробивного напряженияколлекторного перехода, хотя переход к мелкозалегающим областям существенно снижаетвлияние кривизны p-n перехода на значение напряжения пробоя.
Кроме того, с улучшениемметода изоляции наблюдается снижение сопротивления базы.а)б)Рис. 3.26 Зависимости граничной частоты (а) и максимальной частоты генерации (б) прииспользовании различных методов изоляции активных областейСтоит отметить также то, что большее значение fT при использовании ЛОКОС-изоляцииобусловлено возрастанием коэффициента усиления и изменением профиля распределенияпримеси в сравнении с другими методами изоляции. Это связано с наличием длительногоотжига в окисляющей атмосфере, приводящего к расхождениям в профилях распределенияпримеси верхней части коллектора.Для исследуемого СВЧ КБТП была выбрана ЛОКОС-изоляция.
Это обусловлено тем,что использование длительного отжига в окисляющей атмосфере предполагает наихудшийслучай с точки зрения влияния на параметры скрытых слоев, переход к современноймелкощелевой изоляции может быть осуществлен в рамках того же процесса с учетомкоррекции режима формирования верхней части коллектора. Кроме того, отработанныетехнологические операции осаждения и окисления не потребуют применения новоготехнологического оборудования, необходимого при травлении мелких щелей.973.1.3.1 Особенности формирования ЛОКОС-изоляцииДля выбора режима формирования областей ЛОКОС-изоляции важно рассматривать нетолько влияние на сформированные скрытые слои, но и вносимые механические напряжения,возникающие в процессе окисления. На рис. 3.27 представлены зависимости толщины SiO2 иглубины слоя n– для различных режимов формирования ЛОКОС-изоляции.а)б)Рис. 3.27 Зависимость толщины пленки SiO2 (а) и толщины слоя n– (б) от времени итемпературы роста ЛОКОС-изоляцииРезультаты показывают, что увеличение длительности окисления слабо влияет натолщину слоя n–, тогда как рост температуры влияет значительно сильнее.Зависимости максимального давления в области глубокого коллектора в кремнии награнице с SiO2 для pnp-транзистора от различных режимов формирования при двух толщинахЛОКОС-изоляции представлены на рис.
3.28.а)б)Рис. 3.28 Зависимость максимального давления в области глубокого коллектора pnpтранзистора от времени (а) и температуры роста (б) SiO2 фиксированной толщиныИз указанных зависимостей можно сделать вывод: с увеличением длительностиокисления механические напряжения возрастают, тогда как увеличение температуры приводитк снижению механических напряжений. Из графиков также следует, что с уменьшениемтолщины изолирующего оксида максимальное значение давления возрастает, однако площадьобласти, подверженной механическим напряжениям увеличивается, что видно из двумерныхраспределений давления по структуре pnp-транзистора (рис.
3.29).98а)б)Рис. 3.29 Распределение давления в области глубокого коллектора при различных толщинахЛОКОС-диэлектрика: а) d = 0,28 мкм; б) d = 0,35 мкмТаким образом, для формирования пленки толщиной 0,3 мкм будет использоватьсярежим T = 950 oC , t = 45 мин., обеспечивающий минимальное влияние на скрытый слой n–, приэтом максимальное давление по структуре в области глубокого коллектора pnp-транзисторасоставляет не более 1,5×104 атм., что является приемлемым согласно литературным данным[287], [288].3.1.4 Особенности формирования областей пассивной базыВажным конструктивным элементом СВЧ КБТ является область пассивной базы.Согласно проведенному обзору литературы для формирования области пассивной базы КБТприменяются либо методы имплантации, либо технологии с самосовмещением.
Стоитрассмотреть ограничения применимости метода ионной имплантации для формирования КБТ стребуемыми значениями параметров.3.1.4.1 Ограничения метода формирования пассивной базы с помощью имплантацииДля анализа влияния области пассивной базы на частотные свойства КБТ проводилосьсравнение результатов моделирования двух конструктивных вариантов pnp-транзистора,представленных на рис. 3.30.а)б)Рис.
3.30 Конструкции активной области pnp-транзистора с различной геометриейпассивной базы: а) с самосовмещением; б) без самосовмещенияСопротивление базы представленных конструкций различалось не более чем на 3 %,тогда как емкость коллекторного перехода отличалась более чем на 35 %. Результатымоделирования частотных характеристик рассматриваемых конструкций приведены на рис.3.31.99Рис. 3.31 Зависимости граничной частоты и максимальной частоты генерации от токаколлектора для pnp-транзистора с использованием самосовмещения и безВидно, что метод формирования пассивной базы слабо влияет на значения граничнойчастоты, а значит, КБТ с fT ~ 10 ГГц и более могут быть получены обоими методами.Для точности сопоставления в рассматриваемой конструкции pnp-транзистора симплантированной пассивной базой область активной базы формировалась с помощьюотдельнойимплантации.Притакомподходенепроисходитсниженияколичествафотолитографий, что не позволяет реализовать основное преимущество данного метода.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
