Диссертация (1091199), страница 20
Текст из файла (страница 20)
Вслучае если области активной и пассивной базы формируются с помощью одной имплантации,наблюдается существенное увеличение сопротивления базы.В качестве примера стоит представить результаты расчётов процесса имплантациисурьмы и молекулы BF2, используемых для формирования сверхтонкой активной базы БТ висследуемом КБТП. Имплантация проводилась через пленку SiO2 толщиной d = 0,015 мкм, приугле падения ионов = 7o. В качестве дозы были выбраны следующие значения: Sb –Q = 8 мкКл/см2;BF2–Q = 160 мкКл/см2.Указанныезначениядозыобеспечиваютформирование КБТ с требуемыми параметрами при использовании режимов, выбранных сучетом ограничений данной работы.
На рис. 3.32 представлены глубины залегания (XJ) изначения поверхностного сопротивления (RS) имплантированных слоев.а)б)Рис. 3.32 Зависимость глубины и поверхностного сопротивления слояпри имплантации сурьмы (а) и молекулы BF2 (б)100Из графиков следует, что во всем диапазоне изменений энергии имплантации,обеспечивающей глубину залегания менее 100 нм, поверхностное сопротивление не опускаетсяниже 1 кОм/кв. Кроме того, при увеличении энергии доза имплантации области активной базыдолжна снижаться, что приведет к дальнейшему росту сопротивления пассивной базы.
Болееподробно результаты оптимизации режимов формирования областей активной базы КБТ будутприведены ниже.Таким образом, преимущества конструкции КБТ с несамосовмещенной областью базы вчасти снижения общего количества технологических операций противоречат требованиям пооптимизации области базы КБТ, которые могут быть построены с учетом требований попараметрам и ограничений к технологическим режимам данной работы.3.1.4.2 Особенности формирования самосовмещенной пассивной базы КБТПри формировании самосовмещенной пассивной базы КБТ операции легирования слоевпредполагаютионнуюимплантациювполикристаллическийкремний.Вариантысиспользованием "in situ" легированных пленок поликремния будут рассмотрены ниже.Как было отмечено в главе 1, формирование пассивной базы n- и p-типа проводимостидолжновыполнятьсяотдельнымипоследовательнымиоперациямиимплантации,чтообеспечивает симметрию конструкций самосовмещенных КБТ.Режимы формирования области пассивной базы определяются следующими факторами:сопротивлением базы, емкостью и пробивным напряжением перехода коллектор-база, глубинойдиффузии в область активной базы.
Кроме того, в самосовмещенных БТ предполагаетсяразделение поликремния пассивной базы от эмиттерного поликремнияс помощьюдиэлектрического спейсера. При формировании КБТ толщина спейсера одинакова для обоихтранзисторов, что накладывает дополнительные ограничения при проведении оптимизации.Сопротивлениесопротивлениесамосовмещеннойполикристаллическогопассивнойибазыможномонокристаллическогоразделитькремния.надва:Результатыисследований показывают, что величина энергии имплантации поликремния (диапазонисследования E = 10 – 50 кэВ) практически не влияет на поверхностное сопротивление какполикристаллической, так и монокристаллической части. Варьирование дозы (диапазонисследования Q = 5e14 – 5e15 см–2), напротив, существенно влияет на RS различных областейбазы: изменение до 17 % для области монокристаллического кремния и до 7,5 раз для областиполикристаллического кремния.
Величина емкости коллекторного p-n перехода при изменениив указанном диапазоне энергий меняется не более чем на 1 %, тогда как изменение дозыприводит к изменениям ~ 6 %. Аналогичные цифры получаются при анализе значенийпробивного напряжения коллектор-база.101Представленные изменения сопротивлений и емкостей оказывают влияние на значения fTи fMAX.
Однако, влияние режима имплантации пассивной базы на частотные свойстватранзисторов связано не только с изменениями емкостей и сопротивлений, но также и сувеличением толщины активной базы за счёт боковой диффузии из пассивной базы. Частичноданный эффект был рассмотрен в работе [70].На рис. 3.33 представлена зависимость частотных характеристик pnp-транзистора отдозы имплантации в область пассивной базы (диапазон изменения глубины диффузии до100 нм).
Видно, что влияние боковой диффузии уменьшает значение fT, тогда как снижениесопротивления базы перекрывает влияние на fMAX. Предельным случаем влияния пассивнойбазы является смыкание боковых диффузионных областей, приводящее к полному отсутствиюмелкозалегающей области активной базы и существенному ухудшению характеристиктранзисторов. Другим предельным случаем является отсутствие смыкания областей пассивнойи активной базы, что приводит к потере работоспособности транзисторов. Оптимизациярежимов формирования областей пассивной базы КБТ приведена далее.Рис.
3.33 Частотные характеристики pnp-транзистора в зависимости от дозы имплантацииобласти пассивной базы3.1.4.3 Оптимизация режимов формирования области пассивной базыУчитывая влияние боковой диффузии на динамические параметры, стоит рассмотретьосновные методы управления данным процессом при формировании областей пассивной базыКБТ.С точки зрения технологического процесса режим формирования пассивной базы имеетследующие особенности. Ограничения на режим температурной обработки связаны споследовательностью технологических операций, предполагающей формирование на данномэтапе защитного оксида кремния, применяемого при имплантации областей активной базы.Соответственно, отжиг должен проводиться в атмосфере сухого кислорода для высокогокачества пленки SiO2 и обеспечивать толщину, необходимую для формирования областейактивной базы КБТ.102Ограничениемпроникновениякпримесирежимамвимплантациимонокристаллическийявляетсякремнийнеобходимостьвпроцессеотсутствияимплантацииполикремния, поскольку, в противном случае, примесь оказывает влияние на толщину областиактивной базы.Выбор параметров процесса имплантации пассивной базы pnp-транзистора стоит начатьс оценки влияния режима на глубину проникновения примеси в монокристаллический кремний.На рис.
3.34 представлена зависимость глубины проникновения фосфора и мышьяка взависимости от режимов имплантации при толщине пленки поликремния d = 0,2 мкм.Отрицательные значения по оси ординат соответствуют тому, что граница распределенияпримеси находится в поликремнии, положительные – граница в монокристаллическом кремнии.С учётом проведенной калибровки модели диффузии из поликремния для формированияпассивной базы pnp-транзистора в данной работе используется только мышьяк.а)б)Рис. 3.34 Зависимость глубины проникновения в монокристалл а) фосфора, б) мышьяка отрежимов имплантации в поликремнийИспользование для пассивной базы npn-транзистора бора существенно ограничиваетмаксимальную энергию имплантации. Кроме того, высокая скорость диффузии приводит ксущественно более сильному влиянию на конструкцию npn-транзистора в процессе егоизготовления.
Результаты исследований режимов имплантации поликремния p-типа взависимости от толщины пленки поликремния представлены на рис. 3.35.Рис. 3.35 Зависимость толщины поликремния от дозы и энергии имплантации, при которых борне проникает в монокристаллический кремний103На рисунке представлены зависимости толщины поликремния, имплантированногобором,длякоторыхнепроисходитпроникновенияакцепторнойпримесивмонокристаллический кремний. Представленные зависимости показывают, что выбор толщиныпленки поликремния для КБТ определяется имплантацией именно акцепторной примеси.Режим отжига связан с формируемой толщиной оксида кремния, которая, в своюочередь, связана с режимами формирования активной базы.
Недостатком применения слоя SiO2с толщиной > 0,02 мкм является требование по снижению дозы с увеличением энергииимплантации активной базы, что увеличит её сопротивления. Для d(SiO2) < 0,01 мкм требуетсяиспользование энергии имплантации активной базы npn-транзисторов < 10 кэВ. Дляформирования SiO2 с толщиной 0,01 – 0,02 мкм может быть использован режим T = 1000 oC,t = 10 ± 5 мин., применяемый в существующих процессах "НПП "Пульсар".
Результаты расчетадля данного режима соответствуют полученным экспериментальным данным.Определившись с диапазоном изменения режимов формирования областей пассивнойбазы, стоит рассмотреть режимы, обеспечивающие симметричные значения глубины боковойдиффузии мышьяка и бора. На рис. 3.36 – 3.38 представлены результаты моделированиярежимов формирования пассивной базы p- и n-типов для поликремния толщиной 0,25 мкм.а)б)Рис.
3.36 Зависимость глубины боковой диффузии (а) и сопротивления (б) легированногомонокристаллического кремния от режимов имплантации бора в поликремний с толщиной0,25 мкм при отжиге t = 10 мин. T = 1000 oC, атмосфера – O2а)б)Рис. 3.37 Зависимость глубины боковой диффузии (а) и сопротивления (б) легированногомонокристаллического кремния от режимов имплантации BF2 в поликремний с толщиной0,25 мкм при отжиге t = 10 мин. T = 1000 oC, атмосфера – O2104а)б)Рис. 3.38 Зависимость глубины боковой диффузии (а) и сопротивления (б) легированногомонокристаллического кремния от режимов имплантации мышьяка в поликремний с толщиной0,25 мкм при отжиге t = 10 мин.
T = 1000 oC, атмосфера – O2Из представленных графиков видно, что обеспечить полную симметрию по глубинебоковой диффузии возможно только при значительной разнице в сопротивлениях междуслоями пассивной базы КБТ. Поскольку дополнительный отжиг для базы n-типа не возможен всилу использования одной операции травления окна под активную область базы, то необходимовыбрать значения режимов, обеспечивающих наибольшую симметрию с учетом значениясопротивления не более 1 кОм/кв. Наиболее близкое соответствие параметров областейпассивной базы КБТ получено для энергии 120 кэВ, дозы 1500 мкКл/см2 при имплантациимышьяка; энергии 20 кэВ, дозы 250 мкКл/см2 при имплантации BF2 при отжиге t = 10 мин.T = 1000 oC, атмосфера – сухой кислород.Для повышения симметрии боковой диффузии областей пассивной базы КБТ такжебыли рассмотрены следующие методы:– варьирование толщины поликристаллического кремния;– имплантация в поликремний через пленку SiO2.Результаты исследования режимов при различных толщинах поликремния приведены нарис.
3.39.а)б)Рис. 3.39 Зависимость параметров пассивной базы КБТП от толщины пленки поликремния приимплантации B: Q = 250 мкКл/см2; As: Q = 1500 мкКл/см2 а) глубины боковой диффузии;б) сопротивления поли- и монокристаллического кремния105Из рисунков следует, что варьирование толщины поликремния практически не изменяетразницу между значениями глубины боковой диффузии для бора и мышьяка.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
