Диссертация (1091199), страница 21
Текст из файла (страница 21)
Сопротивление,особенно для поликристаллического материала легированного бором, может меняться вдостаточно широком диапазоне. С этой точки зрения целесообразно выбирать значениятолщины поликремния пассивной базы равным d = 0,2 мкм, использование которой, однако,ограничено требованиями по энергии имплантации.Результаты исследования параметров области пассивной базы при использованииразличной по толщине пленки SiO2, сформированной на поликремнии, представлены нарис.
3.40 – 3.41.а)б)Рис. 3.40 Зависимости глубины (а) и поверхностного сопротивления (б) области пассивной базыp-типа (бор) от толщины SiO2а)б)Рис. 3.41 Зависимости глубины (а) и поверхностного сопротивления (б) области пассивной базыn-типа (мышьяк) от толщины SiO2Расчеты показывают, что влияние SiO2 на диапазон изменений параметров приимплантации бора значительно ниже, чем при имплантации мышьяка. Соответственно, этоисключает возможность использования имплантации через SiO2 для баз обоих типовпроводимости. Подробное исследование имплантации через SiO2 отдельно для бора показало,что данный метод контроля параметров пассивной базы уступает простому варьированию дозы(приодинаковойглубинебоковойдиффузиисопротивлениелегированногомонокристаллического кремния ниже на величину ~ 80 Ом/кв.).
Кроме того, формирование SiO2106с толщиной > 0,1 мкм требует применения длительных процессов отжига, что будетсказываться на сформированных скрытых слоях.Таким образом, полученные режимы формирования пассивной базы КБТ являютсяоптимальными в условиях ограничений данной работы.Стоит отметить возможность применения "in situ" легированных пленок поликремнияпри формировании пассивных баз КБТ. Осаждения двух "in situ" легированных пленокполикремния разного типа проводимости приводит к существенному увеличению количестваопераций в КБТП. Сокращение числа операций может быть получено с помощьюиспользования данного поликремния при формировании эмиттеров. Вариант подобноготехнологического маршрута был спроектирован, однако недостатком такого процесса являетсяотсутствие самосовмещения для одного из КБТ, что ограничивает использования процесса приформировании транзисторов с высокой степенью симметрии динамических параметров.3.1.4.4 Формирование спейсеровВ случае, если толщина спейсера равна или больше величины боковой диффузииобласти пассивной базы, её влияние на граничную частоту исключается.
При этомобеспечивается повышение пробивного напряжения база-эмиттер за счёт удаления эмиттера отобласти сильнолегированной пассивной базы, однако сопротивление базы ("base link")возрастает. Отсутствие симметрии в значениях боковой диффузии пассивной базы КБТисследуемого процесса приводит к необходимости исследования влияния спейсеров напараметры транзисторов.Выбор толщины спейсера, помимо глубины боковой диффузии, связан с ширинойэмиттерного окна и режимами формирования эмиттера.
На рис. 3.42 представлены результатырасчётов толщины активной базы pnp-транзистора в центре эмиттера. Из рисунка видно, что сростом ширины окна толщина базы значительно меняется (режим имплантации и отжигаэмиттера при этом не изменялся).Рис. 3.42 Результаты исследования толщины активной базы pnp-транзистора в зависимости отразмеров спейсеров и эмиттерного окна107Данный факт обусловлен неоднородностью легирования эмиттерного поликремния, чтопри уменьшении ширины эмиттерного окна начинает сказываться значительно сильнее.Предельными случаями являются: ширина окна не влияет на однородность легирования, либополикремний в окне эмиттера смыкается так, что толщина поликремния определяется глубинойобласти под эмиттер.
В этом случае режим формирования эмиттера существенно меняется.Очевидно, что размеры эмиттерного окна > 1,2 мкм приводят к независимости режима оттиповых значений толщины спейсера и эмиттерного поликремния. Напротив, уменьшениеразмера окна < 1 мкм приводит к смыканию поликремния толщиной 0,25 мкм при требуемыхтолщинах спейсера. Соответственно, общее соотношение ширины эмиттерного окна (W),толщины спейсеров (dСП) и эмиттерного поликремния (dЭП) выглядит следующим образом:W ≥ 2∙dСП+ 2∙dЭП(7)Ограничения по минимальной толщине эмиттерного поликремния определяютсярежимом имплантации эмиттера, а также последующим отжигом.
С уменьшением dЭПснижается энергия, при этом понижать дозу имплантации практически не возможно, посколькунеобходимо обеспечить приемлемые значения коэффициента усиления. Как показано далее, длявыбранных значений времени и температуры финального отжига, при уменьшении толщиныполикремния менее 0,225 мкм необходимо применять энергию имплантации эмиттера pnpтранзистора ниже 10 кэВ, что противоречит ограничениям данной работы.Использование значений толщины эмиттерного поликремния 0,225 – 0,25 мкм привыбранных проектных нормах (не менее 1 мкм) приводит к диапазону толщин спейсера: 0,25 –0,275 мкм.
Толщина SiO2, формируемого на боковой части поликремния области пассивнойбазы КБТ различается по толщине, что обусловлено различной степенью легирования. Дляучета данного факта исследование влияния ширины спейсера рассматривалось в большихпределах, чем определено выше.На рис. 3.43 приведены ВАХ эмиттерного перехода pnp- и npn-транзисторов взависимости от ширины спейсера. Видно, что пробивное напряжение UЭБ (IЭ= 1 мкА/мкм) дляобоих типов транзисторов не ниже 2 В во всем диапазоне рассматриваемых толщин спейсера.Стоит отметить, что пробивное напряжение pnp-транзистора слабо зависит от толщиныспейсера в сравнении с npn-транзистором. Это объясняется более высокой концентрациейпримеси в области пассивной базы n-типа, что требуется для повышения симметрии глубиныпассивной базы КБТ.Оценить влияние толщины спейсера на сопротивление базы стоит через расчётмаксимальной частоты генерации (рис.
3.44). Высокие значения fmax даже для конструкций соспейсером наибольшей толщины показывают, что сопротивление базы имеет приемлемоезначение.108а)б)Рис. 3.43 Вольт-амперная характеристики перехода эмиттер-база а) pnp-транзистора, б) npnтранзистора в зависимости от толщины спейсераРис. 3.44 Зависимость fmax для pnp-транзистора (UКЭ= 3 В)в зависимости от толщины спейсераСтоит отметить влияние емкости спейсера на общую емкость эмиттера. В работе [168]говорится о том, что емкость эмиттерного перехода определяется емкостью p-n перехода, атакже паразитной емкостью, формируемой между поликремниевыми областями БТ.
При этомутверждается, что паразитная емкость превышает емкость p-n перехода, в рассматриваемомслучае в 5 раз. Было проведено моделирование емкости эмиттерного перехода в зависимости отразличных конструкций эмиттера. Результаты расчётов представлены в таблице 3.2.Таблица 3.2 – Емкость конструктивных элементов транзисторов с самосовмещениемВариант расположения контактовПолная емкостьЕмкость только p-n переходаЕмкость между слоями поликремния + металлизация эмиттераЕмкость только спейсера (без металлизации эмиттера)Емкость только спейсера + металлизации эмиттераЗначение емкости при UЭБ = 0 В (Ф)4,850e-144,405e-146,015e-153,351e-153,646e-15Необходимо отметить, что емкости спейсеров не зависят от напряжения, при этом объемполупроводника для анализа был заменён на диэлектрик. Также стоит подчеркнуть, чтонаблюдается небольшое расхождение в результатах расчётов, поскольку разница полнойемкости и емкости только p-n перехода не равна разнице емкости между слоями поликремния сучетом металлизации эмиттера.
Вероятно, это связано с тем, что добавляется паразитная109емкость между поликремниями через диэлектрик, заменяющий объем полупроводника. Тем неменее, в целом, можно утверждать, что значение паразитной емкости определено с достаточнойточностью, а полученная зависимость отличается от представленной в работе [174]. Это связанос тем, что в статье результаты приводятся для эмиттера с малой шириной W = 0,3 мкм, тогдакак результаты расчёта в таблице 3.2 представлены для W = 2 мкм. Соответственно, можнорасширить вывод, сделанный в работе [174] – паразитная емкость спейсера начинает игратьроль при малых площадях эмиттерного перехода. В подтверждение данного вывода на рис. 3.45представлена зависимость различных емкостей от ширины эмиттерного окна. Видно, чтовлияние емкости спейсера при уменьшении ширины эмиттерного окна возрастает.Рис.
3.45 Зависимость емкости различных конструктивных вариантов при UЭБ = 0 Вот ширины эмиттерного окна3.1.5 Область активной базы: финальный профиль распределения примесиЗадача по формированию финального профиля распределения примеси в областиактивной базы включает в себя множество составляющих и существенно усложняется приформировании КБТ с симметричными параметрами.Во-первых,имплантацияактивнойбазыКБТпроводитсячерездиэлектрикфиксированной толщины. Во-вторых, режимы отжига как базы, так и эмиттера для КБТодинаковы: применение отжига разной длительности, полученной за счёт сложениядлительностей не целесообразно, поскольку требуются малые толщины базы, а БТО неприменяется.
В-третьих, помимо ограничения к БТО имеются другие ограничения к режимам,связанные с применяемыми моделями. Стоит также отметить, что выбранная технологияформирования активной базы предполагает имплантацию до формирования спейсеров, чтопозволяет устранить проблему соединения активной и пассивной базы.Выбор типа примеси для формирования области активной базы был проведен на основерезультатов, представленных на рис. 3.46 – 3.47. Здесь представлены результаты расчетовглубины базы npn- (бор, BF2) и pnp-транзисторов (сурьма, мышьяк) при имплантации черезоксид фиксированной толщины в зависимости от времени отжига с температурой T = 900 oC.110а)б)Рис.
3.46 Зависимости глубины активной базы от времени при имплантации с E = 10 кэВ иотжигом T = 900 oC в инертной атмосфере: а) BF2 и б) BРис. 3.47 Зависимости глубины активной базы от времени при имплантации Sb и As сразличными энергиями и отжигом T = 900 oC в инертной атмосфереИз представленных результатов видно, что для формирования базы p-типа возможноприменять только BF2. Для базы n-типа целесообразно применять сурьму.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
