Диссертация (1091199), страница 24
Текст из файла (страница 24)
Влияние сопротивления подложки на С0 и UПРОБ представлено на рис. 4.5.Видно, что влияние сопротивления подложки на эти параметры составляет не более 10 %.Рис. 4.5 Зависимость UПРОБ и C0 от сопротивления подложкиТаким образом, расчёты подтверждают целесообразность использования наиболеераспространённого варианта подложки с удельным сопротивлением ρ =10 Ом∙см (КДБ-10).Представленное ранее значение частоты среза диода Шоттки на основе алюминия былополучено с помощью оптимизации не только топологии, но и технологического процесса, вчастности оптимизации эпитаксиальной пленки (толщины, концентрации примеси). ПараметрыUПРОБ > 15 В и fC = 259 ГГц были получены для эпитаксиальной пленки толщиной d = 1,3 мкм иконцентрацией N = 8∙1015 см-3, при концентрации в скрытом слое N = 5∙1019 см–3.
Приувеличении толщины эпитаксиального слоя, обеспечивающей большую технологичностьконструкции,необходимопроводитьоптимизациюпараметровсистемыскрытыйслой/эпитаксиальная пленка, как это было сделано в главе 3 для исследуемого КБТП.Как и для КБТ, наибольшее значение частоты среза ДШ соответствует оптимальномузначению сопротивления эпитаксиальной пленки n-типа, что обусловлено характеромизменения сопротивления и емкости. Например, для диода Шоттки с толщиной эпитаксиальной124пленки d = 4 мкм, результаты расчёта приведены на рис.
4.6. Поскольку связь междусопротивлением и пробивным напряжением имеет очевидный характер, в рамках неизменноготехнологического процесса необходимо проводить оптимизацию конструкции и топологии ДШ.Рис. 4.6 Зависимость относительного значения частоты срезаот сопротивления эпитаксиальной пленки4.1.2 Конструктивные особенностиАнализ конструкций, представленный в главе 1, показал возможность получения диодовШоттки, интегрированных в КБТП, с частотой среза более 400 ГГц и пробивным напряжениемUПРОБ > 15 В. Необходимо отметить, что подобные значения частот получены прииспользовании силицида платины в качестве контакта анода.
Это позволяет существенноснизить последовательное сопротивление, что крайне важно при больших проектных нормах.Для сопоставления конструкций диодов Шоттки с представленными зарубежными аналогамитакже будет рассматривать силицид платины с работой выхода ФМ = 0,82 – 0,87 эВ [319], [320].Рассмотренные выше конструкции не предполагали наличие охранных колец (ОК).Оптимизация топологии ДШ без ОК приводила к нелинейной зависимости сопротивления отрасстояния глубокий катод – анод и линейной зависимости для напряжения пробоя. Например,снижение данного расстояния на 1 мкм способно снизить RS в 2,5 раза, для сравнения UПРОБснижается в 1,8 раз.
Введение ОК существенно ухудшает частотные свойства ДШ. На рис. 4.7приведены зависимости UПРОБ и fС для двух вариантов диодов Шоттки.Рис. 4.7 Зависимость частоты среза и пробивного напряжения от расстояния глубокий катод –анод для ДШ с охранными кольцами (пунктирная линия) и без (сплошная линия)125Несмотря на существенное преимущество ДШ без ОК, использование охранных колецнеобходимо для снижения воздействия технологических загрязнений и других негативныхфакторов [192]. Соответственно, интегрируемые в КБТП ДШ будет иметь охранные кольца pтипа проводимости.Наличие в исследуемом КБТП большого числа областей p-типа проводимости можетпозволить формировать ОК различными способами.
Однако, охранные кольца на основеглубокого коллектора не позволяют формировать диоды с малыми размерами анода, чтосущественно увеличивает последовательное сопротивление. Использование активной базы npnтранзистора или эмиттера pnp-транзистора не удается в силу технологических особенностейконструкции с двумя операциями самосовмещения. Соответственно, охранные кольца удаетсяформировать только на основе пассивной базы npn-транзистора.Как и для биполярных транзисторов сократить размеры ДШ за счёт сближения областейкатода и анода удается с помощью поликристаллического кремния пассивной базы pnpтранзистора. На рис.
4.8 представлена подобная конструкция диода Шоттки. Представленная наданном рисунке область p-типа формируется с помощью операции травления первогополикремния. При формировании охранных колец с помощью травления, используемого дляэмиттеров КБТ, может быть создана конструкция со спейсерами (рис.
4.9). Подобная структураописана в работе [193].Рис. 4.8 Конструкция интегрального ДШ с катодомна основе поликремния пассивной базы pnp-транзистораРис. 4.9 Конструкция интегрального ДШ со спейсерами126Результаты исследования параметров конструкции со спейсерами приведены на рис. 4.10.С увеличением толщины спейсера существенно снижается частота среза. Сопоставление сконструкций ДШ, представленной на рис. 4.8 показывает преимущество конструкции безспейсеров по частотным свойствам. Соответственно, применение спейсеров для ДШ в процессес большими проектными норами не целесообразно.а)б)Рис. 4.10 Зависимости: а) пробивного напряжения и частоты среза от толщины спейсера (d) дляДШ с ОК (пунктирная линия) и без (сплошная линия);б) частоты среза от ширины анода при различных толщинах спейсера для ДШ с ОКПредставленные зависимости параметров ДШ от расстояния между окном дляимплантации слоя n+ и окном контакта анода (рис.
4.7) показали, что для обеспеченияпробивного напряжения > 15 В требуется расстояние ~ 2 мкм, которое и будет использоваться вдальнейшем. Также стоит отметить влияние размера контакта поликремний/кремний. Сувеличением ширины контакта частота среза ДШ уменьшается. Таким образом, целесообразноприменять наименьший по ширине контакт – L = 1 мкм.На рис. 4.11 приведена зависимость частоты среза для различной ширины анода, а такжерасстояния между областью травления p-поликремния и ЛОКОС-диэлектриком. Как и дляструктуры со спейсером наблюдается оптимальное значение ширины анода (W ≈ 3 мкм).Рис. 4.11 Зависимость частоты среза от ширины анода для ДШ с ОК127Особенностью представленных конструкций ДШ является разделение катода и анодаЛОКОС-изоляцией.
Ограничения по сокращению размеров изоляции связано с минимальновозможным расстоянием между областями поликремния, применяемого для катода и охранногокольца (1 мкм). При этом поликристаллический кремний охранного кольца также должен иметьширину не менее L = 1 мкм. Он распределен между кремнием, где формируется охранноекольцо, и областью изоляции. Представленная на рис.
4.11 зависимость, показывает, что сростом ширины охранного кольца частота среза уменьшается. В пределе, когда размерполикремнияохранногокольцанадкремниемсоставляет ~ 0,015мкмнаблюдаетсямаксимальное значение частоты среза, однако данная конструкция не технологична, посколькусильно зависит от качества травления области ЛОКОС-диэлектрика. Таким образом, в целяхтехнологичности конструкции, а также обеспечения максимального значения частоты среза припроектных нормах 1 мкм необходимо выбрать следующую конструкцию охранного кольца:0,25 мкм поликремния p-типа должны располагаться на кремнии, а 0,75 мкм – на пленке SiO2.Подводя итоги можно сделать следующие выводы:– в разрабатываемый КБТП возможно интегрировать диод Шоттки, обладающийпробивным напряжением более 15 В, частотой среза более 260 ГГц;– проведенная оптимизация конструкции показывает: в качестве контакта катоданеобходимоприменениеобластиполикремнияпассивнойбазыpnp-транзисторасминимальным размером контакта кремний/поликремний; параметры ДШ имеют оптимальноезначение при ширине анода W ≈ 3 мкм; охранное кольцо в кремнии должно иметьминимальный размер; применение спейсеров не приводит к улучшению частотныххарактеристик ДШ;– дальнейшее улучшение параметров может быть связано с уменьшением проектныхнорм с целью обеспечить минимальные размеры охранных колец, а также областей,разделяющих катод и анод.4.1.3 Экспериментальные исследованияПримером реализации изделий на основе интегральных диодов Шоттки КБТП являетсяИМС широкополосного пассивного СВЧ смесителя А4505 (1324ПС5), фотография которогопредставлена на рис.
4.12. Современный уровень разработанного изделия подтверждаетсяналичием свидетельства о государственной регистрации топологии [321].КакивслучаесКБТ,дляподтвержденияпредложенныхконструктивно-технологических решений, будет проведено сопоставление ряда электрофизически параметровДШ различных технологических процессов.128Рис. 4.12 Фотография кристалла ИМС А4505 (1324ПС5)Как уже отмечалось, преимущества технологии с малыми проектными нормами (0,6 мкм)отчетливо проявляются для таких компонентов как диоды Шоттки, поскольку существенноснижается последовательное сопротивление и паразитная емкость. Проектные нормы = 1 мкмдля исследуемого КБТП требуют оптимизации параметров за счёт использования кольцевойтопологии диода.
Преимущества кольцевой топологии для ДШ, интегрированных ввысокочастотный КБТП, подтверждаются результатами измерений ВАХ (рис. 4.12, таблица 4.1).Топологии исследуемых ДШ представлены на рис. 4.13 (1 – полосковая структура SА = 10×100мкм2; 2 – наборная структура (12 ДШ сSА = 3×10 мкм2); 3 – кольцевая структура 10 ДШ с SА =3×10 мкм2; 4 – кольцевая структура 13 ДШ с SА = 1×10 мкм2).а)б)Рис. 4.12 Сопоставление ВАХ ДШ различной конструкции:а) линейный масштаб; б) логарифмический масштабТаблица 4.1 – Средние значения измеренных параметров ДШПоследовательноеЕмкостьЧастота среза,Конструктивный вариант ДШсопротивление, Ом(U = 0 В), ФГГц13,573,21E-1213,922,873,01E-1218,532,141,88E-1240,242,292,26E-1230,9129а)б)в)Рис.
4.13 Фотографии диодов Шоттки: а) полосковая структура; б) наборная структура;в) кольцевая топология (два типа)Видно, что кольцевые топологии обладает меньшим сопротивлением в сравнении сполосковыми. Результаты измерений ВФХ представлены на рис. 4.14.Рис. 4.14 Сопоставление ВФХ ДШ различной конструкцииРезультаты измерений не полностью отражают значений емкости непосредственно ДШ.Паразитная емкость металлизации для сравниваемых конструкций различается, однакоэкстракция паразитных емкостей металлизации показывает, что разница в значениях не можетбыть полностью связана с данным фактором.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
