EBL结构SiGe HBT工艺分析及扭结效应研究
发布时间：2020-12-21 10:32
双层多晶硅自对准(DPSA)结构较高的外基区连接电阻已成为SiGe器件频率提升的重要限制因素,改进器件外基区连接工艺提高器件频率已成为目前的研究热点。论文对改进外基区连接的外延基区连接(EBL)结构SiGe HBT的电阻与频率特性进行研究,分析了器件基区扭结效应机理与影响因素,提出了浅沟槽场板EBL结构对扭结效应进行改善,并设计了改进结构的SiGe BiCMOS工艺流程。首先,对改进外基区连接的三种工艺结构:EBL(外延基区连接)结构;EEB(外延升高基区)结构;EXBIC(集电极分离的外延外基区)结构进行了对比分析,相比之下EBL结构对最高振荡频率的改善更为明显。对EBL结构与DPSA结构的基区电阻构成进行了研究。EBL结构横向外延单晶硅基极连接,降低了外基区连接界面电阻Rlink和侧墙下电阻RSP,去除了 DPSA结构中的连接下方低掺杂SiGe层电阻RLDB,器件基区电阻显著降低。通过Y参数提取输入电阻,与DPSA结构相比EBL结构的输入电阻从485Ω降低为360.5Ω,验证了 EBL结构对外基区连接电阻的改善。对EBL结构工艺进行研究,给出了完整的工艺流程。其次,对EBL结构Si...
【文章来源】：西安理工大学陕西省
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
外延层临界厚度与Ge组分的关系
2SiGeHBT基本工作原理72.2.2SiGeHBT的直流特性在SiBJT中，发射区与基区掺杂浓度比是影响器件电流增益的关键因素。基区掺杂浓度无法提高，基区厚度受基区穿通的影响无法缩小，限制了器件频率性能的提升。而SiGeHBT器件基区材料的改变，使基区禁带宽度减小，而禁带宽度的变化主要体现在价带的不连续上，抑制了基区空穴向发射区的注入，缓解了基区掺杂浓度与发射结注入效率的矛盾，器件电流增益提升，同时基区掺杂浓度的提升，使得基区穿通电压增大，基区厚度可以缩小，器件频率性能得到提升。图2-3为SiGeHBT处于放大状态时的电流输运机制。发射结正偏，势垒高度降低，电子从发射区注入基区，空穴受异质结价带不连续性的影响，基区向发射区的空穴注入减少。集电结反偏电场将注入到基区的电子抽取到集电区中，基极复合电流较小，实现了信号的放大。图2-3SiGeHBT放大状态时的电流输运机制Fig.2-3CurrenttransportmechanisminSiGeHBTamplificationstate器件导带能带变化幅度较小，采用SiBJT的方法计算SiGeHBT集电极电流[53]：=（2-7）SiGe基区本征载流子浓度为：=（2-8）由以上两式可得SiGeHBT集电极电流为：=（2-9）与SiBJT相比，SiGeHBT基极电流基本未发生变化，SiGeHBT与SiBJT的电流增益比值为：=（2-10）
构DPSA结构SiGeHBT器件结构。目前SiGeHBT器件普遍使用浅沟槽STI隔离的方式进行隔离。在主集电区中经过选择性离子注入（SIC注入）形成了一个N+的集电区区域，牺牲器件耐压降低了集电区电阻减小了集电区延迟时间，同时抑制了基区展宽（kirk）效应的发生，减小了集电结空间电荷区向集电区内部的延伸，降低了集电结空间电荷区渡越时间，提高了器件的频率特性。自对准工艺通过光刻刻蚀出与集电区对准的基区窗口，之后在窗口内外延SiGe层并淀积发射极多晶硅，实现了基区与外基区，基区与发射区的自对准，降低了器件的寄生参数。图3-1DPSA结构SiGeHBT器件结构Fig.3-1DPSASiGeHBTdevicestructure图3-2为双层多晶硅自对准结构的基区工艺流程图。该结构首先淀积底层氧化层/多晶硅外基区/上层氧化层/掩蔽氮化层，在淀积层中打开基区窗口，刻蚀至底氧化层，淀积氮化硅侧墙（图3-2a），之后对底层氧化层进行横向刻蚀，形成悬挂结构（图3-2b）。在N型Si集电区P+多晶外基区N+集电区引出端STIN+SICP型SiGe基区N+多晶硅发射区P+多晶外基区掩蔽氧化层接触孔接触孔接触孔接触孔
【参考文献】：
期刊论文
[1]全部耗尽SOI SiGe HBT集电结渡越时间模型研究[J]. 徐小波,李瑞雪. 微电子学. 2018(04)
[2]具有高频高压大电流优值的超结集电区SiGe HBT[J]. 金冬月,王肖,张万荣,高光渤,赵馨仪,郭燕玲,付强. 北京工业大学学报. 2016(07)
[3]宽温区高热稳定性SiGe HBT的基区优化设计[J]. 付强,张万荣,金冬月,赵彦晓,张良浩. 北京工业大学学报. 2015(05)
[4]一种结构新颖的锗硅NPN HBT器件特性研究[J]. 刘冬华,段文婷,石晶,胡君,陈帆,黄景峰,钱文生,肖胜安,朱东园. 固体电子学研究与进展. 2013(01)
[5]SiGe异质结晶体管技术的发展[J]. 辛启明,刘英坤,贾素梅. 半导体技术. 2011(09)
[6]f_T为135GHz的平面结构SiGe异质结双极晶体管的研制[J]. 贾霖,倪学文,莫邦燹,关旭东,张录,宁宝俊,韩汝琦,李永康,周均铭. 北京大学学报(自然科学版). 2001(03)
[7]微波低噪声SiGe HBT的研制[J]. 钱伟,张进书,贾宏勇,林惠旺,钱佩信. 半导体学报. 2000(05)
[8]Si/SiGe/Si HBT频率特性的解析模型与模拟[J]. 张万荣,罗晋生,李志国,孙英华,穆甫臣,程尧海,陈建新,沈光地. 固体电子学研究与进展. 1998(03)
[9]Si-SiGe/SiHBT真流特性的解析模型与模拟[J]. 张万荣,罗晋生,李志国,穆甫臣,程尧海,陈建新,沈光地. 北京工业大学学报. 1998(02)
[10]Si／SiGe／Si双异质结晶体管异质结势垒效应（HBE）研究[J]. 张万荣,曾峥,罗晋生. 电子学报. 1996(11)
博士论文
[1]SiGe HBT性能增强的技术研究[D]. 付强.北京工业大学 2017
[2]SOI SiGe HBT性能与结构设计研究[D]. 徐小波.西安电子科技大学 2012
硕士论文
[1]新型集电区场板结构SiGe HBT器件特性与机理研究[D]. 杨腾远.西安理工大学 2018
[2]20GHz SiGe HBT器件设计与工艺研究[D]. 钟怡.电子科技大学 2014
本文编号：2929681
【文章来源】：西安理工大学陕西省
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
外延层临界厚度与Ge组分的关系
2SiGeHBT基本工作原理72.2.2SiGeHBT的直流特性在SiBJT中，发射区与基区掺杂浓度比是影响器件电流增益的关键因素。基区掺杂浓度无法提高，基区厚度受基区穿通的影响无法缩小，限制了器件频率性能的提升。而SiGeHBT器件基区材料的改变，使基区禁带宽度减小，而禁带宽度的变化主要体现在价带的不连续上，抑制了基区空穴向发射区的注入，缓解了基区掺杂浓度与发射结注入效率的矛盾，器件电流增益提升，同时基区掺杂浓度的提升，使得基区穿通电压增大，基区厚度可以缩小，器件频率性能得到提升。图2-3为SiGeHBT处于放大状态时的电流输运机制。发射结正偏，势垒高度降低，电子从发射区注入基区，空穴受异质结价带不连续性的影响，基区向发射区的空穴注入减少。集电结反偏电场将注入到基区的电子抽取到集电区中，基极复合电流较小，实现了信号的放大。图2-3SiGeHBT放大状态时的电流输运机制Fig.2-3CurrenttransportmechanisminSiGeHBTamplificationstate器件导带能带变化幅度较小，采用SiBJT的方法计算SiGeHBT集电极电流[53]：=（2-7）SiGe基区本征载流子浓度为：=（2-8）由以上两式可得SiGeHBT集电极电流为：=（2-9）与SiBJT相比，SiGeHBT基极电流基本未发生变化，SiGeHBT与SiBJT的电流增益比值为：=（2-10）
构DPSA结构SiGeHBT器件结构。目前SiGeHBT器件普遍使用浅沟槽STI隔离的方式进行隔离。在主集电区中经过选择性离子注入（SIC注入）形成了一个N+的集电区区域，牺牲器件耐压降低了集电区电阻减小了集电区延迟时间，同时抑制了基区展宽（kirk）效应的发生，减小了集电结空间电荷区向集电区内部的延伸，降低了集电结空间电荷区渡越时间，提高了器件的频率特性。自对准工艺通过光刻刻蚀出与集电区对准的基区窗口，之后在窗口内外延SiGe层并淀积发射极多晶硅，实现了基区与外基区，基区与发射区的自对准，降低了器件的寄生参数。图3-1DPSA结构SiGeHBT器件结构Fig.3-1DPSASiGeHBTdevicestructure图3-2为双层多晶硅自对准结构的基区工艺流程图。该结构首先淀积底层氧化层/多晶硅外基区/上层氧化层/掩蔽氮化层，在淀积层中打开基区窗口，刻蚀至底氧化层，淀积氮化硅侧墙（图3-2a），之后对底层氧化层进行横向刻蚀，形成悬挂结构（图3-2b）。在N型Si集电区P+多晶外基区N+集电区引出端STIN+SICP型SiGe基区N+多晶硅发射区P+多晶外基区掩蔽氧化层接触孔接触孔接触孔接触孔
【参考文献】：
期刊论文
[1]全部耗尽SOI SiGe HBT集电结渡越时间模型研究[J]. 徐小波,李瑞雪. 微电子学. 2018(04)
[2]具有高频高压大电流优值的超结集电区SiGe HBT[J]. 金冬月,王肖,张万荣,高光渤,赵馨仪,郭燕玲,付强. 北京工业大学学报. 2016(07)
[3]宽温区高热稳定性SiGe HBT的基区优化设计[J]. 付强,张万荣,金冬月,赵彦晓,张良浩. 北京工业大学学报. 2015(05)
[4]一种结构新颖的锗硅NPN HBT器件特性研究[J]. 刘冬华,段文婷,石晶,胡君,陈帆,黄景峰,钱文生,肖胜安,朱东园. 固体电子学研究与进展. 2013(01)
[5]SiGe异质结晶体管技术的发展[J]. 辛启明,刘英坤,贾素梅. 半导体技术. 2011(09)
[6]f_T为135GHz的平面结构SiGe异质结双极晶体管的研制[J]. 贾霖,倪学文,莫邦燹,关旭东,张录,宁宝俊,韩汝琦,李永康,周均铭. 北京大学学报(自然科学版). 2001(03)
[7]微波低噪声SiGe HBT的研制[J]. 钱伟,张进书,贾宏勇,林惠旺,钱佩信. 半导体学报. 2000(05)
[8]Si/SiGe/Si HBT频率特性的解析模型与模拟[J]. 张万荣,罗晋生,李志国,孙英华,穆甫臣,程尧海,陈建新,沈光地. 固体电子学研究与进展. 1998(03)
[9]Si-SiGe/SiHBT真流特性的解析模型与模拟[J]. 张万荣,罗晋生,李志国,穆甫臣,程尧海,陈建新,沈光地. 北京工业大学学报. 1998(02)
[10]Si／SiGe／Si双异质结晶体管异质结势垒效应（HBE）研究[J]. 张万荣,曾峥,罗晋生. 电子学报. 1996(11)
博士论文
[1]SiGe HBT性能增强的技术研究[D]. 付强.北京工业大学 2017
[2]SOI SiGe HBT性能与结构设计研究[D]. 徐小波.西安电子科技大学 2012
硕士论文
[1]新型集电区场板结构SiGe HBT器件特性与机理研究[D]. 杨腾远.西安理工大学 2018
[2]20GHz SiGe HBT器件设计与工艺研究[D]. 钟怡.电子科技大学 2014
本文编号：2929681
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