雙層多晶硅自對準(zhǔn)(DPSA)結(jié)構(gòu)較高的外基區(qū)連接電阻已成為SiGe器件頻率提升的重要限制因素,改進(jìn)器件外基區(qū)連接工藝提高器件頻率已成為目前的研究熱點(diǎn)。論文對改進(jìn)外基區(qū)連接的外延基區(qū)連接(EBL)結(jié)構(gòu)SiGe HBT的電阻與頻率特性進(jìn)行研究,分析了器件基區(qū)扭結(jié)效應(yīng)機(jī)理與影響因素,提出了淺溝槽場板EBL結(jié)構(gòu)對扭結(jié)效應(yīng)進(jìn)行改善,并設(shè)計了改進(jìn)結(jié)構(gòu)的SiGe BiCMOS工藝流程。首先,對改進(jìn)外基區(qū)連接的三種工藝結(jié)構(gòu):EBL(外延基區(qū)連接)結(jié)構(gòu);EEB(外延升高基區(qū))結(jié)構(gòu);EXBIC(集電極分離的外延外基區(qū))結(jié)構(gòu)進(jìn)行了對比分析,相比之下EBL結(jié)構(gòu)對最高振蕩頻率的改善更為明顯。對EBL結(jié)構(gòu)與DPSA結(jié)構(gòu)的基區(qū)電阻構(gòu)成進(jìn)行了研究。EBL結(jié)構(gòu)橫向外延單晶硅基極連接,降低了外基區(qū)連接界面電阻Rlink和側(cè)墻下電阻RSP,去除了 DPSA結(jié)構(gòu)中的連接下方低摻雜SiGe層電阻RLDB,器件基區(qū)電阻顯著降低。通過Y參數(shù)提取輸入電阻,與DPSA結(jié)構(gòu)相比EBL結(jié)構(gòu)的輸入電阻從485Ω降低為360.5Ω,驗(yàn)證了 EBL結(jié)構(gòu)對外基區(qū)連接電阻的改善。對EBL結(jié)構(gòu)工藝進(jìn)行研究,給出了完整的工藝流程。其次,對EBL結(jié)構(gòu)Si... 

【文章來源】：西安理工大學(xué)陜西省

【文章頁數(shù)】：73 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

外延層臨界厚度與Ge組分的關(guān)系

2SiGeHBT基本工作原理72.2.2SiGeHBT的直流特性在SiBJT中，發(fā)射區(qū)與基區(qū)摻雜濃度比是影響器件電流增益的關(guān)鍵因素�；鶇^(qū)摻雜濃度無法提高，基區(qū)厚度受基區(qū)穿通的影響無法縮小，限制了器件頻率性能的提升。而SiGeHBT器件基區(qū)材料的改變，使基區(qū)禁帶寬度減小，而禁帶寬度的變化主要體現(xiàn)在價帶的不連續(xù)上，抑制了基區(qū)空穴向發(fā)射區(qū)的注入，緩解了基區(qū)摻雜濃度與發(fā)射結(jié)注入效率的矛盾，器件電流增益提升，同時基區(qū)摻雜濃度的提升，使得基區(qū)穿通電壓增大，基區(qū)厚度可以縮小，器件頻率性能得到提升。圖2-3為SiGeHBT處于放大狀態(tài)時的電流輸運(yùn)機(jī)制。發(fā)射結(jié)正偏，勢壘高度降低，電子從發(fā)射區(qū)注入基區(qū)，空穴受異質(zhì)結(jié)價帶不連續(xù)性的影響，基區(qū)向發(fā)射區(qū)的空穴注入減少。集電結(jié)反偏電場將注入到基區(qū)的電子抽取到集電區(qū)中，基極復(fù)合電流較小，實(shí)現(xiàn)了信號的放大。圖2-3SiGeHBT放大狀態(tài)時的電流輸運(yùn)機(jī)制Fig.2-3CurrenttransportmechanisminSiGeHBTamplificationstate器件導(dǎo)帶能帶變化幅度較小，采用SiBJT的方法計算SiGeHBT集電極電流[53]：=（2-7）SiGe基區(qū)本征載流子濃度為：=（2-8）由以上兩式可得SiGeHBT集電極電流為：=（2-9）與SiBJT相比，SiGeHBT基極電流基本未發(fā)生變化，SiGeHBT與SiBJT的電流增益比值為：=（2-10）

構(gòu)DPSA結(jié)構(gòu)SiGeHBT器件結(jié)構(gòu)。目前SiGeHBT器件普遍使用淺溝槽STI隔離的方式進(jìn)行隔離。在主集電區(qū)中經(jīng)過選擇性離子注入（SIC注入）形成了一個N+的集電區(qū)區(qū)域，犧牲器件耐壓降低了集電區(qū)電阻減小了集電區(qū)延遲時間，同時抑制了基區(qū)展寬（kirk）效應(yīng)的發(fā)生，減小了集電結(jié)空間電荷區(qū)向集電區(qū)內(nèi)部的延伸，降低了集電結(jié)空間電荷區(qū)渡越時間，提高了器件的頻率特性。自對準(zhǔn)工藝通過光刻刻蝕出與集電區(qū)對準(zhǔn)的基區(qū)窗口，之后在窗口內(nèi)外延SiGe層并淀積發(fā)射極多晶硅，實(shí)現(xiàn)了基區(qū)與外基區(qū)，基區(qū)與發(fā)射區(qū)的自對準(zhǔn)，降低了器件的寄生參數(shù)。圖3-1DPSA結(jié)構(gòu)SiGeHBT器件結(jié)構(gòu)Fig.3-1DPSASiGeHBTdevicestructure圖3-2為雙層多晶硅自對準(zhǔn)結(jié)構(gòu)的基區(qū)工藝流程圖。該結(jié)構(gòu)首先淀積底層氧化層/多晶硅外基區(qū)/上層氧化層/掩蔽氮化層，在淀積層中打開基區(qū)窗口，刻蝕至底氧化層，淀積氮化硅側(cè)墻（圖3-2a），之后對底層氧化層進(jìn)行橫向刻蝕，形成懸掛結(jié)構(gòu)（圖3-2b）。在N型Si集電區(qū)P+多晶外基區(qū)N+集電區(qū)引出端STIN+SICP型SiGe基區(qū)N+多晶硅發(fā)射區(qū)P+多晶外基區(qū)掩蔽氧化層接觸孔接觸孔接觸孔接觸孔

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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碩士論文
[1]新型集電區(qū)場板結(jié)構(gòu)SiGe HBT器件特性與機(jī)理研究[D]. 楊騰遠(yuǎn).西安理工大學(xué) 2018
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本文編號：2929681