Propriétés statiques et dynamiques d'un transistor bipolaire à collecteur réalisé par implantation haute énergie développé en technologie VLSI CMOS PDF Download
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CE TRAVAIL S'INSCRIT DANS LE CADRE DE L'ETUDE D'UN TRANSISTOR BIPOLAIRE COMPATIBLE AVEC LA TECHNOLOGIE CMOS DU CENTRE NATIONAL D'ETUDES DES TELECOMMUNICATIONS DE MEYLAN. DANS UN PREMIER TEMPS, LA STRUCTURE DU COMPOSANT EST PRESENTEE: ELLE EST DERIVEE DE CELLE DU TRANSISTOR PMOS ET SA SPECIFICITE EST L'UTILISATION D'UN CAISSON DE PHOSPHORE IMPLANTE A HAUTE ENERGIE EN TANT QUE COLLECTEUR. NOUS DECRIVONS LES PROCEDURES ET LES OUTILS DE CARACTERISATION MIS EN JEU. APRES AVOIR EXPOSE LES EFFETS COLLECTEURS, NOUS PROCEDONS A UNE ETUDE APPROFONDIE DU COMPORTEMENT DU COLLECTEUR IMPLANTE A HAUTE ENERGIE AU MOYEN DE LA SIMULATION: LES MECANISMES PROVOQUANT LA DEGRADATION DES PERFORMANCES A FORT NIVEAU DE COURANT SONT MIS EN EVIDENCE. L'INFLUENCE DE LA SILICIURATION SUR LES CARACTERISTIQUES ELECTRIQUES DU TRANSISTOR EST ANALYSEE. A PARTIR DE MESURES STATIQUES, DYNAMIQUES ET DES RESULTATS OBTENUS SUR DES OSCILLATEURS EN ANNEAU ECL, NOUS DONNONS UNE EVALUATION DU DISPOSITIF POUR DEUX TYPES DE COLLECTEURS: UN COLLECTEUR CORRESPONDANT AU CAISSON DU PMOS ET UN COLLECTEUR PLUS FORTEMENT DOPE. CES PERFORMANCES SONT COMPAREES A CELLE DE TRANSISTORS DONT LE COLLECTEUR EST CONSTITUE D'UNE COUCHE ENTERREE ET D'UNE EPITAXIE. AINSI, NOUS MONTRONS QUE LA TECHNOLOGIE BICMOS DEVELOPPEE CORRESPOND A UN EXCELLENT COMPROMIS COUT-PERFORMANCE. ENFIN, L'INTEGRATION DU COMPOSANT DANS UN CIRCUIT UTILISABLE DANS LES TELECOMMUNICATIONS PROUVE QUE CETTE TECHNOLOGIE EST ADAPTEE AUX APPLICATIONS FONCTIONNANT JUSQU'A DES FREQUENCES DE QUELQUES GIGAHERTZ
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CE TRAVAIL S'INSCRIT DANS LE CADRE DE L'ETUDE D'UN TRANSISTOR BIPOLAIRE COMPATIBLE AVEC LA TECHNOLOGIE CMOS DU CENTRE NATIONAL D'ETUDES DES TELECOMMUNICATIONS DE MEYLAN. DANS UN PREMIER TEMPS, LA STRUCTURE DU COMPOSANT EST PRESENTEE: ELLE EST DERIVEE DE CELLE DU TRANSISTOR PMOS ET SA SPECIFICITE EST L'UTILISATION D'UN CAISSON DE PHOSPHORE IMPLANTE A HAUTE ENERGIE EN TANT QUE COLLECTEUR. NOUS DECRIVONS LES PROCEDURES ET LES OUTILS DE CARACTERISATION MIS EN JEU. APRES AVOIR EXPOSE LES EFFETS COLLECTEURS, NOUS PROCEDONS A UNE ETUDE APPROFONDIE DU COMPORTEMENT DU COLLECTEUR IMPLANTE A HAUTE ENERGIE AU MOYEN DE LA SIMULATION: LES MECANISMES PROVOQUANT LA DEGRADATION DES PERFORMANCES A FORT NIVEAU DE COURANT SONT MIS EN EVIDENCE. L'INFLUENCE DE LA SILICIURATION SUR LES CARACTERISTIQUES ELECTRIQUES DU TRANSISTOR EST ANALYSEE. A PARTIR DE MESURES STATIQUES, DYNAMIQUES ET DES RESULTATS OBTENUS SUR DES OSCILLATEURS EN ANNEAU ECL, NOUS DONNONS UNE EVALUATION DU DISPOSITIF POUR DEUX TYPES DE COLLECTEURS: UN COLLECTEUR CORRESPONDANT AU CAISSON DU PMOS ET UN COLLECTEUR PLUS FORTEMENT DOPE. CES PERFORMANCES SONT COMPAREES A CELLE DE TRANSISTORS DONT LE COLLECTEUR EST CONSTITUE D'UNE COUCHE ENTERREE ET D'UNE EPITAXIE. AINSI, NOUS MONTRONS QUE LA TECHNOLOGIE BICMOS DEVELOPPEE CORRESPOND A UN EXCELLENT COMPROMIS COUT-PERFORMANCE. ENFIN, L'INTEGRATION DU COMPOSANT DANS UN CIRCUIT UTILISABLE DANS LES TELECOMMUNICATIONS PROUVE QUE CETTE TECHNOLOGIE EST ADAPTEE AUX APPLICATIONS FONCTIONNANT JUSQU'A DES FREQUENCES DE QUELQUES GIGAHERTZ
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Les travaux présentés dans cette thèse portent sur le développement et l'optimisation de transistors bipolaires pour les futures générations de technologies BiCMOS. La technologie de référence est le BiCMOS055 présentant des fT et fMAX de respectivement 320 et 370 GHz. Dans un premier temps, il est montré que l'optimisation du profil vertical comprenant le budget thermique, le profil de la base et du collecteur notamment permet d'atteindre une fT de 400 GHz tout en restant compatible avec les transistors CMOS. Dans un second temps, le développement d'un collecteur implanté est présenté. La co-implantation du carbone avec le phosphore permet d'obtenir des substrats sans défaut, un contrôle de la diffusion précis ainsi que des performances électriques prometteuses. Une fréquence de transition fT record de 450 GHz est notamment atteinte grâce à des règles de dessins optimisées. Un module STI peu profond (SSTI) est développé afin de compenser l'augmentation de la capacité base / collecteur liée à ce type de technologie. Dans un troisième temps, l'intégration sur silicium d'une nouvelle architecture de transistor bipolaire ayant pour but de surmonter les limitations de la DPSA-SEG utilisée en BiCMOS055 est détaillée et les premiers résultats sont discutés. Cette partie démontre toutes les difficultés d'une intégration d'un transistor bipolaire de nouvelle génération dans une plateforme CMOS. La fonctionnalité de l'architecture émetteur / base est démontrée à travers des mesures dc. Pour terminer, la possibilité d'une intégration en 28 nm est évaluée à travers des travaux spécifiques, notamment au niveau des implantations à travers le SOI, et une ouverture sur les éventuelles intégrations 3D est réalisée.
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CE TRAVAIL S'INSCRIT DANS LE CADRE DE L'ETUDE D'UN COMPOSANT BIPOLAIRE COMPATIBLE AVEC LA TECHNOLOGIE CMOS DU CENTRE NATIONAL D'ETUDE DES TELECOMMUNICATIONS DE MEYLAN. APRES AVOIR RAPPELE L'INTERET DE POUVOIR MIXER DES COMPOSANTS BIPOLAIRES ET CMOS SUR UNE MEME PUCE, ET DONNE UNE VUE GENERALE DES TECHNOLOGIES BICMOS DEVELOPPEES DANS LES PRINCIPALES FONDERIES DU MONDE, NOUS DECRIVONS LA STRUCTURE DE NOTRE DISPOSITIF BIPOLAIRE AUTOALIGNE A EMETTEUR GRAVE, DERIVEE DE CELLE DU TRANSISTOR PMOS, ET SON PROCEDE DE FABRICATION. DANS UN PREMIER TEMPS, L'ETUDE PORTE SUR L'ORIGINE DU DYSFONCTIONNEMENT A FAIBLE INJECTION DES TRANSISTORS REALISES EN TECHNOLOGIE POLYSILICIUM SILICIURE TUNGSTENE. LA COMPREHENSION DES MECANISMES PHYSIQUES RESPONSABLES DES COURANTS DE FUITE DE LA JONCTION EMETTEUR-BASE CONDUIRA A L'OPTIMISATION DU PROCEDE DE FABRICATION DES TRANSISTORS EN TECHNOLOGIE POLYSILICIUM, PUIS A TERME AVEC SILICIURATION TITANE AUTOALIGNEE. LES MECANISMES PHYSIQUES CONTROLANT LES PERFORMANCES DU TRANSISTOR BIPOLAIRE AUX PETITES DIMENSIONS SONT ALORS DISCUTES: LES ROLES DE LA SURGRAVURE DE L'EMETTEUR, DE LA PHASE DE REOXYDATION DE CELUI-CI AVANT LA FORMATION DES ESPACEURS, ET LE ROLE DE L'IMPLANTATION DE BASE EXTRINSEQUE FAIBLEMENT DOPEE SONT ANALYSES DE FACON COMPLETE ET NOUS DONNONS LES CONDITIONS D'OPTIMISATION DES CARACTERISTIQUES DE FONCTIONNEMENT DU TRANSISTOR. LE ROLE DE L'INTERFACE POLYSILICIUM/SILICIUM EST EXPERIMENTALEMENT MIS EN EVIDENCE ET DECRIT THEORIQUEMENT. NOUS EN DEDUISONS LA VALEUR DE LA VITESSE DE RECOMBINAISON EFFECTIVE, RELIEE A LA NATURE PHYSIQUE DE CETTE INTERFACE
Author: Thomas Lacave Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 228
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Les transistors bipolaires à hétérojonction (TBH) Si/SiGe offerts dans les technologie BiCMOS actuellement en production atteignent des fréquences maximales d’oscillation fMAX proches de 300 GHz. Il est ainsi possible d’adresser des applications dans le domaine millimétrique jusqu’à 100 GHz, telles que les radars anticollision pour automobiles (77 GHz), les communications optiques (100 Gb/s) et sans fil haut débit (60 GHz) avec ces technologies BiCMOS. L’objectif des travaux présentés dans ce manuscrit était d’améliorer les performances en fréquences des TBH Si/SiGe, et plus particulièrement fMAX, afin de préparer la prochaine génération de technologie BiCMOS. Tout d’abord, les principes de fonctionnement du transistor bipolaire sont rappelés et l’architecture du composant étudié est présentée. Les différents paramètres définissant le profil de dopage sont étudiés et leurs influences sur les performances fréquentielles du transistor et notamment sur le compromis entre la fréquence de transition du gain en courant fT et fMAX. sont détaillées. La réduction des dimensions latérales du transistor dont le but est de diminuer les résistances et capacités parasites a fait l’objet d’une étude dont les résultats ont montré les bénéfices, mais également les limitations, quant à l’augmentation de fMAX. Ces études ont permis de démontrer la faisabilité d’intégrer un TBH de fT ~ 300 GHz et fMAX ~ 400 GHz dans un nœud CMOS 55 nm. Enfin, les différentes générations de composant mis au point pendant ces travaux, pour lesquelles des valeurs de fT entre 250 GHz et 320 GHz, et des valeurs de fMAX entre 330 GHz et 420 GHz, sont comparées entre elles ainsi qu’à la technologie BiCMOS9MW (fT = 220 GHz, fMAX = 280 GHz) actuellement en production. Cette comparaison concerne les performances en bruit et en puissance (grand signal) aux fréquences millimétriques. Les bénéfices de nos travaux ont également été démontrés à travers les résultats de circuits réalisés par des partenaires universitaires. Un de ces circuits a notamment été utilisé pour la fabrication d’un démonstrateur d’imagerie active à 160 GHz.
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UNE NOUVELLE TECHNOLOGIE DE REALISATION DU TRANSISTOR BIPOLAIRE A HETEROJONCTION GAALAS/GAAS A STRUCTURE AUTOALIGNEE A ETE ETUDIEE. L'ISOLATION DU TRANSISTOR EST REALISEE PAR UNE IMPLANTATION DE BORE ET DE PROTON DONT L'OPTIMISATION A ETE FAITE AVEC L'OBJECTIF D'ASSURER UNE STABILITE THERMIQUE A HAUTE TEMPERATURE. UNE DIFFUSION DE ZINC PERMET DE CONTACTER LA COUCHE DE BASE ET DE REALISER L'AUTOALIGNEMENT ENTRE LES CONTACTS D'EMETTEUR ET DE BASE. CES DEUX CONTACTS OHMIQUES SONT REALISES AVEC LE MEME METAL REFRACTAIRE EN TUNGSTENE. LA DIFFUSION DE ZINC FORME UNE COUCHE P#+ DANS LA ZONE EXTRINSEQUE DU TBH DONT LE DOPAGE EST ELEVE (10#2#0 CM##3), LA RESISTANCE D'ACCES A LA BASE EST AINSI TRES REDUITE. L'OPTIMISATION DE LA REALISATION DU CONTACT OHMIQUE DE BASE EN TUNGSTENE A ETE ETUDIEE SUR PLUSIEURS COUCHES DE GAAS INITIALEMENT DOPEES PAR DU ZINC (EPITAXIE MOCVD) ET DU BE (EPITAXIE MBE) AVEC DES CONCENTRATIONS VARIABLES DE 5 10#1#8 CM##3 A 5 10#1#9 CM##3. LA DIFFUSION DU ZINC DANS DES COUCHES DOPEES AVEC DU BE EST DIFFERENTE, SUIVANT QUE LA CONCENTRATION INITIALE DU DOPANT EST SUPERIEURE OU INFERIEURE A 3 10#1#9 CM##3. DANS TOUS LES CAS LA RESISTIVITE DE CONTACT EST DE L'ORDRE DE 10##6 CM#2. LA DIFFUSION DU ZINC A ETE EGALEMENT ETUDIEE SUR LE GA#1#-#XAL#XAS EN FONCTION DE LA FRACTION D'ALUMINIUM. DES RESISTIVITES DE CONTACT DE 10##6 CM#2 SONT EGALEMENT OBTENUES POUR DES FRACTIONS D'ALUMINIUM A 0,15. UN TRANSISTOR AUTO-ALIGNE, DONT LA TECHNOLOGIE DE FABRICATION AVEC CES NOUVELLES ETAPES ELEMENTAIRES EST DECRITE, A ETE REALISE. SES CARACTERISTIQUES ELECTRIQUES, STATIQUES ET DYNAMIQUES, SONT PRESENTEES. UNE FREQUENCE DE TRANSITION DE 41 GHZ ET UNE FREQUENCE MAXIMALE D'OSCILLATION DE 37 GHZ ONT ETE OBTENUES SUR UN TRANSISTOR DONT LES SURFACES DE JONCTION E-B EST DE 220 M#2 ET B-C DE 820 M#2. POUR CE TYPE DE TECHNOLOGIE AUTOALIGNEE, AVEC DES CONTACTS DE BASE ET D'EMETTEUR EN METAL REFRACTAIRE, MALGRE L'IMPORTANCE DES SURFACES DE JONCTION, NOS RESULTATS SE SITUENT AU MEILLEUR NIVEAU ET SONT COMPARABLES A CEUX OBTENUS PAR NTT (AVEC UNE SURFACE DE JONCTION B-C QUATRE FOIS PLUS PETITE). DES PERFORMANCES ENCORE PLUS ELEVEES POURRONT ETRE ATTEINTES PAR UNE REDUCTION DES SURFACES DE JONCTION DU TRANSISTOR
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SIMULATION DES PHENOMENES DE TRANSPORT. REALISATION DE TRANSISTORS BIPOLAIRES A HETEROJONCTION INGAALAS-INGAAS-INGAALAS EN TECHNOLOGIE DOUBLE MESA ET TECHNOLOGIE DIFFUSEE A PARTIR DE COUCHES OBTENUES PAR EPITAXIE PAR JETS MOLECULAIRES
Author: Nicolas Degors (Ingénieur en électronique).) Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 121
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Ce travail correspond au chaînon technologique liant le transistor bipolaire classique autoaligné à émetteur polysilicium à la génération des transistors bipolaires silicium à base fine épitaxiée, ou transistors à pseudo-hétérojonction. Utilisant les étapes de la filière CMOS avancée du CNS, les performances du bipolaire compatible CMOS (technologie BiCMOS développée dans un travail antérieur) ont été améliorées. Les effets de l'interface polysilicium-silicium et de la siliciuration autoaligné du système émetteur-base extrinsèque sur le fonctionnement du transistor ont été interprétés. A partir de ce type de composant optimisé, le développement de nouveaux dispositifs a commencé en introduisant dans un premier temps, un nouvel émetteur par la technique épitaxique, puis, dans un deuxième temps, une base fine épitaxiée, la structure N+ NP+ N obtenue correspondant au transistor à pseudo-hétérojonction. Différents problèmes entraînés par l'intégration de l'épitaxie du système émetteur-base dans un procédé VLSI ont été analysés sur lots et des solutions trouvées ouvrant ainsi la voie aux dispositifs utilisant le Band Gap Engineering.
Author: Arlette Marty
Author: Arlette Marty
Author: Arlette Marty
Author: Alexis Gauthier
Author: Gae͏̈lle Giroult-Matlakowski
Author: Thomas Lacave
Author: BAMUENI.. BIMUALA
Author: Jean-Luc Pelouard
Author: Nicolas Degors (Ingénieur en électronique).)