Développement de technologies de fabrication de transistors bipolaires en VLSI PDF Download
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Author: Nicolas Degors (Ingénieur en électronique).) Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 121
Book Description
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: Nicolas Degors (Ingénieur en électronique).) Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 121
Book Description
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: Boris Geynet Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 242
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Les transistors bipolaires à hétérojonctions (TBH) Si/SiGe:C disponibles aujourd'hui dans les technologies BiCMOS atteignent des fréquences de coupure fT et fmax supérieures à 200GHz. Cela leur permet d'adresser des applications dans le domaine millimétrique jusqu'à 100GHz telles que les radars anticollision pour l'automobile et les communications optiques et sans fil à haut débit. Cette thèse a pour objet le développement et l'étude de TBH Si/SiGe:C pour les technologies BiCMOS millimétriques. Après un rappel des principes de fonctionnement du transistor bipolaire, nous montrons les méthodes de fabrication, caractérisation et modélisation des dispositifs de dernière génération. Les architectures choisies et les performances obtenues par les principaux acteurs du marché sont détaillées. Nous présentons ensuite des études menées pour le développement de la technologie BiCMOS9MW de STMicroelectronics. Une version faible-coût du TBH rapide ainsi qu'un dispositif haute-tension compatible avec la technologie sont présentés et les résultats à l'état de l'art obtenus sur les deux architectures sont montrés. Nous étudions également l'impact des variations des paramètres technologiques et de la géométrie des dispositifs sur les principales caractéristiques de ces composants. La dernière partie de ce travail de thèse est consacrée au développement de nouvelles solutions technologiques afin d'améliorer encore la fréquence de transition des TBH Si/SiGe:C. Un optimisation du profil vertical du TBH a pu être réalisée grâce au développement d'un nouveau module de collecteur utilisant une épitaxie sélective et la réduction du budget thermique vu par les dispositifs durant leur fabrication. Cette dernière étude a permis d'atteindre une fréquence de transition fT· supérieure à 400GHz à température ambiante, ce qui représente la meilleure performance obtenue à ce jour pour un transistor en technologie silicium.
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LA FINALITE DE CETTE THESE EST D'OPTIMISER ET DE COMPARER DES TECHNOLOGIES AUTOALIGNEES POUR LA FABRICATION DE TRANSISTORS BIPOLAIRES A HETEROJONCTION (TBH) GAALAS/GAAS EN TECHNOLOGIE AUTOALIGNEE. NOUS AVONS CENTRE NOTRE ETUDE SUR 2 TECHNOLOGIES : UNE TECHNOLOGIE AUTOALIGNEE IMPLANTEE ET UNE TECHNOLOGIE AUTOALIGNEE DOUBLE MESA (PHBT). DANS LE CADRE DU DEVELOPPEMENT DE LA TECHNOLOGIE AUTOALIGNEE IMPLANTEE, NOUS AVONS OPTIMISE LE CONTACT D'EMETTERU EN GEMOW, QUI PERMET DE REALISER L'AUTOALIGNEMENT EN JOUANT LE ROLE DE MASQUE PENDANT L'IMPLANTATION DE TYPE P. NOUS AVONS OPTIMISE LES CONDITIONS DE DEPOT DES FILMS DE W ET DE MO POUR REDUIRE LA CONTRAINTE, LA RESISTIVITE ET LA CONTAMINATION OXYGENE. AU COURS DE CETTE ETUDE, NOUS AVONS MONTRE L'IMPORTANCE DU CONTROLE DE LA TEMPERATURE DU PORTE-SUBSTRAT. D'AUTRE PART, NOUS AVONS OPTIMISE LES PARAMETRES DE L'IMPLANTATION MG, PERMETTANT DE CONTACTER LA BASE DEPUIS LE HAUT DE LA STRUCTURE, AINSI QUE LE RECUIT D'ACTIVATION ASSOCIE. PARALLELEMENT, NOUS AVONS OPTIMISE LES ETAPES ELEMENTAIRES PERMETTANT DE REALISER DES TBH EN TECHNOLOGIE AUTOALIGNEE DOUBLE MESA, A PARTIR D'UNE NOUVELLE STRUCTURE EPITAXIALE ELABOREE AU CNET. NOUS AVONS ETUDIE LE CONTACT D'EMETTEUR QUI SERT DE MASQUE POUR L'AUTOALIGNEMENT ; CE CONTACT EN W EST DEPOSE SUR UNE COUCHE EN GAINAS N+. LA GRAVURE DU MESA D'EMETTEUR A ETE OPTIMISEE POUR OBTENIR DES FLANCS RENTRANTS, CE QUI PERMET DE REALISER L'AUTOALIGNEMENT DE LA METALLISATION DE BASE PAR RAPPORT A LA METALLISATION D'EMETTEUR. DES DISPOSITIFS TBH ONT ETE REALISES : LA TECHNOLOGIE AUTOALIGNEE IMPLANTEE RESTE DIFFICILE A MAITRISER ; TANDIS QUE LA NOUVELLE TECHNOLOGIE DOUBLE MESA (PHBT) EST SIMPLE ET PERMET DE REALISER DES COMPOSANTS A HAUTES PERFORMANCES FREQUENTIELLES.
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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
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L'OBJET DE CETTE THESE EST DE DEVELOPPER UN SYSTEME EXPERT QUI INTERPRETE LES RESULTATS DU TEST PARAMETRIQUE SUR PLAQUETTE, EN FIN DE FABRICATION DE CIRCUITS INTEGRES SILICIUM. CETTE NOUVELLE APPROCHE DOIT PERMETTRE, SUR LE SITE DE RENNES DE SGS-THOMSON MICROELECTRONICS, D'AVOIR UN RETOUR D'INFORMATION PLUS RAPIDE SUR LA LIGNE DE PRODUCTION AFIN D'AUGMENTER LA MAITRISE DU PROCEDE DE FABRICATION. APRES UNE DESCRIPTION DE LA FILIERE TECHNOLOGIQUE BIPOLAIRE HAUTE TENSION ETUDIEE, ET DU TRANSISTOR BIPOLAIRE NPN SUR LEQUEL EST BASE LE DEVELOPPEMENT DU SYSTEME EXPERT, LES PROPRIETES DES COUCHES ELECTRIQUES ET LES MODELES DES PARAMETRES DE CE TRANSISTOR SONT PRESENTES. CECI PERMET DE RELIER LES GRANDEURS ELECTRIQUES AUX GRANDEURS PHYSIQUES DUES A LA TECHNOLOGIE DE FABRICATION. LA METHODOLOGIE DE TEST EMPLOYEE POUR EXTRAIRE CES PARAMETRES ELECTRIQUES DU TRANSISTOR BIPOLAIRE ET L'ANALYSE STATISTIQUE DES RESULTATS PERMETTENT DE DEGAGER LES CORRELATIONS LIANT LES PARAMETRES ENTRE EUX. CES CORRELATIONS SONT CONFRONTEES AUX MODELES THEORIQUES POUR CONFIRMER L'INTERET DES MODELES CHOISIS ET PERMETTRE DE DEGAGER LES INFLUENCES DES PARAMETRES TECHNOLOGIQUES PREDOMINANTS. LA SUITE EST CONSACREE A LA STRUCTURE ET AU MODE DE FONCTIONNEMENT DU SYSTEME EXPERT QUE NOUS AVONS DEVELOPPE. L'ECRITURE DES REGLES DE CONNAISSANCE ETANT LA PARTIE VITALE DU SYSTEME, LA DERNIERE PARTIE TRAITE LES DIFFERENTES METHODOLOGIES DE CONSTRUCTION DE CES REGLES: ANALYSE DES CORRELATIONS, DES MODES DE DEFAILLANCE EN FABRICATION, DES PERTURBATIONS VOLONTAIRES DU PROCEDE DE FABRICATION ET DU TEST D'UN TRANSISTOR PNP LATERAL. CETTE ETUDE A PERMIS DE DEMONTRER QUE LA METHODE DE TRAITEMENT ENVISAGEE EST BIEN ADAPTEE A UN USAGE EN PRODUCTION. DE PLUS, ELLE PERMET DE CONSERVER LA CONNAISSANCE ET ELLE PEUT S'ETENDRE FACILEMENT A D'AUTRES TECHNOLOGIES DE FABRICATION
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CE TRAVAIL S'INSCRIT DANS LE CADRE DE L'ETUDE DE TRANSISTORS BIPOLAIRES A BASES EPITAXIEES FORTEMENT DOPEES REALISES DANS LA TECHNOLOGIE BICMOS DU CENTRE NATIONAL D'ETUDES DES TELECOMMUNICATIONS DE MEYLAN. GRACE AU FORT DOPAGE DE LA BASE, LE FONCTIONNEMENT DE CES TRANSISTORS SE RAPPROCHE DE CELUI DES TRANSISTORS BIPOLAIRES A HETEROJONCTIONS ; POUR CETTE RAISON ON LES NOMME TRANSISTORS BIPOLAIRES A PSEUDO HETEROJONCTION. APRES AVOIR PRESENTE LA NOUVELLE STRUCTURE EMETTEUR-BASE ET LA TECHNOLOGIE DE FABRICATION BICMOS, NOUS DECRIVONS LES TECHNIQUES ET LES OUTILS DE CARACTERISATION MIS EN JEU. DANS UN PREMIER TEMPS, L'ETUDE PORTE SUR LA DEFINITION DES CONDITIONS D'EPITAXIE ET LES REGLAGES TECHNOLOGIQUES NECESSAIRES POUR INTEGRER LE TRANSISTOR BIPOLAIRE A PSEUDO-HETEROJONCTION DANS LE PROCEDE DE FABRICATION BICMOS. L'ETUDE EFFECTUEE SUR L'ORIGINE DU DYSFONCTIONNEMENT A FAIBLE INJECTION DES TRANSISTORS REALISES ET LA COMPREHENSION DES MECANISMES PHYSIQUES RESPONSABLES DES COURANTS DE FUITE DE LA JONCTION EMETTEUR-BASE DES TRANSISTORS MURES ET NON MURES ONT PERMIS DE CERNER LES PROBLEMES POSES PAR L'INTEGRATION PUIS D'APPORTER DES SOLUTIONS POUR L'OPTIMISATION DES CARACTERISTIQUES DE FONCTIONNEMENT DU TRANSISTOR. L'ETUDE DU FONCTIONNEMENT DU DISPOSITIF A PORTE SUR LES PROPRIETES PHYSIQUES DE LA BASE ET EN PARTICULIER LE RETRECISSEMENT DE LA BANDE INTERDITE SOUS L'EFFET DES FORTS DOPAGES. NOUS AVONS DEVELOPPE UNE METHODE ORIGINALE D'EXTRACTION DE CE RETRECISSEMENT BASEE SUR L'EVOLUTION DU COURANT COLLECTEUR EN FONCTION DE LA TEMPERATURE. A PARTIR DE CETTE METHODE, NOUS AVONS MIS EN EVIDENCE QUE LES TRANSISTORS FABRIQUES FONCTIONNENT EFFECTIVEMENT SUR LE PRINCIPE DES DISPOSITIFS A HETEROJONCTION. CETTE ETUDE A PERMIS UNE DESCRIPTION PRECISE DU COMPORTEMENT ELECTRIQUE DU TRANSISTOR A TOUTE TEMPERATURE
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Cette thèse a pour objet l'étude et la réalisation en milieu industriel de transistors bipolaires à hétérojonction Si/SiGeC à très hautes performances pour les applications de télécommunications et de détection radar. Le premier chapitre rappelle la théorie de fonctionnement du transistor bipolaire, aussi bien en régime statique qu'en régime dynamique. Nous présentons ensuite un historique des technologies de fabrication des TBH SiGe, en expliquant les choix pris en faveur d'un auto-alignement complet et d'une épitaxie sélective de la base. Les performances obtenues dans cette étude sont comparées à l'état de l'art. Le chapitre III a pour objet l'optimisation classique du transistor bipolaire, et nous démontrons comment, par différentes optimisations du profil vertical et de l'extension latérale du composant nous avons pu augmenter les performances de 200GHz jusqu'à 300GHz. Le chapitre IV traite de l'optimisation de la tenue en tension par des procédés technologiques en rupture avec l'optimisation standard du transistor. Des améliorations significatives de la tenue en tension ont pu être démontrées, ce qui permet d'obtenir des produits fTxBVceo à l'état de l'art. Le dernier chapitre étudie le comportement du TBH en fonction de la température : Nous décrivons tout d'abord l'auto-échauffement du transistor, et son impact sur les performances dynamiques, nous terminons par l'étude du transistor bipolaire aux températures cryogéniques. Les performances étant fortement améliorées à basse température, nous en tirons de l'extraction des différents retards du composant des perspectives d'amélioration des temps de transit, pour atteindre des performances ultimes.
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Les semiconducteurs III-V antimoniés suscitent un intérêt grandissant pour les applications électroniques rapides et faible consommation. Ces matériaux de paramètre de maille supérieur à 6,1 Â se caractérisent par des mobilités élevées et offrent une souplesse inégalée pour l’ingénierie des bandes. En particulier, le composé ternaire GaInSb se pose comme un candidat de choix pour la base des transistors bipolaires à hétérojonction du fait de sa haute mobilité de trous. L’objectif de cette thèse est d’évaluer la faisabilité et les potentialités d’une nouvelle filière de TBH à base d’antimoine en s’appuyant sur des hétérostructures originales AlIn(As)Sb/GaInSb. La réalisation de composants dans ce système moins bien connu que les systèmes plus classiques InP/InGaAs ou InP/GaAsSb a nécessité le développement de briques technologiques propres. L’étude de solutions de gravure pour la réalisation des mesa a notamment été entreprise et a permis d’identifier de nouvelles solutions chimiques adaptées à la gravure sélective de ces matériaux. Une attention particulière a également été portée sur la minimisation des résistivités spécifiques de contact qui a permis de dégager les paramètres critiques à l’obtention de contacts ohmiques de bonne qualité sur les couches en GaInSb de types n et p. La technologie développée a rendu possible la fabrication de dispositifs présentant des fréquences de coupure fT de 52 GHz et fMAX de 48 GHz. La caractérisation électrique précise tant en régime statique que dynamique des composants fabriqués ainsi que l’extraction du modèle petit signal nous ont permis de déterminer les principales limitations de ces dispositifs.
Author: Joseph Mba Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 219
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L'objectif est de mettre en place une technologie TBH InP avec des transistors ayant des fréquences de coupure supérieures à 80 GHz. Ces transistors permettront de fabriquer des circuits de communication optique fonctionnant à 40 Gbit/s. L'obtention de ces hautes performances passe par la définition d'une structure de couches adéquate, par une technologie de fabrication adaptée, par une analyse des phénomènes de transport et par des mesures hyperfréquences adaptées. A la lumière de l'analyse des phénomènes de transport et de la modélisation, nous avons proposé des évolutions de la structure permettant d'obtenir simultanément: des fréquences de coupure élevées, une faible consommation, une tension de claquage élevée (B V CE) et de faibles courants de fuite. Un point essentiel abordé dans cette partie est 1' apport d'une base à composition graduelle permettant de minimiser le temps de transit à travers la base et de trouver un meilleur compromis entre un gain élevé et une faible résistance de base. Une optimisation de la technologie de fabrication du TBH a été mise en place, de manière à réduire sensiblement (60%) les parasites, dans le cadre des règles de dessin imposées par l'outil technologique disponible au laboratoire. Cette optimisation concerne principalement la réduction de la surface base-collecteur, dont dépend directement la capacité base-collecteur, la fréquence de transition et surtout la fréquence maximale d'oscillation. Cette technologie associée à la structure de couches évoluée a conduit à la réalisation de transistors ayant les performances suivantes : Ft = 105 GHz, Fmax = 70 GHz, β = 48, BVCE > à 7,5 V. Ces transistors ont conduit à la réalisation de circuits fonctionnant à 44 Gbit/s pour le multiplexeur 2:1, 40 Gbit/s pour le démultiplexeur 2: l, 25 Gbit/s pour le driver et plus de 25 Gbit/s pour une bascule D. L'ensemble de ces circuits permet de valider les approches utilisées au cours de ce travail.
Author: Nicolas Degors (Ingénieur en électronique).)
Author: Nicolas Degors (Ingénieur en électronique).)
Author: Boris Geynet
Author: VERONIQUE.. AMARGER
Author: Alexis Gauthier
Author: Gae͏̈lle Giroult-Matlakowski
Author: LOIC.. ROLLAND
Author: HATEM.. BOUSSETTA
Author: Benoît Barbalat
Author: Estelle Mairiaux
Author: Joseph Mba