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用于MMIC硅基双极型高频微波晶体管结构、性能研究及工艺开发

作　者: 苏董杰
导　师: 胡辉勇
学　校: 西安电子科技大学
专　业: 微电子学与固体电子学
关键词: 微波晶体管双多晶发射极超浅发射结深槽隔离
分类号: TN322.8
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

在超高速集成电路领域中硅双极技术占有重要的地位,这是因为双极器件比MOS器件具有更强的驱动能力,更大的跨导和更快的速度。近年来一系列新的双极型器件结构,工艺技术的开发成功,使硅双极电路速度发展令人瞩目。本文阐述了在传统晶体管结构和单层多晶硅发射极结构基础上设计了双极型双层多晶硅发射极器件结构,并针对该结构开发了相应的双多晶工艺。该双层多晶硅发射极结构的主要特点是发射结硅表面上的多晶硅与作为外基区引线的多晶硅在纵向上形成交叠,使外基区建立在厚氧化层上,不仅缩小了晶体管横向上的尺寸,还大幅度减少了寄生电容。与传统的双极型工艺相比,该工艺关键优势在于基于标准CMOS工艺平台制造,超细微线条,采用超浅发射结注入、深槽隔离以及二次浓硼注入工艺等先进技术,制造出具有更高频率,更大功率增益,较低噪声系数,易于电路匹配以及更高集成性的单片式分立器件。流片结果显示,采用本文描述的工艺方法制造出的高频微波晶体管其增益带宽乘积fT在IC=25mA,VCE=2V,f=2GHz条件约为21GHz。在IC=2mA,VCE=2V,f=2GHz条件下,NF≤1.2dB优于国外同类产品水平。在IC=25mA,VCE=2V,f=2GHz条件下,|S21|2≥15dB达到国内外同类产品水平。由于能力与时间的限制,加之制造工艺技术难度较大,所以采用本文工艺制造出的高频微波晶体管增益带宽乘积fT与理论值还有一定的差距,电流功率容量还有所欠缺,希望在以后的工艺优化及流片中得到改善。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-7
第一章绪论  7-15
  1.1 硅基双极型高频微波晶体管研究意义  8-9
  1.2 课题研究背景  9-14
    1.2.1 高频微波晶体管历史进程及分类  9-12
    1.2.2 国内外现状、水平及发展趋势  12-14
  1.3 论文的组织安排  14-15
第二章硅外延双极型高频微波晶体管物理电学特性  15-29
  2.1 硅外延双极高频微波晶体管结构  16-20
    2.1.1 常规双极高频微波晶体管结构  16-17
    2.1.2 单层多晶硅发射极双极型晶体管结构  17-18
    2.1.3 双层多晶硅发射极双极型晶体管结构  18-20
  2.2 物理电学特性  20-29
    2.2.1 特征频率  20-22
    2.2.2 高频优值  22-25
    2.2.3 噪声系数  25-27
    2.2.4 输出功率  27-29
第三章用于MMIC 的硅基双极型高频微波晶体管设计  29-41
  3.1 器件结构设计  30-35
    3.1.1 纵向结构参数  30-32
    3.1.2 横向结构参数  32-34
    3.1.3 单元结构  34-35
  3.2 器件参数模拟  35-41
    3.3.1 插入功率增益  36-37
    3.3.2 噪声系数  37
    3.3.3 S 参量  37-41
第四章工艺研究及开发  41-53
  4.1 薄基区、多晶硅发射区和浅结工艺  41-44
    4.1.1 基区的形成  41-42
    4.1.2 多晶硅发射极的形成及控制  42-44
  4.2 硅深槽隔离技术  44
  4.3 双层多晶硅发射极结构关键工艺  44-47
    4.3.1 第一层多晶硅的刻蚀  45-46
    4.3.2 L 型侧墙的形成  46-47
  4.4 工艺优化及影响  47-50
    4.4.1 内基区工艺条件对双极晶体管性能的影响  47
    4.4.2 退火条件对双极晶体管性能的影响  47-48
    4.4.3 镇流电阻对二次击穿效应的影响  48-50
  4.5 主要工艺流程  50-53
第五章流片与测试  53-57
第六章结论  57-58
致谢  58-59
参考文献  59-62
附录  62-65

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