Etude des défauts induits lors de l'intégration des transistors bipolaires a hétérojonction Si/SiGe dans une technologie BiCMOS avancée PDF Download
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Author: Liviu-Laurentiu Militaru
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Languages : fr
Pages : 300
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Book Description
Le transistor bipolaire à hétérojonction Si/Si Ge permet d'étendre le domaine d'utilisation des technologies intégrées sur silicium vers des applications pour les télécommunications rapides. En effet, les progrès technologiques ont permis l'utilisation de l'alliage silicium-germanium (contraint sur silicium) comme base Du transistor bipolaire. L'obtention des filières technologiques stables et bien maitrisées, intégrant l'alliage silicium-germanium, est un élément majeur pour la mise en production de ce type de transistors. La possibilité de développer une filière BiCMos (association dans une même puce des transistors bipolaires et mos) intégrant les transistors bipolaires a hétérojonction Si/SiGe offre des nombreux avantages : performances dynamiques élevées, faible cout, faible consommation, haute densité d'intégration. Notre objectif a été de caractériser électriquement des transistors bipolaires a hétérojonction Si/SiGe dans le but d'identifier les effets parasites qui peuvent pénaliser les performances statiques et dynamiques de ces transistors. Cette étude comporte deux parties principales. Dans un premier temps, les caractéristiques courant-tension statiques nous ont permis d'identifier les processus physiques de conduction aux jonctions Emetteur-base et base-collecteur en fonction de la tempera ture et de la tension de polarisation. Nous avons ainsi observe que ces caractéristiques sont dégradées par la présence de centres profonds. Ensuite, par des mesures de transitoire de capacité et de bruit télégraphique, nous avons caractérisé ces défauts profonds dans le but de déterminer leur localisation spatiale et propriétés physiques (énergie d'activation, section Efficace de capture). Ces études nous ont per1v1is de mettre en évidence l'effet des défauts profonds sur les caractéristiques statiques ou sur les performances de bruit basses fréquences, ainsi que d'indiquer les étapes technologiques qui sont a leur origine.
Author: Liviu-Laurentiu Militaru
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Pages : 300
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Le transistor bipolaire à hétérojonction Si/Si Ge permet d'étendre le domaine d'utilisation des technologies intégrées sur silicium vers des applications pour les télécommunications rapides. En effet, les progrès technologiques ont permis l'utilisation de l'alliage silicium-germanium (contraint sur silicium) comme base Du transistor bipolaire. L'obtention des filières technologiques stables et bien maitrisées, intégrant l'alliage silicium-germanium, est un élément majeur pour la mise en production de ce type de transistors. La possibilité de développer une filière BiCMos (association dans une même puce des transistors bipolaires et mos) intégrant les transistors bipolaires a hétérojonction Si/SiGe offre des nombreux avantages : performances dynamiques élevées, faible cout, faible consommation, haute densité d'intégration. Notre objectif a été de caractériser électriquement des transistors bipolaires a hétérojonction Si/SiGe dans le but d'identifier les effets parasites qui peuvent pénaliser les performances statiques et dynamiques de ces transistors. Cette étude comporte deux parties principales. Dans un premier temps, les caractéristiques courant-tension statiques nous ont permis d'identifier les processus physiques de conduction aux jonctions Emetteur-base et base-collecteur en fonction de la tempera ture et de la tension de polarisation. Nous avons ainsi observe que ces caractéristiques sont dégradées par la présence de centres profonds. Ensuite, par des mesures de transitoire de capacité et de bruit télégraphique, nous avons caractérisé ces défauts profonds dans le but de déterminer leur localisation spatiale et propriétés physiques (énergie d'activation, section Efficace de capture). Ces études nous ont per1v1is de mettre en évidence l'effet des défauts profonds sur les caractéristiques statiques ou sur les performances de bruit basses fréquences, ainsi que d'indiquer les étapes technologiques qui sont a leur origine.
Author: OSCAR.. DE BARROS
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Languages : fr
Pages : 222
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LES PROGRES DES TECHNIQUES D'EPITAXIE ONT PERMIS LA FABRICATION DE COUCHES DE SIGE CONTRAINT SUR SUBSTRAT SILICIUM ET LEUR MISE EN APPLICATION DANS DES TRANSISTORS BIPOLAIRES A HETEROJONCTION, PERMETTANT A LA TECHNOLOGIE SILICIUM D'ATTEINDRE DES PERFORMANCES DYNAMIQUES INTERESSANTES POUR LES APPLICATIONS HAUTE FREQUENCE. TOUTEFOIS L'INTEGRATION DE L'ALLIAGE SIGE DANS UNE FILIERE DOIT REPONDRE AU DOUBLE IMPERATIF DE QUALITE FINALE DE L'ALLIAGE ET DE PERTURBATION MINIMUM A APPORTER A LA FILIERE TECHNOLOGIQUE. C'EST DANS CET OBJECTIF ET DANS LE CADRE DE L'INTEGRATION DU TBH SIGE DANS UNE FILIERE BICMOS DEVELOPPEE AU CNET MEYLAN QUE S'INSCRIT CE SUJET DE THESE. AU COURS DE CE TRAVAIL, NOUS AVONS ETUDIE LA QUALITE DU SYSTEME EMETTEUR-BASE DES TRANSISTORS BIPOLAIRES A HETEROJONCTION A BASE SIGE A L'AIDE DE TECHNIQUES DE CARACTERISATION ELECTRIQUE, MESURE DE COURANT STATIQUE ET SPECTROSCOPIE DE TRANSITOIRE. LES RESULTATS EXPERIMENTAUX OBTENUS SUR DES TRANSITORS SIMPLE-POLYSILICIUM AUTOALIGNES ONT MIS EN EVIDENCE LA PRESENCE DE DEFAUTS DANS LA ZONE ACTIVE DU COMPOSANT, LOCALISES A LA PERIPHERIE DE LA JONCTION EMETTEUR-BASE LE LONG DES ESPACEURS SIO#2. L'ENERGIE D'ACTIVATION APPARENTE DE CES PIEGES EST DE 0,6 EV, CE QUI EN FAIT DES CENTRES DE RECOMBINAISON TRES EFFICACES. CES DEFAUTS AYANT PU ETRE CORRELES A L'ETAPE DE GRAVURE LORS DE LA DEFINITION DU SYSTEME EMETTEUR-BASE, LA QUALITE CRISTALLINE DES COUCHES EPITAXIEES N'EST DONC PAS DEGRADEE PAR LE PROCESS POST-EPITAXIE. CE RESULTAT EST UNE CONTRIBUTION AU CHOIX D'UNE NOUVELLE ARCHITECTURE POUR LES FILIERES DEVELOPPEES PLUS RECEMMENT, DANS LAQUELLE LA ZONE ACTIVE EST ELOIGNEE DES ZONES GRAVEES. LES ETUDES INITIEES SUR LES TRANSISTORS SIMPLE-POLYSILICIUM QUASI-AUTOALIGNES DE CETTE FILIERE MONTRENT LA PRESENCE DE PLUSIEURS NIVEAUX PROFONDS DANS LA BASE DU COMPOSANT, CE QUI EST UN POINT CRITIQUE POUR LE BON FONCTIONNEMENT DE CES COMPOSANTS.
Author: Oscar de Barros
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Author: Stéphane Danaie
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Pages : 169
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Ce travail de thèse porte sur l'appariement des transistors bipolaires à hétérojonction (TBH) Si/SiGe issus de technologies BiCMOS. L'objectif de cette étude est d'identifier les mécanismes physiques qui sont à l'origine des fluctuations aléatoires des paramètres électriques. La comparaison des résultats expérimentaux obtenus sur différentes familles de TBH a permis, dans un premier temps, de dégager les propriétés typiques des fluctuations aléatoires des courants base et collecteur. Dans le régime idéal de fonctionnement, des modèles physiques basés sur les fluctuations du nombre de dopants ont été établis. Dans le régime des faibles courants, la dégradation de l'appariement du courant base a été interprétée grâce à un modèle physique, basé sur les fluctuations du nombre de défauts à la jonction émetteur/base, et consolidée par une caractérisation de l'appariement après un stress de type porteurs chauds. Enfin, à forts courants, les origines de la dégradation de l'appariement des courants base et collecteur due aux résistances d'accès ont été validées expérimentalement.
Author: Thomas Lacave
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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.
Author: Julien Duvernay
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Languages : fr
Pages : 232
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Récemment, les transistors bipolaires de type pnp sur silicium ont connu un regain d’intérêt avec le développement des technologies BiCMOS complémentaires. De plus, en utilisant un substrat SOI mince au lieu d’un substrat massif, les caractéristiques des transistors MOS et des composants passifs s’en trouvent améliorées. Le travail effectué durant cette thèse a pour objet la mise au point et l’étude de transistors bipolaires à hétérojonctions Si/SiGeC de type pnp sur SOI mince performants, en vue de leur intégration dans une technologie BiCMOS SiGe complémentaire sur SOI mince
Author: Van Tuan Vu
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Languages : fr
Pages : 0
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L'objectif principal de cette thèse est de proposer et d'évaluer une nouvelle architecture de Transistor Bipolaire à Héterojonction (TBH) Si/SiGe s'affranchissant des limitations de l'architecture conventionnelle DPSA-SEG (Double-Polysilicium Self-Aligned, Selective Epitaxial Growth) utilisée dans la technologie 55 nm Si/SiGe BiCMOS (BiCMOS055) de STMicroelectronics. Cette nouvelle architecture est conçue pour être compatible avec la technologie 28-nm FD-SOI (Fully Depleted Si-licon On Insulator), avec pour objectif d'atteindre la performance de 400 GHz de fT et 600 GHz de fMAX dans ce noeud. Pour atteindre cet objectif ambitieux, plusieurs études complémentaires ont été menées: 1/ l'exploration et la comparaison de différentes architectures de TBH SiGe, 2/ l'étalonnage TCAD en BiCMOS055, 3/ l'étude du budget thermique induit par la fabrication des technologies BiCMOS, et finalement 4/ l'étude d'une architecture innovante et son optimisation. Les procédés de fabrication ainsi que les modèles physiques (comprenant le rétrécissement de la bande interdite, la vitesse de saturation, la mobilité à fort champ, la recombinaison SRH, l'ionisation par impact, la résistance distribuée de l'émetteur, l'auto-échauffement ainsi que l'effet tunnel induit par piégeage des électrons), ont été étalonnés dans la technologie BiCMOS055. L'étude de l'impact du budget thermique sur les performances des TBH SiGe dans des noeuds CMOS avancés (jusqu'au 14 nm) montre que le fT maximum peut atteindre 370 GHz dans une prochaine génération où les profils verticaux du BiCMOS055 seraient 'simplement' adaptés à l'optimisation du budget thermique total. Enfin, l'architecture TBH SiGe EXBIC, prenant son nom d'une base extrinsèque épitaxiale isolée du collecteur, est choisie comme la candidate la plus prometteuse pour la prochaine génération de TBH dans une technologie BiCMOS FD-SOI dans un noeud 28 nm. L'optimisation en TCAD de cette architecture résulte en des performances électriques remarquables telles que 470 GHz fT et 870 GHz fMAX dans ce noeud technologique.
Author: Ali Alaeddine
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Languages : fr
Pages : 213
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Book Description
Cette thèse propose une nouvelle méthodologie pour l‟étude de la fiabilité des Transistors Bipolaires à Hétérojonctions (TBHs) en technologie SiGe. L‟originalité de cette étude vient de l‟utilisation d‟une contrainte électromagnétique efficace et ciblée à l‟aide du banc champ proche. Ce type de contrainte a permis de dégrader les performances de ce composant en mettant en évidence certains mécanismes de défaillance. Les caractérisations statiques ont montré la présence des courants de fuite à l‟interface Si/SiO2, non seulement entre la base et l‟émetteur, mais aussi entre la base et le collecteur. Ceci est attribué à un phénomène de piégeage induit par des porteurs chauds qui ont été engendrés pendant la durée du vieillissement. Ce phénomène a été abordé par la modélisation physique en étudiant l‟influence des pièges d‟interfaces sur la dérive des performances électriques du TBH. Afin de visualiser les défaillances qui peuvent être détectées par microscopie, des observations en haute résolution MET (Microscope Electronique à Transmission) et des analyses EDS (Energy Dispersive Spectroscopy) ont été présentées. Ces analyses microscopiques ont mis en évidence les dégradations des couches de titane autour de l‟émetteur, de la base et du collecteur. Ces dégradations sont attribuées à un phénomène de migration de l‟or (Au) vers le titane (Ti) due à la forte densité de courant induite par vieillissement. Ces réactions Au-Ti provoquent une augmentation de la résistivité des couches conductrices et expliquent une partie de la dégradation significative des performances dynamiques du TBH.
Author: Julien Bouvier (Auteur d'une thèse en Physique des matériaux).)
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Languages : fr
Pages : 165
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Book Description
Depuis quelques années, l’intérêt pour les technologies BiCMOS comportant des transistors bipolaires à très hautes performances statiques et dynamiques va grandissant. La réalisation de tels dispositifs nécessite une architecture totalement auto-alignée pour le transistor bipolaire, rendu possible par une épitaxie sélective de l’électrode de base. L’objectif de cette thèse est de remédier aux principales difficultés introduites par l’utilisation d’un procédé de dépôt sélectif Si/SiGeC pour l’élaboration de l’électrode de base des Transistors Bipolaires à Hétérojonction (TBH) des technologies BiCMOS avancées. Nous traitons tout d’abord d’un aspect essentiel de l’épitaxie sélective de base des TBH : la sélectivité du dépôt silicium, ou en d’autres termes, la nucléation du silicium sur le diélectrique. Nous montrons que, dans le cas des dépôts silicium sélectif, la baisse de la température de croissance, rendue facilement possible par l’utilisation du silane comme précurseur, n’est pas favorable à la sélectivité du dépôt. Nous évaluons également un moyen de diagnostic in-situ de la sélectivité du dépôt via un pyromètre présent initialement dans le réacteur RT-CVD utilisé dans notre étude. Cet outil permet, d’une part des développements de procédé plus rapide mais constitue également un bon moyen de contrôle en ligne du procédé de dépôt sélectif. Nous abordons ensuite le thème de la croissance sélective des couches Si, SiGe et SiGeC à l’aide du précurseur silane. Nous montrons que l’utilisation de ce précurseur autorise une diminution de la température de croissance pour les films Si et SiGe, permettant notamment un meilleur contrôle en épaisseur des films SiGe riches en germanium (>25%) ainsi qu’une diminution des effets de charges locaux. En revanche, cette diminution de la température de dépôt ne semble pas avoir d’impact sur la quantité de carbone incorporable de manière totalement substitutionnelle dans les couches SiGeC sélectives. Nos analyses par photoluminescence des films SiGeC permettent de mettre en évidence le fort impact des atomes de carbone sur le désordre cristallin et les mécanismes de recombinaison des porteurs dans le SiGeC, comparé à celui des atomes de germanium. L’utilisation de ces techniques de photoluminescence permet la caractérisation rapide de la structure électronique des films SiGeC et accélère ainsi le développement du procédé de croissance sélective des couches SiGeC. Enfin, des problématiques à caractère plus industrielles sont traitées. Nous présentons les solutions apportées en termes d’uniformité en épaisseur des dépôts, ou bien concernant la qualité du lien unissant les parties intrinsèques et extrinsèques de l’électrode de base des TBH.
Author: Myriam Assous
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Languages : fr
Pages : 210
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Book Description
Ce travail de thèse concerne la caractérisation de transistors 1 bipolaires à hétérojonctions Si/SiGe (TBH SiGe). Mon rôle a été d'étudier certaines spécificités du comportement électrique du TBH SiGe liées à la présence d'une base épitaxiée, et de mettre ainsi en évidence ce qui apparaissait comme atypique dans le fonctionnement de ce dispositif par rapport au transistor bipolaire silicium actuel. Dans ce contexte, nous avons porté une attention particulière à l'étude du courant de fuite de la jonction base-collecteur et à l'étude de la recombinaison en base neutre. Nous nous sommes attachés à corréler nos mesures électriques à la technologie. Nous avons ainsi contribué a l'amélioration du nettoyage avant l'épitaxie et de la qualité cristalline du matériau SiGe. Nos analyses électriques de la recombinaison en base neutre nous : ont permis de mettre au point une méthode d'extraction de la durée de vie apparente des électrons dans la base neutre. Cette méthode apporte les 1 éléments de base pour formuler une modélisation du courant de recombinaison en base neutre qui peut être intégrée dans un modèle compact de TBH (utilisable pour la simulation de circuits). Enfin, nous avons fourni les grandeurs électriques de TBH SiGe pour évaluer par la simulation de circuits le gain en performances apporté par ce dispositif pour des applications radiofréquences.
