Etude des défauts induits lors de l'intégration des transistors bipolaires a hétérojonction Si/SiGe dans une technologie BiCMOS avancée

= Study of defects introduced by the integration of Si /SiGe heterojunction bipolar transistors in an advanced BiCMos technology

• Auteur / Autrice : Liviu Militaru
• Direction : Georges Brémond, Abdelkader Souifi
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Dispositifs de l’électronique intégrée
• Date : Soutenance en 2000
• Etablissement(s) : Lyon, INSA
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Électronique, électrotechnique, automatique (Lyon)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LPM - Laboratoire de Physique de la Matière (1961-2007)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Bruit électromagnétique

MOS (électronique)

Technologie silicium sur isolant

Résumé

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 permis 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.

Progress in growth techniques for the deposition of pseudomorphic SiGe epitaxial layers has allowed the incorporation of these thin films into silicon technology. Using a strained SiGe layer as the base of bipolar transistors strongly improves device performance and allows the development of high frequency circuits for telecommunications. The development of SiGe epitaxial base transistors has now reached a point where attention must be paid to any source of defects which could alter process quality and thus transistor performance. It is therefore important to evaluate the influence of process steps (such as etching, annealing or implantation) on device performance and point out which ones are liable to degrade transistor performance. Our purpose has been to electrically characterize Si/SiGe heterojunction bipolar transistors in order to identify parasitic effects that can influence the static and dynamic transistors' performances. Our study includes two major parts. Current-voltage static characteristics allow us to identify the conductions mechanisms at the emitter-base end base-collector junctions. We have observed a degradation of these characteristics at low temperature induced by the deep levels within the bandgap. Afterwards, we have done capacitance transient spectroscopy and random telegraph signal measurements to characterize these deep levels in order to localize them and to determine their physical properties (such as activation energy, effective caption section). This study allows us to analyze the effect of deep levels on the static characteristics or on the low frequency noise properties of SI/SIGE HBTS. We have also indicated the technological steps, which introduce these defects.