Développement et évaluation d’une nouvelle architecture de transistor bipolaire à hétérojonction Si/SiGe pour technologie BiCMOS 55nm haute-performance et faible-coût

Development and evaluation of a new heterojunction bipolar transistor architecture for high-performance and low-cost 55 nm BiCMOS technology

• Auteur / Autrice : Edoardo Brezza
• Direction : Christophe Gaquière
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Electronique, microélectronique, nanoélectronique et micro-ondes
• Date : Soutenance le 16/12/2022
• Etablissement(s) : Université de Lille (2022-....)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de l’ingénierie et des systèmes (Lille ; 2021-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut d'Electronique, de Microélectronique et de Nanotechnologie
• Jury : Président / Présidente : Florence Podevin
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Thomas Zimmer, Virginie Nodjiadjim, Pascal Chevalier, Alexis Gauthier, Nicolas Defrance
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Dimitri Lederer, Fabien Pascal

Mots clés

Mots clés contrôlés

Épitaxie

Micro-ondes

BiCMOS

Transistors bipolaires à hétérojonctions

Mots clés libres

Base extrinsèque épitaxiale isolée du collecteur (EXBIC)

Heterojunction Bipolar Transistor (HBT)

Microelectronics

BiCMOS

Résumé

Le développement de la technologie BiCMOS055X de STMicroelectronics, une technologie BiCMOS basé sur un noeud CMOS 55 nm compatible avec une ligne de production 300 mm, requiert le développement d'une nouvelle architecture de Transistor Bipolaire à Hétérojonction (TBH). L'architecture Epitaxial eXtrinsic Base Isolated from the Collector (EXBIC) a été choisie en visant des valeurs de fT = 400 GHz et fMAX = 500 GHz avec une tension de claquage émetteur-collecteur BVCEo >= 1.35 V pour cette technologie.Après la réalisation d'un premier dispositif fonctionnel, un plan d'amélioration est défini. Les différents aspects de la fabrication sont considérés afin de réduire la complexité du dispositif et améliorer sa robustesse. La performance électrique est améliorée à chaque introduction d'une nouvelle modification. Des nouvelles intégrations de collecteur et base extrinsèque sont proposées, ainsi définissant une nouvelle version de TBH EXBIC.Sur l'architecture EXBIC améliorée, un procédé d'optimisation a été mené afin de régler les paramètres de chaque partie du composant. Les études ciblent l'amélioration des profils de dopage et la réduction des résistances parasites.Les valeurs de fT = 380 GHz et fMAX 390 GHz avec BVCEo = 1.4 V atteintes sur le meilleur dispositif produit sont encore insuffisantes pour les exigences de la technologie BiCMOS055X. Des études futures sont définies afin de pouvoir atteindre et dépasser les performances souhaitées.

The development of STMicroelectronics' BiCMOS055X technology, a next-generation BiCMOS technology based on a 55 nm CMOS node compatible with a 300 mm production line, requires the development of a new Heterojunction Bipolar Transistor (HBT) architecture. The Epitaxial eXtrinsic Base Isolated from the Collector (EXBIC) architecture has been chosen, aiming values of fT = 400 GHz and fMAX = 500 GHz with an emitter-collector breakdown voltage BVCEo >= 1.35 V for this technology.After the realization of a first functioning device, a path for improvement is defined. Fabrication aspects are investigated, reducing device complexity and improving robustness. Electrical performance is steadily improved with the introduction of each new feature. New collector and extrinsic base integrations are proposed, defining an improved version of the EXBIC HBT architecture.On the improved EXBIC architecture, an optimization process has been carried out by tuning the parameters of each device component. Studies target improved doping profiles and parasitic resistances reduction.Best performances of fT = 380 GHz and fMAX = 390 GHz with BVCEo = 1.4 V could however not reach the values aimed for BiCMOS055X. Future studies are defined for reaching and trespassing targeted performance.