Analyse des TBH présentant de bonnes caractéristiques dc

La première satisfaction majeure a concerné la mesure de composants fonctionnels présentant des performances dc satisfaisantes pour un premier lot électrique sur lequel des tests paramétriques ont dans un premier temps été réalisés. La Figure 162 représente les courants de base et collecteur pour trois polarisations différentes de la jonction entre la base et l’émetteur. Premièrement, il apparaît que le comportement des architectures DPSA-SEG et EXBIC utilisées respectivement en B55 et B55X présentent un comportement assez similaire à basse (VBE = 0,5 V) et moyenne injection (VBE = 0,7 V). Le courant collecteur présente une valeur

relativement basse à faible injection, et indique par conséquent que la base n’est pas percée. Si la structure EXBIC semble générer plus de courant pour ces conditions de polarisation, la variation de ce dernier semble être identique entre 0,5 V et 0,7 V. Le gain à moyenne injection est de 2120 pour le B55X et de 2360 pour le B55. Au niveau des facteurs d’idéalité du transistor, l’EXBIC présente des valeurs de 1,05 et 1,1 respectivement pour le courant de base et collecteur, validant le bon fonctionnement des composants (à comparer avec des valeurs de 1,04 et 1,02 pour la DPSA-SEG utilisée en B55).

A forte injection, la différence est plus notable. Si les courants augmentent de manière exponentielle en B55, ils sont bien plus saturés en B55X. Au moment de réaliser ce lot, une coupe TEM réalisée après réalisation du TBH avait permis de se rendre compte que le Si-CAP de la base était beaucoup trop fin. Ainsi, dans le but d’éviter tout perçage de cette dernière, le

budget thermique avait été largement diminué. De ce fait, l’activation des dopants étant beaucoup moins bonne, les résistances séries ont eu un impact important sur les courants à forte injection. De plus, et comme indiqué par la suite, la présence d’un oxyde à l’interface entre la base et l’émetteur est également responsable de ces importantes résistances série. Pour les lots suivants, l’épaisseur du Si-CAP a été augmentée et permettra d’appliquer un budget thermique standard.

Figure 162 Comparaison entre le B55 et le B55X des courants de base et collecteur d’un TBH d’aire 0,2 × 5,56 µm² présentant de bonnes performances dc en fonction de la polarisation de la jonction entre l’émetteur et la base

Des mesures manuelles ont été réalisées afin d’avoir une meilleure estimation du comportement électrique de ces transistors présentant a priori un fonctionnement sain. On remarque sur la Figure 163 que le composant est quelque peu percé à faible injection avec un courant collecteur élevé. Le courant de base présente à très faible injection un comportement typique d’un courant tunnel bande à bande au niveau de la jonction entre l’émetteur et la base. Non idéal, ce dernier est notamment lié à une résistance différentielle négative. Néanmoins, la présence de cet effet valide la construction du lien de la base extrinsèque, partie novatrice de cette architecture.

Figure 163 Courbes de Gummel d’un TBH d’aire 0,2 × 5,56 µm² présentant de bonnes performances dc en fonction de la polarisation de la jonction entre l’émetteur et la base

Au niveau des tensions de claquage des jonctions, il apparaît clairement d’après les valeurs présentées dans le Tableau 15 que la jonction entre la base et le collecteur est beaucoup

trop agressive. L’hypothèse la plus probable est un niveau de dopage trop élevé du collecteur intrinsèquement dopé à l’arsenic. Une diminution de la concentration de dopants a alors été amorcée sur les lots électriques suivants. Néanmoins, la relation entre la concentration de dopants et la cinétique de croissance n’étant pas constante, un développement spécifique de cette épitaxie est en cours de réalisation au moment de la rédaction de cette thèse.

Tableau 15 Comparaison des tensions de claquage de TBH d’aire 0,2 × 5,56 µm² utilisant l’architecture DPSA- SEG et EXBIC présentant de bonnes performances dc

DPSA-SEG B55 EXBIC B55X BVCEO (V) 1,45 1,32 BVCBO (V) 5,2 2,4 BVEBO (V) 1,5 1,8

Une fois, les tests paramétriques réalisés, une coupe TEM a été réalisée dans le but de valider la morphologie de l’architecture. Comme le montre la Figure 164, l’aspect global du TBH est très satisfaisante. L’émetteur présente une topologie inférieure à ce que l’on retrouve en B55 ce qui permet notamment une très bonne siliciuration de cette région.

Le lien de la base est parfaitement en regard avec la base intrinsèque ce qui devrait permettre de largement diminuer la résistance de base (principal limitation de l’architecture DPSA-SEG). Cette dernière devrait encore être réduite par la très bonne siliciuration qui remonte jusqu’au lien. Malheureusement, le faible budget thermique qui a dû être appliqué ne permet pas de donner de valeur représentative de cette résistance. Enfin, les espaceurs parasites induits par la co-intégration des transistors MOS ne semblent pas avoir d’impact, comme en B55, où ces derniers empêchent d’effectuer la siliciuration au plus près de la base intrinsèque. Il est à noter que le polysilicium de la base extrinsèque est siliciuré sur toute sa hauteur. Des tests devront être réalisés afin de s’assurer de la fiabilité d’un tel procédé, car peu de technologies utilisent une siliciuration touchant l’oxyde du piédestal. Une autre alternative serait de limiter la température du recuit définissant l’épaisseur siliciurée ou d’augmenter l’épaisseur du poly-silicium. Les « air-gaps » ne sont pas présents ici. Nous verrons par la suite que l’épitaxie du collecteur intrinsèque est le procédé critique pour la réalisation de cette architecture. Pour terminer, aucun défaut n’est présent dans le collecteur extrinsèque implanté, validant les travaux réalisés dans le chapitre 3 de cette thèse. Les tâches qui peuvent être observées proviennent d’une contamination générée lors de la préparation de la lamelle TEM.

Figure 164 Imagerie TEM de la structure EXBIC d’aire 0,2 × 5,56 µm² présentant de bonnes performances dc intégrée dans un nœud CMOS 55 nm

Afin de vérifier les profils des espèces présentes dans le transistor, une analyse EDX a été réalisée comme on peut le voir sur la Figure 165. La très bonne siliciuration est validée aussi bien au niveau de l’émetteur que de la base extrinsèque et du lien. Les espaceurs internes sont trop étroits et un ajustement de la recette de gravure humide a été déployée sur les lots suivants afin de les agrandir. Enfin, il apparaît une légère couche d’oxyde à l’interface entre la base et l’émetteur justifiant encore un peu plus les effets des résistances séries sur les courants à forte injection.

Figure 165 Analyse EDX de la structure EXBIC d’aire 0,2 × 5,56 µm² présentant de bonnes performances dc intégrée dans un nœud CMOS 55 nm

La dernière vérification effectuée sur ce lot a porté sur des mesures SIMS afin de s’assurer que toutes les espèces étaient incorporées à la bonne profondeur. En partant de la surface vers le substrat, on peut noter que l’émetteur présente une concentration constante d’arsenic. A noter, que l’épaisseur de ce dernier a été réduite de 25 % par rapport à la DPSA- SEG.

Ensuite, les profils de carbone, germanium et bore sont très similaires à ce que l’on peut retrouver dans la base utilisée en B55. A terme, cette dernière sera remplacée par la base optimisée présentée dans le chapitre 2 de cette thèse.

A la sortie de cette dernière, on retrouve l’arsenic présent dans le collecteur intrinsèque. Importante amélioration de la structure EXBIC, il permet un réglage précis du composant. Enfin, le collecteur extrinsèque est réalisé par co-implantation de phosphore et de carbone qui avait permis d’établir un record de performance fT dans le chapitre 3. Il apparaît sur ce résultat

SIMS que la dose de phosphore implantée pourrait être augmentée afin d’avoir une concentration de dopants supérieure à celle dans le collecteur intrinsèque dans le but de diminuer la résistance du collecteur. Il est enfin important de souligner que le faible budget thermique utilisé à cause de la faible épaisseur du Si-CAP ne permet de connaître avec précision l’état des profils à la fin d’un procédé de fabrication standard.

Figure 166 Profils de dopants présents dans l’architecture EXBIC présentant de bonnes performances dc issus de SIMS