Makromodellierung parasitärer Substrateffekte von Bipolartransistoren einer BiCMOS-Technologie (PDF)

Inhaltsangabe:Einleitung:
Die vorliegende Arbeit behandelt die Modellierung und die Erklärung parasitärer Substrateffekte, wie sie bei lateralen Transistorstrukturen auftreten. Der Modellierung von lateralen Transistoren wurde schon einmal Ende der 60er Jahre grosse Beachtung zuteil. Einhergehend mit den Bestrebungen hin zu immer kleineren Strukturen und einfachen Technologien wurden zahlreiche Untersuchungen zu diesem Thema vorgenommen. Die Abhandlungen zu dieser Zeit beschäftigen sich denn auch meist mit prinzipiellen Beschreibungen der Funktionsweise der Lateralstrukturen im Hinblick auf Verbesserungen in ihrer Effektivität. Mit dem Aufkommen der MOS sank auch das Interesse an Bipolartechnologien und damit auch an der Modellierung von lateralen pnp-Transistoren. Nachdem gerade in neuester Zeit neue Kombinationstechnologien entwickelt werden, in denen Analog- und Digitalfunktionen auf einem Chip realisiert werden sollen, den sogenannten BiCMOS-Technologien, kommen auch vermehrt wieder laterale Transistoren zum Einsatz. Ein Grund dafür ist, dass man bei der Integration von Bipolartransistoren in einer BiCMOS-Kombinationstechnologie aus Gründen der vereinfachten Prozessführung gezwungen ist, die Strukturen der Transistoren gegenüber Standard-Bipolartechnologien zu modifizieren. Neben veränderten Dotierungskonzentrationen, Eindringtiefen oder Abschirmungsmassnahmen ergeben sich vor allem im strukturellen Aufbau der Transistoren Veränderungen. Im Bipolarteil solcher BiCMOS-Prozesse werden deshalb die pnp-Transistoren meist in lateraler Form ausgeführt. Darüber hinaus findet eine Optimierung des Prozesses im Hinblick auf die npn-Transistoren statt, da mit ihnen naturgemäss effektivere Bauteile hergestellt werden können.
Ein grosses Problem bei lateralen Transistoren ist zum einen das nicht mehr spezifische Transistorverhalten, wie es in vertikalen Bauteilen auftritt und zum Beispiel von Simulationsprogrammen wie SPICE nachgebildet wird, zum anderen treten parasitäre Effekte auf, welche die Güte der Transistoren verschlechtern. Die Unterschiede in der Struktur und in den Dotierungsverhältnissen lassen sich mit Hilfe der folgenden Beispiele beschreiben:
Da die lateralen Entfernungen normalerweise grösser sind als die vertikalen, ergibt sich eine geringere Transitfrequenz.
Aufgrund der Technologie werden Emitter und Kollektor im gleichen Prozessschritt wie die Basis der vertikalen Transistoren implementiert und besitzen deshalb auch die gleichen [...]