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Diplomarbeit aus dem Jahr 1996 im Fachbereich Elektrotechnik, Note: 1,3, Technische Universität Darmstadt (Unbekannt), Sprache: Deutsch, Abstract: 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 Dotierungsverläufe. Das hat zur Folge, dass der Emitter weniger effizient bzw. weniger hoch dotiert ist.
Durch das Auftreten von parasitären Substrattransistoren wird die Stromverstärkung vermindert und ihr Maximum zu kleineren Steuerspannungen hin verschoben.
Die Bestimmung der Bahnwiderstände wird schwieriger, da sich in den verschiedenen Betriebsbereichen des Transistors unterschiedliche parasitäre Effekte ergeben.
Vor allem die durch diese parasitären Transistoren entstehenden Substratströme stellen bei der Entwicklung von integrierten Schaltungen ein Problem dar, da sie in herkömmlichen Simulationsprogrammen wie SPICE vernachlässigt oder nicht berücksichtigt werden. In der vorliegenden Arbeit sollen Lösungsansätze erörtert und verschiedene Simulationsmodelle vorgestellt werden.
Inhaltsverzeichnis:Inhaltsverzeichnis:
Auswahl verwandter FormelzeichenV
1.Einleitung1
1.1Ziel der Arbeit2
1.2Aufbau der Diplomarbeit3
2.Bestehende Modelle5
2.1Beschreibungen in der Literatur5
2.1.1Stand der Technik62.1.2Folgerungen aus der Literaturrecherche10
2.2In SPICE implementierte Modelle11
3.Messungen und Bauteilesimulation17
3.1Messungen an Teststrukturen17
3.1.1Aufbau des Meßpla...
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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 Dotierungsverläufe. Das hat zur Folge, dass der Emitter weniger effizient bzw. weniger hoch dotiert ist.
Durch das Auftreten von parasitären Substrattransistoren wird die Stromverstärkung vermindert und ihr Maximum zu kleineren Steuerspannungen hin verschoben.
Die Bestimmung der Bahnwiderstände wird schwieriger, da sich in den verschiedenen Betriebsbereichen des Transistors unterschiedliche parasitäre Effekte ergeben.
Vor allem die durch diese parasitären Transistoren entstehenden Substratströme stellen bei der Entwicklung von integrierten Schaltungen ein Problem dar, da sie in herkömmlichen Simulationsprogrammen wie SPICE vernachlässigt oder nicht berücksichtigt werden. In der vorliegenden Arbeit sollen Lösungsansätze erörtert und verschiedene Simulationsmodelle vorgestellt werden.
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2.2In SPICE implementierte Modelle11
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3.1Messungen an Teststrukturen17
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