Realization and Optimization of pnp Transistors in a Modular CBiCMOS Process for Analog and Smart-Power Applications : Dissertation, Eidgenössische Technische Hochschule
Die ungebremste Nachfrage sowohl nach schnellen elektronischen Schaltungen mit niedriger Versorgungsspannung, als auch nach intelligenten Leistungsschaltkreisen ("smart Power") war die treibende Kraft für die Entwicklung zahlreicher BiCMOS Prozesse in Siliziumtechnologie. BiCMOS vereinigt die Vorteile von CMOS Transistoren (geringen Leistungsverbrauch, hohe Integrationsdichte) mit denjenigen von Bipolartransistoren (schnelle Schaltung, hohe Ströme) zum Nachteil eines komplexeren Herstellungsverfahrens. Im Rahmen dieser Doktorarbeit wurde eine Technologie entwickelt, die ausser CMOS Transistoren auch vertikale npn und pnp Bipolartransitoren auf demselben Substrat ermöglicht (CBiCMOS). Die elektrische Isolation dieser Bauelemente erfolgt über rückwaärts gepolte Dioden. Auf Poly-Emitter wurde verzichtet. Zielanwendungen sind einerseits Smart-Power-Schaltungen bis 40 V (Automobilelektronik), andererseits Schaltungen mit guten Analogeigenschaften wie z.B. Verstärkerstufen für Sensoren oder Treiber für Aktoren. CBiCMOS ist eine modulare Erweitertung eines Standard-CMOS-Prozesses. Folgende Aspekte der Technologie wurden untersucht: defektfreies Prozessieren, Varianten des Prozessteils vor der Epitaxie, elektrische Isolation sowie Formierung der bipolaren Basen. Zahlreiche Simulationen waren unumgänglich für das Verständnis und die Optimierung des Prozesses und der Bauelemente. Die Experimente wurden in der modernen CMOS Produktionslinie des Industriepartners dieses Projektes ausgeführt. Teststrukturen wurden entworfen und ausgemessen. Extrahierte SPICE-Parameter ergeben vorzügliche Analogeigenschaften der Bipolartransistoren, z.B. eine hohe Early-Spannung: 220 V (npn, Beta 100) und 125 V (pnp, Beta 40). Erste Schaltungen wurden erfolgreich hergestellt und demonstrieren die Tauglichkeit dieses CBiCMOS Prozesses für eine industrielle Fertigung.
