Si/SiGe(C) epitaxial growth for advanced bipolar transistors
Epitaxies Si/SiGe(C) pour transistors bipolaires avancés
Résumé
The objective of this thesis is to study SiGe(C) epitaxial growth selective towards silicon nitride. Selective Epitaxial Growth (SEG) allows to improve frequence performances of heterojunction bipolar transistors, with fully self aligned structure. With this purpose, the SiH4/GeH4/SiH3CH3/HCl/B2H6/H2 system is used to elaborate selective epitaxial growth layer.
Si SEG and SiGe SEG growth rates are significantly increased with silane-based chemistry, as compared to the standard SiCl2H2/GeH4/HCl/H2 one. For instance, Si0,75Ge0,25 layer growth rate can be increased by a factor 8.
Carbon incorporation in substitutional sites is also improved by this growth rate increase. Indeed, using silane, the substitutional carbon content hugely increased (up to a factor 4). We found better carbon blocking effect on boron diffusion. Better carbon atoms incorporation improves electrical results. There is no IB current degradation with higher carbon concentrations, which means that there is no recombination centers in base electrode. IC current and fT frequence increase too, which suggest neutral base width is narrower and boron out-diffusion is lower.
We noted that recombination mechanisms of IB current and photoluminescence at room temperature are similar and that base current can be correlated with photoluminescence intensity. Indeed, we show that IB current increases when photoluminescence signal decreases.
Si SEG and SiGe SEG growth rates are significantly increased with silane-based chemistry, as compared to the standard SiCl2H2/GeH4/HCl/H2 one. For instance, Si0,75Ge0,25 layer growth rate can be increased by a factor 8.
Carbon incorporation in substitutional sites is also improved by this growth rate increase. Indeed, using silane, the substitutional carbon content hugely increased (up to a factor 4). We found better carbon blocking effect on boron diffusion. Better carbon atoms incorporation improves electrical results. There is no IB current degradation with higher carbon concentrations, which means that there is no recombination centers in base electrode. IC current and fT frequence increase too, which suggest neutral base width is narrower and boron out-diffusion is lower.
We noted that recombination mechanisms of IB current and photoluminescence at room temperature are similar and that base current can be correlated with photoluminescence intensity. Indeed, we show that IB current increases when photoluminescence signal decreases.
L'objectif de cette thèse est d'étudier les épitaxies SiGeC sélectives par rapport au nitrure de silicium afin d'améliorer les performances en fréquence des transistors bipolaires à hétérojonction à structure complètement auto alignée. Pour répondre à cette attente, le système SiH4/GeH4/SiH3CH3/HCl/B2H6/H2 est utilisé pour élaborer nos épitaxies sélectives.
Cette chimie à base de silane permet d'augmenter significativement la vitesse de croissance par rapport au système SiCl2H2/GeH4/HCl/H2 utilisé classiquement, aussi bien pour un dépôt silicium sélectif que pour un film SiGe sélectif. Par exemple, pour un film Si0,75Ge0,25 la vitesse de croissance est multipliée par un facteur 8.
L'incorporation des atomes de carbone dans les sites substitutionnels est facilitée par cette hausse du taux de croissance. En effet, la teneur en carbone substitutionnel est plus élevée en utilisant le silane comme précurseur de silicium (jusqu'à un facteur 4). L'effet bloquant du carbone sur la diffusion du bore est alors meilleur et le dopant est mieux contenu dans la base Si/SiGeC:B. Cette meilleure incorporation du carbone se reflète dans les résultats électriques. Le courant IB n'augmente pas aux fortes concentrations de carbone, ce qui signifie qu'il n'y a pas de centres recombinants dans la base. Le courant IC et la fréquence fT augmentent aussi, ce qui suggère que la largeur de la base neutre est plus fine et donc que la diffusion du bore est ralentie.
Nous avons également mis en évidence l'existence d'une corrélation entre le courant IB et l'intensité du signal de photoluminescence à température ambiante. En effet, considérant que leurs mécanismes de recombinaison sont similaires, nous avons noté que la hausse de IB correspond à la chute de la photoluminescence.
Cette chimie à base de silane permet d'augmenter significativement la vitesse de croissance par rapport au système SiCl2H2/GeH4/HCl/H2 utilisé classiquement, aussi bien pour un dépôt silicium sélectif que pour un film SiGe sélectif. Par exemple, pour un film Si0,75Ge0,25 la vitesse de croissance est multipliée par un facteur 8.
L'incorporation des atomes de carbone dans les sites substitutionnels est facilitée par cette hausse du taux de croissance. En effet, la teneur en carbone substitutionnel est plus élevée en utilisant le silane comme précurseur de silicium (jusqu'à un facteur 4). L'effet bloquant du carbone sur la diffusion du bore est alors meilleur et le dopant est mieux contenu dans la base Si/SiGeC:B. Cette meilleure incorporation du carbone se reflète dans les résultats électriques. Le courant IB n'augmente pas aux fortes concentrations de carbone, ce qui signifie qu'il n'y a pas de centres recombinants dans la base. Le courant IC et la fréquence fT augmentent aussi, ce qui suggère que la largeur de la base neutre est plus fine et donc que la diffusion du bore est ralentie.
Nous avons également mis en évidence l'existence d'une corrélation entre le courant IB et l'intensité du signal de photoluminescence à température ambiante. En effet, considérant que leurs mécanismes de recombinaison sont similaires, nous avons noté que la hausse de IB correspond à la chute de la photoluminescence.
Domaines
Matière Condensée [cond-mat]
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