Bipolaaritransistorin suunnittelu

Työn tarkoituksena oli suunnitella npn-bipolaaritransistori MAS Oy:n (Micro Analog Systems) 1,2 µm:n minimiviivanleveydellä toteutettuun BeCMOS-prosessiin. Bipolaartransistorille annettiin seuraavat spesifikaatiot: virtavahvistuksen beta tulee olla vähintään 80, Early-jännitteen V_A vähintään 100 V ja rajataajuuden f_T vähintään 60 MHz 1 µA:n kollektorivirralla ja 2 V kollektorijännitteellä. Lisäksi tuli tutkia, voitiinko kyseinen transistori toteuttaa vaihtamalla n-tyyppinen kollektoriallas PMOSFET:n n-altaaseen. Suunnittelun lähtökohdaksi otettiin ympyräsymmetristä rakennetta muistuttava oktagonaalinen transistori ja minimipinta-alalla toteutettu neliönmallinen transistori. Molemmista transistoreista luotiin kaksi eri variaatiota vaihtamalla emitterin ja kannan paikkaa. Suunnittelu aloitettiin simuloimalla Silvacon Virtual Wafer Fab ohjelmistolla oktagonaalista transistoria, jossa emitteri on keskellä. LASI-maskinpiirto-ohjelmalla piirrettiin kaikille transistoreille testirakenteet. Simulaatioiden perusteella laadittiin prosessiparametrit 15 kiekon testisarjaa varten. Testikiekoilla tutkittiin yhteensä 36 eri prosessia. Mittaustulosten perusteella spesifikaatiot täytti vain kollektorialtaalla toteutettu oktagonaalinen transistori, jossa emitteri on keskellä. Vastaavan neliönmallisen transistorin tasavirtaominaisuudet (beta ja V_(A)) olivat hieman huonommat, mutta sen vaihtovirtaominaisuudet (f_(T)) olivat yli kaksi kertaa paremmat kuin oktagonaalisen transistorin vaihtovirtaominaisuudet. Yksikään transistori ei toteuttanut spesifikaatioita, kun kollektoriallas vaihdettiin PMOSFET:n n-altaaseen. Edellä mainitulla oktagonaalisella transistorilla parhaan prosessin mittaustulokset olivat 70, 90 V ja 110 MHz. Transistorit, joiden emitteri sijaitsi kannan ja kollektorin välissä, todettiin olevan alttiita maskien kohdistusvirheille, mikä heikensi mittaustuloksia. Kohdistusvirheiden välttämiseksi kantamaskin reuna olisi pitänyt vetää selvästi pidemmälle emitterimaskin yli kuin nyt käytetty 0,6 µm