Лабораторная работа № 2 "Составление описания технологического процесса формирования биполярного транзистора"

1. Порядок выполнения работы:

1. Используя схематичное изображение процесса изготовления биполярного транзистора (рис. 2) и бланк сопроводительного листа (табл. 1), составить описание технологического процесса изготовления биполярного транзистора по традиционной планарной технологии.

2. Используя листинг программы моделирования процесса изготовления вертикального биполярного транзистора (Приложение 1), откорректировать описание процесса в сопроводительном листе, определить параметры технологических операций и заполнить столбец "Основные режимы" (табл. 1). При этом необходимо учесть следующие особенности процесса:

2.1. Формирование заглубленного слоя проводится без вскрытия окон в слое оксида;

2.2. Изоляция транзистора от соседних структур осуществляется обратносмещенным p-n переходом;

2.3. Легирование проводится методом ионной имплантации с последующей разгонкой примеси;

2.4. Сильнолегированная область коллектора должна сомкнуться с заглубленным слоем. Поэтому легирование области коллекторного контакта проводится до формирования областей базы и эмиттера;

2.5. В сопроводительном листе должны присутствовать операции очистки, которые необходимо проводить перед наиболее ответственными операциями, например, наращиванием эпитаксиального слоя или нанесением металла (хотя при моделировании очистка не учитывается).

3. В заголовочной части сопроводительного листа указывается тип изготавливаемого прибора, номер партии пластин (не заполняется) и описание подложки (материал, тип и концентрация легирующей примеси).

4. Создать шаблоны для формирования вертикального биполярного транзистора, используя программный модуль Ligament Layout Editor.

5. В модуле Ligament Flow Editor составить последовательность операций технологического процесса в соответствии с сопроводительным листом. Оттранслировать файл в формат командного файла, выполняемого в SProcess.

6. Запустить программу на выполнение, просмотреть результат моделирования в виде диффузионных профилей в Tecplot_sv и Inspect.

7. Подготовить отчет по лабораторной работе. Отчет должен содержать сопроводительный лист; эскизы шаблонов; копию экрана Ligament Flow Editor с изображением составленного Вами процесса; текст командного файла; двумерные изображения структуры, полученные после выполнения всех основных операций в модуле Tecplot; профили легирования в областях эмиттера и коллектора, построенные в модуле Inspect.

ВНИМАНИЕ!!! Примерный текст командного файла приводится только для ознакомления с синтаксисом основных команд. Последовательность операций и параметры должны быть откорректированы в соответствии со спецификой формируемой структуры и указаниями преподавателя.

Алгоритм создания командного файла приводится ниже.

Приложение 2.

Листинг программы изготовления биполярного транзистора

#----------------------------------------------------------------------

# 2D NPN вертикальный биполярный транзистор

#----------------------------------------------------------------------

# Описание сетки

line x loc= 4.0<um> tag=SubTop spacing=0.1<um>

line x loc= 5.0<um> spacing=0.1<um>

line x loc= 6.0<um> tag=SubBottom spacing=0.7<um>

line y loc= 0.0<um> tag=SubLeft spacing=6.00<um>

line y loc=18.0<um> spacing=6.00<um>

line y loc=18.5<um> spacing=0.50<um>

line y loc=30.0<um> tag=SubRight spacing=0.50<um>

#--- установки MGOALS для автоматического построения сетки в новых областях

mgoals on normal.growth.ratio=1.1 accuracy=2e-5\

min.normal.size=50<nm> max.lateral.size=6.0<um>

#--- Описание объектов типа "machine" -------------------------------------------------

# Этот блок является необязательным. Однако он позволяет упростить описание

# процессов осаждения и удаления материалов. Кроме того, становится легче

# изменять параметры процессов осаждения и удаления материалов,

# являющиеся общими для всех процессов заданного типа.

machine name=OxDep deposit oxide isotropic rate=1.0<um/min>

machine name=EpiGrow deposit Silicon isotropic rate=1.0<um/min>

machine name=AlDep deposit Al isotropic rate=1.0<um/min>

machine name=OxEtch etch oxide anisotropic rate=1.0<um/min>

machine name=AlEtch etch Al anisotropic rate=1.0<um/min>

#--- Описание шаблонов ---------------------------------------------

# (Замечание: для формирования эмиттера и подлегирования контакта к коллектору

# используется один шаблон)

# Шаблоны приведены в том порядке, в котором они используются в процессе

mask name=Sinker left=-1.0<um> right=22.0<um>

mask name=Sinker left=24.0<um> right=35.0<um>

mask name=Base left=-1.0<um> right= 1.5<um>

mask name=Base left=13.0<um> right=35.0<um>

mask name=Emitter left=-1.0<um> right= 2.5<um>

mask name=Emitter left= 8.0<um> right=22.0<um>

mask name=Emitter left=24.0<um> right=35.0<um>

mask name=Opening left=-1.0<um> right= 3.5<um>

mask name= Opening left= 7.0<um> right=10.0<um>

mask name= Opening left=12.0<um> right=22.5<um>

mask name= Opening left=23.5<um> right=35.0<um>

mask name=Metal left=-1.0<um> right= 2.0<um> negative

mask name=Metal left= 8.0<um> right= 9.0<um> negative

mask name=Metal left=13.0<um> right=22.0<um> negative

mask name=Metal left=24.0<um> right=35.0<um> negative

region silicon xlo=SubTop xhi=SubBottom ylo=SubLeft yhi=SubRight

init concentration=1e+15<cm-3> field=Boron

#--- Скрытый слой ----------------------------------------------------

deposit machine=OxDep time=0.025<min>

implant Antimony dose=1.5e15<cm-2> energy=100<keV>

etch machine=OxEtch time=0.03<min>

#--- Эпитаксиальный слой -------------------------------------------------------

deposit machine=EpiGrow time=4.0<min> species=Arsenic \

concentration=1e15<cm-3>

diffuse temp=1100<C> time=60<min>

struct tdr=vert_npn1

#--- Промежуточное сохранение профилей распределения примесей------

SetPlxList {BTotal SbTotal AsTotal PTotal}

WritePlx Buried.plx y=5.0

#--- Контакт к заглубленному слою --------------------------------

deposit machine=OxDep time=0.025<min>

implant Phosphorus mask=Sinker dose=5e15<cm-2> energy=200<keV>

diffuse temp=1100<C> time=5<hr>

grid remesh

struct tdr=vert_npn2

#--- База------------------------------------------------------------

# Прежде чем моделировать имплантацию в базовую область

# производится перестроение сетки

refinebox clear

refinebox Silicon min= { 0 0.2 } max= { 1.5 14.4 } \

xrefine = { 0.1 0.1 0.2 } yrefine = { 0.1 0.2 0.1 } add

refinebox remesh

implant Boron mask=Base dose=1e14<cm-2> energy=50<keV>

diffuse temp=1100<C> time=35<min>

struct tdr=vert_npn3

#--- Эмиттер---------------------------------------------------------

# Прежде чем моделировать имплантацию в область эмиттера

# производится перестроение сетки

implant Arsenic mask=Emitter dose=5e15<cm-2> energy=55<keV> \

tilt=7 rotation=0

diffuse temp=1100<C> time=25<min>

struct tdr=vert_npn4

#--- Промежуточное сохранение профилей распределения примесей ---------------

SetPlxList {BTotal SbTotal AsTotal PTotal}

WritePlx Final.plx y=5.0

WritePlx Sinker.plx y=23.0

#--- Формирование контактных окон и контактов-------------------------------------------------

etch machine=OxEtch mask=Opening time=0.055<min>

# Изменение параметров построения сетки в слое металла

mgoals on normal.growth.ratio=20.0 accuracy=2e-5\

min.normal.size=300<nm> max.lateral.size=0.7<um>

deposit machine=AlDep time=1.0<min>

etch machine=AlEtch mask=Metal time=1.1

struct tdr=vert_npn5

Моделирование структуры биполярного транзистора в программном комплексе SYNOPSYS

Ход выполнения работы.

1. Запустите виртуальную машину Linux.

2. Запустите приложение Ligament (в окне Терминала наберите команду ligedit и нажмите Enter).

3. Для создания нового процесса в Ligament в Главном меню выберите File>New или нажмите на соответствующий значок на Панели инструментов.

4. Для описания среды моделирования выберите в Главном меню Edit>Add Process Header. В дальнейшем описание процесса формируется на вкладке Flow.

5. Задайте следующие аргументы описания среды моделирования (environment) в соответствии с таблицей:

Аргумент	Значение	Комментарий
заголовок (title)	bpt	название процесса
симулятор (simulator)	sprocess	симулятор, в котором будет проводиться моделирование
имя файла (output)	bpt	имя, которое будет присвоено файлу, содержащему программный код для соответствующего симулятора
описание сетки (user_grid)	сетка и область моделирования	вставьте описание, приведенное после таблицы

Для вставки сетки выберите аргумент user_grid в списке аргументов описания среды программирования, щелкните правой кнопкой мыши и в выпадающем меню выберите <from type definition>. Разверните дерево аргумента user_grid, щелкнув по плюсу перед его названием. В раскрывшемся списке дважды щелкните по названию симулятора, в котором будет выполняться расчет (sprocess). При этом откроется диалоговое окно Set Actual Argument. Раскройте окно редактирования текстового описания String Editor и вставьте в него описание сетки, приведенное ниже (вставка происходит, если выделить текст описания сетки и щелкнуть колесиком мыши в поле текстового окна). Нажмите OK для присвоения аргументу user_grid заданного описания.

Описание сетки и области моделирования:

line clear

line x loc= 4.0<um> tag=SubTop spacing=0.1<um>

line x loc= 5.0<um> spacing=0.1<um>

line x loc= 6.0<um> tag=SubBottom spacing=0.7<um>

line y loc= 0.0<um> tag=SubLeft spacing=6.00<um>

line y loc=18.0<um> spacing=6.00<um>

line y loc=18.5<um> spacing=0.50<um>

line y loc=30.0<um> tag=SubRight spacing=0.50<um>

region silicon xlo=SubTop xhi=SubBottom ylo=SubLeft yhi=SubRight

6. Задайте описание подложки в соответствии с таблицей:

   Аргумент	Значение	Комментарий
   примесь (dopant)	Boron	легирующая примесь
   концентрация (concentration)	1е+15 <cm-3>	концентрация легирующей примеси

7. Создайте макрос для автоматического перестроения сетки во вновь появляющихся слоях. Для этой цели используйте общую команду insert, которая находится в столбце Generic в правом нижнем окне. Скопируйте и вставьте команду insert после макроса substrate на вкладке Flow. В окне аргументов выберите sprocess и двойным щелчком мыши откройте диалоговое окно Set Actual Arguments. В окне String Editor наберите или вставьте, используя выделение и щелчок колесиком, следующий текст (одной строкой):

mgoals on normal.growth.ratio=1.1 accuracy=2e-5 min.normal.size=50<nm> max.lateral.size=6.0<um>

и нажмите OK.

8. Для загрузки данных о маске и области моделирования, созданных в Layout Editor, в Главном меню выберите File>Open Layout. В диалоговом окне выберите файл mask_file_name.lyt. На закладке Flow выберите описание среды программирования environment. В окне Arguments дважды щелкните мышью на переменной region и измените его значение на SIM2DA. Нажмите ОК.

9. В случае необходимости введите комментарий (макрос comment).

10. Создание процесса:

    0. Формирование заглубленного слоя:

       0. - Осаждение оксида кремния. Добавьте процесс deposit, перетянув его мышкой из колонки типовых операций процесса (Process), задайте аргументы в соответствии с таблицей:

          Аргумент	Значение	Комментарий
          материал (material)	Oxide	осаждаемый материал
          толщина (thickness)	0.025 <um>	толщина осаждаемого слоя

       1. - Имплантация мышьяка. Добавьте процесс implant и задайте следующие значения аргументов:

Аргумент	Значение
примесь (species)	Antimony
доза (dose)	1.5e15<cm-2>
энергия (energy)	100<keV>
наклон (tilt)	0
разворот (rotation)	0