LS-Sb87115

рое соответствует верхней части подложки. Для оси y задаются аналогичные команды.

2.2. Для задания вычислительной сетки в Sentaurus Process используется функция MGOAL. Задание параметров для автоматической перегенерации вычислительной сетки (так как начальная сетка действительна до первой команды, которая изменяет геометрию):

mgoals on min.normal.size=1<nm> max.lateral.size=2.0<um> \ normal.growth.ratio=1.4 accuracy=2e-5

Вданном примере минимальный размер ячейки по вертикали 1 нм, максимальный размер по горизонтали – 2 нм. Ключевое слово normal.growth.ratio определяет, как быстро интервал сетки может увеличиться от одного слоя до другого.

MGOALS сохраняет начальный размер ячейки в максимально возможной степени и изменяет ячейку в новых слоях. Относительная точность вычислений – 2е-5.

2.3. Выполнив эти операции, можно приступать к непосредственному моделированию процесса диффузии с заданной температурой и длительностью процесса.

Вданном примере выращивание оксида происходит в сухом O2 при

температуре 954.75 ºС в течение 56 мин:

diffuse temperature=954.75<C> time=56.0<min> O2

2.4.Перегенерация сетки: grid remesh

2.5.Для измерения толщины выращенного оксида используйте:

select z=Boron layers

2.6. Сохранение полученной структуры:

struct tdr=lab1 struct smesh=lab1_f

Сохраните и закройте редактируемый файл.

2.7. В командной строке необходимо перейти в папку с вашим файлом и затем ввести команду sprocess имя_файла (например sprocess lab1.cmd) и нажать Enter. После этого программа начнёт расчет – это займёт некоторое время.

11

3. Просмотр результатов. В командной строке набираем команду tecplot_sv, при этом запускается программа Tecplot.

Выбираем в меню File -> Load и загружаем файл: lab1_f_fps.tdr. Для этого выбираем нужный файл (справа в окошке Files) и нажимаем Add. После того как файл выбран, нажимаем ОК. Получаем окно, представленное на рис. 2.2.

Рис. 2.2. Оксид кремния на подложке из кремния

Чтобы лучше увидеть слой оксида (рис. 2.3), выберите инструмент "лупа" и нажмите на самый верх полученной структуры.

Рис. 2.3. Оксид кремния на подложке из кремния (увеличенная структура)

12

4. Определение толщины слоя полученного оксида. Sentaurus Process

выводит список областей с их соответствующими верхними и нижними координатами:

{Top Bottom Integral Material} {-6.43e-03 4.11e-03 1.54e+09 Oxide} { 4.11e-03 2.00e+00 1.98e+11 Silicon}

Например, для определения толщины оксида кремния нужно вычесть из нижней коородинаты (4.11e-03) верхнюю координату (-6.43e-03) – получает-

ся 10.54e-03 мкм.

2.3. Содержание отчёта

1.Цель работы.

2.Основные положения о термическом окислении кремния.

3.Текст программы.

4.Зависимость толщины оксидного слоя от параметров технологического процесса. Требуемые параметры спросить у преподавателя.

5.Рисунки, иллюстрирующие процесс получения оксида кремния.

6.Выводы.

2.4.Контрольные вопросы

1.Назовите программы, используемые в данной работе, и их назначение.

2.С помощью какой команды задаётся сетка?

3.Как влияет концентрация примеси на процесс окисления.

4.Какие параметры влияют на толщину оксида.

5.Как зависит толщина оксида от температуры?

Лабораторная работа 3 ВЫРАЩИВАНИЕ ЭПИТАКСИАЛЬНОГО СЛОЯ КРЕМНИЯ НА КРЕМНИИ

Цель работы: приобретение навыков моделирования процесса выращивания эпитаксиального слоя. Моделирование осуществляется в специализи-

рованном пакете Synopsys Sentaurus TCAD модулем Sentaurus Process.

При помощи Sentaurus Process могут быть смоделированы все стандартные этапы процессов: диффузия, имплантация, МС-имплантация, окисление, травление, осаждение и др.

13

3.1. Основные положения

Принципы выращивания монокристаллических слоев методами жидко-

фазной и газофазной эпитаксии. Планарно-эпитаксиальная технология составляет основу производства современных интегральных микросхем разнообразного функционального назначения. Эпитаксиальные слои полупроводников в структурном отношении превосходят объемные монокристаллы и обладают более высокими электрофизическими параметрами. Это вызвано существенно меньшим содержанием неконтролируемых загрязнений при практически идеальной однородности распределения легирующих примесей. Именно благодаря эпитаксиальной технологии за последние годы резко повысилась надежность микроэлектронных изделий и возрос процент выхода годных вплоть до 98 %. Развитие новых эпитаксиальных методов и технологий, в частности, молекулярно-пучковой эпитаксии, позволило создать многослойные структуры и сверхрешетки с управляемыми геометрическими параметрами и уникальными физическими свойствами.

Эпитаксиальные процессы, применяемые в современной твердотельной технологии, можно разделить на две большие группы по агрегатному состоянию исходной (питающей) фазы – процессы жидкофазной эпитаксии (ЖФЭ)

ипроцессы газофазной эпитаксии (ГФЭ)

3.2.Порядок выполнения работы

1.В папке с проектом создайте новый текстовой документ с расши-

рением cmd (например lab2.cmd). Далее открываем этот файл для редактирования.

2.Процесс эпитаксии

2.1. Необходимо задать размеры подложки, а также области, в которых будут проводиться вычисления.

2.1.1. Задаём сетку по x:

Line x location=0.0 spacing= 1.0<nm> tag=SiTop Line x location=50.0<nm> spacing= 10.0<nm> Line x location=0.5<um> spacing= 50.0<nm> Line x location=2.0<um> spacing= 0.2<um> Line x location=4.0<um> spacing= 0.4<um>

Line x location=10.0<um> spacing= 2.0<um> tag=SiBottom

14

2.1.2. Задаём сетку по y:

Line y location=0.0 spacing=50.0<nm> tag=Mid

Line y location=0.40<um> spacing=50.0<nm> tag=Right

Система координат в Sentaurus Process выбирается таким образом, чтобы в дальнейшем выбранную систему координат можно было использовать для 2D- и 3D-моделирования. Ось x направлена вниз (в подложку), ось y – параллельно подложке.

В результате работы программы будет построена расчетная сетка. Сетка более плотная на поверхности (1 нм) и менее плотная после 2 мкм в глубину. Для горизонтальногонаправленияиспользуетсяпостоянныйинтервалячейки50 нм.

2.1.3. Необходимо указать материал подложки, задать концентрацию примеси и кристаллографическое направление. В данном примере материалом является кремний:

region silicon xlo=SiTop xhi=SiBottom ylo=Mid yhi=Right

init concentration=1.0e+15<cm-3> field=Phosphorus wafer.orient=100

Для 2D-моделирования область подложки определена через ссылки для x- и y-направлений. Эти связующие ссылки были ранее определены в командной строке (tag= ).

Команда xlo задаёт нулевое значение x, которое соответствует нижней части нашей подложки. Команда xhi задаёт максимальное значение x, которое соответствует верхней части подложки. Для оси y задаются аналогичные команды.

2.2. Эпитаксиальное выращивание. Здесь задаются все необходимые параметры – время, температура и толщина слоя. Время и температура будут влиять на диффузию осаждаемого вещества в подложку (чем больше температура и время, тем диффузия будет сильнее), которая будет отражаться в характерном градиенте концентрации:

temp_ramp name=t1 temperature=900 time=10<min> Epi thick=10<um> \ epi.doping = { Phosphorus=1e18 }

diffuse temp.ramp=t1

2.3. Для задания вычислительной сетки в Sentaurus Process используется функция MGOAL. Задание параметров для автоматической перегенерации вычислительной сетки (так как начальная сетка действительна до первой команды, которая изменяет геометрию):

15

mgoals on min.normal.size=1<nm> max.lateral.size=2.0<um> \ normal.growth.ratio=1.4 accuracy=2e-5

В данном примере минимальный размер ячейки по вертикали 1 нм, максимальный размер по горизонтали 2 нм. Ключевое слово normal.growth.ratio определяет, как быстро интервал сетки может увеличиться от одного слоя до другого.

MGOALS сохраняет начальный размер ячейки в максимально возможной степени и изменяет ячейку в новых слоях. Относительная точность вычислений – 2е-5.

2.4.Перегенерация сетки: grid remesh

2.5.Для измерения толщины выращенного оксида используйте:

select z=Boron layers

2.6. Сохранение структуры:

struct tdr=lab2 struct smesh=lab2_f

Сохраните и закройте редактируемый файл.

2.7. В командной строке необходимо перейти в папку с вашим файлом и затем ввести команду sprocess имя_файла (например sprocess lab1.cmd) и нажать Enter. Послеэтогопрограмманачнётрасчет– этозаймётнекотороевремя.

3. Просмотр результатов. В командной строке набираем команду tecplot_sv, при этом запускается программа Tecplot.

Вибираем в меню File -> Load и загружаем файл: lab2_f_fps.tdr. Для этого выбираем с помощью мыши нужный файл (справа в окошке Files) и нажимаем Add. После того как файл выбран, нажимаем ОК. Получаем исходную структуру (рис. 3.1).

Эпитаксия при других условиях:

Эпитаксия при температуре 1200 ºС и времени 1 мин. В файле "lab2.cmd" заменяем значения температуры и времени:

temp_ramp name=t1 temperature=1200 time=1<min> Epi thick=10<um> \ epi.doping = { Phosphorus=1e18 }

diffuse temp.ramp=t1

Вид полученной структуры представлен на рис. 3.2.

16

3.3. Содержание отчёта

1.Цель работы.

2.Основные положения об эпитаксии.

3.Текст программы.

4.Зависимость толщины эпитаксиального слоя от параметров технологического процесса. Требуемые параметры спросить у преподавателя.

5.Рисунки, иллюстрирующие процесс получения эпитаксиального слоя.

6.Выводы.

3.4.Контрольные вопросы

1.Какие типы эпитаксии вы знаете?

2.Назовите программы, используемые в данной работе, и их назначение.

3.С помощью какой команды задаётся сетка?

4.Как влияет концентрация примеси на процесс эпитаксии.

5.Какие параметры влияют на толщину эпитаксиального слоя.

6.Как зависит толщина эпитаксиального слоя от температуры?

Лабораторная работа 4 ИОННОЕ ЛЕГИРОВАНИЕ КРЕМНИЕВОЙ СТРУКТУРЫ БОРОМ

Цель работы: приобретение навыков моделирования процесса ионного легирования. Моделирование осуществляется в специализированном пакете

Synopsys Sentaurus TCAD модулем Sentaurus Process.

4.1. Основные положения

Ионное легирование – это технологическая операция введения примесей в поверхностный слой пластины или эпитаксиальной пленки путем бомбардировки ионами примесей.

Идея использования ионного пучка для легирования полупроводников (в частности, кремния) проста. Разогнанные электрическим полем, обладающие значительной энергией ионы элементов, используемых обычно для создания примесной проводимости, внедряясь в кристалл полупроводника, занимают в его решетке положение атомов замещения и создают соответствующий тип проводимости.

Ионная имплантация позволяет контролировать параметры приборов более точно, чем термодиффузия, и получать более резкие p–n-переходы. Технологически проходит в несколько этапов:

18

–загонка (имплантация) атомов примеси из плазмы (газа);

–активация примеси, контроль глубины залегания и плавности p–n- перехода путем отжига.

Ионная имплантация контролируется следующими параметрами:

–доза – количество примеси;

–энергия определяет глубину залегания примеси (чем выше, тем глубже);

–температура отжига – чем выше, тем быстрее происходит перераспределение носителей примеси;

–время отжига – чем дольше, тем сильнее происходит перераспределение примеси.

4.2.Порядок выполнения работы

1.В папке с проектом создайте новый текстовой документ с расши-

рением cmd (например lab3.cmd). Далее открываем этот файл для редактирования.

2.Процесс ионного легирования

2.1. Необходимо задать размеры подложки, а также области, в которых будут проводиться вычисления.

2.1.1. Задаём сетку по x:

Line x location=0.0 spacing= 1.0<nm> tag=SiTop Line x location=50.0<nm> spacing= 10.0<nm> Line x location=0.5<um> spacing= 50.0<nm> Line x location=2.0<um> spacing= 0.2<um> Line x location=4.0<um> spacing= 0.4<um>

Line x location=10.0<um> spacing= 2.0<um> tag=SiBottom 2.1.2. Задаём сетку по y:

Line y location=0.0 spacing=50.0<nm> tag=Mid

Line y location=0.40<um> spacing=50.0<nm> tag=Right

Система координат в Sentaurus Process выбирается таким образом, чтобы в дальнейшем выбранную систему координат можно было использовать для 2D- и 3D-моделирования. Ось x направлена вниз (в подложку), ось y – параллельно подложке.

В результате работы программы будет построена расчетная сетка. Сетка более плотная на поверхности (1 нм) и менее плотная после 2 мкм в глубину. Для горизонтальногонаправленияиспользуетсяпостоянныйинтервалячейки50 нм.

19

2.1.3. Необходимо указать материал подложки, задать концентрацию примеси и кристаллографическое направление. В данном примере материалом является кремний:

region silicon xlo=SiTop xhi=SiBottom ylo=Mid yhi=Right

init concentration=1.0e+15<cm-3> field=Phosphorus wafer.orient=100

Для 2D-моделирования область подложки определена через ссылки для x- и y-направлений. Эти связующие ссылки были ранее определены в командной строке (tag= ).

Команда xlo задаёт нулевое значение x, которое соответствует нижней части нашей подложки. Команда xhi задаёт максимальное значение x, которое соответствует верхней части подложки. Для оси y задаются аналогичные команды.

2.2. Имплантация Бора. Команда имеет вид:

implant (материал) (количество примеси) (энергия частиц) (наклон) (поворот)

Проводим три имплантации бора подряд с различными параметрами:

implant Boron dose=2.0e13<cm-2> energy=200<keV> tilt=0 rotation=0 implant Boron dose=1.0e13<cm-2> energy= 80<keV> tilt=0 rotation=0 implant Boron dose=2.0e12<cm-2> energy= 25<keV> tilt=0 rotation=0

2.3. Для задания вычислительной сетки в Sentaurus Process используется функция MGOAL. Задание параметров для автоматической перегенерации вычислительной сетки (так как начальная сетка действительна до первой команды, которая изменяет геометрию):

mgoals on min.normal.size=1<nm> max.lateral.size=2.0<um> \ normal.growth.ratio=1.4 accuracy=2e-5

В данном примере минимальный размер ячейки по вертикали 1 нм, максимальный размер по горизонтали 2 нм. Ключевое слово normal.growth.ratio определяет, как быстро интервал сетки может увеличиться от одного слоя до другого.

MGOALS сохраняет начальный размер ячейки в максимально возможной степени и изменяет ячейку в новых слоях. Относительная точность вычислений – 2е-5.

20