LS-Sb87115

2.4. Отжиг:

diffuse temperature=1050<C> time=5.0<s>

2.5.Перегенерация сетки: grid remesh

2.6.Сохранение структуры:

struct tdr=lab3 struct smesh=lab3_f

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.

Рис. 4.1. Распределение имплантированного бора в структуре

Вибираем в меню File -> Load и загружаем файл: lab3_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. Распределение бора в структуре представлено на рис. 4.1.

21

Основными параметрами структуры являются длина канала L – расстояние между металлургическими границами n+–p-переходов стока и истока, ширина канала Z, толщина слоя изолятора d, глубина переходов rj и уровень легирования подложки Na. В кремниевых интегральных схемах отдельный МОП-транзистор окружён в целях изоляции областью с толстым слоем оксида, который называется пассивирующим или полевым (в отличие от тонкого слоя подзатворного оксида).

Рассматривая работу прибора, будем все напряжения отсчитывать от потенциала истока, т. е. считать его заземлённым. Когда напряжение на затворе отсутствует, электрическая цепь исток-сток представляет собой два n+–p- перехода, включённых навстречу друг другу. При этом в ней может протекать очень малый ток, равный току утечки обратносмещённого перехода. Если же к затвору приложено достаточно большое положительное напряжение, у границы с диэлектриком образуется инверсионный слой или канал, соединяющий n+-области стока и истока. Проводимость этого инверсионного канала модулируется при изменении напряжения на затворе. Тыловой контакт к подложке может находиться либо под тем же опорным потенциалом, что и исток, либо под напряжением, соответствующим обратному смещению n+–p- перехода исток-подложка. Напряжение обратного смещения подложки также влияет на проводимость инверсионного канала.

5.2.Порядок выполнения работы

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

рением cmd ( например lab4.cmd). Далее открываем этот файл для редактирования.

2.Процесс создания структуры

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

23

2.1.2. Задаём сетку по y:

set ymax 0.465

line y location=0.0 spacing=$ymax/8.0 tag=Mid

line y location=$ymax spacing=$ymax/8.0 tag=Right

2.2. 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 field=Boron wafer.orient=100 \ slice.angle=[CutLine2D 0 0 1 0.0]

Система координат подложки (рис. 5.2) используется для определения расположения всех других систем координат по отношению к подложке.

xw

Рис. 5.2. Система координат подложки

Для определения сетки моделирования используют систему координат для моделирования (рис. 5.3). У системы координат, используемой для моделирования, есть ось x, направленная в подложку, и ось y, вращаемая относительно оси y подложки. Моделирование в 1D использует только ось x. Моделирование в 2D использует только оси x и y.

xs xw

Рис. 5.3. Система координат для моделирования

24

2.3. Имплантация бора. Здесь задаётся материал (Boron), количество примеси (dose=2.0e13), энергия имплантации (energy=200), наклон (tilt=0),

поворот (rot=0). Углы tilt и rot определяют направление пучка ионного легирования:

implant Boron dose=2.0e13 energy=200 tilt=0 rot=0 implant Boron dose=1.0e13 energy=80 tilt=0 rot=0 implant Boron dose=1e14 energy=25 tilt=0 rot=0

Направление пучка ионного легирования определено относительно системы координат подложки (см. рис. 5.2) углами rot и tilt. На рис. 5.4 показаны эти углы относительно системы координат подложки.

rolation

xw

Рис. 5.4. Система координат для ионного легирования

2.4. Выращивание подзатворного оксида:

mgoals accuracy=1e-5 resolution=0.1 minedge=2e-6 normal.growth.ratio=2.0 min.normal.size=5e-4

gas_flow name=gasflow_13_2 pressure=1 pO2=1 temp_ramp name=tempramp_13_2 time=10 temp=850 diffuse temp_ramp=tempramp_13_2 gas_flow=gasflow_13_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). В данном примере минимальный размер ячейки по

вертикали 5 10 4 мкм. Ключевое слово normal.growth.ratio определяет, как быстроинтервалсеткиможетувеличитьсяотодногослоядодругого.

MGOALS сохраняет начальный размер ячейки в максимально возможной степени и только изменяет ячейку в новых слоях. Относительная точность вычислений – 1е-5.

25

2.5. Формирование затвора из поликремния. Формирование поликремниевого слоя на основном кремниевом подзатворном оксиде (рис. 5.5). Фоторезист используется как маска для травления, чтобы позволить первой анизо-

мой детали и уносят материал воспроизводимым и анизотропным способом слой за слоем. Реактивное ионное травление, в частности, используется для анизотропного структурирования кремния, органических и неорганических диэлектриков, металлических барьерных материалов и полимеров для электронных и оптоэлектронных приложений. Для уноса кремния или кремнийсодержащих слоев используются в первую очередь газы травления, основанные на фторе, типа CF4 и SF6. Травление органических молекул или очистка неорганических слоев от органических остатков осуществляется с помощью кислородной плазмы или газовой смеси из O2 и CF4. Металлические слои в первую очередь травятся физически (механическое выбивание атомов/молекул), например, с помощью аргонной плазмы:

deposit material = {Poly} type = anisotropic rate = {1.0} time=0.18 mask name=mask_13_2 segments = {-0.1 0.09 } negative

photo mask=mask_13_2 thickness=2

etch material = {Poly} type=anisotropic rate = {0.2} time=1 etch material = {Oxide} type=anisotropic rate = {0.1} time=1 strip Photoresist

26

2.6. Окисление поликремния. Создание изолирующего слоя:

gas_flow name=gasflow_13_3 pressure=0.5 pO2=0.5 temp_ramp name=tempramp_13_3 time=10 temp=900

diffuse temp_ramp=tempramp_13_3 gas_flow=gasflow_13_3 mgoals.native 2.7. Перегенерация сетки для LDD- и halo-имплантации:

refinebox silicon min= {0.0 -1.625} max= {0.1 00.095} xrefine= {0.01 0.01 0.01} yrefine= {0.01 0.01 0.01} add refinebox remesh

2.8. LDD- и halo-имплантация. LDD (Lightly Doped Drain) – наиболее распространённая конструкция МОП. Её особенностью является наличие мелких слаболегированных областей, которые удлиняют области истока и стока в сторону канала. Концентрацию легирующей примеси в этих областях (фосфор и бор) и режим её разгонки выбирают таким образом, чтобы получить плавный p–n-переход. Обычно концентрация примеси составляет от 4 · 1018 до 8 · 1018 см–3, в то время как в n±областях она достигает 5 · 1019…1 · 1020 см–3. Полученное таким способом снижение напряжённости электрического поля в канале на границе со стоком уменьшает энергию горячих электронов, которые вызывают долговременную деградацию параметров транзистора. Слаболегированные LDD-области также повышают напряжение прокола, инжекционного и лавинного пробоя транзистора, уменьшают DIBL-эффект и эффект модуляции длины канала.

Уменьшение порогового напряжения при снижении длины канала является индикатором появления короткоканальных эффектов при разработке новых технологий и одновременно существенным препятствием на пути сокращения размеров транзисторных структур. Для борьбы с эффектами короткого канала используется изменение профиля легирующей примеси как в горизонтальном, так и в вертикальном направлении. В горизонтальном направлении (вдоль канала) создают ореол (halo) вокруг слаболегированных областей истока и стока, выполняют ионную имплантацию в кармашки (pockets). В вертикальном направлении создают неоднородное (ретроградное) распределение примеси, экстремально мелкие области истока и стока, применяют новые материалы с большей, чем у оксида кремния, диэлектрической проницаемостью:

implant Arsenic dose=4e14 energy=10 tilt=0 rot=0 implant Boron dose=2.5e+12 energy=25 tilt=30 rot=0

27

implant Boron dose=2.5e+12 energy=25 tilt=30 rot=90 implant Boron dose=2.5e+12 energy=25 tilt=30 rot=180 implant Boron dose=2.5e+12 energy=25 tilt=30 rot=270

temp_ramp name=tempramp_13_4 time=0.083333333 temp=1050 diffuse temp_ramp=tempramp_13_4

2.9.Изготовление спейсера. Изоляция между поликремниевым затвором

иконтактами к истоку и стоку выполняется в виде спейсера (разграничителя)

из Si3N4:

deposit material = {Nitride} type = isotropic rate = {1.0} time=0.06 etch material = {Nitride} type=anisotropic rate = {0.084} time=1 etch material = {Nitride} type=isotropic rate = {0.0001} time=1 etch material = {Oxide} type=isotropic rate = {0.01} time=1

2.10. Затем выполняется имплантация стока-истока. Однако перед этим необходима перегенерация (обновление) сетки:

refinebox silicon min= {0.04 0.025} max= {0.18 $ymax} xrefine= {0.01 0.01 0.01} yrefine= {0.05 0.05 0.05} add refinebox remesh

Это гарантирует, что сетка в достаточно вертикальном направлении:

to resolve the junction depth.

2.11. Имплантация стока-истока. Исток и сток задаются, используя:

implant Arsenic dose=5e15 energy=40 tilt=7 rot=-90 temp_ramp name=tempramp_13_5 time=0.16666667 temp=1050 diffuse temp_ramp=tempramp_13_5

Чтобы гарантировать низкое удельное сопротивление областей стока и истока, этот шаг внедрения использует очень высокую дозу 5 · 1015 cм–2. Наклон используется, чтобы уменьшить channeling, а угол поворота в 7о не приведёт к асимметрии между истоком и стоком.

2.12. Моделирование до конца не выполнено. Металлические контакты создаются осаждением и травлением, чтобы идентифицировать области контакта для дальнейшего использования в моделировании устройства:

deposit material = {Aluminum} type = isotropic rate = {1.0} time=0.03 mask name=mask_13_3 segments = {-0.1 0.08 } negative

28

photo mask=mask_13_3 thickness=2

mask name=mask_13_4 segments = {0.2 1.1 } negative photo mask=mask_13_4 thickness=2

etch material = {Aluminum} type=anisotropic rate = {0.25} time=1 etch material = {Aluminum} type=isotropic rate = {0.02} time=1 strip Photoresist

2.13. Сохранение структуры:

transform clip min= {-2 -2} max= {2 10} contact name=gate point x=-0.2 y=0.001 replace

contact name=drain point x=-0.02 y=[expr $ymax – 0.001] replace contact name=substrate box silicon xlo=1.5 ylo=0 xhi=2.5 yhi=$ymax set Ygox [interface oxide /silicon y = 0.001 ]

set Ypol [interface poly /oxide y = 0.001 ] set Ytmp [expr $Ygox + 0.005]

set Tox [expr $Ygox-$Ypol] sel z = { NetActive }

set Xgd [format %.3e [lindex [lsort -real [interpolate x = $Ytmp silicon z=1e10]] 0]]

set Xj [format %.3e [lindex [lsort -real [interpolate y = 0.455 silicon z=1e10]] 0]]

puts "DOE: Lgeff [format %.3e [expr 2.0*$Xgd]]" puts "DOE: Xj [format %.3e $Xj]"

puts "DOE: Ygox [format %.3e $Ygox]" puts "DOE: Tox [format %.3e $Tox]" transform reflect left

struct smesh=n13 exit

2.14.В командной строке необходимо перейти в папку с вашим файлом

изатем ввести команду sprocess имя_файла (например sprocess n13_fps.cmd)

инажать Enter. После этого программа начнёт расчет – это займёт некоторое время.

Таким образом, была создана структура МДП-транзистора. Но для моделирования полученной структуры необходим файл, который даст возможность использовать структуру в Sentaurus Device. Назовём его n25_dvc.cmd.

29

3. Создание переходного файла. Создайте новый текстовой документ

(например, n25_dvc.cmd):

;--- Internal parameters --------------------------------

(begin

(define DopPol "BoronActiveConcentration")

)

*Присваивание переменным определённых значений

(define PolyDop 6e19) (define Lg 0.13)

(define Xgdo (* 0.5 1.326e-01)) (define Xj 1.008e-01)

(define Ygox 6.046e-04)

(define Tox 3.267e-03)

(define PNres 0.006) (define Xg (/ Lg 2.0)) (define Ypol (- Ygox Tox)) (define dXext 0.01)

(define BNDin "n13_bnd.tdr")

(define GRD "n13_fps.tdr")

*Загрузка граничных условий

;--- Load Boundary-----------------------------------------------------

(sdeio:read-tdr-bnd BNDin)

(define Xmin (position:x (car (bbox (get-body-list)))))

(define Xmax (position:x (cdr (bbox (get-body-list)))))

(define Ymin (position:y (car (bbox (get-body-list)))))

(define Ymax (position:y (cdr (bbox (get-body-list)))))

;--- Place sub meshes -------------------------------------------------

*Загрузка переименованного файла с сеткой

(sdedr:define-submesh "SubMesh" GRD 'w)

*Задание общего прямоугольника для сетки

(sdedr:define-refinement-window "Win.RightHalf" "Rectangle"

30