Методическое пособие 565

Save name=vpex02_5

Export structure=vpex02_5.str

#Нанесение поликремния без учета физики процесса

#В качестве маскирующего слоя выбран слой затвора «Gate» (см. выше); нанесение – направленное, толщина нанесенной пленки – 0,2 мкм

Deposit material="polysilicon" directional thickness=0.200 mask="Gate"

#Сохранение и отображение структуры на экране (рис. 10)

Save name=vpex02_6 Export structure=vpex02_6.str

tonyplot3d vpex02_6.str -set vpex02_6.set

Рис. 10. Внешний вид структуры после вытравливания областей по маске

#Далее происходит оптимизация параметров сетки моделирования для того, чтобы она подходила для последующих операций легирования

#Обычно данный блок команд ставится в начале кода (перед технологическими процессами), но в случае, если параметры объема структуры не были созданы ранее, настройки стеки могут стоять в середине кода перед работой с «объемом» структуры

#Для настроек имплантации «IMPLANT» требуется инициализация параметров сетки объема прибора

#По оси Х:

Line X position=0.100 spacing=0.030 Line X position=0.280 spacing=0.005 Line X position=0.325 spacing=0.005

#По оси Y:

Line Y position=0.100 spacing=0.030 Line Y position=0.247 spacing=0.005 Line Y position=0.248 spacing=0.005 Line Y position=0.300 spacing=0.020

20

#По оси Z:

Line Z position=-0.185 spacing=0.010 Line Z position=-0.160 spacing=0.010 Line Z position=-0.100 spacing=0.050 Line Z position= 0.025 spacing=0.002 Line Z position= 0.080 spacing=0.040 Line Z position= 0.150 spacing=0.010 Line Z position= 0.400 spacing=0.050

#Имплантация проводится в аналитическом режиме: энергия процесса 10 кЭв, внедряется 1 × 1014 ионов мышьяка на см2; подложка наклонена на 7о, источники вращаются на 22о

Implant arsenic energy=10 dose=1e14 tilt=7 rotation=22

#Структура сохраняется и выводится в 3D файл

Save name=vpex02_7 Export structure=vpex02_7.str

#Отжиг в азотной (инертной) атмосфере при 850о в течение 20 минут

Diffuse time=20 temp=850

#Структура сохраняется и выводится в 3D файл

Save name=vpex02_8 Export structure=vpex02_8.str

#Окисление проводится с учетом физических особенностей процесса: атмосфера – влажный кислород, время – 8 минут, температура 800о; «dif.coupled» обозначает, что основным механизмом процесса является термический нагрев

Diffuse wetO2 time=8 temperature=800 dif.coupled=false Save name=vpex02_9

Export structure=vpex02_9.str

#Нанесение нитрида кремния проводится с учетом физики технологического процесса (рис. 11)

#В данном блоке используется «nonconformal» – неравномерная модель нанесения; параметры этой модели «rate» и «ratio» задаются напрямую в настройках «DEPO», поскольку здесь не используется селективное нанесение; «depositionrate» - (мкм/мин) определяет степень нанесения на плоскую поверхность; «ratio» - определяет соотношение направленности и анизотропности при нанесении материала (на стенки наносится 40 % материала)

Deposit material=nitride model="nonconformal" depositionrate=0.1 ratio=0.4 time=1.0

#Структура сохраняется и выводится в 3D файл

Save name=vpex02_10 Export structure=vpex02_10.str

tonyplot3d vpex02_10.str -set vpex02_10.set

21

Рис. 11. Структура, на которую нанесли Si3N4 с использованием модели неравномерного нанесения

#Стравливание области заданной геометрии без учета физики процесса: стравливается 0,113 мкм поверхности

Etch dry thickness=0.113

#Структура сохраняется и выводится в 3D файл

Save name=vpex02_11 Export structure=vpex02_11.str

#Имплантация мышьяка по методу Монте-Карло: энергия пучка ионов 20 кЭв, загоняется 1015 ионов на см2, пластина наклонена на 7о, пучки вращаются в пределах 22о, в модели обсчитывается 2000000 ионов

Implant arsenic energy=20 dose=1e15 tilt=7 rotation=22 montecarlo n.ion=2000000

#Структура сохраняется и выводится в 3D файл

Save name=vpex02_12 Export structure=vpex02_12.str

#Формирование электрода затвора по маске «Gate» из материала «poly»/поликремния

Electrode mask="Gate" material="poly" Save name=vpex02_13

Export structure=vpex02_13.str

#Нанесение окисла с формированием планарной структуры поверхности с максимальной толщиной 0,03 мкм (рис. 12)

Deposit material=oxide max thickness=0.030

#Структура сохраняется и выводится в 3D файл

Save name=vpex02_14 Export structure=vpex02_14.str

tonyplot3d vpex02_14.str -set vpex02_14.set

22

Рис. 12. Структура после планарного нанесения окисла

# Формирование шаблона маски для областей истока и стока (называется «SD»); рассчитанный шаблон ранее сохранен в файл aeimage.dat; создается новый слой маски (название слоя – «SD_LITHO»); параметр «maskCriticalIntensity» определяет длительность экспонирования; «maskAperture» - определяет численные параметры диафрагмы, через которую производится экспонирование; «standardWl» - определяет длину волны излучения (в данном случае 0,248 мкм); тип маски – прозрачная (рис. 13)

Lithography mask="SD" maskCriticalIntensity=0.14 \ maskAperture=0.5 standardWl=DUVLINE \ resultImage="aeimage.dat" maskType="clear"

tonyplot aeimage.dat

Рис. 13. Рассчитанный шаблон маски для фотолитографии

23

#Травление по маске с учетом рассчитанных параметров (рис. 13); травится окисел, толщина травления 0,235 мкм, маска инвертируется

Etch material=oxide dry thickness=0.235 mask="SD_LITHO" reverse

#Структура сохраняется и выводится в 3D файл

Save name=vpex02_15 Export structure=vpex02_15.str

#Формирование «заглушки» заполнением отверстия вольфрамом; металл наносится направленно, толщина слоя 0,11 мкм

Deposit material=tungsten conformal thickness=0.110

#Структура сохраняется и выводится в 3D файл

Save name=vpex02_16 Export structure=vpex02_16.str

#Межсоединения формируются травлением вольфрама выше значения -0,27 мкм с максимальной толщиной 0,01 мкм справа от точки 0,24 мкм

Etch above=-0.270

Etch material=tungsten max thickness=0.110 right=0.240

#Структура сохраняется и выводится в 3D файл (рис. 14)

Save name=vpex02_17 Export structure=vpex02_17.str

tonyplot3d vpex02_17.str -set vpex02_17.set

Рис. 14. Структура с межсоединениями

# Экспорт параметров структуры для дальнейшего моделирования в Victory Device (структура отражена относительно себя в сторону положительных значений по Х) (рис. 15)

Export Victory(Conformal) structure=vpex02_18.str mirror.device="+x" tonyplot3d vpex02_18.str -set vpex02_18.set

quit

24

Рис. 15. Итоговая структура, готовая для моделирования характеристик в Victory Device

25

ПРИМЕР 3. МОДЕЛИРОВАНИЕ 3D СТРУКТУРЫ И ХАРАКТЕРИСТИК ТОНКОПЛЕНОЧНОГО ПОЛЕВОГО ТРАНЗИСТОРА

НА АМОРФНОМ КРЕМНИИ

Несмотря на то, что большое количество характеристик и физических процессов, протекающих в структуре, можно исследовать в двумерном режиме, распределение некоторых параметров можно показать наглядно только при моделировании трехмерной структуры.

Вкоде структуры разбирается методика построения трехмерного полевого транзистора на аморфном гидрогенизированном кремнии (A-Si:H) с исполь-

зованием модулей Victory Cell и Victory Device.

Модуль Victory Cell позволяет сформировать трехмерную ячейку транзистора по тем же принципам, что и модуль Athena (используемый в более ранних разработках). Основным отличием является более высокая точность построения

инесколько иные принципы формирования структуры. Одной из особенностей

разрабатываемой структуры является формирование стенок рабочих областей под углом 45о. Именно поэтому построенная структура сохраняется для дальнейших расчетов характеристик в тетраэдрической координатной сетке.

Взапрещенной зоне используемых в данной структуре материалов (структура которых не упорядочена) присутствует большое количество энергетических уровней, возникших из-за дефектов (они используются для правильного моделирования поликристаллических или аморфных материалов). Модуль Victory Device позволяет создавать параметры границ областей и дефекты как два расщепляемых по экспоненте «хвоста» зоны и два Гауссовых распределения в середине запрещенной зоны. Также для более правильного расчета при обратном включении транзистора учитывается туннелирование «зона-зона». Для более точного расчета токов при малых напряжениях сток-исток в модели используется 80-битная арифметика с увеличенной точностью с распределенными вычислениями (данная структура кода может быть использована при облачных вычислениях или при расчетах на мощных серверах; при работе на стандартных ПК возможности кода ограничиваются ресурсами машины).

Параметр «e.field.derivs» определяет частную производную модели туннелирования «зона-зона» от градиента потенциала (этот блок в данном примере не является необходимостью, но позволяет обеспечить более высокую сходимость расчетов).

# Первый блок расчета в модуле Victory Process позволяет сформировать трехмерную структуру тонкопленочного транзистора

go victoryprocess

# в качестве подложки берется SiO2 толщиной 5 мкм; над ним создается область толщиной 10 мкм, с которой и будет формироваться структура (рис. 16)

26

Рис. 16. Маска областей затвора (красная), канала (оранжевая)

и истока/стока (сиреневая), используемая при разработке тонкопленочного транзистора

# маска, по которой будут созданы области транзистора, была взята из примера tftex11; ее можно открыть в редакторе Maskviews, выбрав папку с

27

примером и скопировав файл типа .lay, расположенный в ней, в папку со структурой; также в данном редакторе можно создавать маски под заданный проект (файл маски необходимо поместить в папку с проектом под требуемым именем)

# x_lf=0 – первая точка построения по оси X, y_lf=-20 – первая точка построения по оси Y, x_rb=20 – последняя точка построения по оси X, y _rb=20 – последняя точка построения по оси Y (рис. 17)

Рис. 17. Пример построения XY координат области по маске;

заданы границы области по осям X и Y (FROM="x_lf, y_lf" TO="x_rb, y_rb")

init oxide layout="tftex11.lay" depth=5 gasheight=10 from="0, -20" to="20,

20"

#зная параметры маски, задаем настройки будущего транзистора по оси Х

– в каждом интервале значений определяется оптимальная настройка сетки структуры

line x loc=0 spac=0.75 line x loc=2.5 spac=0.25 line x loc=3 spac=0.25 line x loc=7 spac=1 line x loc=11 spac=0.25

line x loc=11.5 spac=0.25

#аналогичные действия выполняются по оси Y line y loc=-8.7 spac=0.25

line y loc=-6.7 spac=0.75 line y loc=-4.7 spac=0.25 line y loc=-2.7 spac=0.75 line y loc=-0.7 spac=0.25 line y loc=1.9 spac=0.5 line y loc=3 spac=0.25

#и по оси Z

line z loc=-1.45 spac=0.1 line z loc=-1.3 spac=0.5

28

line z loc=-1 spac=0.02 line z loc=-0.9 spac=0.025 line z loc=-0.7 spac=0.05 line z loc=-0.35 spac=0.25 line z loc=0 spac=1

line z loc=5 spac=1

#после того как области с различными настройками сетки были заданы, на слое оксида формируется затвор из алюминия толщиной до 0,35 мкм; для этого

сначала на всю поверхность SiO2 наносится пленка Al, далее она стравливается по маске затвора с углом стенки травления 45о до плоскости оксида (параметр max); также по маске электрода из алюминия создается электрод затвора

deposit aluminum thickness=0.35 max

etch aluminum mask="GATE" angle=45 max electrodes mask=GATE material=aluminum

#в качестве подзатворного диэлектрика используется Si3N4, который наносится на всю поверхность структуры (модель max заполняет структуру выбранным материалом до заданного горизонтального уровня) толщиной 0,35 мкм от наивысшей точки структуры (т.к. модель max)

deposit nitride thickness=0.35 max

#далее из аморфного кремния создается область канала; для этого на всю

поверхность структуры наносятся два слоя кремния, легированного фосфором – первый толщиной 0,25 мкм от наивысшей точки структуры (2×1016 см-3), второй

– толщиной 0,05 мкм (5×1020 см-3); далее по маске «ACTIVE» с углом стенок 45о стравливается 0,3 мкм кремния от наивысшей точки структуры

deposit silicon thickness=0.25 phosphor=2e16 max deposit silicon thick=0.05 phosphor=5e20 max

etch silicon thick=0.3 mask="ACTIVE" angle=45 max

#после формирования канала из алюминия создаются области истока и стока: по всей поверхности, начиная от наивысшей точки, наносится 0,3 мкм

Al, далее по маске «SD» проводится травление – сначала Al толщиной 0,6 мкм (от наивысшей точки с углом стенок 45о), потом – кремния толщиной 0,08 мкм (от наивысшей точки с углом стенок 45о)

deposit aluminum thickness=0.3 max

etch aluminum thick=0.6 mask="SD" angle=45 max etch thick=0.08 silicon mask="SD" angle=45 max

#команда создает тетраэдрическую сетку для дальнейшего расчета в Victory Device (victory(conformal)) и сохраняет структуру (без электродов истока и стока) в файл

export victory(conformal) structure="tft1_0_noSD.str"

#алюминиевым областям истока и стока по маске «SD» присваивается значение электродов

electrodes mask=SD material=aluminum

29