_ / KusrMBIS_SentaurusTCAD

1. Общие положения

Цель, задачи и структура курсового проекта

Цель курсового проекта – разработка и исследование технологического маршрута со-

здания n- и p-канальных МОП-транзисторов в составе КМОП-структуры в соответствии с за-

данным вариантом конструктивных и электрофизических данных.

В курсовом проекте разрабатывается, оптимизируется и анализируется один из критиче-

ских конструктивно-технологических узлов маршрута изготовления современных инте-

гральных схем и элементов. Разрабатываемый маршрут основывается на базовых технологи-

ях создания КМОП интегральных схем с учетом индивидуального задания, включающего конструктивные и схемотехнические параметры КМОП-транзисторов, а также тип изоляции.

Для достижения поставленной цели курсового проекта необходимо поэтапно ре-

шить следующие задачи:

1.Разработать предварительный проект полного технологического маршрута создания n-

иp-канальных МОП-транзисторов в составе КМОП-структуры с учетом типа изоляции. Со-

ставить эскизную технологическую маршрутную карту (схему) создания КМОП-структуры.

2.Разработать масштабные эскизы n- и p-канальных транзисторов.

3.Провести предварительные аналитические расчеты влияния конструктивно-

технологических параметров на пороговое напряжение n- и p-канальных МОП-транзисторов:

с учетом типа примеси получить зависимость порогового напряжения от концентрации примеси на поверхности полупроводника Uпор (Nп) при нескольких толщинах подзатворного оксида;

на основе проведенных предварительных расчетов, а также исходных данных разрабо-

тать эскизы распределений результирующей примеси в основных вертикальных сечениях транзисторов.

4.С использованием средств технологического моделирования в одномерном приближе-

нии определить режимы технологических операций маршрута для достижения параметров технического задания:

получить зависимость параметров области кармана (концентрации на поверхности

Nкарм , глубины залегания Xj карм) от дозы легирования и времени отжига кармана tотж;

получить зависимость толщины подзатворного оксида dок от времени окисления tок ;

получить зависимость максимальной концентрации примеси в подзатворной области от дозы имплантации примеси в канал.

получить зависимость максимальной концентрации примеси и глубины залегания стока

(истока) от энергии ионной имплантации времени отжига стока.

1

5.На основе проведенных расчетов разработать полные технологические маршруты со-

здания n- и p-канальных МОП-транзисторов и провести двухмерное технологическое моде-

лирование данных маршрутов.

6.С использованием средств приборного моделирования рассчитать пороговое напряже-

ние n- и p-канальных МОП-транзисторов. При необходимости провести окончательную кор-

ректировку маршрута для достижения соответствия параметров транзисторов требованиям технического задания.

7.Исследовать один из конструктивно-технологических узлов создания современных ин-

тегральных схем и элементов. Выявить перспективы повышения их технических характери-

стик за счет применения новых технологий, материалов и т.п.

Весь материал курсового проекта следует разделить на следующие структурные

элементы:

титульный лист;

содержание;

введение;

индивидуальное техническое задание на курсовой проект;

основная часть (разбивается на разделы);

заключение;

список использованных источников.

Содержание включает наименования всех структурных элементов ( в том числе разде-

лов, подразделов, пунктов (если они имеют наименование)) с указанием номеров страниц, с

которых они начинаются.

Во введении следует подчеркнуть значение развития микроэлектроники для промыш-

ленности, техники и других сфер деятельности человека. Объем введения – не более двух страниц. После введения необходимо привести техническое задание на курсовой проект с указанием цели, параметров заданной КМОП-структуры и технологического маршрута ее изготовления. Кроме того, в техническом задании надо привести эскиз поперечного сечения

(согласно варианту задания) и эскиз топологии КМОП-структуры (или транзисторов с обои-

ми типами проводимости канала) с указанием всех областей (р – n-переходов, затворов, об-

ластей изоляции).

В первом разделе основной части курсового проекта необходимо представить состав-

ленный согласно индивидуальному заданию эскиз конструкции КМОП-структуры и разрабо-

танный технологический маршрут ее изготовления. При разработке технологического марш-

рута следует учитывать, что получаемая КМОП-структура является элементной базой для

2

более сложной интегральной схемы, подобно разрабатываемым цифровым интегральным схемам в рамках курсовых проектов по схемотехническим курсам. Технологический марш-

рут представляется в виде таблицы с последовательностью технологических операций и ука-

занием их режимов. Кроме того, необходимы поясняющие иллюстрации (полная технологи-

ческая схема) с приведенными поперечными сечениями структур базовых элементов на ключевых этапах изготовления.

Для определения режимов технологических операций, позволяющих получать заданную конструкцию элементной базы с требуемыми схемотехническими параметрами, необходимо проводить расчеты и компьютерное моделирование (приборно-технологическое моделиро-

вание интегральных элементов).

Во втором разделе основной части курсового проекта приводятся расчеты заданной КМОП-структуры, результаты предварительных расчетов и исследований технологических параметров и режимов операций, методика моделирования, технологический маршрут на ос-

нове выбранных технологических операций, режимы которых подлежат определению и оп-

тимизации с использованием численного моделирования, и результаты моделирования. Ил-

люстрации результатов расчетов и моделирования должны содержать распределения примесных профилей в сечениях затвора и стока, пороговые (проходные) ВАХ полученных МОП-транзисторов. В конце второго раздела необходимо либо привести полный подробный окончательный маршрут с указанием определенных режимов (доз и энергии примесей при ионном внедрении, времен и температур отжигов и т.д.), либо дать режимы всех скорректи-

рованных технологических операций, приведенных в полном технологическом маршруте в виде таблицы в первом разделе основной части проекта.

В третьем разделе основной части курсового проекта приводится реферативный матери-

ал по анализу одного из конструктивно-технологических узлов создания современной или перспективной элементной базы интегральных схем или систем-на-кристалле. Так как этот раздел должен быть подготовлен на основе источников научно-технической информации, то здесь необходимы ссылки на использованные источники. Объем третьего раздела курсового проекта – 10 – 15 страниц.

В заключение включаются выводы по проделанной в процессе выполнения курсового проекта работе. Во-первых, следует охарактеризовать конструкцию элементной базы (n- и p-

канальных транзисторов) и разработанный технологический маршрут изготовления инте-

гральной схемы. Во-вторых, необходимо привести результаты приборно-технологического моделирования с указанием достигнутых пороговых напряжений n- и p-канальных транзи-

сторов. Важно отметить те операции технологического маршрута, изменение режимов кото-

3

рых в процессе моделирования существенно влияет на пороговые напряжения транзисторов, и привести их оптимальные значения, достигнутые в ходе выполнения проекта. В завершении приводятся результаты анализа выбранного конструктивно-технологического узла создания элементной базы интегральных схем или систем-на-кристалле, а также прогнозы развития и совершенствования применяемых технических конструкций.

Требования к оформлению курсового проекта

Курсовой проект представляется на кафедру ИЭМС в напечатанном виде на бумаге формата А4 (книжная ориентация). Страницы курсового проекта должны быть сшиты или переплетены. Поля страницы должны быть не менее: верхнее – 2,0 см; нижнее – 2,0 см; левое – 3,0 см; правое – 1,5 см; колонтитулы: верхний – 1,5 см; нижний – 1,5 см. Шрифт – Times New

Roman (или подобный). Кегль (размер) шрифта – 12, 13, 14. Кегль формул должен соответствовать кеглю основного текста. Межстрочный интервал – полуторный. Абзацный отступ (красная строка) – не менее 1 см (рекомендуемый – 1,25 см). Текст должен быть выровнен по ширине.

Рисунки и таблицы должны иметь соответственно подписи и названия. Ссылки в тексте на каждый рисунок и таблицу обязательны. Подрисуночная подпись оформляется следующим образом:

Рисунок <№> – <Название рисунка>

При этом подпись центрируется.

Рисунки, выполненные на миллиметровой бумаге, включаются в объем курсового проекта и имеют общую нумерацию с рисунками в тексте (могут быть вклеены или подшиты).

Название таблицы размещается над ней (без абзацного отступа): Таблица <№> – <Название таблицы>

Титульный лист оформляется следующим образом. В верхней его части по центру размещается полное официальное наименование университета: Национальный исследовательский университет «МИЭТ». Ниже через строку: «Факультет электроники и компьютерных технологий». На следующей строке: «Кафедра интегральной электроники и микросистем». Затем по центру листа: «Курсовой проект». На строку ниже: «по курсу «Маршруты БИС»». Строкой ниже указывается тема проекта без кавычек (допускается использовать только прописные буквы, т.е. шрифт в формате верхнего регистра). Через три-пять пустых строк с форматированием по правому краю указывается, кто выполнил: «выполнил: Фамилия И.О., студент группы ЭКТ<№ группы>» и строкой ниже, кто проверил (курирующий преподаватель кафедры ИЭМС): «проверил: <ученое звание, ученая степень (должность)> Фамилия И.О.» . Внизу по центру страницы: «Москва, <текущий год>».

4

Каждая страница проекта, кроме титульного листа, должна быть пронумерована. Номер страницы указывается внизу по центру (нижний колонтитул).

Каждый структурный элемент курсового проекта должен начинаться с новой страницы.

Общие данные для всех вариантов технического задания

1.Концентрация примеси в подложке: Nп = 1015 см−3.

2.Концентрация примеси в n+- и p+-Si* затворе: Nз = 1020 см−3.

3.Заряд электрона: e = 1,62·10−19 Кл.

4.Диэлектрическая постоянная: ε0 = 8,85·10−14 Ф/см.

5.Относительная проницаемость Si: ε = 11,9.

6.Относительная проницаемость SiO2: εd = 3,4.

2. Пример технического задания на курсовой проект

Разработать технологический маршрут создания n- и p-канальных МОП-транзисторов в составе КМОП-структуры, имеющих параметры, представленные в табл.1.

Таблица 1

Исходные данные КМОП-структуры

Для наглядности указанные параметры показаны на рис.1 на примере n-МОП-

транзистора с p+-затвором.

Xj карм

p - карман

n– - подложка

5

Рис.1. Структура и основные размеры n-МОП-транзистора с p+-затвором и p-карманом

6

3. Разработка проекта полного технологического маршрута создания КМОП-

структуры

Технологический маршрут изготовления КМОП-структуры представляет собой по-

следовательность технологических операций, необходимых для формирования интегральных n- и p-канальных транзисторов, области изоляции и металлизации.

Технологические маршруты создания КМОП-структуры могут существенно отли-

чаться друг от друга в зависимости от конструктивно-технологических параметров МОП-

транзисторов: длины канала, глубины залегания стока-истока, типа и количества карманов,

типа изоляции. При этом можно выделить две группы маршрутов создания КМОП-

структуры, имеющих общие операции и отличающихся только типом изоляции: LOCOS (ло-

кальный изолирующий окисел кремния) или STI (щелевая изоляция).

В табл.2 приведены упрощенные полные маршруты создания КМОП-структуры c

разными типами изоляции. Эскизные технологические маршрутные схемы, представляющие собой иллюстрации основных этапов технологического маршрута, показаны на рис.2.

7

Таблица 2

Технологические маршруты создания КМОП-структуры с использованием изоляций

LOCOS и STI

8

Приведенные в качестве примера технологические маршруты и маршрутные схемы яв-

ляются достаточно приблизительными и общими. На данном этапе выполнения курсового проекта необходимо составить более подробный маршрут с указанием отдельных техноло-

гических операций и их режимов. Кроме того, следует более подробно проиллюстрировать маршрут рисунками маршрутной карты, так как из исходных данных уже известны многие конструктивно-технологические параметры КМОП-структуры (тип изоляции, тип и количе-

ство карманов, тип затвора, размеры, глубины и концентрации примесей в некоторых обла-

стях).

Другие примеры маршрутов и режимов технологических операций (энергий и доз им-

плантаций, температур и времен отжигов, толщин наносимых и удаляемых слоев и т.д.)

можно найти в [1 – 11].

В соответствии с примером технического задания, приведенного выше, КМОП-

структура содержит следующие элементы:

n-канальный МОП-транзистор с p+-Si*-затвором на p-подложке; p-канальный МОП-транзистор с p+-Si*-затвором в n-кармане на p-подложке;

область щелевой изоляции (STI) между транзисторами;

металлизацию.

Пример полного технологического маршрута создания КМОП-структуры в соответствие с исходными данными, табл.1 и рис.1 приведен ниже (выделены основные этапы изготовле-

ния).

Выбор подложки: p-тип, КДБ-10 (N = 1015 см−3), кристаллографическая ориентация по-

верхности (100).

1. Создание щелевой изоляции (STI) между транзисторами:

фотолитография «STI»;

анизотропное травление Si на глубину залегания кармана (6-7 мкм);

удаление фоторезиста;

заполнение щели с использованием SiO2 .

2. Создание n-кармана:

окисление: 1000 °С, 30 мин;

фотолитография «n-карман»;

имплантация: P, E = 80 кэВ, D =5·1012 см−2;

удаление фоторезиста;

отжиг (разгонка) карманов:

-диффузия: 1200 °С, 30 мин, окисляющая среда – О2;

10