Лазарь сильвако

Министерство образования Республики Беларусь

Белорусский государственный университет

информатики и радиоэлектроники

Кафедра микро- и наноэлектроники

ОТЧЕТ

по лабораторной работе № 3

«Проектирование технологического процесса формирования структуры N-МОП транзистора и его электрических характеристик в среде программного комплекса компании Silvaco»

Вариант 1

Выполнил: Проверил

Студент группы 040301 Профессор каф. МНЭ

Лазарь А.С. В.В. Нелаев

Минск 2013

Цель работы: ознакомление с модулями ATHENA и ATLAS программного комплекса Silvaco,моделирование технологического маршрута производства полевого N-МОП транзистора по заданным параметрам, снятие ВАХ созданного прибора.

Моделирование производится в программном комплексе SilvacoAthena. Структура транзистора формируется согласно заданному технологическому маршруту, контроль параметров осуществляется с помощью таблицы 1:

N-МОП транзистор формируется на фрагменте кремниевой подложки длиной 1,35 мкм и глубиной 0,3 мкм ориентацией <111> легированном бором концентрацией 5·10¹⁵ см^-3.

Область кармана формируется имплантацией бора дозой 0,8·10¹³ см^-2 и энергией 20 кэВ. Маска окисла формируется при температуре 750 °С во влажной среде до толщины 199,403 Å. Сопротивление слоя составляет 3388 Ом/см². Для легирования областей истока и стока формируется фоторезистивная маска с координатами краев окон 0,1; 0,5 и 0,9; 1,25 соответственно. Имплантируется фосфор в два этапа, сперва дозой 4·10¹³ см^-2 и энергией 20 кэВ в результате чего слоевое сопротивление составляет 2271,7 Ом/см², а глубина p-n-перехода — 0,122087 мкм. Затем фосфор имплантируется дозой 0,6·10¹² см^-2 и энергией 19,3 кэВ, слоевое сопротивление составляет 2236,79 Ом/ см², а глубина p-n-перехода — 0,124684 мкм. Операция отжига проводится при температуре 730 °С в течении 10 мин в нейтральной среде, в результате чего слоевое сопротивление и глубина p-n-перехода составляют 1892,87 Ом/см² и 0,12469 мкм соответственно. Подзатворный диэлектрик толщиной 123,166 Å формируется во влажном кислороде при температуре 745 °С в течении 20 мин. Затем проводится травление оксида в результате чего остается слой с координатами краев 0,35; 1 мкм. Контакты формируются из алюминия.

Ход работы:

Работа программного модуля ATHENA комплекса Silvaco начинается с команды:

#

goathena

#

Далее задаем расчетную сетку:

linexloc=0.00 spac=0.10

line x loc=1.35 spac=0.10

#

line y loc=0.00 spac=0.001

line y loc=0.3 spac=0.1

#

Структура формируется в кремниевой подложке. Размеры области подложки, в которой проводится моделирование: длина 1.35 мкм и глубина 0.3 мкм. Кристаллографическая ориентация подложки <111>. В исходном состоянии подложка легирована бором с концентрацией 510¹⁵ см^-3:

init silicon c.boron=5e15 orientation=111

#где c.boron=5e15 – концентрация легирующей примеси подложки, orientation=111 - кристаллографическая ориентация подложки <111>.

Операция 1. Подлегирование канала посредством имплантации бора:

implant boron dose=0.793e13 energy=20 pearson tilt=0 rotation=0 crystal

#Экстракцияпараметраслоевогосопротивления

extract name="RS1" sheet.res material="Silicon" mat.occno=1 x.val=0.3 region.occno=1

#

где tilt – угол внедрения в нормали, rotation – параметр, задающий вращение подложки.

После имплантации бора слоевое сопротивление Rs равняется 3423.93Ом/см² (3350 Ом/см²) . Далее в скобках будут указываться значения, заданные таблицей 1.

Операция 2. Формирование маскирующего окисла из оксида кремния посредствам окисления кремния при температуре 900 :

diffustime=4 temp=900 weto2

#Экстракция параметров толщины выращенного оксида кремния

extract name="OX" thickness material="SiO~2" mat.occno=1 x.val=0.3

#Экстракция параметров слоевого сопротивления кремниевой подложки

extract name="RS2" sheet.res material="Silicon" mat.occno=1 x.val=0.3 region.occno=1

#

После операции окисления кремния толщина оксида составляет 199,562Å (200 Å); слоевое сопротивление RS2 равно 3440.79Ом/см² (3365 Ом/см²).

В ходе операции 2 формируется так называемый жертвенный окисел, который необходим для исключения эффектов аморфизации и каналирования, возникающих в ходе последующих операций имплантации примеси фосфора.

Перед легированием фосфором областей стока и истока формируется фоторезистивная маска с координатами краев (0,1; 0,5). Размерность координат микроны.

depositphotoresistthick=0.50

#гдеthick – толщина формируемого слоя

# геометрическое травление фоторезиста по заданным координатам:

etch photoresist start x=0.1 y=-1

etchcont x=0.1 y=0

etchcont x=0.5 y=0

etchcont x=0.5 y=-1

etchcont x=0.9 y=-1

etchcont x=0.9 y=0

etchcont x=1.25 y=0

etch done x=1.25 y=-1

#

Операция 3. Легирование фосфором областей стока и истока. Первыйэтап.

implant phosphor dose=1.43e13 energy=32 tilt=0 rotation=0 crystal

#Экстракцияпараметраслоевогосопротивления

extract name="RS3" sheet.res material="Silicon" mat.occno=1 x.val=0.3 region.occno=1

#Экстракция параметра глубины залегания p-n перехода

extract name="Ja1" xj material="Silicon" mat.occno=1 x.val=0.3 junc.occno=1

#

После проведения операции 3 величина слоевого сопротивления RS3 равна 5266.29Ом/см² (5500 Ом/см²), а глубина залегания p-n перехода составляет 0,115 мкм (0,112 мкм).

Операция 4.Вторй этап легирования областей стока и истока фосфором.

implant phosphor dose=0.8e14 energy=10 tilt=0 rotation=0 crystal

#Экстракцияпараметраслоевогосопротивления

extract name="RS4" sheet.res material="Silicon" mat.occno=1 x.val=0.3 region.occno=1

#Экстракция параметра глубины залегания p-n перехода

extract name="Ja2" xj material="Silicon" mat.occno=1 x.val=0.3 junc.occno=1

#

После операции 4 величина слоевого сопротивления RS4 равна 2562.86Ом/см² (2748 Ом/см²) , а глубина залегания p-n перехода составляет 0,113 мкм.

Операция 5. Синхронный отжиг.

Проводится с целью устранения дефектов после операций имплантации фосфора, а так же для разгонки внедренной примеси.

diffus time=20 temp=500

#Экстракция параметра слоевого сопротивления

extract name="RS5" sheet.res material="Silicon" mat.occno=1 x.val=0.3 \

region.occno=1

#Экстракция параметра глубины залегания p-n перехода

extract name="Ja3" xj material="Silicon" mat.occno=1 x.val=0.3 junc.occno=1

#

После операции 5 величина слоевого сопротивления RS5 равна 2562.86 Ом/см² (2748 Ом/см²) , а глубина залегания p-n перехода составляет 0,113 мкм.

Перед операцией формирования подзатворного диэлектрика требуется удалить фоторезист и слой окисла.

etch photoresist all

#

etch oxide all

#

deposit oxide thick=0.02

#

etch oxide start x=0 y=-0.01

etchcont x=0 y=0.01

etchcont x=0.35 y=0.01

etchcont x=0.35 y=-0.0055

etchcont x=1 y=-0.0055

etchcont x=1 y=0.01

etchcont x=1.35 y=0.01

etch done x=1.35 y=-0.01

#

Операция 6. Формирование подзатворного диэлектрика.

extract name="Rs6" sheet.res material="Silicon" mat.occno=1 x.val=0.3 \

region.occno=1

#

extract name="Tox6" thickness material="SiO~2" mat.occno=1 x.val=0.3

#

extract name="Ja4" xj material="Silicon" mat.occno=1 x.val=0.3 junc.occno=1

После операции 6 слоевое сопротивление res равно 2541.67 Ом/см² (2674,16 Ом/см²), глубина залегания p-n перехода равна 0.116 мкм (0,118мкм), а толщина подзатворного диэлектрика 128,513 Å (126,721 Å).

Операция 7. Формирование металлизации и затвора

#осаждение алюминия и последующее его стравливание для формирования металлизации под области стока и истока

deposit aluminum thick=0.10 divi=10

#

etchalumin start x=0.4 y=-0.2

etchcont x=0.4 y=-0.0055

etchcont x=0.5 y=-0.0055

etch done x=0.5 y=-0.2

#

etchalumin start x=0.9 y=-0.2

etchcont x=0.9 y=-0.0055

etchcont x=1 y=-0.0055

etch done x=1 y=-0.2

#

tonyplot

#

electrode name=gate x=0.7

electrode name=source x=0.2

electrode name=drain x=1.2

electrode name=substrate backside

#

Рис. 1. Конечный вид N-МОП структуры.

Рис. 2. Профиль распределения примеси.

Далее используем модуль Atlas для получения вольтамперной характеристики. Измерения будем проводить от 0 до 5В с шагом 0,05В.

go atlas

#Указываем физические модели используемые в расчетах: CVT - модель подвижности носителей заряда Ломбарди; SRH - ШРХ-модель рекомбинации носителей заряда; PRINT - добавляет в файл информацию о параметрах используемых моделей.

modelscvtsrhprint

#Указываем материал контакта, если он отличен от омического.

contact name=gate n.polysilicon

#Указываем метод решения систем уравнений

method newton

solveinit

# Для лучшей сходимости первые несколько точек вычисляем при малых смещениях, а затем подаем большее напряжение

solvevdrain=0.005

solvevdrain=0.01

solvevdrain=0.1

#Вычисляем передаточную характеристику транзистора

log outf=1.log master

solvevgate=0 vstep=0.5 vfinal=3 name=gate

saveoutf=1.str

tonyplot 1.log

#Экстрагируем значение порогового напряжения

Extract name="vt" exintercept(maxslope(curve(abs(v."gate"),abs(i."drain"))))\- abs(ave(v."drain"))/2.0)

#

Рис. 3. ВАХ

С помощью программного модуля ATLAS комплекса Silvaco была смоделирована вольт-амперная характеристика, представленная на рисунке 3, а также рассчитано значение порогового напряжения - 0.5В.

Вывод: В процессе выполнения лабораторной работы были получены навыки в области компьютерного проектирования с использованием программного комплекса Silvaco. В соответствии с заданием был промоделирован технологический маршрут изготовления N-МОП транзистора и получены его характеристики.

Получено значение порогового напряжения – Vt = 0,5В

Следует представить итоговую таблицу полученных Вами промежуточных результатов и тех, которые содержатся в исходной таблице, с указание отличий в %.