Методическое пособие 565

Рис. 21. 3D модель тонкопленочного транзистора в различных проекциях

40

1.МОДЕЛИРОВАНИЕ СТРУКТУРЫ И ВАХ / ВФХ

1.1.Резистор на заданном материале

По технологии 0,18 мкм разрабатывается диффузионный резистор n+-типа в кремниевой подложке. В подложку кремния с примесью p-типа (бор) проводится диффузия сильно легированной примесью n+-типа (мышьяк). Глубина залегания составляет 0,2 мкм, максимальное рабочее напряжение 1,98 В и сопротивление 62 Ом/квадрат. Для небольших сопротивлений используется высоколегированная область (n+-слой) [3].

Листинг программы для расчета резистора:

#Переходим в victoryprocess и задействуем все ядра go victoryprocess simflags="-P all"

#1 строка: физические характеристики подложки: материал – кремний, легированный бором;

#2 строка: задание структуры (2D режим) с начальной толщиной подложки

0,3 мкм

#3 строка: численные параметры расчета технологического процесса – разрешение при моделировании

init material="silicon" rot.sub=45 c.boron=1e14 \ from=0 to=0.3 depth=0.5 gasheight=0.5 \ resolution="0.01,0.01"

#Задаем настройки сетки моделирования

#по оси Х:

# Формируем сильнолегированную область, путем имплантации мышьяка deposit material="photoresist" thick=0.4

etch DRY material="photoresist" thick=0.4 between="0.08,0.22" implant arsenic dose=2.45e15 energy=11

strip resist

41

diffuse time=10 temp=900

# Создаем электроды

deposit material="aluminum" thick=0.04 between="0.06,0.07" deposit material="aluminum" thick=0.04 between="0.23,0.24"

# Наносим оксид

deposit DRY material="oxide" thick=0.0 max

# Присваиваем имена электродам

electrodes name="source" X=0.065 Z=-0.01 electrodes name="gnd" X=0.235 Z=-0.01

#Сохраняем структуру и выводим ее на экран export structure=1resistor.str

tonyplot 1resistor.str

#Определяем сопротивление (Ом/квадрат) и глубину залегания extract name="Rs" sheet.res material="Silicon" mat.occno=1\

x.val=0.15 region.occno=1

extract name="Ja2" xj material="Silicon" mat.occno=1 \ x.val=0.15 junc.occno=1

#Переходим в victorydevice и задействуем все ядра

go victorydevice simflags="-P all"

# Загружаем структуру

mesh infile="1resistor.str" width=0.1

#Задаем смещение solve init solve previous

#Сохраняем лог и начинаем расчет log outf=1resistor_log.log

solve vsource=-10 vstep=0.5 vfinal=10.0 name=source log off

#Выводим log-файл на экран

tonyplot 1resistor_log.log

# Конец quit

Готовый резистор показан на рис. 22,а, на рис. 22,б – его ВАХ. Глубина залегания составляет 0,19 мкм, а Rs = 61,97 Ом/квадрат.

42

а

б

Рис. 22. Резистор, выполненный по технологии 0,18 мкм: а – структура резистора; б – ВАХ резистора

43

1.2. Конденсатор на заданном материале

По технологии 0,18 мкм разрабатывается конденсатор со структурой ме- талл-диэлектрик-металл (МДП / MIM) на кремниевой подложке. На подложку кремния с примесью p-типа (бор) наносится диэлектрик, после чего создаются две пластины металла и между ними находится SiO2. Необходимо получить емкость конденсатора 1 фФ и максимальное рабочее напряжения 60 В. В MIM конденсаторах металлические электроды обладают низким сопротивлением. Уменьшение толщины диэлектрика проводится с целью увеличения емкости и приводит к росту тока утечки [4].

Листинг программы для расчета конденсатора:

#Переходим в victoryprocess и задействуем все ядра go victoryprocess simflags="-P all"

#1 строка: физические характеристики подложки: материал – кремний, легированный бором;

#2 строка: задание структуры (2D режим) с начальной толщиной подложки

0,05 мкм

#3 строка: численные параметры расчета технологического процесса – разрешение при моделировании

init material="silicon" rot.sub=45 c.boron=1e14 \ from=0 to=0.2 depth=0.05 gasheight=0.1 \ resolution="0.01,0.01"

#Задаем настройки сетки моделирования

#по оси Х:

line X loc=0.0 spac=0.005 line X loc=0.2 spac=0.005

# по оси Z:

line Z loc=-0.1 spac=0.005 line Z loc=0.05 spac=0.005

#наносим последовательно слои «металл-диэлектрик-металл» deposit material="oxide" thick=0.002

deposit material="aluminum" thick=0.015 between="0,0.19" deposit material="oxide" thick=0.0011 max

deposit material="aluminum" thick=0.015 between="0.01,0.2" deposit material="oxide" thick=0 max

#Присваиваем имена электродам

electrodes name="anode" X=0.01 Z=-0.01 electrodes name="cathode" X=0.19 Z=-0.03

#Сохраняем структуру и выводим ее на экран export structure=1capacitor.str

tonyplot 1capacitor.str

#Переходим в victorydevice и задействуем все ядра go victorydevice simflags="-P all"

44

# Загружаем структуру

mesh inf=1capacitor.str width=0.1

#Задаем модель подвижности models cvt srh print

output con.band val.band t.quantum

#Определяем численный метод method carr=2 maxtrap=10

#Задаем смещение solve init solve previous

#Сохраняем log-файл и начинаем расчет log outf=1capacitor_log.log

solve vgate=0 vstep=2 vfinal=60 name=anode ac freq=1e6 direct log off

#Выводим log-файл на экран

tonyplot 1capacitor_log.log quit

Готовый конденсатор показан на рис. 23,а, на рис. 23,б - его ВФХ. Емкость можно высчитать по формуле

S – площадь пластин конденсатора; d – расстояние между пластинами.

Поставим все значения в формулу (1) и определим, какая емкость будет у плоского конденсатора:

Посчитав по формуле, приведенной выше, получаем 1,02 фФ, этот ответ очень близок к значению, приводимому в datasheet на исследуемый прибор.

45

а

б

Рис. 23. MIM конденсатор, выполненный по технологии 0,18 мкм: а – структура конденсатора; б – ВФХ конденсатора

46

2. ДИОД ЗАДАННОГО ВИДА

По технологии 0,18 мкм разрабатывается диод Шоттки в кремниевой подложке. В подложке кремния с примесью n+-типа (фосфор) проводится эпитаксия слаболегированной примесью n-типа (фосфор). Для исключения краевых утечек и улучшения обратных характеристик по периметру контакта создается охранное кольцо p-типа проводимости (бор) [5]. Максимальное рабочее напряжение у диода Шоттки 5,5 В.

Листинг программы для расчета диода Шоттки:

#Переходим в victoryprocess и задействуем все ядра go victoryprocess simflags="-P all"

#1 строка: физические характеристики подложки: материал – кремний, легированный фосфором;

#2 строка: задание структуры (2D режим) с начальной толщиной подложки

0,6 мкм

#3 строка: численные параметры расчета технологического процесса – разрешение при моделировании

init material="silicon" rot.sub=45 c.phos=9e19 \ from=0 to=0.6 depth=0.6 gasheight=0.8 \ resolution="0.01,0.01"

#Задаем настройки сетки моделирования

#по оси Х:

# Производим эпитаксию n-типа

epitaxy time=15 temperature=900 thickness=0.4 dopants="phos" \ dopingvalues=1e12

47

#Формируем два кармана p-типа путем имплантации бора deposit material="photoresist" thickness=0.3

etch DRY material="photoresist" thick=0.23 between="0,0.09" etch DRY material="photoresist" thick=0.23 between="0.51,0.6" implant boron dose=1.0e14 energy=10

strip resist

diffuse time=10 temp=900

#Сохраняем структуру

export structure=2diodes.str

#Переходим в victorydevice и задействуем все ядра go victorydevice simflags="-P all"

#Загружаем структуру

mesh inf=2diodes.str width=0.1

# Создаем электроды и присваиваем им имена

electrode name=anode x.min=0.26 x.max=0.34 y.min=-0.41 y.max=-0.4 electrode name=cathode x.min=0 x.max=0.6 y.min=0.6 y.max=0.61

#Задаем модель, работу выхода на аноде и подключаем для расчета метод Ньютона

model conmob fldmob srh auger bgn contact name=anode workf=4.97 method newton

#Задаем смещение

solve init solve previous

#Сохраняем log-файл и начинаем расчет log outfile=2diodes_log.log

solve vanode=0.05 vstep=0.05 vfinal=1 name=anode solve vstep = 0.5 vfinal = 5.5 name = anode

log off

#Сохраняем структуру

save outf=2diodes_str.str

# Выводим на экран log-файл и структуру tonyplot 2diodes_log.log -set 1de_log.set tonyplot 2diodes_str.str

quit

Готовый диод Шоттки показан на рис. 24,а, на рис. 24,б – его ВАХ.

48

а

б

Рис. 24. Диод Шоттки, выполненный по технологии 0,18 мкм: а – структура диода Шоттки; б – ВАХ диода Шоттки

2.1. Эквивалентная схема диода

При анализе электрических цепей диод заменяют его эквивалентной схемой [6]. Для получения эквивалентной схемы нужны два резистора и два конденсатора. Резисторы и конденсаторы будут браться из предыдущих заданий.

Листинг программы для расчета эквивалентной схемы:

# Переходим в victoryprocess и задействуем все ядра go victoryprocess simflags="-P all"

49