2.2. Одномерное моделирование

С помощью программы Tcade моделируем зависимость поверхностной концентрации примеси и глубины залегания n-кармана от времени отжига в нейтральной среде и расчетное распределение примеси в n-кармане (рис. 2.14).

а) б)

Рис. 2.14 - Зависимость поверхностной концентрации примеси и глубины залегания n-кармана от времени отжига в нейтральной среде (а) и расчетное распределение примеси в n-кармане (б).

Результаты моделирования:

n⁺-Si^*-затвор с концентрацией результирующей примеси 1,16*10²⁰ см^-3; Подзатворный оксид толщиной 7 нм; Концентрацию на поверхности подложки -3,25*10¹⁷ см^-3.

• При t_отж=300 мин X_jкарм=1,46 мкм, N=9,65*10¹⁶ см^-3;

• При t_отж=340 мин X_jкарм=1,54 мкм, N=9,05*10¹⁶ см^-3

Зависимость концентрации примеси в канале от дозы подлегирования канала примесью p- и n- типа и итоговое распределение примеси в вертикальном сечении затвора n- и p- МОП-транзисторов представлены на рис. 2.15 и 2.16.

а) б)

Рис. 2.15 - Зависимость концентрации примеси в канале от дозы подлегирования канала примесью p- (а) и n- (б) типа.

а) б)

Рис. 2.16 - Итоговое распределение примеси в вертикальном сечении затвора

n- (а) и p- (б) МОП-транзисторов.

Полученная пленка подзатворного оксида имеет достаточно большую толщину, поэтому её следует удалить в процессе анизотропного травления SiO2 до кремния перед имплантацией стоков-истоков (Рисунок 2.17)

а) б)

Рис. 2.17 - Расчетное распределение примеси в области вертикального сечения стока n- (а) и p- (б) МОП-транзисторов.

В результате моделирования установлено, что сток в n-МОП-транзисторе имеет глубину Xj=0.236 мкм и концентрацию N=3.79*10¹⁹ см^-3, а в p-МОП-транзисторе - глубину Xj=0,278 мкм и концентрацию N=1.29*10¹⁹ см^-3.

2.3. Двухмерное моделирование

Проводим двумерное моделирование технологического маршрута n- и p- МОП-транзисторов. Общий вид структур изображен на рисунке 2.18, а их одномерные сечения на рисунках 2.19 и 2.20.

а) б)

Рис. 2.18 - Вид структуры n- (а) и p- (б) МОП-транзисторов.

а) б)

Рис. 2.19 - Одномерные вертикальные сечения в области стока-истока и затвора (а) и горизонтальное сечение в области стока-истока (б) n-МОП-транзистора, полученные в результате технологического моделирования.

а) б)

Рис. 2.20 - Одномерные вертикальные сечения в области стока-истока и затвора и горизонтальное сечение в области стока-истока p-МОП-транзистора, полученные в результате технологического моделирования.

Для определения порогового напряжения МОП-транзистора надо рассчитать проходную ВАХ транзистора (I_c(U_зи)) при U_зи≥0 и U_си=0.1 В (Рисунок 2.21), а для - p-МОП-транзистора при U_зи≥0 и U_си= - 0.1 В. (Рисунок 2.22).

а) б)

Рис. 2.21 - Расчётная (а) и семейство выходных (б) ВАХ n-МОП-транзистора

а) б)

Рис. 2.22 - Расчётная и семейство выходных ВАХ p-МОП-транзистора

n-МОП	p-МОП
Vg=1,0 В Gout=0.936*10-6	Vg=-1,0 В Gout= 6.831e-07
Vg=1,5 В Gout=2.426*10-6	Vg=-1,5 В Gout= 1.966e-06
Vg=2,0 В Gout=3.914*10-6	Vg=-2,0 В Gout= 3.435e-06
Vg=2,5 В Gout=5.326*10-6	Vg=-2,5 В Gout= 5.049e-06
Vg=3,0 В Gout=6.633*10-6	Vg=-3,0 В Gout= 6.884e-06
Vg=3,5 В Gout=7.876*10-6	Vg=-3,5 В Gout= 9.248e-06

Если построить касательную к полученной зависимости при U_зи˃0,6 В (n-МОП) и U_зи˃-0,6 В (p-МОП), то она пересечёт ось X в точке U_зи=0,6 В (n-МОП) и U_зи=-0,6 В (p-МОП). Таким образом, можно считать, что пороговое напряжение разработанного n-МОП-транзистора U_порn=0,6 В, а p-МОП-транзистора U_порn=-0,6 В. Это значение соответствует техническому заданию.

Следовательно, все проведённые расчёты верны и дальнейшая корректировка порогового напряжения не требуется. Расчетная зависимость порогового напряжения и крутизны и удельной крутизны n- и p- МОП-транзистора с длиной канала L=0.35 мкм от дозы подлегирования канала представлены на рисунках 2.23 и 2.24.

а) б)

Рис. 2.23 - Расчетная зависимость порогового напряжения и крутизны (а) и удельной крутизны (б) n-МОП-транзистора с длиной канала L=0.35 мкм

от дозы подлегирования канала.

а) б)

Рис. 2.24 - Расчетная зависимость порогового напряжения и крутизны (а) и удельной крутизны (б) p-МОП-транзистора с длиной канала L=0.35 мкм

от дозы подлегирования канала.

4. ВЫВОДЫ

В данной работе разработан проект полного технологического маршрута создания n- и p-канальных МОП-транзисторов в составе КМОП-структуры с учетом типа изоляции. Также составлена эскизная технологическая маршрутная карта создания КМОП-структуры.

Проведены предварительные аналитические расчеты.

Получена зависимость порогового напряжения от концентрации примеси на поверхности полупроводника: N_n=3,25*10¹⁷ см^-3; N_p=3,0725 *10¹⁷ см^-3.

С использованием средств технологического моделирования в одномерном приближении определены режимы технологических операций маршрута для достижения параметров технического задания:

• получена зависимость параметров области кармана от дозы легирования и времени отжига n-кармана D=6*10¹² (cm^-2); AnTemp=1050 ^oC; E=70 kEv; AnTime=330 min;

• получена зависимость толщины подзатворного оксида от времени окисления (OxTemp = 850 ⁰C; OxTime = 36,3 min);

• получена зависимость максимальной концентрации примеси в подзатворной области от дозы имплантации примеси в канал

nGate: N0=3,25*10¹⁷ (cm^-3); D0=2.048*10¹³ (cm^-2)

pGate: N0=3,074*10¹⁷(cm^-3); D0=2,3 *10¹² (cm^-2);

• получена зависимость максимальной концентрации примеси и глубины залегания стока (истока) от энергии ионной имплантации времени отжига стока

n: DrTime=30 min; DrEn=30 kEv; Xj=0.322 um; N0=1.16*10²⁰ (cm^-3)

p: DrTime=30 min; DrEn=15 kEv; Xj=0.26 um; N0=3,39 *10¹⁹ (cm^-3).

С использованием средств приборного моделирования рассчитаны пороговое напряжение, крутизна по затвору и удельная крутизна n- и p-канальных МОП-транзисторов.

nMOS: ChDose=1.15*10¹³ (cm^-2); Vt0= 0.6 (V); Gm=37,4*10^-6; K0=13,1*10^-5 A/V²

pMOS: ChDose=2.6*10¹² (cm^-2); Vt0= – 0.6 (V); Gm=11,5*10^-6; K0=40,2*10^-5 A/V²

Также рассчитано семейство выходных ВАХ n- и p-канальных МОП-транзисторов.

В работе учтены все условия технического задания.