3880
.pdf2.Затем следует перезагрузиться, запустить Ubuntu, соединиться с сервером и запустить SWB. В своей рабочей директории надо создать папку Lab_2 и в ней проект, вычислительный поток которого состоит из приложения SProcess и утилиты Measure, задать имя сценария part1, потом – сохранить созданный проект с именем Lab_2a (выбрав save as
инажав OK два раза).
3.Запустив второе окно Терминала, с помощью MC переписать три подготовленных файла (два командных и один – шаблонный) с флешки в свою рабочую директорию.
4.Вернуться в оболочку SWB, импортировать переписанный файл правой кнопкой, нажатой по иконке SProcess, выбрав затем import file > commands. Для контроля просмотреть результат вставки путем перехода в редактор командных файлов (подобно процедуре вставки). Аналогично импортировать файл для Measure.
5.Теперь следует задать план вычислительного эксперимента для сценария part1. Прежде всего следует ввести список из 8 варьируемых технологических параметров, определенных выше. Для этого в поле под иконкой SProcess по правой кнопке последовательно ввести имена параметров. Затем через меню Experiments > Add new experiment за-
полнить числовые данные вашего вычислительного эксперимента, соответствующего сценарию part1, и сохранить проект.
6.Провести расчет, соответствующий сценарию part1. Выписать
данные по Rs и Xj, соответствующие каждому узлу, а также данные, определяющие толщину выращенного окисла двумя способами (ручным вычислением по выходному файлу и автоматическим вычислением) в зависимости от процентного содержания кислорода и ориентации подложки. В Inspect построить график зависимости профилей легирования активной примеси от процента содержания кислорода в атмосфере и привести его в отчете. Дома представить табличные данные в графическом виде и привести их в отчете с соответствующими таблицами и выводами.
В отчете следует также привести следующие данные: подробно откомментированный на русском языке составленный выше командный файл sprocess_fps.cmd; подсчитать, сколько всего новых файлов возникнет в рабочей директории после выполнения сценария part1; определить, сколько файлов соответствуют одному расчетному узлу и привести список расширений этих файлов с указанием их назначений.
7.Другую часть сценария part2 задать через меню Scenario и затем аналогично пункту 5 заполнить данные по вычислительному эксперименту, соответствующие вашему варианту задания из раздела 2.3.
51
8.Провести расчет, соответствующий сценарию part2. Выписать
данные по Rs и Xj, соответствующие каждому узлу в зависимости от корня квадратного от времени, и дома построить графики этих зависимостей при различных дозах (графики разгоночных кривых), в отчете сделать соответствующие выводы.
9.Приступить к выполнению части В. Для этого перенести в свою рабочую директорию из общей папки соответствующий проект и переписать к себе на флешку командный файл. Дома проанализировать структуру командного файла и описать маршрут изготовления двумерной полупроводниковой структуры n-МОП нанотранзистора аналогично описанию, приведенному в разделе 2.5. При этом перечислить новые команды и описать их назначение.
10.Изменить данные по вычислительному эксперименту, соответствующие вашему варианту, приведенному в табл. 2.2. При этом необходимо выполнить два варианта расчетов (без создания сценариев). Первый – выбрав минимальную толщину cap-пленки, рассчитать двумерные распределения мышьяка, бора и фосфора и активной легирующей примеси аналогично рис. 2.6 для трех вариаций длины затвора
сучетом наличия механических напряжений в cap-пленке и без них. Затем для какой-нибудь определенной длины затвора и типа механических напряжений в Tecplot_SV получить двумерные графики распределения легирующих примесей на различных стадиях технологического маршрута, перехватить четыре получающиеся картинки и включить их в отчет.
Т а б л и ц а 2.2
Варианты задания для части B
№ |
Длина |
Толщина |
Компоненты тензора |
|
напряжений Sxx, Syy, |
||||
п/п |
затвора Lg, нм |
пленки dcap, нм |
||
Szz, ГПа |
||||
|
|
|
||
1 |
50, 250, 500 |
55, 85, 150 |
2, 1, 1 |
|
2 |
60, 260, 600 |
50, 75, 100 |
1, 2, 1 |
|
3 |
70, 240, 550 |
60, 80, 110 |
1, 1, 1 |
|
4 |
80, 200, 500 |
65, 85, 155 |
1, 2, 0 |
|
5 |
90, 180, 480 |
40, 60, 75 |
1, 1, 2 |
11. Затем построить двумерные профили распределения компонентов тензора механических напряжений (StressXX, StressYY, StressXY) в зависимости от длины затвора (согласно номеру бригады) для двух
52
случаев – с учетом и без учета напряжений в cap-слое. Перехватить шесть картинок и привести их в отчете.
12.Используя проект n-МОПТ части B в качестве основы, модифицировать его с целью получения двумерной структуры p-МОПТ на напряженном кремнии. При этом знак механических напряжений в cap- слое следует изменить на противоположный и изменить дозы легирования и времена разгонок исток-стоков таким образом, чтобы избежать эффекта их диффузионного смыкания в канале транзистора. В отчете описать выполненную модификацию командного файла.
13.Для минимальных значений длины канала и cap-пленки рассчитать распределение компонентов тензора механических напряжений структуры при двух ее состояниях: при наличии и отсутствии механических напряжений в cap-слое. Перехватить полученные при этом картинки и вставить их в отчет.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Быстрый термический отжиг происходит при температуре 900 С в течение 5 с в атмосфере сухого кислорода. Опишите эту операцию в формате команд SProcess.
2.Запишите команду ионной имплантации бора с параметрами: D = 800 мкКул/см2, E = 100 кэВ и с учетом эффекта каналирования.
3.Запишите команду ионной имплантации фосфора с параметрами: D = 800 мкКул/см2, E = 100 кэВ без учета эффекта каналирования.
4.Перечислите основные классы моделей имплантационных профилей и поясните назначение команды implant tables=Default.
5.Перечислите основные классы моделей диффузии в SProcess и
поясните назначение команды pdbSet Silicon Dopant DiffModel Pair.
6.Приведите один из основных типов формата команды implant и поясните физический смысл ее параметров с указанием их единиц измерения по умолчанию.
7.Поясните, каким образом в командном файле для расчета p–n- перехода сохраняются данные о графических результатах моделирования технологических операций. Каким образом можно посмотреть эти данные в оболочке Tecplot_SV?
8.Технологическая операция инертного термического отжига состоит из трех рабочих интервалов: подъема температуры (форсаж) с
800 С до 1000 С за 10 мин, полки на 1000 С в течение 30 мин и снижения с 1000 С до 800 С за 40 мин. Закодируйте эту операцию с помощью команды diffuse для SProcess.
53
9.Перечислите, какие химические газы можно перемешивать при создании окислительной атмосферы в Sprocess, и приведите пример команды, это реализующей.
10.Какая модель процесса ионной имплантации используется по умолчанию в команде implant и каким образом ее можно заменить на модель гауссианы?
11.В каких единицах измерения задаются величины компонентов смеси атмосферы, используемой при термическом окислении? Приведите пример команды, задающей атмосферу следующего состава: ки-
слород – 10 %; азот – 89,9 %, HCl – 0,1 %.
12.Опишите методику создания проекта, содержащего приложение SProcess, командный файл которого создан не в оболочке Ligament Flow Editor, а в текстовом редакторе.
13.Опишите методику импорта текстового командного файла для приложения SProcess в оболочке SWB.
14.Каким образом в оболочке SWB задаются имена параметров технологических режимов, содержащиеся в командном файле sprocess_fps.cmd?
15.Поясните, каким образом в оболочке SWB задаются значения параметров, определяющих вычислительный эксперимент для Sprocess.
16.Как можно получить данные по результатам моделирования параметров p-n-перехода, соответствующие какому-либо конкретному узлу плана вычислительного эксперимента?
17.Опишите методику вычисления толщины термически выращенного окисла, получающегося в конце маршрута моделирования по выходным данным приложения SProcess.
18.Объясните понятие «процедура в командном файле» и опишите технологию применения процедуры в лабораторной работе.
19.Поясните, каким образом задаются сжимающие напряжения в cap-пленке p-МОПТ и как надо модифицировать командный файл для расчета n-МОПТ в файл для расчета в p-МОПТ.
20.Какова предельная величина допустимых деформаций и механических напряжений в кремнии и каким образом ГПа можно перевести
вединицы атмосфер?
21.Как в командном файле для расчета n-МОПТ сохраняются данные о графических результатах моделирования технологических операций и каким образом можно визуализировать эти данные в оболочке
Tecplot_SV?
54
22.Укажите компоненту тензора механических напряжений, действующую вдоль канала n-МОПТ, и поясните, будут ли возникать эти напряжения в том случае, когда cap-пленка осаждается без наличия в ней механических напряжений.
23.Каким образом можно получить и улучшить двумерное изображение при прорисовке компонент тензора механических напряжений в оболочке Tecplot_SV?
24.Поясните, в каких частях структуры n-МОПТ возникают механические напряжения, действующие вдоль канала. Чем картина этих напряжений для структуры n-МОП нанотранзистора с ненапряженной сар-пленкой отличается от картины с напряженной сар-пленкой?
25.Объясните, из каких результатов расчетов, полученных в лабораторной работе, следует, что быстродействие n-МОП нанотранзистора на напряженном кремнии увеличивается по сравнению со случаем ненапряженного кремния.
55
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 3
СКВОЗНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК КРЕМНИЕВЫХ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ СТРУКТУР В TCAD SENTAURUS
3.1. ЦЕЛЬ И СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Цель работы – освоение методик сквозного моделирования ВАХ и электрофизических параметров кремниевых полупроводниковых структур на основе последовательного использования вычислительных потоков, содержащих приложения SProcess и SDevice с последующим анализом данных в графических оболочках.
Содержанием работы является изучение различных методик по подготовке данных о контактах в структуре, профилях легирования, полученных в SProcess и передаваемых в SDevice на основе приложения SSE, а также командных файлов для SDevice. В ходе выполнения работы в оболочке SWB проводятся двумерные расчеты ВАХ различных структур p–n-переходов, определяется величина напряжения пробоя в них, а также исследуется влияние механических напряжений на ВАХ n-МОПТ на напряженном кремнии.
3.2.ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ
3.2.1.ОСНОВНЫЕ СПОСОБЫ ПОДГОТОВКИ ДАННЫХ ДЛЯ SDEVICE О ПОЛУПРОВОДНИКОВОЙ СТРУКТУРЕ,
ПОЛУЧЕННОЙ НА ОСНОВЕ МОДЕЛИРОВАНИЯ В SPROCESS
Для проведения расчетов электрофизических характеристик (ВАХ, ВФХ и т. д.), а также различных электрофизических параметров (напряжения пробоя p–n-перехода, коэффициентов усиления для БТ,
56
пороговых напряжений для МОПТ и др.) в полупроводниковой структуре, рассчитанной в технологическом приложении SProcess, необходимо определить контакты, на которых задаются управляющие напряжения и через которые протекают токи электродов. Кроме того, технологическая область моделирования зачастую не совпадает с электрофизической областью моделирования, например, в SProcess область моделирования может составлять половинку МОПТ от истока до центра канала, в то время как в SDevice для расчета нужна полная структура, содержащая как область истока, так и область стока.
Задавать информацию о контактах структуры в Sentaurus можно различными способами: с помощью специальных команд, имеющихся в SProcess, либо передачей данных из SProcess в SSE с последующим определением областей контактов.
В SProcess, например, для определения двух контактов в p–n- переходе (анода к р-области и катода – к n-области), аналогичном структуре из лабораторной работы 1, можно использовать следующие команды:
# ----- Осаждение алюминия -----------------------------
mask name=Metal segments= { 0 0.7 1.3 2 }
deposit Aluminum thickness=0.3 mask=Metal isotropic
# ----- Определение контактов --------------------------
contact bottom name=Anode
contact box xlo=-0.7 xhi=0.1 ylo=0.3 yhi=1.7 name=Cathode Aluminum
Преобразование области моделирования на примере МОПТ в соответствии с рис. 3.1 можно реализовать с помощью команды transform reflect left.
Способ подготовки файлов данных с помощью приложения SSE рассмотрен в разделах 3.2.2–3.2.3.
В версии Sentaurus Z-2007.03 для окончательной подготовки входного файла для SDevice (*_msh.tdr), содержащего информацию о геометрии моделируемой структуры, профили легирования в ней и расчетную сетку, следует использовать приложение SSE. Пример командного файла, обеспечивающего такую подготовку для 2D структуры, состоящей из p–n-перехода с уже заданными в нем контактами, дается ниже.
57
а
б
Рис. 3.1. Технологическая (а) и электрофизическая (б) области моделирования
58
; Clearing the Database
(sde:clear)
; Defining Parameters
(define BND "Diode_1-@previous@_bnd.tdr")
(define DOP "Diode_1-@previous@_fps.tdr")
; Reading the Boundary
(sdeio:read-tdr-bnd BND)
; Reading the Doping
(sdedr:define-refinement-window "DopWin" "Rectangle" (position 0.0 0.0 0.0) (position 2.0 2.0 0.0))
(sdedr:define-submesh-placement "Process"
"Doping" "DopWin" 0 "NoReplace" 0 0 0 "" "Z" 0) (sdedr:define-submesh "Doping" DOP)
; Defining Global Grid
(sdedr:define-refinement-size "GloGr" 0.1 0.1 0.1 0.1) (sdedr:define-refinement-placement
"Placement_GloGr" "GloGr" "DopWin")
; Refinement Boxes
(sdedr:define-refinement-window "RefBox" "Rectangle" (position 0.5 0.0 0.0) (position 1.5 0.5 0.0))
(sdedr:define-refinement-size "RefBoxGr" 0.01 0.01 0.01 0.01) (sdedr:define-refinement-placement
"Placement_RefBox" "RefBoxGr" "RefBox")
; Saving the MESH Command File
(sdeio:save-tdr-bnd (get-body-list) "n@node@_bnd.tdr") (sdedr:write-cmd-file "n@node@_msh.cmd")
59
; Build Mesh
(system:command "snmesh n@node@_msh")
3.2.2.ОСНОВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ РАБОТЫ
ВПРИЛОЖЕНИИ SENTAURUS STRUCTURE EDITOR
SSE является инструментом для создания/редактирования 2D/3D структур полупроводниковых приборов в рамках TCAD Sentaurus. При трехмерном моделировании он позволяет также проводить эмуляцию некоторых стандартных технологических операций микроэлектроники. Процесс создания/редактирования прибора может выполняться двумя способами: в интерактивном режиме с помощью встроенного GUI (Graphical User Interface) и редактированием командного файла посредством текстового редактора.
Любой создаваемый в SSE прибор может быть представлен совокупностью трех основных блоков: конструктивной геометрии прибора (прямоугольники, полигоны и т.д.); блока, задающего постоянные и аналитические профили легирования и блока, определяющего стратегию построения конечно-элементной сетки. Таким образом, SSE, помимо всего прочего, является интерфейсом для конфигурирования и вызова приложений, обеспечивающих процесс построения сетки (например, Sentaurus Mesh, Noffset3D), для чего им создаются файлы *.bnd (boundary – граница) и *.cmd (command – команда). Необходимо отметить, что это справедливо лишь при работе с GUI. После успешного завершения работы SSE генерирует файл: *_msh.tdr, который является входным для приложения SDevice, моделирующего электрофизику прибора.
Альтернативой работы с GUI является написание командного файла с использованием сценариев, основанных на внутреннем языке Scheme. Данный способ является очень полезным при создании параметризованных структур приборов (например, по геометрии). Основные команды, используемые при создании геометрии прибора, задании профилей легирования и построении сетки, будут рассмотрены ниже на конкретном примере.
По умолчанию геометрические размеры в SSE измеряются в микрометрах, но при желании может быть введен масштабный коэффициент, позволяющий использовать другие единицы измерения. При 2D моделировании принимается следующая система координат: ось X
60