Программа профессионального модуля «методы приборно-технологического моделирования для разработки приборов и устройств наноэлектроники с технологическими нормами до 90 нм»
Скачать 1.03 Mb.
|
Лекция 5-6. Моделирование токов утечки, пробивных напряжений, расчет порогового напряжения. Моделирование КМОП-структур, ячеек памяти МОНОП и флеш, гетероструктур, FinFET, структур на напряженном кремнии Результаты моделирования МОП-транзистора на основе нанопроволок представлены ниже на рисунках. Результаты приборно-технологического моделирования подтверждают теоретические предположения, изложенные в предыдущих лекциях.   Структура транзистора на основе нанопроволоки (слева) и распределение носителей заряда в нанопроволоке (справа)   Зависимость тока стока от напряжения на затворе при разном смещении на стоке в обычном (слева) и логарифмическом (справа) масштабе  Пространственный заряд в структуре транзистора на основе нанопроволоки МОП-транзистор «плавникового» типа В общем случае FinFET представляет собой непланарную транзисторную структуру, состоящую из тонкого выступа кремния, так называемого «плавника», вокруг которого формируется затвор. Канал образуется на двух или трех поверхностях «плавника». На рисунке ниже приведена структура FinFET на КНИ с каналом с трех сторон плавника.  Структура FinFET на КНИ с окружающим затвором Также, как и в планарном МОПТ, длина канала определяется поликремниевым или металлическим затвором и областями стока и истока. Ширина канала в структуре на рис.1 равна сумме удвоенной высоты плавника и его ширины: Wgate=2Hfin+Wfin Таким образом, FinFET занимает меньшую площадь по сравнению с планарным транзистором с такой же шириной канала. Кроме того, благодаря окружающему затвору плавниковая структура позволяет использовать гораздо меньшую концентрацию примеси в теле транзистора для подавления короткоканальных эффектов. Для выполнения моделирования в редакторе Structure Editor (пакет программ Synopsys Sentaurus) создается ряд структур FinFET с аналитически заданным распределением примеси и различными параметрами геометрии (толщина и высота «плавника»). Приборное моделирование выполняется в программе Sdevice. При приборном моделировании необходимо использовать уравнение гидродинамического приближения переноса заряда с учетом квантовых эффектов. В итоге могут быть получены распределения потенциалов и токов утечки в структурах FinFET, а также вольтамперные характеристики транзисторов в зависимости от параметров геометрии прибора. Полученные результаты показали, что структура с окружающим затвором имеет меньшие токи утечки по сравнению со структурой с двойным затвором. На рисунках (слайды) приведены результаты моделирования транзистора «плавникового» типа с целью определения технологических параметров, при которых перестает проявляться kink-эффект. Видно, что при уменьшении концентрации примеси в «плавнике» до 5*1017 см-3, независимо от других параметров, kink-эффект перестает проявляться, что видно по отсутствию второго максимума на второй производной. При увеличении радиуса кривизны углов «плавника» можно добиться снижения kink-эффекта. Лекция 7-8. Общие подходы калибровки и настройки моделей. Проблемы калибровки. Последовательность калибровки. Калибровка моделей в среде Sentaurus TCAD. Правила и рекомендации при калибровке Зачем нужна калибровка?
Проблемы калибровки
Далее на рисунке приведена укрупненная принципиальная схема калибровки. Экстрагированные из экспериментальных данных значения коэффициентов используются как входные данные при технологическом и приборном моделировании, что затем, в свою очередь позволяет создать 0-ю редакцию SPICE-модели. Рис.1 Более подробно это выглядит следующим образом (рис.2): левая часть относится к одномерному моделированию, правая к двумерному. Результаты одномерного моделирования являются нулевым приближением для двумерного моделирования транзистора с длинным каналом. Затем вносятся изменения для короткого канала, проверяется согласованность с одномерной калибровкой, при необходимости проводятся повторные итерации. Рис.2 Именно такая методика используется при работе с Sentaurus. Рассмотрим это на примере решения Advanced Calibration. AC включается с помощью дополнительной строки в командном файле. В принципе, можно использовать дополнительно или вместо этого свой собственный файл калибровки. Таким образом, описание калибровки отделено от описания маршрута, а специфичные моменты калибровки для конкретного проекта вынесены в отдельный текстовый файл. Большая часть уравнений моделей и параметров моделей взяты из научных публикаций. Кроме того, компания Synopsys выполнила тщательную калибровку на основе профилей ВИМС. Файл AdvCal_2007.12.fps разделен на четыре раздела: переключатели основных моделей, константы, начальные условия после ионной имплантации и выбор моделей. В программе Sentaurus Process файл Advanced Calibration позволяет выбрать один из нескольких вариантов моделей диффузии и активации. Некоторые модели достаточно простые и быстрые (ChargedFermi и полная активация примеси), другие более сложные (ChargeReact и кинетические модели активации примеси) и требующие решения большего числа уравнений и вычислительных ресурсов. Эти разные модели сосуществуют в Advanced Calibration, и в простых предельных случаях (например, при тепловом равновесии для небольших концентраций примеси) разные модели дают одинаковые результаты. В более сложных случаях, например при временно-ускоренной диффузии, более сложные модели дают лучший результат. Выбор моделей зависит от конкретной решаемой задачи. В первом разделе файла AC приведен набор моделей, рекомендуемых Synopsys для моделирования стандартного КМОП глубоко субмикронного уровня. В КМОП важны вопросы активации примеси и временно-ускоренная диффузия, поэтому необходимо использовать более сложные модели. Всегда необходимо делать выбор на основе решаемой проблемы. С одной стороны всегда находятся ограниченные временные и вычислительные ресурсы, с другой стороны - необходимость использования сложных моделей для адекватных результатов. Оптимальный способ переключения моделей - это создание своего калибровочного файла и указание его в соответствующей строке командного файла после загрузки файла AC. В этом случае легко отследить изменения исходного файла. Модель диффузии по умолчанию - парная диффузия. Примесь диффундирует только по парам примесь-дефект. Под дефектами понимаются вакансии или междоузлия. Учитываются все зарядовые состояния дефектов и пар примесь-дефект, а для концентрации пар предполагается локальное равновесие с непарными дефектами и атомами примеси. Более быстрый вариант - модель ChargedFermi. В этом случае концентрация междоузлий и вакансий всегда находится в тепловом равновесии. Не решаются никакие уравнения для междоузлий и вакансий. Временно-ускоренная диффузия и ускоренная окислением диффузия в рамках этой модели не учитываются. Более сложная модель - ChargedReact. В ней диффузия примеси моделируется через пары примесь-дефект, но в отличие от первой модели не используется предположение о локальном равновесии между парами и непарными атомами и дефектами. Вместо этого учитывается кинетика формирования и распада пары. Эта модель более ресурсоемкая, так как для каждой примеси необходимо решать дополнительные уравнения. В принципе, можно выбрать эту модель только для одной или нескольких примесей. Однако не рекомендуется сочетать модели парной диффузии с моделью chargedfermi. Эти модели отвечают за процесс активации примеси при отжиге. Самая простая и быстрая модель - отсутствие всякой кластеризации. Она используется для примесей, для которых кластеризация не играет никакой роли. Обычно это имеет место при низких концентрациях (гораздо ниже предела растворимости). Для примесей бора, индия, мышьяка, фосфора и сурьмы по умолчанию используется модель Transient. В этой модели примесь образует кластеры, состоящие из однотипной примеси. Для бора, мышьяка и углерода также существуют специальные модели. Бор может формировать кластеры с междоузлиями. Эти кластеры разнообразны по размеру. По умолчанию эта модель не используется из-за своей высокой ресурсоемкости. Кроме того, эта модель должна использоваться в паре с полной моделью для кластеров междоузлий, а в AC по умолчанию используется модель 1Moment. Мышьяк формирует кластеры с вакансиями. В этой модели кластер состоит из четырех атомов мышьяка и одного междоузлия. Кластеризация междоузлий описывается моделью 1Moment. В этой модели описывается захват и освобождение примеси с дефектов типа {311}. Эта модель представляет собой компромисс между точностью и скоростью. Более быстрый вариант - модель Equilibrium. В ней предполагается локальное равновесие со свободными междоузлиями. Кластеры вакансий не учитываются. В Advanced Calibration решается уравнение Пуассона для электрического потенциала. Пользователь может выключить его. В этом случае предполагается локальная нейтральность заряда, а количество уравнений уменьшается на одно. В большинстве случаев это дает приблизительно тот же результат. В pn-переходе предположение нейтральности заряда приводит к более резкому пику электрического поля, чем при решении уравнения Пуассона. Модель, включенная по умолчанию, учитывает аккумуляцию дефектов и каналирование при последующих процессах имплантации. В модели парной диффузии сегрегация примеси на границах раздела кремния включает в себя захват или создание пар примесь-дефект на границе раздела со стороны кремния. В модели парной сегрегации в AC при диффузии пары примесь-дефект к границе раздела кремния и другого материала примесь может перейти в другой материал или пограничный слой, а точечный дефект останется на границе раздела со стороны кремния. В разделе Constants файла Advanced Calibration содержатся параметры уравнений диффузии и уравнений реакций, которые устнавливаются в начале технологического моделирования и действую для всего процесса. Многие параметры взяты из литературы или основаны на базе данных профилей ВИМС компании Synopsys. Параметры для междоузлий и вакансий в объемном кремнии - это фундаментальные параметры модели парной диффузии. Они были взяты на основе глубоко анализа литературы. Любое изменение влияет не только на диффузию точечных дефектов, но и на диффузию примеси Эти параметры не рекомендуется изменять. То же относится и к граничным условиям на поверхности для точечных дефектов. Однако граничные условия зависят от граничащего с кремнием материала и локальной концентрации примеси. Для поликремния и оксинитрида граничные условия могут зависеть от операций технологического маршрута. Следовательно, на практике скорость поверхностной рекомбинации точечных дефектов может рассматриваться как инструмент настройки технологического моделирования. Это то, о чем я вам говорил. Этот параметр невозможно определить непосредственно экспериментально, а только косвенно, что делает его практически непроверяемым. Т.е. за ним может стоять большая работа, а может исследователь просто его подогнал. Окисление и нитридизация вызывают инжекцию междоузлий и вакансий соответственно. Калибровка инжекции междоузлий выполнена для сухого окисления. Для нитридизации и влажного окисления данные граничных условий для точечных дефектов на поверхности не так надежны и их опять же можно использовать для калибровки диффузионных процессов. Методические материалы к лабораторному практикуму Лабораторная работа 1. Технологическое моделирование КМОП - маршрута с длиной канала 90 нм с использованием среды SWB-Ligament. Создание структуры проекта Цель лабораторной работы:
По выполнении работы студенты должны знать:
Должны уметь:
Порядок выполнения работы
Задание на лабораторную работу Таблица 1. Варианты задания на лабораторную работу
Пример выполнения работы Далее будет рассмотрен пример создания проекта для моделирования технологического маршрута формирования наноразмерной КМОП-структуры с длинами канала 50 и 90 нм. Данный пример необходимо использовать при выполнении работы, однако надо задать требуемую длину канала в соответствии с вариантом здания. I. Подготовка проекта к работе Перед началом работы в среде SWB (только в первый раз) необходимо дать программе ссылку на те папки, в которых производится работа. Для этого в окне терминала необходимо: - вызвать команду pwd для определения адреса открытой папки - например: /home/st1 |
Похожие:
 | Акта осмотра (обследования) энергопринимающих устройств осуществляется сетевой организацией) |  | Акта осмотра (обследования) энергопринимающих устройств осуществляется сетевой организацией) |
| ПМ. 01 Наладка и испытание устройств релейной защиты, автоматики, средств измерения и систем сигнализации | | Рабочая программа профессионального модуля разработана на основе Федерального государственного образовательного стандарта среднего... |
| Рабочая программа предназначена для преподавания профессионального модуля студентам очной формы обучения по специальности 38. 02.... | | Рабочая программа профессионального модуля разработана на основе Федерального государственного образовательного стандарта (далее... |
| Рабочая программа предназначена для преподавания профессионального модуля студентам очной формы обучения по специальности 38. 02.... | | Рабочая программа профессионального модуля разработана на основе Федерального государственного образовательного стандарта по профессии... |
| Рабочая программа профессионального модуля разработана на основе Федерального государственного образовательного стандарта (далее... | | Программа профессионального модуля разработана на основе Федерального государственного образовательного стандарта (далее – фгос)... |