Введение к работе
Постояннее попышсиие степени интеграции KOMIIOfiellTOIl современной полупроводниковой интегральной электроники привело к началу серийного производства ігрнборов с .характерним размером порядка 0.1 мкм. Дальнейшая миниатюризация приборов, пходяциїх п состав ультрабольших интегральных схем (УБИС) сопряжена с колоссальными техническими и технологическими сложностями. Размеры прибором п горизонтальном направлении сосгапляют сотни, а п вертикальном - десятки моноатомных слоев. Для создания таких приборов требуется особо точное оборудование. Стоимость подобных устройств составляет миллионы долларов, а срок жизни каждого поколения оборудования всего несколько лет. В связи с этим создание экспериментальных образцов обходится очень дорого как с точки зрения прямых финансовых затрат, так и из-за задержки начала серийного производства новых приборов. Вследствие этого для сохранения экономической целесообразности разработки ноных нолупроиодшжопыл' устронстд необходимо как можно более точно прогнозировать характеристики разрабатываемых приборов до изготовления опытных образцов. Задача прогнозирования характеристик приборов enje более усложнилась п связи с проявлением г, с\'бмнкронішх приборах физических эффектов влиянием которых можно было пренебречь при расчете параметров структур с большими геометр! гкч кили і размерами.
['динсі ленный мсгох, по.чволлкнпин ускорить проносе еозд.ши.ч цочык полупрочолмикопы* прибороп, это применение численною ліоделнрозання и.і г.сох этапах проектирования. Разработки и .;і;т"\нпзіпі.і . /.араі'.терть-тик conpevvimux полунроаолппкег.ых
приборов невозможна без использования методов численного моделирования, в связи с чем тема настоящей работы представляется весьма актуальной.
Цель pafarroi
Настоящая диссертационная работа посвящена численному моделированию процессов электронного переноса в субмикронных полупроводниковых структурах, а также технологических процессов используемых для создания современных, уБИС.
Научная новизна работы; -
В работе проведен анализ процессов электронного переноса в структурах металл-полупроводник и предложен новый метод постановки граничного условия на контакте металл-полупроводник а рамках дрейфо-диффузионной (ДА) И квазигидродинамической (КГД) моделей электронной плазмы. В работе предложена новая методика вывода граничного условия для концентрации неравновесных носителей которая, как показано, позволяет описывать эффекты неравновесного переноса заряда через потенциальный барьер более адекватно, чем ранее предложенные подходы, С помощью численного моделирования показано, что новое граничное условие позволяет избежать нефизичной аккумуляции носителей заряда вблизи контакта металл-полупроводник при больших плотностях тока. Проведено сравнение результатов моделирования методом Монте-Карло и ДД методом с применением нового граничного условия.
Впервые выполнено численное моделирование трёхмерных эффектов, влияющих на характеристики современных субмикронных МОП транзисторов. Исследовано влияние изоляции канавками на характеристики приборов с различными геометрическими размерами.
Проведено сравнение результатов численного моделирования полного
технологического цикла изготовления и электрофизических
характеристик субмикронных МОП структур с результатами
измерений электрических характеристик транзисторов ВХОДЯЩИХ в
состав УБИС динамической памяти емкостью 256 MB..
, Впервые выполнено самосогласованное моделирование эффектов
дифференциальной зарядки поверхности обрабатываемого образца при
плазменном травлении диэлектрических материалов.
Проанализировано отрицательное влияние эффектов
дифференциальной зарядки на процесс травления и возможные Методы их подавления. Найдено характерное время проявления эффектов дифференциальной зарядки для типичной геометрии травления.
' Практическая ценность работы:
. Результаты диссертации могут быть использованы для:
Усовершенствования программ ДД и КГД моделирования полупроводниковых приборов за счет применения новых адаптивных граничных условий на контактах металл-полупроводник и гетеропереходах,
Оптимизации дизайна субмикронных МОП транзисторов с целью уменьшения влияния нежелательных трехмерных эффектов.
Прогнозирования разброса характеристик приборов на основании информации о возможном отклонении параметров технологических процессов от номинальных.
Разработки моделей процесса плазменного травления диэлектрических материалов с учетом дифференциальной зарядки.
Оптимизации параметров технологических процессов, связанных с плазменной обработкой поверхности.
1. В рамках предположений лежащих в основе ДД и КГД моделей
электронной плазмы, предложены новые граничные условия,
позволяющие использовать эти модели для расчета характеристик
диодов Шоттки в области больших прямых смещении. Проведено
сравнение результатов расчетов с использованием новых и
традиционных граничных условий, а также расчетов методом Монте-
Карло. На основании результатов численного моделирования показана
эффективность применения нопых граничных условий предложенных
в настоящей работе.
-
Выполнено моделирование технологических процессов полного циклі» ші-отовлешиї субмикронных МОП транзисторов, входящих в состав УБИС динамической памяти емкостью 256MB с последующим трехмерным моделированием характеристик приборов с использованием КГД модели. Впервые исследован обратный эффект малой ширины канала в реалистичных структурах.
-
С помощью численного моделирования исследовано влияние изменения параметров технологического процесса на характеристики субмикронных МОП структур.
4. На основе использования метода Монте-Карло впервые
выполнено самосогласованное моделирование эффектов
дифференциальной зарядки при плазменной обработке (травлении)
диэлектрических материалов. Полученные результаты указывают на
малость характерного времени накопления заряда и говорят об
определяющем влиянии процессов перераспределения заряда по
поверхности диэлектрика на процесс тралления. На основании
результатов моделирования предложены методы подавления
дифференциальной зарядки поверхности. . . .,
Результаты работы были представлены на конференциях ''Высокочастотные и нестационарные эффекты в полупроводниках" (Навои 1991г), "The 23rd IEEE conference on Plasma Science" (Бостон 199бг), "Fifth International Conference on Plasma Surface Engineering" (Дюссельдорф 199бг), а также научных семинарах ФТИРАН и МФТИ.
, Публикации!
По материалам Диссертации опубликовано б печатных работ, перечисленных в конце автореферата.
Структура и объем диссертации!
Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы. Общий объем диссертации 112 страниц машинописного текста, включая 27 ри^нкоэ. Список цитируемой литературы содержит 96 ссылок,