Введение к работе
Актуальность темы. В современной технологии микроэлектроники и, в эрвуга очередь, в МОП-производстве основным методом легирования элупроводников является процесс ионной имплантации, применяемый, в эстности, для корректировки порогового напряжения обогащенных МОП->анзисторов, предотвращения смыкания истоковых и стоковых областей на іаболегированньїх подложках, создания встроенных каналов. Распределение эгирующей примеси в приграничной области полупроводника определяет "этические характеристики МОП-приборов, а так как вследствие ионной ^плантации это распределение становится существенно неоднородным, то эзникает необходимость наиболее полного учета влияния неоднородного эспределения примеси на характеристики приборов. Применяемые в зльшинстве существующих аналитических моделей МОП-приборов простые ппроксимации профиля легирования приводят к большим погрешностям оделирования, а использование более точных численных моделей, штывающих реальный профиль распределения легирующей примеси, требует учительных вычислительных ресурсов и приводит к значительному увеличению эемени расчёта, что ограничивает их применение для оптимизации ;хнологических процессов на стадии производства МОП ИС. В связи с этим стуальной задачей является создание оптимального метода расчета пектрофизических характеристик ионно-легированных полупроводников и, на его знове, комплекса моделей основных элементов МОП интегральных схем, меющих достаточно высокую точность при минимальных вычислительных эсурсах.
Все модели в большей или меньшей степени идеализируют моделируемый Зъект, в частности, в моделях МОП-приборов, как правило, не рассматриваются зкие параметры, как зарядовые свойства границы раздела окисел-полупроводник планарная неоднородность параметров изготовления, а их влияние учитывается элуэмпирически. В первую очередь это такие параметры, определяющие эбочие характеристики МОП-приборов, как распределение плотности граничных эстояний и планарная неоднородность распределения малой дозы легирующей зимеси. Повышение точности методов электрофизического контроля указанных эраметров в процессе производства ионно-легированных МОП ИС зедставляется не менее актуальной задачей.
Цель работы. Разработка метода расчета областей пространственно! заряда в ионно-легированных полупроводниках и, на его основе, комплекс технологически ориентированных аналитических и полуаналитических моделе базовых элементов МОП ИС: ионно-легированных транзисторов обедненного обогащенного типа, п(р)-каиальных и КМОП инверторов, а также повышена точности методов электрофизического контроля основных параметров ионні легированных МОП-структур: распределения плотности граничных состояний пленарной однородности малой дозы имплантированной примеси.
Для реализации этой цели в работе решались следующие задачи:
-
Разработка полуаналитического метода расчета параметров областе пространственного заряда (ОПЗ) в ионно-легированных полупроводника
-
Разработка физической модели МОП-транзистора обедненного тип; пригодной для технологически ориентированного моделирования.
-
Разработка физико-технологических моделей статических параметре МОП-транзисторов обедненного и обогащенного типа с ионж легированной подзатворной областью на основе полуаналитическої метода расчета параметров ОПЗ.
-
Анализ корреляции статических параметров интегрального п(р канального МОП-инвертора и создание методики повышения процені выхода годных МОП ИС по статическим параметрам пары тестовь транзисторов.
-
Применение разработанных физико-технологических моделей МОГ транзисторов для оптимизации процесса изготовления КМОП ИС
-
Повышение точности контроля энергетического спектра граничнь состояний в ионно-легированных МОП-структурах.
-
Разработка способа контроля пленарной однородности малых дс имплантированной примеси.
При решении поставленных задач использовались методы физического математического моделирования, численные методы решения трансцендентнь уравнений, для экспериментальной апробации новых методик применяла наиболее распространенные электрофизические методы исследования МО! структур.
лучная новизна. В работе получены следующие новые результаты:
-
Разработан полуаналитический метод расчета параметров ОПЗ в полупроводниках с гауссовским распределением легирующей примеси, показана область практической применимости гауссовской функции для описания профиля имплантированной примеси с учетом диффузионных и граничных эффектов.
-
Разработана физическая модель МОП-транзистора обедненного типа, не использующая полуэмлирических параметров и пригодная для технологически ориентированного моделирования.
-
Разработаны полуаналитические физико-технологические модели статических параметров ионно-легированных МОП-транзисторов обедненного и обогащенного типа.
-
Выделены факторы, обуславливающие корреляцию между статическими параметрами интегрального п(р)-канального МОП-инвертора и проведён анализ их влияния на эту зависимость. Разработаны рекомендации по оптимизации процесса изготовления МОП ИС.
-
Предложен уточнённый метод выравнивания абсолютных значений пороговых напряжений транзисторов КМОП ИС с применением физико-технологической модели обогащенного МОП-транзистора.
-
Предложены способы контроля планарной однородности малых доз имплантированной примеси и электрофизических параметров ионно-легированных МОП-структур высокочастотными вольт-фарадными методами. Проведён анализ изменения энергетических спектров граничных состояний в МОП-структурах после ионной имплантации.
Практическая ценность результатов работы. Представленные о Стоящей работе полуаналитические модели базовых элементов МОП ИС могут йти широкое применение в условиях промышленного производства МОП-иборов и интегральных схем, так как содержат ясное физическое описание новных характеристик приборов, не требуют больших вычислительных сурсов и хорошо согласуются с экспериментальными данными. Существенно івьішается точность контроля энергетических спектров граничных состояний нно-легированных МОП-структур благодаря учету неоднородного юпределения легирующей примеси в полупроводнике. Усовершенствованная
емкостная методика контроля пленарной однородности малой дозы йот имплантации повышает точность контроля в 2-3 раза.
Положения, выносимые на защиту:
-
Полуаналитический метод расчета параметров ОПЗ в полупроводника гауссовским распределением легирующей примеси,
-
Физическая модель МОП-транзистора обедненного типа, использующая полуэмпирических параметров и пригодная t технологически ориентированного моделирования.
-
Полуаналитические технологически ориентированные мод! статических параметров ионно-легированных МОП-транзисто| обедненного и обогащенного типа.
-
Анализ корреляции статических параметров интегрального п> канального МОП-инвертора. Рекомендации по оптимизации проце изготовления п(р)-канальных МОП ИС.
5.. Уточнённый способ выравнивания абсолютных значений порого: напряжений транзисторов КМОП ИС с применением полуаналитичес физико-технологической модели обогащенного МОП-транзистора.
6. Аналитическая модель высокочастотных вольт-фарадных характерне (ВФХ) МОП-структур с гауссовским профилем распределения примес полупроводнике. Способы контроля планарной однородности д< имплантированной примеси и энергетического спектра граничі состояний ионно-легированных МОП-структур.
Апробация работы. Основные результаты. представленные диссертационной работе, докладывались на Третьей и Пятой Международі конференциях по моделированию приборов и технологий (Обнинск, 1994, 19 Второй Международнбй конференции по электромеханике и электротехнолс (Крым, 1996), 1997 MRS Spring Meeting (San-Francisco, 1997), Вто Всероссийской научно-технической конференции "Актуальные пробле твердотельной электроники и микроэлектроники" (Таганрог, 1995), Вто Всероссийской научно-технической конференции "Электроника и информаті (Зеленоград, 1997).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 15 печатных абот, список которых приведен в конце автореферата, в том числе 7 тезисов окладов на научных конференциях и 8 статей в местной и центральной научной эчати.
Структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырёх тав, заключения с общими выводами и списка литературы из 104 наименований, эдержит 35 рисунков и 2 таблицы. Общий объём диссертации составляет 133 границы.
