WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     || 2 | 3 |
Министерство образования РФ Воронежский госуниверситет Физический факультет Кафедра физики полупроводников и микроэлектроники Методические указания Методы расчета ионно-имплантированных структур (для студентов 4,5 курсов физического факультета специальности 014100 "Микроэлектроника и полупроводниковые приборы") Составили: Быкадорова Г.В.

Гольдфарб В.А.

Дикарев В.И.

Левин А.Ю.

Воронеж 2002 2 Методические указания составлены на кафедре физики полупроводников и микроэлектроники Воронежского государственного университета доцентами Быкадоровой Г.В. и Гольдфарбом В.А., заведующим лабораторией НИИЭТ Дикаревым В.И. и преподавателем ВГТА Левиным А.Ю. под редакцией доктора технических наук Асессорова В.В.

В данных методических указаниях рассмотрены методы расчета концентрационных профилей и электрофизических параметров полупроводниковых структур, полученных ионной имплантацией.

Каждый раздел содержит физическую и математическую модели технологического процесса, задания и контрольные вопросы. Для ряда типовых задач приведены решения с соответствующим программным обеспечением, написанным на языке Паскаль и ориентированным на использование персональных компьютеров типа IBM.

Методические указания предназначены для проведения аудиторных занятий и самостоятельной работы студентов физического факультета 4 и 5 курсов по специальности 014100 "Микроэлектроника и полупроводниковые приборы", а также студентов 6 курса, обучающихся в магистратуре по направлению "Физика" (специализация "Полупроводниковые приборы и микроэлектроника") при изучении спецкурсов “Математическое моделирование технологических процессов в микроэлектронике”, “Физические основы технологии полупроводниковых приборов и интегральных схем”, “Физические основы микроэлектроники и наноэлектроники”.

Печатается по решению НМС физического факультета от 14 июня 2002 г.

3 СОДЕРЖАНИЕ 1. Распределение примеси при двойной последовательной имплантации …………………………………………………………………….. 2. Определение энергии ионов и дозы имплантации, необходимых для получения заданных концентрации и глубины залегания p-n перехода. 3. Определение отношения минимальной к максимальной емкости МОП структуры с ионно-имплантированным каналом …………...…………. …. Литература …………………………..………………………………………….. 1. Распределение примеси при двойной последовательной имплантации Для создания транзисторных структур типа n-p-n с тонкими базовыми и эмиттерными областями последовательно проводят базовую имплантацию ионов акцепторной примеси с энергией Ea и дозой Qa и эмиттерную имплантацию с энергией Ed и Qd. Функционирование транзисторных структур накладывает следующие условия на режимы имплантации:

- RPa>RPd, где RPa и RPd – соответственно нормальные пробеги акцепторной и донорной примесей (условие для выбора энергий);

- Nmaxa< Nmaxd, где Nmaxa, Nmaxd – максимальные концентрации соответственно акцепторной и донорной примесей (условие для выбора доз имплантации).

В случае неусеченной гауссовской аппроксимации ионноимплантированных профилей суммарное распределение будет иметь вид (рис.1):

2 - Rx )( - Rx )( Qa Qd Pa Pd - Nисх, xN )( = exp- exp2 2RPa 2RPd 2 RPa 2 RPd где RPa и RPd – среднеквадратичные отклонения нормальных пробегов соответственно акцепторной и донорной примесей.

Поскольку в реальных транзисторных структурах N(xje)>>Nисх, то глубина залегания эмиттерного p-n перехода xje может быть найдена из условия 2 - Rx )( - Rx )( Qa Qd je Pa je Pd exp- = exp-.

2 2RPa 2RPd 2 RPa 2 RPd Получаем квадратное уравнение, решение которого +- bb - 4ac x =, je a 2 2 где -= Rb R + R R ; = Ra - RPa ;

Pa Pd Pd Pa Pd RQ 22 2 2 2 2 Pda Rc = RPd - RPdRPa - RPaRPd ln2.

Pa RQ Pad Глубина залегания xjk коллекторного p-n перехода определяется из условия - Rx )( Qa jk Pa exp - = Nисх, 2RPa 2 RPa откуда Qa Rx += RPa 2ln.

jk Pa R2 Nисх Pa Толщина базовой области w может быть определена как w xjk-xje.

N(x) Na(x) Nисх Nб(x) 0 xje xjk x Рис.1. Результирующее распределение ионно-имплантированных примесей в n-p-n транзисторе Задания 1. Рассчитать концентрационный профиль и глубины залегания коллекторного и эмиттерного p-n переходов в ионно-имплантированной транзисторной структуре, сформированной в кремниевой подложке марки КЭФ0.5. Базовая имплантация ионами бора проводится при энергии 100 кэВ и дозе 10 мкКл/см2, а эмиттерная область имплантируется ионами фосфора с энергией 200 кэВ и дозой 200 мкКл/см2.

Построить полученный результирующий профиль в полулогарифмических координатах lg |N(x)| – x.

Примечание. Для вычисления параметров гауссовских распределений по энергии можно воспользоваться следующими аппроксимирующими полиномами:

- для ионов бора lg R 0.613 += 0.8786 lg E + 0.0773 (lg E) 0.0262 - (lg E)32 ;

P lg R = 0.482 + 0.8594 lg E - 0.0616 (lg E) 0.0135- (lg E)32 ;

P - для ионов фосфора lg R 0.682 += 0.1861 lg E + 0.3769 (lg E) - 0.0581 (lg E)32 ;

P lg R = 0.401+ 0.2209 lg E + 0.3478 (lg E) - 0.0711 (lg E)32.

P Решение Для расчета концентрационного профиля в заданной транзисторной структуре написана программа PR1, работающая в интерактивном режиме.

Эта программа обладает элементами интеллекта и не только проводит расчет распределения ионно-имплантированных примесей любого типа, но и анализирует условия, при которых может быть сформирована транзисторная структура.

Program PR1(input,output);

{распределение примеси при двойной последовательной имплантации} label 1,3;

const Pi=3.1415926;



e=1.6e-19; csi=’ ‘(155);

type mas=array [0..100] of real;

var Qe,Qb,ro,m,Ee,Eb,Rpe,Rpb,dRpe,dRpb,Xje,Xjk,Xmax,Ni,h,Dt,z:real;

i:integer; X,N:mas; Ans,ans1,o,tip,tipb,tipe:char; f:text;

procedure junc_e(var x:real); {вычисление эмиттерного p-n перехода} var b,a,c:real;

begin a:=-dRpe*dRpe +dRpb*dRpb; b:=Rpd*dRpe*dRpe -Rpe*dRpb*dRpb;

c:=-(Rpb*Rpb)*(dRpe*dRpe)+(Rpe*Rpe)*(dRpb*dRpb);

c:=c+2*(dRpb*dRpb)*(dRpe*dRpe)*ln(Qb*dRpe/Qe/dRpb);

if (b*b-a*c)>=0 then x:=(-b+sqrt(b*b-a*c))/a else x:=-1 end;

procedure junc_k(var x:real); {вычисление коллекторного p-n перехода} var a:real;

begin a:=2*ln(Qb/sqrt(2*Pi)/dRpb/Ni);

if a>=0 then x:=Rpb+dRpb*sqrt(a) else x:=-1 end;

procedure point(x:real; var N:real); {вычисление концентрации} begin N:=Qb/sqrt(2*Pi)/dRpb*exp(-(x-Rpb)*(x-Rpb)/2/(dRpb*dRpb));

N:=(N-Qe/sqrt(2*Pi)/dRpe*exp(-(x-Rpe)*(x-Rpe)/2/(dRpe*dRpe))-Ni) end;

procedure boron(E:real; var Rp,dRp:real);

begin z:= ln(E)/ln(10);

Rp:=0.613+0.8786*z+0.0773*z*z-0.0262*z*z*z;

dRp:=0.482+0.8594*z-0.0616*z*z-0.0135*z*z*;

Rp:=exp(Rp*ln(10)); dRp:=exp(dRp*ln(10));

Rp:=Rp*1e-7; dRp:=dRp*1e-end;

procedure phosphorus(E:real; var Rp,dRp:real); {вычисление норм.

пробега и страгглинга для фосфора} begin z:= ln(E)/ln(10);

Rp:=0.682+0.1861*z+0.3769*z*z-0.0581*z*z*z;

dRp:=0.401+0.2209*z+0.3478*z*z-0.0711*z*z*z;

Rp:=exp(Rp*ln(10));

dRp:=exp(dRp*ln(10));

Rp:=Rp*1e-7;

dRp:=dRp*1e-7 end;

begin repeat 3: writeln(' ');

write(' ',’Исходная подложка: n-типа (N) или p-типа(P) ‘);

readln(tip);

write(' ',’удельное сопротивление в Ом*см ‘);

readln(ro);

if tip=’N’ then m:=1450 else m:=500; Ni:=1/(e*ro*m);

repeat writeln(' ');

for i:=1 to 10 do writeln(‘ ‘);

write(' ',’Базовая имплантация: ’);

write(' ',’бор (В), фосфор (Р) или другая примесь (D) ’);

readln(o);

write(' ',’энэргия имплантации в кэВ ‘);

readln(Eb);

if o=’D’ then begin write(‘ тип примеси (N/P) ‘); readln(tipb);

write(‘ нормальный пробег в см ‘); readln(Rpb);

write(‘ страгглинг норм. пробега в см ‘);

readln(dRpb); end else if o=’B’ then begin tipb:=’P’; boron(Eb,Rpb,dRpb); end else begin tipb:=’N’; phosphorus(Eb,Rpb,dRpb); end;

write(‘ доза имплантации в мкКл/см2 ‘);

readln(Qb); Qb:=Qb*6.25e12;

if tip=tipb then begin writeln(‘ !!! Эмиттерного перехода не образуется ‘);

writeln(‘ Введите новую примесь (N) ‘);

write(‘ или выход из программы (E) ‘);

readln(ans) end else ans:=’A’;

until ans<>’N’;

if ans=’E’ then goto 1;

repeat writeln(' ');

for i:=1 to 10 do writeln(‘ ‘);

write(' ',’Эмиттерная имплантация: ’);

write(' ',’бор (В), фосфор (Р) или другая примесь (D) ’);

readln(o);

write(’ энэргия имплантации в кэВ ‘); readln(Ee);

if o=’D’ then begin write(‘ тип примеси (N/P) ‘); readln(tipe);

write(‘ нормальный пробег в см ‘); readln(Rpe);

write(‘страгглинг норм. пробега в см ‘);

readln(dRpe); end else if o=’B’ then begin tipe:=’P’; boron(Ee,Rpe,dRpe); end else begin tipe:=’N’; phosphorus(Ee,Rpe,dRpe); end;

write(‘ доза имплантации в мкКл/см2 ‘);

readln(Qe); Qe:=Qe*6.25e12;

if tipe=tipb then begin writeln(‘ !!! Коллекторного перехода не образуется );

‘ writeln(‘ Введите новую примесь (N) ‘);

write(‘ или выход из программы (E) ‘);

readln(ans) end else ans:=’A’;

until ans<>’N’;

if ans=’E’ then goto 1; writeln;

if (Rpb>Rpe) and (Qb

junc_e(xje);

if xje=-1 then begin writeln(‘ !!! Эмиттерного перехода не образуется ‘);

writeln(‘ Введите новую структуру (N) ‘);

write(‘ или выход из программы (E) ‘);

readln(ans); end ;

if ans=’E’ then goto 1 else if ans=’N’ then goto 3;

junc_k(xjk);

if xjk=-1 then begin writeln(‘ !!! Коллекторного перехода не образуется);

‘ writeln(‘ Введите новую структуру (N) ‘);

write(‘ или выход из программы (E) ‘);

readln(ans); end;

if ans=’E’ then goto 1 else if ans=’N’ then goto 3;

h:=Xmax/20;

for i:=0 to 20 do begin x[i]:=i*h; point(x[i],N[i]); end;

writeln;

write(‘ Выводить таблицу на экран (Y/N) ‘);

readln(ans);

if ans in [‘Y’,’y’,’Ы’,’ы’] then begin writeln(‘ -------------------------------------------------------------------‘);

writeln(‘ | X, мкм | N, см-3 | Log(N) |’);

writeln(‘ -------------------------------------------------------------------‘);

for i:=0 to 20 do writeln(‘ | ‘,x[i]*1e4:2:2,’ | ‘,N[i]:9,’ | ‘,ln(abs(N[i]))/ln(10):2:3,’ |’);

write(‘ ’);

readln;

writeln(‘ Глубины p-n переходов: эмиттерного Xjэ=’,xje*1e4:2:2,’ мкм’);

writeln(‘ коллекторного Xjк =’,xjk*1e4:2:2,’ мкм');

end; writeln;

writeln(‘ Следующая структура (N) ‘);

write(‘ или выход из программы (E) ‘);

readln(ans1);

end else begin writeln(‘ !!! НЕ ВЫПОЛНЯЮТСЯ УСЛОВИЯ’);

if RpbRpe ‘);

if Qb>Qe then writeln(‘ Qb>Qe, а должно быть Qb

writeln(‘ Новая структура (N) ‘);

write(‘ или выход из программы (E) ‘); readln(ans1);

end;





until ans1=’E’;

1: end.

Результаты расчета по условиям данной задачи представляютсяв следующем виде:

РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ПРИМЕСИ ПРИ ДВОЙНОЙ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОЙ ИОННОЙ ИМПЛАНТАЦИИ Образовалась N-P-N структура TАБЛИЦА: Распределение примеси по структуре x, мкм N, cм-3 Log|N| 0.00 -2.80E+18 18.0.04 -2.35E+19 19.0.09 -7.89E+19 19.0.13 -1.06E+20 20.0.18 -5.65E+19 19.0.22 -1.04E+19 19.0.27 2.17E+18 18.0.31 3.43E+18 18.0.35 2.49E+18 18.0.40 1.20E+18 18.0.44 3.82E+17 17.0.49 7.67E+16 16.0.53 3.89E+15 15.0.58 -7.39E+15 15.0.62 -8.54E+15 15.0.66 -8.62E+15 15.0.71 -8.62E+15 15.0.75 -8.62E+15 15.0.80 -8.62E+15 15.0.84 -8.62E+15 15.0.88 -8.62E+15 15.Глубины p-n переходов: эмиттерного xjэ=0.25 мкм коллекторного xjк=0.54 мкм По результатам расчетов можно построить график распределения примесей в полученной транзисторной структуре.

ln|N| 00,2 0,4 0,6 0,x, мкм 2. Транзисторная структура n-p-n типа в кремниевой подложке с исходной концентрацией 51014 см-3 создаетсядвойной последовательной имплантацией ионов бора и фосфора.

В первом приближении без учета перераспределения примесей в процессе активационных отжигов определить:

а) суммарный концентрационный профиль, если базовая область формировалась внедрением бора с энергией 120 кэВ и дозой 8 мкКл/см2, а эмиттерная – имплантацией фосфора с энергией 200 кэВ и дозой 150 мкКл/см2;

б) зависимость глубины залегания коллекторного p-n перехода от дозы имплантации бора в диапазоне 5100 мкКл/см2 при энергии 120 кэВ;

в) зависимость глубины залегания коллекторного p-n перехода от энергии имплантации бора в диапазоне 100150 кэВ при дозе 10 мкКл/см2;

г) зависимость глубины залегания эмиттерного p-n перехода от энергии ионов фосфора в диапазоне 100250 кэВ при дозе 150 мкКл/см2, если базовая имплантация ионов бора проводилась с энергией 120 кэВ и дозой 10 мкКл/см2;

д) зависимость глубины залегания эмиттерного p-n перехода от дозы имплантации ионов фосфора в диапазоне 100200 мкКл/см2 при энергии 200 кэВ, если базовая имплантация ионов бора проводилась с энергией 100 кэВ и дозой 10 мкКл/см2;

е) при какой энергии максимум концентрации ионов бора находитсяна глубине залегания эмиттерного p-n перехода, если имплантация фосфора проводитсяпри энергии 180 кэВ с дозой 150 мкКл/см2, а доза имплантации бора равна 10 мкКл/см2;

ж) энергию ионов бора, при которой глубина залегания эмиттерного p-n перехода будет равна 0.5 мкм, если доза имплантации фосфора равна 150 мкКл/см2, а базовая имплантация ионами бора проводилась с энергией 120 кэВ и дозой 8 мкКл/см2;

и) зависимость толщины базовой области от энергии ионов фосфора в диапазоне 100250 мкКл/см2 при дозе имплантации фосфора 150 мкКл/см2 и базовой имплантации ионами бора с энергией 120 кэВ и дозой 10 мкКл/см2;

к ) зависимость толщины базовой области от энергии ионов бора в диапазоне 100150 кэВ при дозе 10 мкКл/см2, если эмиттерная область создавалась внедрением ионов фосфора с энергией 180 кэВ и дозой 150 мкКл/см2.

3. Высокочастотные биполярные транзисторы с двукратно имплантированной базой создаются в кремниевой подложке n+-типа проводимости, на которой наращен n-эпитаксиальный слой толщиной 3 мкм с удельным сопротивлением 8 Омсм.

Поверхность эпитаксиального слоя маскируетсяокислами SiO2 толщиной 0.8 мкм протравленной частью толщиной 0.12 мкм на площади, включающей базовую область. Энергия поверхностной ионной имплантации атомов бора составляет 40 кэВ, а доза равна 10 мкКл/см2. Энергия глубокой ионной имплантации атомов бора составляет 160 кэВ, при дозе 0.5 мкКл/см2.

Низкотемпературный отжиг базовой области проводится в инертной атмосфере аргона при температуре 900 °С в течение 10 минут.

Затем стравливается маскирующий слой SiO2 в области эмиттера и проводитсяформирование эмиттера внедрением ионов мышьяка с энергией 500 кэВ и дозой 1000 мкКл/см2. Низкотемпературный отжиг эмиттерной области проводитсяв инертной атмосфере при температуре 1000 °С в течение 25 минут.

Рассчитать и построить суммарный концентрационный профиль, а также определить:

а) глубины залегания эмиттерного и коллекторного p-n переходов;

б) глубину залегания точки перегиба с минимальной концентрацией на профиле базовой примеси, созданной двукратной имплантацией бора;

в) интервал х от точки минимума до точки второго пика концентрации в базовом профиле;

г) ширину базового слоя;

д) число Гуммеля.

4. Провести численные эксперименты по исследованию влияния технологических режимов создания эмиттерных и базовых областей на коэффициент инжекции биполярного транзистора с двукратно имплантированной базой (задание 3):

WD Cб бэ -=,WD Lэ Cэ эб где Dэ, Dб – коэффициенты диффузии эмиттерной и базовой примесей; Wб - ширина базы; Lэ - характеристическая длина эмиттерной примеси, причем WD бэ.LD эб Следовательно, Cб -=.Cэ В предположении резкого p-n перехода, что правомерно для распределений мышьяка, усредненные концентрации в областях эмиттера С и базы С, равны э б соответственно x jk x jэ (C x, t)dx (C x, t)dx x jэ Cэ = ; Cб = :

x - xx jэ jк jэ а) определить интервал дозы эмиттерной имплантации, в котором эмиттерный p-n переход будет локализован на отрезке х между минимумом и вторым пиком базовой концентрации;

б) рассчитать зависимость отношения = CS / Cэб от дозы эмиттерной имплантации в интервале 500 2500 мкКл/см2;

в) определить временной интервал отжига эмиттерной примеси, в котором эмиттерный p-n переход будет локализован на отрезке х между минимумом и вторым пиком базовой концентрации;

Pages:     || 2 | 3 |










© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.