настройка параметров численной модели
advertisement
Настройка численной модели для исследования транзисторных МОП-структур КНИ-типа с проектными нормами 180 нм в среде TCAD Е.А. Артамонова, А.С. Ключников, А.Ю. Красюков, Т.Ю. Крупкина, Н.А. Шелепин Национальный исследовательский университет «МИЭТ» Содержание • • • • Общие подходы к калибровке численных моделей (калибровка моделей технологического процесса и электрофизических моделей) Численное моделирование КНИ МОПтранзистора с проектными нормами 180 нм Результаты настройки электрофизических моделей для исследования КНИ МОПтранзистора с проектными нормами 180 нм Заключение University 2 Место TCAD в проектировании приборов University 3 Общие подходы к калибровке моделей приборнотехнологического моделирования Прямое моделирование: 1. настройка технологических моделей на основании сопоставления профилей распределения примесей (экспериментальных (ВИМС) и расчетных) 2. настройка моделей электрофизического моделирования. Обратное (инверсное) моделирование: 1. анализ электрических измерений готового прибора; 2. построение на основе проведенного анализа 1D- и 2D-профилей распределения примесей. University 4 Этапы калибровки при прямом моделировании 1. восстановление геометрии прибора; 2. настройка технологических моделей для “подгонки” профилей легирования примеси в одномерном случае; 3. получение профилей легирования в результате двумерного технологического моделирования; 4. настройка моделей электрофизического моделирования University 5 Этап 1. Восстановление геометрии прибора Цель – получить соответствие геометрии структуры, полученной в результате эксперимента и моделирования на разных стадиях формирования прибора. Исходные данные – результаты экспериментов (просвечивающий электронный микроскоп (ПЭМ), сканирующий электронный микроскоп (СЭМ)). Основные этапы техпроцесса формирования МОПтранзистора, на которых определяются геометрические параметры: формирование поликремневого затвора, спейсеров, силицида, травление и осаждение слоев. University 6 Этап 2. “Подгонка” профилей легирования примеси в одномерном случае Сопоставление экспериментальных и расчетных 1D-профилей после ионной имплантации и отжига (формирование кармана, канала, расширенных областей (LDD, pocket, halo) и сток/истоковых областей). Калибровка моделей: - ионной имплантации (модели Гаусса, Пирсона и т.д.) - температурных операций (уточненная модель Фика, учитывающая взаимодействие диффузантов, дефектов и прочих примесей и их рекомбинацию). - для МОПТ с тонкими подзатворными диэлектриками (уравнение Пуассона с учетом граничных условий для всех материалов и квантования носителей заряда). University 7 Этап 3. Двумерное технологическое моделирование Анализ боковой диффузии примеси для определения эффективной длины канала субмикронных транзисторов University 8 Методология калибровки электрофизических моделей МОПТ University 9 Численное моделирование КНИ МОП-транзистора с проектными нормами 180 нм Двумерная модель КНИ МОП-транзистора Распределение активной примеси в сечении затвора (сечение 1) при разных дозах легирования кармана; ширина и длина канала 0.52 мкм и 0.18 мкм, соответственно University 10 Численное моделирование КНИ МОП-транзистора с проектными нормами 180 нм Семейство проходных ВАХ КНИ МОПТ при Uси = 0.05 В; расчет выполнен для трех значений доз легирования кармана Семейство выходных ВАХ КНИ МОП- транзистора (пунктир – модель, сплошная - эксперимент) W*L = 0.52 мкм * 0.18 мкм University 11 НАСТРОЙКА ПАРАМЕТРОВ ЧИСЛЕННОЙ МОДЕЛИ Зависимость емкости перекрытия затвора от напряжения на затворе при вариации толщины подзатворного окисла Зависимость емкости перекрытия затвора от напряжения на затворе при вариации эффективной концентрации примеси в поликремнии W*L = 10 мкм * 5 мкм University 12 НАСТРОЙКА ПАРАМЕТРОВ ЧИСЛЕННОЙ МОДЕЛИ W*L = 10 мкм * 5 мкм University 13 Заключение На основе экспериментальных данных проведена верификация результатов моделирования и настройка параметров численной модели для расчета параметров КНИ МОП-транзисторов с проектными нормами 180 нм. Методика настройки включала: - сравнение расчетных характеристик для и экспериментальных уточнения значения вольт-фарадных величины подзатворного диэлектрика и эффективной концентрации примеси в поликремнии; - определение по проходным характеристикам длинноканального транзистора при малых рабочих напряжениях параметров модели подвижности носителей. Таким образом, по результатам настройки получена численная модель, которая хорошо согласуется с экспериментальными данными в подпороговой области работы транзистора и в открытом состоянии при малых рабочих напряжениях. University 14
