Диссертация (СВЧ комплементарный биполярный технологический процесс с высокой степенью симметрии динамических параметров транзисторов), страница 13

В САПР TCAD такиепараметры, полученные рядом научных групп с помощью различных методов [228], [242 – 247],выделены в специальные таблицы.Сцельюопределитьприменимостьиспользуемыхпоумолчаниюпараметровпроводилось сопоставление результатов расчётов с литературными данными (рис. 2.4).Наиболее близкий к экспериментальным данным профиль распределения бора получен прииспользовании функции P4S (функция P4 автоматически заменяется на P4S).

При этом суменьшением энергии имплантации (рис. 2.4, б) погрешность моделирования возрастает. Длядонорной примеси параметры имплантации по умолчанию не содержат данных об эффектеканалирования, что не позволяет проводить расчёт с их использованием.Невозможность использования параметров, заданных по умолчанию, привела кнеобходимостианализа результатов, полученныхс применением таблиц Техасскогоуниверситета (UT) [243 – 246], таблиц, полученных методом Монте-Карло (Crystal-TRIM) [247],а также таблиц, со специально калиброванными параметрами по результатам сопоставления сизмерениями на основе вторичной ионной масс-спектрометрии (ВИМС) [248]. Представленныйспособ калибровки расчётных моделей на основе данных, полученных с помощью методаВИМС, обусловлен следующими причинами. Для данного метода величина пространственногоразрешения по глубине согласно литературным данным [248], [249] составляет не более 5 нм.Это, в свою очередь, позволит подтвердить достаточную точность выбранных моделей приопределении глубины залегания примеси активных областей СВЧ интегральных элементов.При этом высокий порог чувствительности (1017 ат./см3) метода может оказывать влияниетолько на выбор моделей, необходимых для расчёта системы скрытых слоев.56а)б)в)г)Рис.

2.4 Сопоставление экспериментальных и расчётных профилей распределения примеси,полученных с помощью различных функций распределения:а) бор, E=80 кэВ, Q=8e15 см-2 [250]; б) бор, E=35 кэВ, Q= 8e15 см-2 [251];в) фосфор, E=100 кэВ, Q=1e15 см-2 [252]; г) мышьяк, E=50 кэВ, Q=8e15 см-2 [250].2.2.1.1 Имплантация акцепторной примесиМоделирование показало, что в случае использования отмеченных выше таблицопределены только функции распределения Гаусса и Пирсона-IV.

В ряде случаев, изменениефункции не вносит отличий в результаты расчётов, поэтому будет принято, что если функцияраспределения не указана, то результаты представлены для функции Пирсон-IV.На рис. 2.5 представлено сопоставление экспериментальных [250], [251] и расчётныхданных на основе таблиц UT, Crystal-TRIM, калиброванных таблиц для рассмотренных ранеережимов имплантации.

Результаты исследования при снижении энергии до 15 кэВ в широкомдиапазоне значений дозы (режим формирования области базы) представлены на рис. 2.6.Анализ нормы вектора погрешности для рассмотренных вариантов показывает, что наименьшеезначение погрешности (║A║= 22,5 %) удается достичь при использовании таблиц UT сфункцией распределения P4. Стоит отметить, что использование калиброванных таблицпоказало наихудшее значение погрешности, поэтому в дальнейшем для имплантацииакцепторной примеси они рассматриваться не будут.57а)б)в)г)Рис.

2.5 Сопоставление профилей распределения бора, полученных с помощью таблиц UT(слева), таблиц Crystal-TRIM (справа) и экспериментальных данных [250], [251]:а) и б) E=80 кэВ, Q=8e15 см-2; в) и г) E = 35 кэВ, Q = 8e15 см-2а)б)Рис. 2.6 Сопоставление профилей распределения бора, полученных с помощью таблиц UT иCrystal-TRIM, и экспериментальных данных:а) E = 15 кэВ, Q = 8e15 см-2; б) E = 15 кэВ, Q = 1e13 см-2 [251]Сопоставление расчётных и экспериментальных данных для малых значений энергииприведены на рис. 2.7.

На основе графиков, а также значений норм вектора погрешностиполучено, что с уменьшением энергии точность в описании профиля снижается, при этомприменение таблиц Crystal-TRIM обеспечивает наилучшие результаты. Стоит отметить, чтопредставленные на рис. 2.7 зависимости для таблиц Crystal-TRIM получены с использованиемпараметров для различных диапазонов доз, в которое попадает исследуемое значение. Видно,что большая точность обеспечивается в случае применения таблиц для меньшего диапазона.58а)б)Рис. 2.7 Сопоставление профилей распределения бора, полученных с помощью таблиц UT иCrystal-TRIM и экспериментальными данными:а) E = 5 кэВ, Q = 5e14 см-2; б) E = 2 кэВ, Q = 3e13 см-2 [253]Помимо снижения энергии имплантации для формирования мелкозалегающих областейp-типа применяется имплантация молекул BF2.

На рис. 2.8 представлено сопоставлениерасчётных и экспериментальных данных [250] при имплантации BF2 с энергией E = 15 кэВ изначениями дозы Q = 1e13 и 8e15 см-2. Очевидно, что таблицы UT обеспечивают наибольшуюточность описания распределения примеси как по глубине, так и по концентрации. Высокаяточность позволяет рассматривать имплантацию молекулы BF2 в качестве основного методаформирования области активной базы npn-транзистора.а)б)Рис. 2.8 Сопоставление профилей распределения примеси при имплантации BF2,полученных с помощью таблиц UT и Crystal-TRIM и экспериментальными данными:а) E=15 кэВ, Q = 8e15 см-2; б) E = 15 кэВ, Q = 1e13 см-2 [250]На рис. 2.9 представлено сопоставление профилей распределения примеси для режимовс высокими значениями энергии имплантации: E = 160 кэВ, Q = 5e12 см-2 [254] и E = 400 кэВ,Q = 1e13 см-2 [255].

Поскольку для подобных значений энергий таблицы UT отсутствуют, тодля сравнения с таблицами Crystal-TRIM представлены зависимости на основе параметров изкалиброванных таблиц. В результате получено, что все используемые таблицы обеспечивают нетолько достаточную точность, но и адекватное описание особенностей распределения примеси,наблюдаемое в экспериментах.59а)б)Рис. 2.9 Сопоставление профилей распределения примеси при имплантации бора,полученных с помощью таблиц Crystal-TRIM и калиброванных, а также экспериментальнымиданными: а) E = 160 кэВ, Q = 5e12 см-2 [254]; б) E=400 кэВ, Q=1e13 см-2 [255]2.2.1.2 Имплантация донорной примесиНарис.2.10представленырасчётныеиэкспериментальные[252]профилираспределения фосфора.

Как и в случае с бором, наилучшие результаты демонстрируюттаблицы UT. Результаты применения калиброванных таблиц не отличаются от таблиц CrystalTRIM, поэтому далее рассматриваться не будут. Для высоких значений энергии отсутствиетаблиц UT приводит к необходимости применения таблиц Crystal-TRIM (рис. 2.11).а)б)Рис. 2.10 Сопоставление экспериментальных и расчётных данных при имплантации фосфора,полученных с помощью таблиц: калиброванных, UT, Crystal-TRIMа) E = 100 кэВ, Q = 1e15 см-2 [252]; б) E = 30 кэВ, Q = 1e16 см-2 [241]а)б)Рис. 2.11 Сопоставление экспериментальных и расчётных данных (Crystal-TRIM, высокая доза)при имплантации фосфора: а) E=200 кэВ, Q=3e14 см-2 [256]; E=300 кэВ, Q=1e15 см-2 [257]60Как известно, применение фосфора в конструкциях современных интегральныхэлементов ограничено из-за наибольшего из всех донорных примесей коэффициента диффузии.Для формирования мелкозалегающих областей n-типа применяют мышьяк [258] илисурьму [259].

Сопоставление расчётных и экспериментальных профилей распределениямышьяка и сурьмы при различных значениях энергии и дозы имплантации представлено нарис. 2.12 – 2.14,соответственно.Длямоделированияпроцессаимплантациимышьяканаибольшую точность демонстрируют таблицы UT.а)б)Рис. 2.12 Сопоставление экспериментальных [250] и расчётных данных при имплантациимышьяка а) E=50 кэВ, Q= 8e15 см-2; б) E=50 кэВ, Q= 1e13 см-2а)б)Рис.

2.13 Сопоставление экспериментальных [250] и расчётных данных, полученных спомощью таблиц: а) UT; б) Crystal-TRIM, средняя и высокая дозапри имплантации мышьяка (E=15 кэВ, Q= 1e13 см-2)а)б)Рис. 2.14 Сопоставление экспериментальных [253], [260] и расчётных данных при имплантациисурьмы Q = 5e14 см-2: а) E=40 кэВ; б) E=10 кэВ61Поскольку для сурьмы отсутствуют таблицы UT, результаты представлены только длятаблиц Crystal-TRIM, описывающих различный диапазон доз. Получено, что применениетаблиц для высоких значений дозы обеспечивает норму вектора погрешности ║A║ не менее26 %.

Таким образом, проведенный анализ показал, что таблицы UT, а в случае сурьмы –Crystal-TRIM для высоких доз, обеспечивают достаточную точность расчёта профиляраспределения имплантированной донорной примеси, в частности, за счёт описания эффектовканалирования.2.2.1.3 Имплантация через маскирующий оксид кремнияДля рассматриваемого технологического процесса важно показать применимостьмоделей при описании имплантации через пленку оксида кремния. Высокая точностьмоделирования важна, в первую очередь, для процессов формирования активной базы КБТ.

Вслучае имплантации бора САПР позволяет использовать специальную таблицу техасскогоуниверситета, откалиброванную с учетом пленки SiO2 различной толщины: 1,5 – 40 нм. Однако,для донорной примеси подобных калиброванных таблиц не представлено. На рис. 2.15 – 2.17представлено сопоставление расчётных и экспериментальных профилей распределениядонорной примеси, полученных имплантацией через пленку SiO2 различной толщины.а)б)Рис. 2.15 Сопоставление профилей распределения мышьяка, полученных с применением:а) таблиц UT; б) Crystal-TRIM, средняя и высокая доза, и экспериментальных данных [261](E=10 кэВ, Q=4e14 см-2, d=2,7 нм)а)б)Рис.

2.16 Сопоставление профилей распределения мышьяка, полученных с применением:а) таблиц UT; б) Crystal-TRIM, средняя и высокая доза, и экспериментальных данных [262](E=10 кэВ, Q=1e14 см-2, d = 5 нм)62Рис. 2.17 Сопоставление профилей распределения сурьмы, полученных с применением таблицCrystal-TRIM (средняя и высокая дозы), и экспериментальных данных [261](E=13 кэВ, Q= 4e14 см-2, d=2,7 нм)Как видно из рисунков, точность результатов, полученных с помощью таблиц UTзначительно ниже, чем в случае таблиц Crystal-TRIM, при этом обязательно использованиетаблиц Crystal-TRIM для высокого значения дозы.

Такая модель обеспечивает точностьраспределения примеси как по глубине, так и по максимальному значению концентрации.2.2.1.4 Имплантация в поликремнийВсовременныхконструкцияхКБТ(см.главу1)обязательноприменяетсяполикристаллический кремний. Ионная имплантация – один из наиболее распространенныхспособов легирования поликремния, однако для данного материала не предусмотрено наличияспециальных таблиц параметров. На рис. 2.18 и 2.19 представлены результаты сопоставлениярасчётов (таблицы параметров, заданных по умолчанию) и экспериментальных данных пораспределениюбораимышьяка,имплантированныхвполикремнийсрежимами,соответствующими формированию эмиттеров КБТ. Результаты показывают, что учет эффектаканалирования в функции распределения P4S увеличивает точность при моделированииимплантации бора в сравнении с другими функциями.

Для донорной примеси использованиефункции P4 достаточно для обеспечения низкого значения нормы вектора погрешности. Такимобразом, при расчётах возможно использование параметров, заданных по умолчанию.а)б)Рис. 2.18 Сопоставление экспериментальных [263], [264] и расчётных данных имплантациибора в поликремний: а) E=35 кэВ, Q= 1e16 см-2, d(Si*) = 0,5мкм;б) E=30 кэВ, Q= 2e15 см-2, d(Si*) = 0,4 мкм;63а)б)Рис. 2.19 Сопоставление экспериментальных [265], [266], [267] и расчётных данныхимплантации мышьяка в поликремний: а) E=100 кэВ, Q= 5e16 см-2, d(Si*)=0,3 нм;б) E=100 кэВ, Q= 1e16 см-2, d(Si*)=1 мкм2.2.2 Температурная обработкаДля процесса диффузии выбранный модуль DIOS содержит в своем составе 5 основныхмоделей: «Conventional» (обычная), «Equilibrium» (равновесная), «LooselyCoupled» (слабосвязанная), «SemiCoupled» (полусвязанная) и «PairDiffusion» (парная).