ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Предисловие. П. Антонетти из "МОП-СБИС моделирование элементов и технологических процессов " Математическое моделирование элементов и технологических процессов изготовления сверх- и ультрабольших ИС (СБИС и УБИС) становится той областью, где достижения фундаментальных наук - физики полупроводников и физического материаловедения, радиационной физики и физики плазмы, химии и физической химии, фундаментальной и прикладной математики — дают непосредственный экономический эффект. Для подтверждения )того укажем, что в США стоимость экземпляра программного комплекса для моделирования технологических процессов изготовления и характеристик приборов достигает сотен тысяч долларов. [c.5] уравнения, к которым приводит теория, оказьшаются настолько сложными, что получение разумных приближений и развитие методов ускорения вычислительной процедуры невозможны без ясного понимания опи- ьп aeмыx физических процессов. Отсюда вытекает настоятельная необхо-/Ц1мость теснейшего контакта между физиками, математиками и разработчиками ИС, однако маловероятно, что когда-нибудь удастся осуществить простой конвейер физик — математик — разработчик. [c.5] Моделирование идет сейчас по пути использования универсальных ЭВМ высокой производительности. Вероятно, это не самый лучший путь. По-видимому, в недалеком будущем будут создаваться спещ1ализированные машины с архитектурой, ориентированной на решение задач определенных классов, характерных для моделирования процессов изготовления микроэлектронных приборов и функционирования элементов СБИС и УБИС. Такой путь станет возможным лишь при условии тесного взаимодействия специалистов по моделированию технологических процессов изготовления микроэлектронных приборов и конструкторов ЭВМ. [c.6] Предлагаемая книга представляет собой сборник текстов лекций, прочитанных ведущими специалистами на симпозиуме по моделированию технологических процессов и микроэлектронных приборов. Такой подход к изданию книг, посвященных быстро развивающимся и, если можно так сказать, синтетическим областям науки и техники, получил за рубежом широкое распространение. Это и понятно — пришлось бы слишком долго ждать, пока кто-то соберется написать всеобъемлющую монографию. Однако указанный подход имеет и свои недостатки, гравный из которых - определенная разнородность стиля изложения. Не свободна от такого недостатка и эта книга. Если главы, посвященные диффузии и ионной имплантации легирующих примесей, процессам окисления, пучкового отжига и двумерным моделям МОП-транзисторов, нагшсаны достаточно подробно, то главы о литографии и травлении представляют собой по сути довольно краткие обзоры возможностей существующих программ. Весьма беглый характер носит и глава об аналитических методах исследований материалов и структур. [c.6] Этот недостаток с лихвой компенсируется достоинствами книги. Во-первых, она дает хорошее представление о состоянии дел в моделировании кремниевых ИС. Во-вторых, она содержит много полезной информации об используемых физических моделях, их возможностях и ограничениях. В-третьих, в ней описаны особенности применяемых математических методов и структуры программ. И, наконец, в-четвертых, она снабжена обильной и очень полезной библиографией. [c.6] Можно надеяться на то, что эта книга будет с интересом встречена специалистами по использованию математического моделирования в микроэлектронике, разработчиками ИС и технологами. Она может быть полезной также аспирантам и студентам-дипломникам соответствующих специальностей. [c.6] Об исключительном значении, которое сегодня имеют СБИС, можно судить по общенациональным усилиям, предпринимаемым в этой области в целом ряде стран на самых различных уровнях (государственные учреждения, корпорации, министерства обороны). В результате поступательного развития технологии ИС в последние два десятилетия количество функциональных элементов на одном кристалле увеличилось от 1 до 400 ООО . Невысокой стоимости таких систем можно добиться только снижением удельной стоимости проектирования, позволяющим избегать дорогостоящих ошибок при их разработке. Именно поэтому, а также потому, что экспериментальные исследования занимают слишком много времени и часто слишком дороги, а зачастую просто невыполнимы, стало абсолютно необходимым применение средств математического моделирования на всех этапах проектирования и изготовления СБИС. [c.7] По мере уменьшения активных элементов СБИС возникла необходимость количественного описания технологических процессов. Результаты проведения таких процессов, как прецизионная литография, выращивание тонких слоев окисла, создание межсоединений из поликремния, выравнивание порогов и создание мелких переходов с помощью ионной имплантации, становятся все более чувствительными к изменениям технологических параметров. [c.7] Для каждого из перечисленных процессов, постоянно эволюционирующих в направлении создания все более совершенных структур, необходимо лучшее понимание физики соответствуюшзих явлений. Более того, ужесточение требований к технологическим допускам обязательно требует также и количественного описания влияния технологических параметров на результаты процессов для того, чтобы минимизировать роль статистических флуктуаций. [c.7] Вследствие уменьшения размеров элементов при переходе к технологии СБИС все более необходимым становится двумерное математическое моделирование технологических процессов. Один из аспектов этой проблемы заключается в моделировании рельефа поверхности функциональных слоев, формируемого в результате проведения последовательности процессов литографии, осаждения покрытий и травления. Первым результатом моделирования такого типа явился достигнутый с его помощью уровень понимания таких процессов, как проекционная печать, осаждение покрытий на ступенчатую поверхность и планаризация подложек, а также возможность прогнозирования уходов размеров элементов и их контроля в ходе проведения сложной последовательности технологических операций. [c.8] Другой важный аспект двумерного моделирования касается разработки МОП-приборов. Эволюция СБИС ставит ряд новых сложных проблем. Возрастающий уровень интеграции требует постоянного уменьшения размеров элементов ИС и рассеиваемой мощности. Одновременно должно осуществляться более точное управление функциональными характеристиками приборов, которые теперь будут определяться существенно двумерным характером структур. Для адекватного анализа таких сложных приборов требуется двумерное численное моделирование. В ряде публикаций были описаны ориентированные на пользователей программы для двумерных расчетов МОП-транзисторов. Однако при уменьшении размеров элементов все более заметным становится влияние двумерности пространственных распределений концентрации легирующий примесей и топологии поверхности. Поэтому возникает необходимость объединения в единый комплекс программ двумерного моделирования приборов с программами двумерного моделирования технологических процессов их изготовления, сообщения о создании которых уже появились в литературе. [c.8] Содержание книги составили лекции, организованные институтом перспективных исследований Национального управления по аэронавтике и исследованию космического пространства (Урбино, Италия) с 12 по 23 июня h)82 г. Лекции читались в первой половине дня, а затем 65 участников имели возможность прямого обмена опытом использования программ моделирования с помощью терминалов вычислительного центра оснащенного )ИМ VAX 11/780 фирмы DE . [c.9] Диффузия является физическим процессом, обусловливающим миграцию атомов легирующих примесей в кристаллической решетке кремния. По существу, это один из важнейших технологических процессов при изготовлении любых видов электронных приборов и микросхем на кремнии. В данной главе основное внимание будет уделено рассмотрению современных представлений и идей, касающихся явлений диффузии в кремнии. Может показаться удивительным тот факт, что, несмотря на большую научную и технологическую значимость процесса Д1 ффузии в кремнии, а также известную завершенность микроэлектронной технологии, сегодня не существует ни общепринятой теории диффузии, на сколько-нибудь полных и бесспорных измерений коэффициентов диффузии основных легирующих примесей для ряда важных, с точки зрения технологии, условий проведения этого процесса. [c.10] В кристаллической решетке кремния в растворенном состоянии могут находиться многие химические элементы. Растворенный элемент называется замещающим, если его атомы занимают регулярные положения в узлах решетки растворителя, замещая его атомы. В случае, когда растворенные атомы занимают любые свободные межузельные положения в кристаллической решетке растворителя, о растворе говорят как о растворе внедрения. Многие химические элементы растворяются в кремнии как в маждо-узельном, так и в замещающем виде. Однако отношение растворимостей в этих состояниях изменяется от элемента к элементу на несколько порядков величины. Для элементов групп 1ПА и УА характерна способность об-разовьтать прочные ковалентные связи с собственными атомами кристаллической решетки кремния, в результате чего они занимают почти исключительно узлы решетки. Низкая энергия ионизации в таком состоянии делает эти элементы идеальными легирующими примесями, определяющими электрические свойства кристаллов кремния. [c.10] Диффузия в твердом теле представляет собой физический процесс, посредством которого атомы растворенного вещества перемещаются в решетке растворителя. Диффундировать могут и собственные атомы решетки. Такой процесс назьтается самодиффузией. [c.11] Хотя диффузия в твердом теле имеет внешнее сходство с аналогичными процессами в газах и жидкостях, вместе с тем существуют важные отличия между ними, вытекающие из того, что в кристаллах перемещение атомов растворенного вещества неизбежно должно нарушать упорядоченность решетки и, следовательно, это перемещение должно быть скоординировано с движением атомов самой решетки. [c.11] Несколько упрощенное изображение основных механизмов диффузии в кристаллической решетке представлено на рис. 1.1. Чисто умозрительно простейшим механизмом является диффузия по междоузлиям, когда находящиеся в междоузельных положениях атомы примеси перескакивают из одного междоузлия в другое, не вызывая долговременного смещения какого-либо из атомов решетки (рис. 1.1, а). Однако это не означает, что движущийся атом постоянно находится в междоузлиях. Диффундирующие по междоузлиям атомы могут в течение продолжительного времени занимать узлы решетки. Это относится также и к атомам самой решетки, которые могут диффундировать по междоузлиям через собственную решетку кристалла. [c.11] Вернуться к основной статье