Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Лабораторная работа № 1
МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ
НАНОПЕРЕХОДОВ НА БАЗЕ ОСНОВНЫХ ОБОЛОЧЕК И
ПОДСИСТЕМ TCAD SENTAURS
1.1. Цель и содержание работы
Цель работы – освоение первичных методик одномерных и двумерных расчетов, анализа и графического представления результатов в TCAD SenTaurus на основе оболочек: SenTaurus WorkBench, Ligament Flow, Inspect, Tecplot_sv и подсистемы технологического моделирования SProcess.
Содержанием работы является исследование простейшего технологического маршрута изготовления диффузионных нанопереходов и анализ их основных параметров: глубины, бокового ухода, слоевого сопротивления в зависимости от различных режимов технологического маршрута.
1.2. Первые понятия, необходимы для работы в TCAD SenTaurus
1.2.1. Краткое описание структуры TCAD SenTaurus
Система приборно-технологического моделирования TCAD SenTaurus предназначена для компьютерного моделирования технологических маршрутов изготовления различных полупроводниковых многомерных структур и расчета их электрофизических параметров и характеристик. Система обеспечивает проектирование и оптимизацию элементной базы при разработке широкого спектра современных полупроводниковых наносистем различного назначения – от нанотранзисторов для микропроцессоров, схем памяти, цифро-аналоговых ИМС до сенсоров, приборов оптоэлектронной и высокочастотной техники.
Версия Z-2007.03 работает в линуксовой операционной системе
UBUNTU (вер. 7.10). Система установлена на сервере, доступ к которому осуществляется с автоматизированных рабочих мест (АРМ), организующих работу конечных пользователей.
Структурно система состоит из различных вычислительных оболочек (framework), базовых подсистем для расчета технологии, структур, сеток и приборов и специализированных утилит. Общее число этих программных продуктов – более 30.
Вычислительные оболочки обеспечивают интеграцию этих TCAD-программных средств, внутренний интерфейс между ними, а так же интерфейс с конечным пользователем, в результате чего создается единая вычислительная среда, в которой и протекает вычислительный эксперимент по моделированию.
Для первоначальной работы пользователь должен иметь представление о следующих программных оболочках и программах-приложениях.
Sentaurus Workbench (SWB) – графическая интерактивная управляющая оболочка, обеспечивающая дружественный интерфейс с пользователем TCAD. SWB предназначена для организации информационного процесса внутри рабочих каталогов, проектов и сценариев, взаимодействия всех программных продуктов, объединенных в единый вычислительный поток, а так же для параметризации входных файлов, планирования вычислительного эксперимента и статистического анализа полученных результатов в рамках проводимого исследования.
Ligament Flow – оболочка, обеспечивающая высокоуровневый интерфейс, при составлении командного файла для моделирования технологических маршрутов. Интерфейс максимально независим от используемых программ технологического моделирования и размерности формируемой структуры.
Inspect – графическая оболочка, предназначенная для визуализации и анализа одномерных графических зависимостей, а так же для нахождения различных параметров для этих зависимостей.
Tecplot_SV – графическая оболочка, предназначенная для визуализации двумерных и трехмерных результатов расчетов для всех моделирующих подсистем SenTaurus.
Sentaurus Process – основная подсистема-приложение, предназначенная для одно-, двух- и трехмерного моделирования технологических процессов для кремния и различных сложных полупроводников. Прежде всего, обеспечивается моделирование маршрутов с циклически повторяющимися процессами имплантации, диффузии, окисления, силицидизации, травления и осаждения.
Наряду с Sentaurus Process в SenTaurus есть еще две дополнительные подсистемы для технологического моделирования: DIOS, SUPREM-IV и Taurus Process.
Sentaurus Structure Editor (SSE) – подсистема-приложение для графического проектирования двумерных и трехмерных полупроводниковых структур, исключающая применение программ технологического моделирования. Проектирование включает в себя генерацию геометрической модели, задание аппроксимационных профилей легирования, выделение областей и определение вычислительной конечно-элементной сетки.
Sentaurus Device – основная подсистема двумерного и трехмерного моделирования полупроводниковых приборов с учетом различных электрофизических приближений: диффузионно-дрейфовом, гидродинамическом, с учетом квантовых поправок и т.д. Обеспечивает расчет, анализ и оптимизацию различного рода параметров и характеристик для широкого ряда полупроводниковых структур: от кремниевых МДП-нанотразисторов и мощных биполярных транзисторов до гомо и гетероструктур на сложных материалах типа A3B5, карбиде кремния и т.д.
Mesh Generator – подсистема, обеспечивающая генерацию высококачественной дискретизационной конечно-элементной сетки для одномерных, двумерных и трехмерных расчетов на основе следующих приложений: Mesh и Sentaurus Mesh – упрощенного сеточного генератора для планарных структур и улучшенного для непланарных структур сеточного генератора соответственно.
Дополнительно в системе SenTaurus имеются:
– Noffset3D – 3-D генератор сеток с повышенной вычислительной устойчивостью, обеспечивающий «подстроение» сетки к поверхностным слоям с целью более точного расчета различных параметров, например, ток, текущих в контактах;
– MGoal – библиотека сеток, обеспечивающая оптимальную генерацию 3-D сеток с целью уменьшения времени расчета путем упрощения требований к качеству сетки. Автоматически встроена в SProcess.
1.2.2. Моделируемый технологический маршрут
Лабораторная работа состоит из трех частей: A, B и C. В части A необходимо подготовить 2-D командный файл в оболочке Ligament Flow, а затем выполнить его в SWB и графически проанализировать в Inspeсt и Tecplot_SV. В части B необходимо провести 1-D расчет прямой задачи для готового проекта Lab_1b, состоящего из двух сценариев, а в части С – решить обратную задачу о подборе параметров технологических процессов, обеспечивающих заданную глубину p-n перехода по готовому проекту Lab_1с.
Технологический маршрут и варианты заданий приведены в таблицах 1 и 2 соответственно.
Таблица 1. Моделируемый технологический маршрут
|
№ |
Описание операции |
Параметры операции в частях A, B, C |
|||
|
A |
B |
C |
|||
|
D_E |
T_t |
||||
|
1 |
Исходная подложка |
КДБ-20 (100) |
КДБ-20 (100) |
КДБ-20 (100) |
Подложка * |
|
2 |
Осаждение маски из SiO2 |
Dox=0,3 мкм |
– |
– |
– |
|
3 |
Ионная имплантация |
Фосфор D=1014 см-3 Е=30 КэВ |
Фосфор D=* E=* |
Фосфор D=1014 см-3 Е=30 КэВ |
Примесь –* D=??? Е=??? |
|
4 |
Отжиг |
T=1100C t=0,5 мин |
T=500C t=1 мин |
T=* t=* |
T=??? t=??? |
Примечание:
– операция отсутствует; * – определяется вариантом задания; ??? – требуется вычислить.
Таблица 2 Варианты заданий по бригадам
|
Часть |
Параметры |
Номера бригад |
||||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
||
|
B D_E |
D1 |
1012 см-3 |
21012 см-3 |
31012 см-3 |
41012 см-3 |
51012 |
|
D2 |
1013 см-3 |
21013 см-3 |
31013 см-3 |
41013 см-3 |
51013 |
|
|
D3 |
1014 см-3 |
21014 см-3 |
31014 см-3 |
41014 см-3 |
51014 |
|
|
E1 |
15 КэВ |
11 КэВ |
13 КэВ |
10 КэВ |
18 КэВ |
|
|
E2 |
25 КэВ |
25 КэВ |
33 КэВ |
30 КэВ |
30 КэВ |
|
|
E3 |
45 КэВ |
50 КэВ |
48 КэВ |
53 КэВ |
45 КэВ |
|
|
B T_t |
T1 |
1010C |
1020C |
1030C |
1040C |
1050C |
|
T2 |
1110C |
1120C |
1130C |
1140C |
1150C |
|
|
T3 |
1210C |
1220C |
1230C |
1240C |
1250C |
|
|
t1 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
|
|
T2 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
|
|
T3 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
|
|
C |
Подложка |
КДБ-20 (100) |
КДБ-20 (111) |
КДБ-10 (100) |
КЭФ-4,5 (111) |
КЭФ-7,5 (100) |
|
Примесь |
Phosphorus |
Phosphorus |
Phosphorus |
Boron |
Boron |
|
|
Глубина Xj(мкм) |
0,1 |
0,2 |
0,3 |
0,4 |
0,5 |
Рис. 1.1. Двумерный профиль распределения примесей с сеткой в p-n переходе
1.2.3.Основные принципы работы в оболочке Sentaurus Workbench
Основной информационно-структурной единицей в SenTaurus является
проект, который связывается с конкретным вычислительным экспериментом и который описывает последовательность необходимых для этого приложений и наборы варьируемых в них параметров (т.е. вычислительный поток с планом эксперимента). С целью облегчения логической структуры проект может быть разбит на более мелкие части, называемые сценариями.
Работа в оболочке SWB может проводиться различными способами: через меню, с помощью управляющих кнопок, с помощью левой и правой кнопок мыши и с помощью кнопок на клавиатуре. При этом практически все команды эквивалентны командам оболочки Genesis, подробно описанной в пособии Макарова Е.А.
Рис. 1.2. Общий вид окна SWB
Рис. 1.3. Окно SWB при создании рабочего потока для текущего проекта
Рис. 1.4. Окно SWB при выполнении сценария Dose_Energy для проекта Lab1_b
1.2.4.Основные принципы работы в оболочке Ligament Flow
Рис. 1.5. Окно Ligament Flow при определении параметров головной части
Рис. 1.7. Окно Ligament Flow при просмотре командного файла sprocess_lig.cmd
1.2.5.Основные принципы работы в оболочке Inspect
Рис. 1.8. Одномерный профиль распределения примесей в мелком переходе
1.2.6.Основные принципы работы в оболочке Tecplot_SV
Рис. 1.8. Двумерный профиль распределения примесей в мелком переходе в двух контрольных точках маршрута: Diode_1 (после маски) и Diode_2 (конец маршрута)
1.2.7. Описание структуры командного файла для работы
в системе технологического моделирования SProcess
Командный файл для SProcess Работа в оболочке SWB может проводиться различными способами: через меню, с помощью управляющих кнопок, с помощью левой и правой кнопок мыши и с помощью кнопок на клавиатуре.
## ------------------------------------
## ---- Lab_1a -----
## ------------------------------------
## -----Enviroment --------------------
set sim_left 0
set sim_right 1.0
set sim_bottom 1
set sim_top 0
## -----------------------------------##
## -------- LIGAMENT OUTPUT --------##
## -----------------------------------##
## ------- user defined grid ---------##
## -----------------------------------##
# ----- Control Models. --------------------------------------------
implant tables=Default
pdbSet Silicon Dopant DiffModel Pair
# ----- Control Grid. ----------------------------------------------
mgoals on min.normal.size=0.01 max.lateral.size=0.025 normal.growth.ratio=1.1 accuracy=1<nm>
# ----- Forming Grid. ----------------------------------------------
line x location=0 spacing=0.1 tag=Top
line x location=1 spacing=0.1 tag=Bottom
line y location=0 spacing=0.1 tag=Left
line y location=1 spacing=0.1 tag=Right
# ----- Forming Substrate. -----------------------------------------
region Silicon xlo=Top xhi=Bottom ylo=Left yhi=Right
init concentration=6.80e+14 field=Boron wafer.orient=100 slice.angle=[CutLine2D 0 0 0.0 1.0]
## ------------------------------------
## ---- Forming a Diode Structure. -----
## ------------------------------------
## ----- Oxide-Mask Deposition. ------------------------------------
mask name=window segments= { 0 0.4 0.6 1 } negative
deposit Oxide thickness=0.3 type=anisotropic mask=window
## ----- Save Struct. ---------------------------------------------
struct smesh=Diode_1
## ----- Phosphorus Implantation. ---------------------------------
implant Phosphorus dose=1e14 energy=30 tilt=7 rot=-90
## ----- Annealing. -----------------------------------------------
temp_ramp name=tempramp_1_2 time=0.5 temp=1100
diffuse temp_ramp=tempramp_1_2
## ----- Save Struct. ---------------------------------------------
struct smesh=Diode_2
## ----- Save Profiles. -------------------------------------------
SetPlxList { Boron }
WritePlx Boron.plx y=0.5
SetPlxList { Phosphorus }
WritePlx Phosphorus.plx y=0.5
SetPlxList { NetActive }
WritePlx NetActive.plx y=0.5
## ----- Rs Xj Calculation. ---------------------------------------
SheetResistance y=0.5
## ----- The End. -------------------------------------------------
exit
Замечание:
строки mgoals и init concentration набираются без переноса.
1.3. Порядок выполнения работы
Потом определить содержание раздела головной части environment. Для этого установить значения переменных: title, save (установить false), simulator,
region (0 0 0 1), graphics (установить false), depth (1). В окне переменной user_ grid набрать все недостающие строки раздела environment в соответствии с описанием командного файла, приведенного в пункте 1.2.7.
В завышении работы с головной частью определить параметры для раздела Substrate. После набора можно проконтролировать его качество с помощью транслятора командного файла.
Далее необходимо приступить к набору содержательной части проекта путем перетаскивания необходимых шаблонов команд comment, remark, insert, implant, anneal из правого нижнего подокна. Команда insert должна использоваться всегда, когда необходим ручной набор технологической операции. Периодически можно контролировать качество набора с помощью трансляции потока команд.
После завершения создания командного файла *_lig.cmd надо закрыть окно оболочки Ligament кнопкой Х. Теперь через второе открытое окно Терминала следует проконтролировать содержимое своей рабочей директории и указать, какие новые файлы в ней появились.
Таблица 3. Итоговые результаты расчета для сценария Dose_Energy
|
№ |
Доза |
Энергия |
Сопротивление Rs |
Глубина Xj |
Для нахождения Rs и Xj следует посмотреть содержимое выходных расчетных файлов, соответствующих каждому узлу( например, с помощью двойного нажатия клавиш ctrl+w на выбранном узле).
Дома построить графики зависимости Сопротивления и Глубины от дозы при разных энергиях как параметре.
Таблица 4. Итоговые результаты расчета для сценария Temp_Time
|
№ |
Время |
Температура |
Сопротивление Rs |
Глубина Xj |
и дома построить разгоночные кривые, т.е. зависимости Rs и Xj от времени разгонки, используя температуру как параметр.