Описание раздела
Книга представляет собой сборник лекций, прочитанных известными специалистами из многих стран на симпозиуме по математическому моделированию технологических процессов изготовления кремниевых интегральных схем (ИС) и электрических характеристик их основных элементов - МОП-транзисторов. Рассмотрены модели диффузии, ионной имплантации, окисления, отжига, литографии, осаждения, травления и модели, описывающие функционирование МОП-транзисторов. Подробно обсуждены области применимости этих моделей для анализа работы приборов в различных режимах. Приведены основные алгоритмы, используемые при моделировании технологических процессов и приборов на основе МОП-структур. Показано, как эти алгоритмы реализуются в существующих программах одно- и двумерного математического моделирования, и описаны структуры программ. Продемонстрировано, каким образом происходит стыковка программ моделирования технологических процессов и программ расчета характеристик приборов. Большое внимание уделено обсуждению специфических двумерных эффектов, приобретающих все большее значение в связи с уменьшением характерных размеров элементов ИС. При этом речь идет как об особенностях физических моделей, которые важны для учета двумерных эффектов, так и об особенностях их численного анализа. Книга адресована прежде всего специалистам в области математического моделирования в микроэлектронике. Кроме того, она будет полезна разработчикам кремниевых ИС, специалистам по технологии их производства, а также аспирантам и студентам соответствующих специальностей. Оглавление Предисловие к русскому изданию Предисловие. Я. Антонетти Глава 1. Диффузия в кремнии. Д. Антониадис 1.1. Введение 1.2. Механизмы диффузии в кремнии 1.2.1. Механизмы диффузии в кристаллах 1.2.2. Диффузионный поток и коэффициент диффузии 1.2.3, Самодиффузия в кремнии 1.2.4. Диффузия примесей 1.3. Моделирование диффузии примесных атомов. Квазиравновесие 1.3.1. Диффузия в условиях примесной проводимости 1.3.2. Диффузия в условиях примесной проводимости с кластеризацией примеси 1.4. Неравновесные эффекты при диффузии 1.4.1. Влияние окисления на диффузию 1.4.2. Генерация избыточных атомов кремния на границе раздела Si - Si02 Список литературы Глава 2. Термическое окисление кремния: кинетика, электрические заряды, физические модели и взаимодействие с другими технологическими процессами изготовления СБИС. Дж. Пламмер, Б. Дил 2.1. Введение 2.2. Основы кинетики окисления 2.3. Зависимость констант скоростей реакций от условий проведения процесса 2.4. Кинетика роста тонких слоев окисла в сухом 2.5. Кинетика реакций на границе раздела Si - Si02; роль точечных дефектов 2.6. Электрические заряды в окисле 2.7. Двумерные эффекты при окислении структур с малыми характерными размерами элементов 2.8. Заключение Список литературы Глава 3. Применение хлорированных окислов и методов внутреннего геттерирования в технологии СБИС. С. Клейс 3.1. Введение 3.2. Хлорированные окислы 3.2.1. Кинетика окисления 3.2.2. Анализ химических процессов 3.2.3. Электрические свойства хлорированных окислов 3.2.4. Влияние хлорирования на окисные слои в СБИС 3.3. Дефекты упаковки, индуцированные окислением 3.3.1. Сухое и влажное окисление 3.3.2. Хлорное окисление 3.3.3. Модели роста дефектов упаковки 3.4. Внутреннее геттерирование 3.5. Кислород в кремнии 3.5.1. Вариации удельного сопротивления 3.5.2. Дислокации и кристаллические дефекты 3.5.3. Коробление подложек 3.6. Заключение Список литературы Глава 4. Ионная имплантация. X. Риссель, К. Хоффман 4.1. Введение 4.2. Пробеги ионов в аморфных мишенях 4.2.1. Теория ЛШШ 4.2.2. Диффузионное приближение 4.2.3. Расчеты пробегов методом Монте-Карло 4.3. Пробеги ионов в кристаллах 4.4. Распределения пробегов 4.4.1. Гауссовские распределения 4.4.2. Распределения Пирсона 4.4.3. Другие распределения 4.4.4. Двухслойные мишени 4.4.5. Имплантация и распыление 4.4.6. Боковое уширение распределения ионов 4.5. Диффузионные эффекты 4.5.1. Термическая диффузия 4.5.2. Диффузия во время имплантации 4.5.3. Диффузия, усиленная радиационными повреждениями 4.6. Приложение 4.6.1. Программа вычисления пробегов 4.6.2. Программа построения распределений Пирсона Список литературы Глава 5. Пучковый отжиг имплантированного кремния. Дж. Гиббонс 5.1. Введение 5.2. Основные механизмы пучкового отжига 5.3. Основные особенности импульсного пучкового отжига имплантированного кремния 5.3.1. Качественный анализ порога плавления 5.3.2. Профили примесей в импульсно-отожженном кремнии 5.3.3. Резюме 5.4. Технология отжига непрерывным пучком 5.4.1. Процесс термического отжига 5.4.2. Базовая схема непрерывного отжига 5.4.3. Температура поверхности 5.4.4. Основной механизм непрерывного пучкового отжига 5.4.5. Профили примеси 5.4.6. Просвечивающая электронная микроскопия 5.4.7. Монокристалл кремния, имплантированный бором 5.4.8. Резюме 5.5. Отжиг непрерывными источниками с пучками большого размера 5.5.1. Стационарное освещение термоизолированной подложки 5.5.2. Освещение электродуговыми источниками в режиме теплоотвода 5.5.3. Анализ теплопоглощения 5.5.4. Быстрый отжиг кремния сканированием излучения ртутной лампы 5.5.5. Резюме Список литературы Глава 6. Контроль материалов. Ч. Хелмс 6.1. Введение 6.2. Примеры задач контроля 6.3. Традиционные методы контроля 6.4. Вторичная ионная масс-спектрометрия 6.5. Спектроскопия обратного резерфордовского рассеяния 6.6. Электронная спектроскопия 6.7. Электронная Оже-спектроскопия 6.8. Рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия 6.9. Заключение Список литературы Глава 7. Одномерное моделирование технологических процессов изготовления ИС. Д. Антониадис 7.1. Введение 7.2. Организация процесса моделирования 7.3. Модели процессов 7.3.1. Ионная имплантация 7.3.2. Миграция примеси в процессе термообработки 7.3.3. Термическое окисление 7.3.4. Переход примеси через границу раздела 7.4. Численное моделирование миграции примеси 7.4.1. Стационарные условия 7.4.2. Подвижная граница раздела SiO, - Si 7.4.3. Движущаяся граница: эпитаксия Приложение Список литературы Глава 8. Моделирование поликристаллических кремниевых структур для процессов производства интегральных схем. Л. Мей, Р. Даттон, С. Хансен 8.1. Введение 8.2. Моделирование и организация вычислительного процесса 8.3. Электрическая проводимость в поликремниевом слое 8.4. Физические параметры модели для поликристаллического кремния 8.4.1. Рост кристаллита 8.4.2. Сегрегация примеси 8.5. Примеры моделирования 8.5.1. Термическая обработка поликремния 8.5.2. Отжиг лазером непрерывного действия 8.5.3. Диффузия через тонкие слои окислов 8.6. Процессы в поликремнии, связанные с окислением 8.6.1. Окисление 8.6.2. Зависимость скорости окисления от толщины поликремния 8.6.3. Диффузия, ускоренная окислением 8.7. Заключение Список литературы Глава 9. Двумерное моделирование технологических процессов - программа SUPRA. М. Камп, Р. Даттон 9.1. Введение 9.2. Моделирование отдельных технологических процессов 9.2.1. Ионная имплантация 9.2.2. Диффузия при низкой концентрации примеси 9.2.3. Диффузия при высокой концентрации примеси 9.3. Применения 9.3.1. Тестовые структуры для измерения емкости и напряжения пробоя 9.3.2. Моделирование порогового поля 9.3.3. Диффузия вдоль границ кристаллитов в поликремнии 9.4. Заключение Список литературы Глава 10. Численное моделирование процессов перераспределения примеси вблизи края маски. Р. Тилерт 10.1. Введение 10.2. Моделирование процесса диффузии (инертная среда) 10.2.1. Уравнение переноса 10.2.2. Физические модели 10.2.3. Начальные условия 10.2.4. Дискретизация транспортного уравнения 10.2.5. Граничные условия 10.2.6. Итерационный метод последовательной верхней релаксации для решения нелинейных уравнений 10.2.7. Результаты расчетов 10.3. Моделирование процесса диффузии с окислением 10.3.1. Моделирование локального окисления 10.3.2. Преобразование координат 10.3.3. Граничные условия 10.3.4. Результаты расчетов 10.4. Заключение Список литературы Глава 11. Система моделирования диффузионных процессов методом конечных элементов. К. Зальцбург, С. Хансен 11.1. Предварительный обзор 11.2. Моделирование технологического процесса 11.3. Предварительная обработка исходных данных и обработка результатов 11.4. Результаты расчетов 11.5. Заключение Список литературы Глава 12. Оптическая литография и литография в глубокой УФ области. У. Оулдхем 12.1. Обзор 12.1.1. Оптические системы для проецирования изображений 12.1.2. Системы резистов для литографии высокого разрешения 12.2. Модели 12.2.1. Оптическая модель 12.2.2. Экспозиция резиста 12.2.3. Проявление резиста 12.3. Моделирование оптической литографии 12.4. Ограничения оптической литографии 12.4.1. Чувствительность ширины линий на плоских подложках 12.4.2. Ширина линии на ступеньках 12.4.3. Модификация в технологии изготовления резистов 12.4.4. Оценка перспектив увеличения предельного разрешения Список литературы Глава 13. Моделирование топографии. А. Нейрейтер 13.1. Введение 13.2. Современный уровень моделирования 13.3. Алгоритмы 13.4. Результаты моделирования 13.5. Перспективы развития 13.6. Заключение Список литературы Глава 14. Анализ непланарных приборов. Дж. Гринфилд, Г. Прайс, Р. Даттон 14.1. Введение 14.2. Методы анализа 14.2.1. Уравнение Пуассона 14.2.2. Анализ уравнения непрерывности 14.3. Примеры 14.3.1. Аналитический расчет тока с использованием пуассон-анализа 14.3.2. Точность вычислений в приближении малых токов 14.3.3. Сравнение результатов моделирования с экспериментальными данными 14.3.4. Область применимости непланарного монополярного анализа 14.4. Заключение Список литературы Глава 15. Двумерное моделирование МОП-транзисторов. С. Сольбергер, А. Шютц, Г. Петцль 15.1. Введение 15.2. Некоторые основные соотношения 15.2.1. Фундаментальные полупроводниковые уравнения 15.2.2. Допущения и обсуждение параметров 15.2.3. Дополнительные допущения для моделей МОП-приборов 15.2.4. Модели физических параметров 15.3. Численное решение системы уравнений 15.3.1. Конечно-разностная дискретизация полупроводниковых уравнений 15.3.2. Линеаризация системы уравнений 15.3.3. Решение сильноразреженных линейных систем 15.4. Типичные приложения программы 15.4.1. Тестовые примеры 15.4.2. Чувствительность к параметрам технологических процессов 15.4.3. Явления пробоя 15.4.4. Простейший и-МОП-инвертор с нагрузочным МОП-транзистором, работающим в режиме обеднения 15.4.5. К-МОП-инвертор 15.5. Заключение Список литературы Глава 16. Анализ приборов с помощью метода конечных элементов. К. Зальцбург, П. Коттрелл, Е. Бутурла 16.1. Введение 16.2. Физическая модель 16.2.1. Уравнения переноса заряда в полупроводниках 16.2.2. Граничные условия 16.2.3. Биполярное, монополярное и бестоковое приближения 16.3. Численный метод 16.3.1. Уравнение Пуассона 16.3.2. Уравнения непрерывности 16.3.3. Линеаризация 16.3.4. Метод решения матричного уравнения 16.3.5. Модифицированный метод Ньютона 16.4. Препроцессор и постпроцессор 16.5. Примеры моделирования приборов 16.5.1. Узко- и короткоканальные эффекты в ПТИЗ 16.5.2. Моделирование полевых транзисторов с V-образной канавкой 16.5.3. Моделирование переходного процесса в биполярных транзисторах 16.6. Заключение Список литературы Список работ, переведенных на русский язык, и работ советских авторов
