автореферат диссертации по электронике, 05.27.01, диссертация на тему:Физико-технологическое моделирования ионно-легированных моп-транзисторных структур

На правах рукописи

ЛЕЖЕНИН Владимир Петрович

ФИЗИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ИОННО-ЛЕГИРОВАННЫХ МОП-ТРАНЗИСТОРНЫХ СТРУКТУР

Специальность 05.27.01 - Твердотельная электроника, микроэлектроника и

наноэлектроника

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Воронеж 1998

Работа выполнена в Воронежском государственном университете

Научные руководители: доктор технических наук,

профессор В.Ф. Сыноров; кандидат физико-математических наук, доцент E.H. Бормонтов.

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

профессор A.M. Гуляев; доктор физико-математических наук, профессор М.Н. Левин.

Ведущая организация: Воронежский научно-исследовательский

институт электронной техники

Защита состоится «18» декабря 1998 года в 14 часов на заседа! диссертационного совета К 063.48.02 при Воронежском государствен университете по адресу: 394693, Воронеж, Университетская пл., 1, ВГУ.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Воронежск государственного университета.

Автореферат разослан «17 » ноября 1998 года.

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат технических наук, доцент

В.И. Клюкин

Общая характеристика работы.

Актуальность темы. В современной технологии микроэлектроники и, а грвуга очередь, в МОП-производстве основным методом легирования элупроводников является процесс ионной имплантации, применяемый, в астности, для корректировки порогового напряжения обогащенных МОП->анзисторов, предотвращения смыкания истоковых и стоковых областей на 1аболегированных подложках, создания встроенных каналов. Распределение эгирующей примеси в приграничной области полупроводника определяет "этические характеристики МОП-приборов, а так как вследствие ионной ^плантации это распределение становится существенно неоднородным, то эзникает необходимость наиболее полного учета влияния неоднородного зспределения примеси на характеристики приборов. Применяемые в эльшинстве существующих аналитических моделей МОП-приборов простые ппроксимации профиля легирования приводят к большим погрешностям оделирования, а использование более точных численных моделей, ■штывающих реальный профиль распределения легирующей примеси, требует учительных вычислительных ресурсов и приводит к значительному увеличению эемени расчёта, что ограничивает их применение для оптимизации ;хнологических процессов на стадии производства МОП ИС. В связи с этим <туальной задачей является создание оптимального метода расчета пектрофизических характеристик ионно-легированных полупроводников и, на его знове, комплекса моделей основных элементов МОП интегральных схем, меющих достаточно высокую точность при минимальных вычислительных эсурсах.

Все модели в большей или меньшей степени идеализируют моделируемый Зъект, в частности, в моделях МОП-приборов, как правило, не рассматриваются зкие параметры, как зарядовые свойства границы раздела окисел-полупроводник планарная неоднородность параметров изготовления, а их влияние учитывается элуэмпирически. В первую очередь это такие параметры, определяющие эбочие характеристики МОП-приборов, как распределение плотности граничных эстояний и планарная неоднородность распределения малой дозы легирующей зимеси. Повышение точности методов электрофизического контроля указанных эраметров в процессе производства ионно-легированных МОП ИС эедставляется не менее актуальной задачей.

Цель работы. Разработка метода расчета областей пространственно! заряда в ионно-легированных полупроводниках и, на его основе, комплекс технологически ориентированных аналитических и полуаналитических моделе базовых элементов МОП ИС: ионно-легированных транзисторов обедненного обогащенного типа, п(р)-каиальных и «МОП инверторов, а также повышена точности методов электрофизического контроля основных параметров ионж легированных МОП-структур: распределения плотности граничных состояний пленарной однородности малой дозы имплантированной примеси.

Для реализации этой цели в работе решались следующие задачи:

1. Разработка полуаналитического метода расчета параметров облаете пространственного заряда (ОПЗ) в ионно-легированных полупроводника

2. Разработка физической модели МОП-транзистора обедненного тип; пригодной для технологически ориентированного моделирования.

3. Разработка физико-технологических моделей статических параметре МОП-транзисторов обедненного и обогащенного типа с ионж легированной подзатворной областью на основе полуаналитическо! метода расчета параметров ОПЗ.

4. Анализ корреляции статических параметров интегрального п(р канального МОП-инвертора и создание методики повышения процет выхода годных МОП ИС по статическим параметрам пары тестовь транзисторов.

5. Применение разработанных физико-технологических моделей МОГ транзисторов для оптимизации процесса изготовления КМОП ИС

6. Повышение точности контроля энергетического спектра граничнь состояний в ионно-легированных МОП-структурах.

7. Разработка способа контроля пленарной однородности малых дс имплантированной примеси.

При решении поставленных задач использовались методы физического математического моделирования, численные методы решения трансцендентнь уравнений, для экспериментальной апробации новых методик применяла наиболее распространенные электрофизические методы исследования МО! структур.

»умная новизна. В работе получены следующие новые результаты:

1. Разработан полуаналитический метод расчета параметров ОПЗ в полупроводниках с гауссовским распределением легирующей примеси, показана область практической применимости гауссовской функции для описания профиля имплантированной примеси с учетом диффузионных и " граничных эффектов.

2. Разработана физическая модель МОП-транзистора обедненного типа, не использующая лолуэмлирических параметров и пригодная для технологически ориентированного моделирования.

3. Разработаны полуаналитические физико-технологические модели статических параметров ионно-легированных МОП-транзисторов обедненного и обогащенного типа.

4. Выделены факторы, обуславливающие корреляцию между статическими параметрами интегрального п(р)-канального МОП-инвертора и проведён анализ их влияния на эту зависимость. Разработаны рекомендации по оптимизации процесса изготовления МОП ИС.

5. Предложен уточнённый метод выравнивания абсолютных значений пороговых напряжений транзисторов КМОП ИС с применением физико-технологической модели обогащенного МОП-транзистора.

6. Предложены способы контроля планарной однородности малых доз имплантированной примеси и электрофизических параметров ионно-легированных МОП-структур высокочастотными вольт-фарадными методами. Проведён анализ изменения энергетических спектров граничных состояний в МОП-структурах после ионной имплантации.

Практическая ценность результатов работы. Представленные в ¡стоящей работе полуаналитические модели базовых элементов МОП ИС могут йти широкое применение в условиях промышленного производства МОП-иборов и интегральных схем, так как содержат ясное физическое описание новных характеристик приборов, не требуют больших вычислительных ■сурсов и хорошо согласуются с экспериментальными данными. Существенно |вышается точность контроля энергетических спектров граничных состояний (нно-легированных МОП-структур благодаря учету неоднородного ¡определения легирующей примеси в полупроводнике. Усовершенствованная

ёмкостная методика контроля пленарной однородности малой дозы йот имплантации повышает точность контроля в 2-3 раза.

Положения, выносимые на защиту:

1. Полуаналитический метод расчета параметров ОПЗ в полупроводника гауссовским распределением легирующей примеси.

2. Физическая модель МОП-транзистора обедненного типа, использующая полуэмпирических параметров и пригодная i технологически ориентированного моделирования.

3. Полуаналитические технологически ориентированные мод( статических параметров ионно-легированных МОП-транзисто| обедненного и обогащенного типа.

4. Анализ корреляции статических параметров интегрального п> канального МОП-инвертора. Рекомендации по оптимизации проце изготовления п(р)-канальных МОП ИС.

5.. Уточнённый способ выравнивания абсолютных значений порого: напряжений транзисторов КМОП ИС с применением полуаналитичес физико-технологической модели обогащенного МОП-транзистора.

6. Аналитическая модель высокочастотных вольт-фарадных характерис (ВФХ) МОП-структур с гауссовским профилем распределения примес полупроводнике. Способы контроля планарной однородности д< имплантированной примеси и энергетического спектра граничi состояний ионно-легированных МОП-структур.

Апробация работы. Основные результаты. представленные диссертационной работе, докладывались на Третьей и Пятой Международ! конференциях по моделированию приборов и технологий (Обнинск, 1994, 19 Второй Международна конференции по электромеханике и электротехнолс (Крым, 1996), 1997 MRS Spring Meeting (San-Francisco, 1997), Вто Всероссийской научно-технической конференции "Актуальные пробле твердотельной электроники и микроэлектроники" (Таганрог, 1995), Вто Всероссийской научно-технической конференции "Электроника и информат! (Зеленоград, 1997).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 15 печатных абот, список которых приведен в конце автореферата, в том числе 7 тезисов окладов на научных конференциях и 8 статей в местной и центральной научной эчати.

Структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырёх тав, заключения с общими выводами и списка литературы из 104 наименований, эдержит 35 рисунков и 2 таблицы. Общий объём диссертации составляет 133 границы.

Содержание работы.

Во введении обоснована актуальность темы, описаны цель работы и ешаемые задачи, показана научная новизна и практическая ценность езультатов, перечислены основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе представлен обзор литературы, посвященной теме сследования. В первом разделе рассмотрены общие принципы моделирования, риведена классификация моделей и этапы их построения. Иерархия моделей ассматривается в плане уточнения совокупности фундаментальных и еометрических моделей в соответствии с экспериментальными данными, 'ассмотрены наиболее известная система фундаментальных уравнений физики олупроводниковых приборов и ее интерпретация в приложении к моделированию ЛОП-приборов и критерии выбора геометрических моделей в зависимости от типа юделируемого объекта (одно-, двух-, трехмерное моделирование). Во втором |азделе проанализированы важнейшие для моделирования полупроводниковых |риборов физические параметры - профиль распределения легирующей примеси I подвижность носителей заряда. В третьем разделе дан обзор современного остояния в моделировании МОП-транзисторов с неоднородным распределением югирующей примеси в подзатворной области, показаны преимущества и ^достатки существующих аналитических и численных моделей, область |рименения, актуальность и задачи полуаналитического моделирования МОП-ранзисторных структур. В четвертом разделе рассмотрены базовые элементы ювременных МОП ИС и очерчен круг проблем, стоящих перед их производством. Сказывается на экспериментально наблюдаемую корреляцию между

статическими параметрами тестовых транзисторов п(р)-канального МО

выхода годных изделий. В пятом разделе рассмотрены методы определен основных электрофизических и технологических параметров, влияющих ( рабочие характеристики МОП-приборов - энергетического спектра граничнь состояний и лланарной однородности малой дозы имплантированной лримес Показано, что применение классических методов дает большие погрешнос определения данных параметров в неоднородно легированных МОП-структурах, обоснована необходимость их доработки применительно к ионно-легированнь. структурам.

Вторая глава диссертации посвящена полуаналитическол моделированию статических параметров МОП-транзисторов с ионн> легированной подзатворной областью. В первом разделе анализируете применимость гауссовского распределения для описания профиля бора фосфора, имплантированных в систему 8102-31. Первоначальное распределен примеси после имплантации в двухслойную мишень описывается гауссовски распределением по модели Ишивары. В процессе термообработки, проводимс для активации примеси, происходит ее диффузионное перераспределени описываемое уравнением Фика с граничными условиями, учитывающиг, сегрегацию примеси на границе кремний - окисел. Точное решение данной зада1 не является интегрируемой функцией, следовательно, непригодно д I аналитического моделирования, однако реально используемые в технолоп параметры термообработки таковы, что диффузионная длина примеси мно больше (при разгонке) или много меньше (при кратковременнс низкотемпературном отжиге для активации) стандартного отклонения ионов кремнии при имплантации. С учетом этого решение с погрешностью для фосфо[ не более 10%, для бора - не более 5% представляется в виде дважд интегрируемой функции:

инвертора и ставится задача оптимизации процессов ионной имплантации технологии как п(р)-канального, так и КМОП инвертора для увеличения процен'

Л/(х, 0 = Л/в +-~=4-ехр

(*с - *Т

2 ст2

де

коэффициент «влияния границы раздела», //

:оэффициент сегрегации, 0$юг, Дя - коэффициенты диффузии примеси в окисле

I кремнии, <т = ^АЙр3, + 2«модифицированное» стандартное отклонение, ]ремя термообработки.

Для фосфора практически при любых условиях термообработки граница зЮг-Э! является закрытой, то есть /=1. Коэффициент. ^ для бора при 'емпературах 900-1100°С (реально используемые в технологии величины) ¡оставляет не более 0,1 по абсолютной величине, следовательно для бора с максимальной погрешностью 10% (на границе раздела) формулу (1) можно 1ерёписать в том же виде, что и для случая низкотемпературного сратковременного отжига для обоих типов примеси:

Ы(хА) = Л/я

/2дчт

-ехр

Ос ~

2(7 2

(2)

Во втором разделе представлен полуаналитический метод расчета 1араметров областей пространственного заряда (ОПЗ) в полупроводниках с гауссовским распределением легирующей примеси (1), (2). Такие параметры ОПЗ, как заряд и глубина укороченного слоя обеднения находятся из решения первого /равнения фундаментальной системы уравнений физики полупроводниковых приборов - уравнения Пуассона, которое в одномерном виде с использованием приближения Шоттки и гауссоеского распределения примеси принимает вид:

сГх^

ехр

2а1

(3)

В правой части уравнения (3) находится дважды интегрируемая функция, следовательно, возможно его аналитическое решение. Для приповерхностной ОПЗ граничные условия в приближении укороченного слоя обеднения имеют вид: • ■ с1<р(х)

с/х

Первый интеграл уравнения (3) дает выражение для заряда ОПЗ сЬр(х)

О а =

ёх

= Я

0,( х„-/?„

ам'2

т4г

(4)

(5)

а второй - трансцендентное уравнение для нахождения глубины укороченного слоя обеднения х0:

¿г..

2

С я! ехр[~~ 20* ' ~ ехр

(хо-ЯрГ

2ст

огГ—7= + еЛ Р1 <тЛ о-

о _

72

(6)

которое достаточно просто решается итерационными методами, например, методом Ньютона, имеющим большую область сходимости.

Подставляя найденное итерационным путем значение хо в выражение (5), получаем заряд Од. и значения порогового напряжения I/г и тока стока /о транзистора обогащенного типа:

=2^0

= Ц=в + - ■

С;

7 "85 - 'О

(7)

(8)

где и% - поверхностная подвижность неосновных носителей заряда.

В третьем разделе представлена новая физическая модель транзисторе обедненного типа (со встроенным имплантированным каналом). В отличие от

большинства существующи) моделей. использующие

полуэмпирические параметры такие как усредненная емкостк затвора, данная модель основана на разбиенм проводящего квазинейтральногс канала в зависимости о' локального значения потенциал? на три области с различныг» характером приповерхностно; * ОПЗ - обогащения, обеднения I

отсечки (см. рис. 1).

Рис.1. Схематическое изображение МП- Ток стока транзистор; транзистораобедненного типа. г

иного типа определяется плотностью заряда основных носителей в эзинейтральном канале, заключенном между обедненными ОПЗ р-п-перехода и -иповерхностной ОПЗ. Заряды обедненных областей находятся из решения авнения Пуассона. Таким образом, для разных областей канала выражения для отности основных носителей выглядят следующим образом:

I) в области обеднения (V0 <V< VDsal) заряд основных носителей численно

вен заряду ионизированной примеси в квазинейтральном канале:

к,

V) = q ¡N(x)dx. (9)

X,

з хо, xt - границы соответственно приповерхностной ОПЗ и ОПЗ р-п перехода, х) - профиль концентрации легирующей примеси в канале.

II) в области обогащения (0 < V < V0) ток создается основными носителями <вазинейтральной области канала (с объемной подвижностью рп) и в области огащения (с поверхностной подвижностью lis). При этом заряды подвижных сителей в этой области канала:

QB(V)=qjN(x)dx-, Qs(V)=Ci(yg-Vn-V}. (10)

о

III) диапазон потенциалов канала VD$at <V <VD соответствует отсечке нала от стока (хо=х0 и, следовательно, Q(VJ=0.

Ток стока определяется выражением:

lD=^i]Q{VyjV. (11)

о

Для ступенчатой аппроксимации профиля легирующей примеси в канале фажение для тока стока данного типа транзистора принимает следующий 1алитический вид:

1 t -Q]f2

^ с,2 + qD,Cs )

1 2\/0 ~(Vg

= ZMqDyD+qOCt(V0-V0)J^fl

kC,2"+ qD,C

2

3 j2csqNB |l/BS + V„ +VDr- (V35 + f2 ]f . (12)

-c, в

где С3=/.-5/х;- геометрическая емкость полностью обедненного канал; \/о=тах(0, \/д-\/рв)-

Из-за использования ступенчатой аппроксимации профиля примеа точность данного выражения не выше, чем у известных аналитических моделе! например, модели Хуанга-Тейлора. однако отсутствие полуэмпиричес» параметров делает его удобным для оценки влияния технологических факторе на характеристики приборов. Значительное повышение точности моделировани возможно с использованием гауссовской аппроксимации профиля примеси канале (1), (2), при этом уравнение Пуассона для системы диэлектри! приповерхностная ОПЗ полупроводника записывается в следующем виде:

—~ = 0, - с1, < х < 0; бх

' МЛ"

ё2<р

А/,

Р,

+ ,— ехр

л/2,тгт

2ст

О'

с граничными условиями:

~с!х\

м

бх\.

= 0.

Аналитическое решение граничной задачи приводит к трансцендентное, уравнению относительно границы приповерхностной ОПЗ хо. решаемол итерационными методами:

ег1

' х_о ~ Кр

стл/2

0,гт

2Г

а

ехр

Л

2сг2

-ехр

(*о-"р)Г

2с

+ Л/Вх0

— + — е, е«

сI, хп — + -

2е.

(1

. Аналогично решается задача нахождения границ ОПЗ р-п-перехода. Найденнь полуаналитическим методом границы областей пространственного заряда учетом (9), (10) позволяют по формулам, подобным (5), рассчитать плотное заряда основных носителей в канале и по формуле (11) - ток стока. Представленные в данной главе модели являются квазиодномерными описывают длинноканальные приборы. Возникающие в приборах с коротким узким каналом эффекты учитываются с помощью введения стандарта коэффициентов малой геометрии.

Отказ от численного решения уравнения Пуассона на сетке узлов существенно сокращает вычислительные затраты, что вместе с высокой точностью (расхождение с экспериментальными данными во всей области моделирования статических параметров и ВАХ составляет не более 5%) и явным использованием конструктивно-технологических параметров позволяет использовать представленные модели для оптимизации технологии на стадии производства МОП ИС.

В третьей главе рассматриваются модели базовых элементов МОП ИС -п(р)-канального и КМОП инверторов. В первом разделе главы проведен анализ экспериментально наблюдаемой зависимости между статическими параметрами пары тестовых транзисторов, составляющих п(р)-канальный инвертор -пороговым напряжением Чт транзистора обогащенного типа и током стока насыщения /о53( транзистора обедненного типа. Несмотря на разброс технологических параметров (доз легирования, толщины окисла и т. п.) по поверхности пластины и случайное планарное распределение электрофизических свойств границы раздела окисел-полупроводник у пары близко расположенных транзисторов указанные параметры являются идентичными, что и обуславливает корреляцию. Эксперимент показывает, что разброс технологических параметров по пластине значительно меньше (в процентном отношении) разброса зарядовых свойств границы раздела, описываемых напряжением плоских зон Чрв, и следовательно, все параметры, кроме Ч^в, можно принять постоянными. Используя единообразные аналитические модели МОП-транзисторов (7), (12), и считая для пары близко расположенных элементов напряжение плоских зон Ч/п одинаковым, получаем параметрические зависимости тока стока насыщения транзистора обедненного типа от порогового напряжения соседнего транзистора обогащенного типа ¡о^а^Чт) с параметром Ч,я. Наклон характеристики с^/05а(/с1 Чт описывается выражениями:

для п-канального инвертора,

l !

• с, J

с? qp,+0lk&

для р-канального.

Анализ зависимости losat(Vr) показывает, что для р-канального инвертора эта зависимость практически линейная (коэффициент корреляции k~0,95), а для n-канального из-за йаличия в формуле (15) линейного по параметру V,.7i члена коэффициент корреляции существенно меньше (к~0,8). С ростом дозь имплантации Dt в канал транзистора обедненного типа возрастает наклон корреляционной функции, и она сдвигается ' вдоль оси losat■ Доза D» сдвигает зависимость IdS3i(Vt) вдоль оси пороговых напряжений и незначительно влияет на ее наклон.

На зависимость статических параметров тестовых транзисторов МОП инвертора существенное влияние оказывают также поверхностные состояни! (ПС) на границе окисел-полупроводник. Расчеты, проведенные с использование:* полуаналитических моделей МОП-транзисторов, показали, что с увеличение!* дифференциальной и интегральной плотности поверхностных состояни! происходит значительный сдвиг корреляционной зависимости losat(Vr) вдоль oci пороговых напряжений, а влияние плотности поверхностных состояний на то стока насыщения транзистора обедненного типа довольно слабое.

Эксперимент показывает, что планарное распределение напряжени плоских зон Vfb близко к нормальному. Таким образом, процент выхода годны МОП ИС с параметрами losat и Vt, попадающими в так называемы «прямоугольник допусков», рассчитывается по формуле:

erf

сгы 2

Vfbwm VFB j СА ^FB mm VFB j

J I aV2 J

•100%, (17

где VFB - среднее по пластине значение напряжения плоских зон, а т ег стандартное отклонение, Урвтт, Урвтак - граничные значения напряжения плоска зон, попадающие в «прямоугольник допусков».

В последнем разделе данной главы предложен способ точного расчета дс имплантации для выравнивания абсолютных величин пороговых напряжен

-ранзисторов, составляющих КМОП инвертор, с использованием юлуаналитической модели транзистора обогащенного типа. Рассмотрены два сонструктивных варианта изготовления КМОП инвертора на подложках пир типа.

Четвертая глава посвящена емкостным методам контроля технологических 1 электрофизических параметров ионно-легированных МОП-структур. В первом эазделе предложен аналитический метод моделирования высокочастотных ВФХ юнно-легированных МОП-структур, использующий описанный выше метод засчета параметров ОПЗ в полупроводниках с гауссовским профилем пегирующей примеси. Заряд ОПЗ Ов и поверхностный потенциал таких структур рассчитывается по формулам (5) и (6), а емкость ОПЗ в приближении истощенного слоя - по формуле С5с = аДо- Полная емкость МОП-структуры С и напряжение на затворе Ц, находятся, исходя из эквивалентной схемы МОП-Структуры на высоких частотах, по формулам:

С- = ^ , У,=-0в(Хв)-М*.). (13)

С, -С!с С,х0+*, ? С,

Формулы (18) представляют собой вольт-фарадную характеристику (ВФХ) МОП-структуры, заданную параметрическим способом. Варьируя параметр х0, с учетом (5), (6) получаем участок модуляции емкости на ВФХ. Использование построенных описанным способом теоретических ВФХ в емкостных методах, основанных на сравнении экспериментальных и теоретических вольт-фарадных характеристик, позволяет существенно повысить точность контроля электрофизических параметров ионно-легированных МОП-структур. В частности, данный способ позволяет избежать ошибок в определении энергетического спектра поверхностных состояний дифференциальным методом Германа. Так, экспериментальные ВФХ ионно-легированных МОП-структур оказываются более растянутыми вдоль оси напряжений, чем ВФХ однородно легированных структур. Это приводит к тому, что при использовании теоретических ВФХ, полученных в приближении эффективной концентрации, в энергетическом спектре ППС появляется ложный моноуровень. Проведенный анализ влияния ионной имплантации на спектр ППС свидетельствует, что растяжение ВФХ обусловлено не изменением энергетического спектра, а сложным профилем легирования полупроводниковой подложки. Поэтому использование теоретических ВФХ, учитывающих сложный профиль легирования, необходимо для получения корректной информации.

Процесс ионного легирования является наиболее ответственной операцие при изготовлении МОП ИС, в частности, при корректировке пороговы напряжений интегральных МОП-транзисторов малой дозой примеси (обычно д 0,2 мкКл/см2). Контроль планарной воспроизводимости дозы представляет собо актуальную задачу, так как метод контроля по току ионов, используемый т $¡11 позволяет точно контролировать только абсолютную величину дозы, но не е> планарное распределение. Во втором разделе четвертой главы описан вольт фарадный способ контроля планарной однородности малой дозь имплантированной примеси, основанный на измерении соотношени: минимальной и максимальной емкостей (Стг/Стах) высокочастотной ВФХ МОП структуры, что позволяет определить эффективную концентрацию легирующе! примеси А/0. Известная реализация данного метода недостаточно точна поскольку расчетное значение максимальной ширины ОПЗ I/Уо в эффективно! структуре отличается от ее реального значения № в ионно-легированно1 структуре. Точность метода существенно увеличивается при учете реальной профиля легирующей примеси.

Для нахождения двух неизвестных величин - дозы имплантированно! примеси и ширины ОПЗ реальной структуры необходимы два независимы; уравнения. Первое получаем из равенства зарядов ОПЗ реальной и эффективно! структур, второе - из равенства их дипольных моментов. Принимая профил! распределения имплантированной примеси гауссовским, имеем систему дву: трансцендентных уравнений:

Доза имплантированной примеси находится из решения приведенноь системы уравнений стандартными итерационными методами. Эксперимен-показывает согласование результатов, полученных данным способом, < полученными in situ по току ионов с погрешностью менее 7% при дозах бора - дс

D, =2

N0W, -NSW

(19;

0,22 мкКл/см2, фосфора - до 0,3 мкКл/см2.

Основные результаты и выводы.

Проведен анализ влияния диффузионного перераспределения и сегрегации примесей, имплантированных в систему вЮг-Эг Показано, что для практически применяемых параметров технологии результирующий профиль можно описать гауссовским распределением с погрешностью не более 10% для фосфора и 5% для бора. Использование дважды интегрируемого гауссовского распределения легирующей примеси позволяет избежать численного решения уравнения Пуассона и свести задачу нахождения параметров ОПЗ к решению трансцендентного уравнения, что при высокой точности предложенного метода минимизирует вычислительные затраты.

Разработанные на основе предложенного полуаналитического метода расчета параметров ОПЗ единообразные квазиодномерные полуаналитические модели МОП-транзисторов обогащенного и обедненного типов согласуются с экспериментальными данными с погрешностью не более 5%. Использование в явном виде таких технологических параметров как энергия и доза имплантируемых примесей и параметры термообработок позволяет применять предложенные модели для оптимизации технологических процессов на стадии производства МОП ИС.

Проведен анализ корреляционной связи статических параметров пары тестовых транзисторов п(р)-канальных МОП-инверторов. Получены параметрические зависимости тока стока насыщения транзистора обедненного типа от порогового напряжения транзистора обогащенного типа. Рассмотрено влияние свойств границы раздела окисел - полупроводник на эту зависимость с использованием полуаналитического моделирования. Предложены способы оптимизации технологии изготовления МОП ИС для повышения процента выхода годных изделий по статическим параметрам тестовых транзисторов. Предложена точная методика расчета корректирующей дозы ионной имплантации для выравнивания пороговых напряжений транзисторов, составляющих КМОП инвертор с использованием разработанной полуаналитической модели МОП-транзистора, позволяющая минимизировать затраты на оптимизацию КМОП-процесса.

Разработан простой аналитический способ расчета теоретических вольт-фарадных характеристик МОП-структур с гауссовским профилем распределения легирующей примеси в подложке для корректного

исследования параметров границы раздела ионно-легированных МОП-структур емкостными методами. Показано, что ионная имплантация малых до: легирующей примеси не оказывает существенного влияния на характер энергетического спектра граничных состояний. 6. Разработана методика контроля планарной однородности дозы имплантированной примеси по отношению максимальной и минимальной емкостей МОП-структуры. Учет реального гауссовского профиля имплантированной примеси повышает точность контроля до 6-7%.

Список работ, опубликованных по теме диссертации.

1. Баев А А.. Бормонтов E.H., Леженин В,П. и др. Расчет теоретических вольт-фарадных характеристик МДП-структур с неоднородным распределением примеси в полупроводнике. // Межвузовский сборник научных трудов "Физика и технология материалов и изделий электронной техники". -Воронеж. ВГТУ. 1994. С. 113-116.

2. Баев A.A.. ..Бормонтов E.H., Головин C.B.. Леженин В.П. Исследование корреляционной связи статических параметров тестовых транзисторов МОП-ИС.// Межвузовский сборник научных трудов "Физика и технология материалов v изделий электронной техники",- Воронеж. ВГТУ. 1994. С. 152-155.

3. Bormontov. E.N., Golovin S.V., Lezhenin V.P., Synorov V.F. Quasi-monodimensional numerical-analytic model of MOSFET with nonuniformly doped sub-gate region. // The Third International Conference on Simulation of Devices and Technologies.- Obninsk. 1994. P. 68-69.

4. Бормонтов E.H., Леженин В.П. Численно-аналитическая модель МОП-транзистора с неоднородно легированной подзатворной областью.// Микроэлектроника. 1995. Т. 24. № 5. С. 343-348.

5. Баев A.A., Бормонтов E.H., Головин C.B., Леженин В.П. Расчет порогового напряжения МДП-транзистора с неоднородно легированной подложкой/ D Межвузовский сборник научных трудов "Элементы и устройства микроэлектронной аппаратуры",- Воронеж. ВГТУ. 1995. С. 83-88.

6. Бормонтов E.H., Леженин В.П., Сай И.В. Модель МДП-транзистора со встроенным имплантированным каналом. // Труды второй Всероссийской научно-

ехнической конференции с международным участием "Актуальные проблемы вердотельной электроники и микроэлектроники". Таганрог. 1995. С. 123.

7. Bormontov E.N., Lezhenin V.P., Lukashkov V.V. The influence of impurity ¡egregation on the boron-doped HMOSFET performance. II The Fifth International Conference on Simulation of Devices and Technologies. Obninsk. 1996. P. 103.

8. Bormontov E.N., Lezhenin V.P. A semi analytic n(p)-channel MOS inverter nodel for 1С production process optimization. // The Fifth International Conference on Simulation of Devices and Technologies. Obninsk. 1996. P. 43.

9. Бормонтов E.H., Леженин В.П., Черезов K.A. Метод контроля времени кизни неосновных носителей заряда // II Международная конференция по электромеханике и электротехнологии. Тезисы докладов. Ч. 1. Крым. 1996. С. 82.

10. Bormontov E.N., Lezhenin V.P. Si-Si02 interface property vs T with respect to эогоп. // 1997 MRS Spring Meeting. San-Francisco. 1997. Symposium E. Abstract £10425.

11. Бормонтов E.H., Леженин В.П., Сай И.В. Полуаналитическая модель МДП-транзистора со встроенным ионно-легированным каналом. // Микроэлектроника. 1997. Т. 26. №1. С. 38-41.

12. Бормонтов Е.Н., Головин С.В., Леженин В.П. Метод определения порогового напряжения на ранней стадии изготовления МОП-транзисторов с ионно-легированным каналом. И Межвузовский сборник научных трудов «Элементы и устройства микроэлектронной аппаратуры». Воронеж. ВГТУ. 1997. С. 65-68.

13. Бормонтов Е.Н., Леженин В.П., Лукин С.В. Аналитическая модель МОП-транзистора со скрытым каналом. // Тезисы докладов II Всероссийской научно-технической конференции "Электроника и информатика". Зеленоград. 1997.

14. Бормонтов E.H., Вялых С.А., Леженин В.П., Лукин C.B. Оптимизация процесса изготовления п(р)-канальных МОП ИС по статическим параметрам пары тестовых транзисторов. // Микроэлектроника. 1998. Т. 27. №4. С 282-287.

15. Бормонтов E.H., Баев A.A., Головин C.B., Леженин В.П. Способ контроля планарной однородности ионной имплантации // Микроэлектроника. 1998.Т.27. №5. С. 330-334.

Заказ Na 36.-Г от 1Ъ.Н 1998 г. Тир. /Л? экз. Лаборатория оперативной полиграфии ВГУ

С.118-119.