Hogyan tovább... ? ESSDERG '87
Az Európai Szilárdtest Eszköz Kutatási Konferen ciák sorozatában az idei rendezvény már a 17. volt, és legalábbis külsőségeit, a rendezés nagyvonalú ságát, a résztvevők számát tekintve mit sem vesztett jelentőségéből. Ez a konferencia, amely a félvezető eszközök működésével, fizikájával és technológiai problémáival foglalkozó legprominensebb európai rendezvénysorozat, jó kereszt metszetét adja az európai országokban ezen a területen folyó kutatómunka eredményeinek és kitekintést nyújt a világ élvonalbeli kutatóhelyei nek törekvéseire is a tengerentúli résztvevők és főleg a meghívott előadók beszámolói révén. Az idei rendezvényre Bolognában került sor szeptem ber 14. és 18. között, és ez a rendezvény is kapcso lódott a legrégebbi európai egyetem fennállásának 900 éves jubileumához, melyet jövőre ünnepelnek a romagnai fővárosban. A konferencia 600 fölötti résztvevője 20 országból érkezett. Ahogy a szer vezőbizottság elnöke, Soncini professzor kiemelte, a bejelentett előadások száma is rekordnagyságú volt, a 380 beérkezett jelentkező közül csak 200 kerülhetett a négy szekcióban párhuzamosan folyó előadások listájára beleértve a poszter előadásokat is. Az előadások között egy magyar reprezentáns is szerepelhetett: Erdélyi Katalin (MFKI) és Knapp Gábor (MEV): „A new SCR paraméter extraction method to help design for reliability in CMOS circuits" c. munkája, amely a CMOS áramkörök parazita ,,latch-up" problémáit tárgyaló szekcióban került ismertetésre. Ezen az előadáson kívül mindössze egy NDK-beli, getterezéssel foglalkozó előadás és egy jugoszláv poszter képviselte a keleteurópai kutatást. Szembetűnő volt, hogy míg 8—10 évvel ezelőtt több szocialista országbeli képviselőt is találhattunk az ESSDERC szervező- ill. tudományos bizottságában, és éveken át magyar képviselő is tagja volt a vezérkarnak, mára még egyetlen szekcióelnöki megbízás sem jutott kelet-európai szakembernek és mindössze 10 NDK-beli, lengyel, bulgár és magyar résztvevő lehetett az események tanúja.
megrendezett I E E E I n t e r n a t i o n a l Electron Device Meeting hagyományává vált. Így különösebb izgalmak nélkül szemlélhettük, tisztes távolból a „nagyok" kísérleteit problémáik megoldására. A z alábbiakban néhány főbb tendenciára szeretnénk rávilágítani a szűkebb szakterületünkön, a szilí cium alapú eszközök kutatása területén megnyil vánuló irányzatok kapcsán. Általános irányzat az eszközméretek további csökkenése ós az integráció, az áramköri komplexi tás növelése. M a már kutatási szinten az U L S I és a szeletszintű integráció, a W S I problémái vannak napirenden. E z elsősorban két irányú kutatást igényel, egyrészt a technológiai műveletek felbon tóképességének, homogenitásának javítását, más részt a méretcsökkenés következtében fellépő ún. 3 dimenziós eszközfizikai problémák, stabilitási kérdések megfelelő kezelését ill. az ehhez szükséges számítógépes támogatás, C A D szimuláció kifej lesztését. A síkban való terjeszkedésnek minden bizony nyal gátat vet a vezetékezés hosszának drasztikus növekedése, ami a kétdimenziós integráció sebes ségi korlátját fogja jelenteni már a nem túl távoli jövőben, viszonylag kisebb gond a megnövekvő disszipáció. E z é r t már a 90-es évek derekán jósolják japán kutatók a 2 D integráció telítődését. Ez a perspektíva újabb lökést ad a harmadik dimenzió felhasználására irányuló törekvéseknek. Ezen a konferencián a 3 D integráció alaptechno lógiája, a szigetelőre rétegelt szilícium (SOI) technológia külön hangsúlyt kapott egy S O I műhely előadásain, melyet az Electrochemical Society támogatásával rendeztek. A chipméret a 3D integrálással korlátok között tartható, növelve ezzel a működési sebességet a rövid jelutak révén, és új kapcsolástechnikai megoldások lehetősége is biztosítottnak látszik a nagyfokú párhuzamosítás sal ill. pl. a kimenőfokozatok multiplex módon történő felhasználásával. Üj működési elven alapuló eszközök elsősorban a ballisztikus (ütközésmentes) töltéstranszport A konferencián érezhető volt a nyomasztó alkalmazásán alapuló PBT (permeable-base-tranamerikai és japán fölény, az élenjáró európai sistor) jellegű struktúrák, melyek kutatása inten cégek is jobbára az USA-ban tapasztalatot szer zíven folyik főleg a I I I — V félvezetőkben, de zett kutatóikkal képviseltették magukat. Ez a újabban szilíciumon is. Ezek az eszközök a ma konferencia tematikájánál fogva elsősorban az elképzelhető legnagyobb transzkonduktanciát szol átfogó jellegű, komplex alkalmazásokkal foglal gáltatják adott területen, és planáris technológiai kozott, így az egyes részterületeken kétségtelenül megvalósításuk esetén, amire már van példa, egy meglévő kiemelkedő európai eredmények nem itt, új integrált áramköri család alapelemeivé válhat hanem az egyre nagyobb számban megrendezésre nak. Újdonság az optikai jelfeldolgozás lehetőségé nek egyre kézzelfoghatóbbá válása integrált L i N b kerülő szakkonferenciákon érvényesülnek. Világújdonságok bejelentésére a korábbi gya és GaAs szérkezetekben, ez a technológia már az korlattal ellentétben az ESSDERC ma már aligha elektronikus, jelfeldolgozás-utáni korszak techno számít alkalmas fórumnak, hiszen ez az évente lógiája leszi Ezen a konferencián tehát a méretcsökkentéssel kapcsolatos)eszközfizikai és technológiai kérdések Beérkezett: 1987. X . 7. s
2
168
H í r a d á s t e c h n i k a , XXXIX.
évfolyam,
1988. 4. szám
á l l t á k a k ö z é p p o n t b a n . K u t a t á s i szinten E u r ó p á b a is a szubmikronos t e c h n o l ó g i á k á l l n a k , m é g egy-egy mérési eljárás, minősítési m ó d s z e r a l k a l m a z á s a k a p c s á n sem e m l í t e t t e k 2 , 5 pm vonalszélességnél nagyobb tervezési s z a b á l y o k k a l k é s z ü l t e s z k ö z t . A hazai gyakorlatban fellépő p r o b l é m á k j o b b á r a megoldottnak t e k i n t h e t ő k e u r ó p a i szinten, í g y ez a konferenciai is a j ö v ő p r o b l é m á i t t á r g y a l t a a m i szemszögünkből nézve.
t e r m i n á l - f e s z ü l t s é g e k m é g kisebb o x i d v a s t a g s á g n á l sem okoztak volna s z á m o t t e v ő t u n n e l á r a m o t , de m e g b í z h a t ó s á g i o k o k b ó l ezt a t a r t o m á n y t v á l a s z t o t t á k . A szerkezet 2 0 Ohmcm-es p-Si s z u b s z t r á t o n k é s z ü l t 1 6 0 0 Á-ös t é r o x i d d a l . A gate-kialakítása R I E mart fémréteges lift-off technikával t ö r t é n t , valamennyi oxidációs ( 0 + + H C 1 , 8 0 0 °C) és hőkezelési m ű v e l e t konvencio nális diffúziós k á l y h á b a n f o l y t .
A 1 4 meghívott előadó közül 3 USA, 2 japán, 2 francia és 1 — 1 holland, belga, angol, nyugat n é m e t , s v é d és g ö r ö g v o l t . E g y i k l e g é r d e k e s e b b e l ő a d á s az I B M részéről hangozott el e l s z á r m a z o t t honfitársunk, Sai-Halász György tolmácsolásában, és jól m u t a t j a , hogyan alapozza meg egy világcég stratégiai döntéseit a kutatás-fejlesztési politiká ban. E g y k í s é r l e t s o r o z a t t a l arra a k é r d é s r e kerestek v á l a s z t , hogy az egytized m i k r o m é t e r a l a t t i c s a t o r n a h o s s z ú s á g ú szilícium e s z k ö z ö k e s e t é b e n jelentkezik-e a sebesség s z a t u r á c i ó , a sebesség t ú l l ö v é s (velocity overshoot) v a g y a ballisztikus elektrontranszport, és m i l y e n késleltetési i d ő v e l ül. m ű k ö d é s i sebességgel lehet s z á m o l n i ebben a m é r e t t a r t o m á n y b a n , azaz van-e p e r s p e k t í v á j a a s z i l í c i u m n a k a nagyobb m ű k ö d é s i s e b e s s é g é r t f o l y t a t o t t versenyben. A z 1. ábrán l á t h a t ó kereszt m e t s z e t ű N M O S e s z k ö z t n é g y fotolitográfiai m ű v e l e t t e l a l a k í t o t t á k k i a l e g e g y s z e r ű b b LOCOS t e c h n o l ó g i á v a l elektronsugaras reziszttel. A chip m é r e t e t az elektronsugaras reziszt m ű v e l e t pon tossága ( ~ 5 0 nm) korlátozta 0 , 2 5 X 0 , 2 5 mm ;re, ezen belül n é h á n y t i z e d nm-es alakzatok k i a l a k í t á s a v o l t lehetséges a szeleten. A LOCOS szigetelés csak 0 , 2 5 ,um-es s t r u k t ú r á k k i a l a k í t á s á t t e t t e l e h e t ő v é az a k t í v t e r ü l e t szintjén. A z á b r á n l á t h a t ó MOS tranzisztor k b . 0 , 1 jum-es As sourced r a i n diffúzióval és a s p a c e r - t e c h n o l ó g i a alkalma z á s á v a l As i l l . Sb i m p l a n t á l t L D D t e r ü l e t e k k e l , a gate k é t o l d a l á n 0 , 0 5 /xin m é l y á t m e n e t e k e t alakí t o t t k i . A r ö v i d szaggatott v o n a l a b ó r i m p l a n t m a x i m á l i s k o n c e n t r á c i ó j á n a k m é l y s é g é t jelöli. A v e r t i k á l i s szerkezet a gaten megfelel a l a t e r á l i s méretcsökkenésből következő arányos méretcsök k e n t é s (scaling) s z a b á l y a i n a k , a gateoxid vastag s á g a 3 5 — 5 0 Á l e t t . A r e n d k í v ü l alacsony s z i n t ű
A kísérleti eszközök nyírásfeszültsége 0 , 1 5 V k ö r ü l v o l t cseppfolyós n i t r o g é n h ő m é r s é k l e t e n , mert a k ü s z ö b f e s z ü l t s é g a l a t t i á r a m csak i t t v o l t 20 m V / d e k á d é r t é k e n t a r t h a t ó . N e m elhanyago l a n d ó , hogy ezen a h ő m é r s é k l e t e n a fémes v e z e t ő k é p e s s é g is m i n t e g y h a t s z o r o s á r a n ő . N y i t ó i r á n y ban e l ő f e s z í t e t t , VSB~ 0 , 5 — 0 , 7 V s z u b s z t r á t t a l és F D X > « ± 0 , 6 — 0 , 7 V t á p f e s z ü l t s é g g e l m ű k ö d t e t v e egy 6 1 f o k o z a t ú r i n g o s z c i l l á t o r r a l — á l l í t á s a szerint —: az eddig legnagyobb sebességű MOS m ű k ö d é s t s i k e r ü l t r e a l i z á l n i u k , egy tranzisztor k é s l e l t e t é s e r = 2 0 ps. Mellesleg j e g y e z z ü k meg, hogy SIT-CMOS e s z k ö z ö k k e l , l é n y e g e s e n bonyolultabb szerkezet t e l , J . N i s h i z a w á n a k s z o b a h ő m é r s é k l e t e n is sike r ü l t 1 0 ps a l a t t i m ű k ö d é s t elérnie — személyes közlés a l a p j á n . T a l á n nem é r d e k t e l e n h a n g s ú l y o z n i , hogy ezt a k í s é r l e t e t az I B M - n é l 7 k ü l ö n b ö z ő teszt-ehipen, 3 db e g y e n k é n t 8 g y ű r ű s o r o s z c i l l á t o r t t a r t a l m a z ó és 4 p a r a m é t e r m é r é s t l e h e t ő v é t e v ő chipen v é g e z t é k , és m i n d ö s s z e 1 2 db szeleten. -Az igaz, hogy a chipkihozatal 7 5 % - o s v o l t a m i n i m á l i s , 7 0 n m vonalfelbontású megmunkálás ellenére A k í s é r l e t k o n k l ú z i ó j a , hogy megfelelően m e g v á lasztott m i n i m á l i s m ű k ö d é s i feszültségekkel a szub-tizedmikronos t a r t o m á n y b a n is n o r m á l i s a n m ű k ö d ő NMOS áramkörök alakíthatók k i anélkül, hogy a s e b e s s é g t ú l l ö v é s , v a g y a ballisztikus effektusok szerepet j á t s z a n á n a k . E z é r t t e h á t a szilícium minden bizonnyal m e g ő r z i v e z e t ő szere p é t a kommersz á r a m k ö r i t e c h n o l ó g i á b a n .
2
|-*0.l>jm
«-|
Szilicid •i;f ém ' ';:íx :
:
Poli
|
<50A\^
tí 370-1 1. ábra. A kísérleti NMOS eszköz keresztmetszeti rajza. A souree ós drain szilicid réteg alatti szaggatott vonal áz<" n-p-átmenetet jelzi, a rövid szaggatott* vonallal az implantált bórprofil maximumát jelölték. (G. Sai Halász után) j Híradástechnika,
XXXIX.
évfolyam,
1988. 4. szám
2
1
E z t l á t s z i k igazolni az a fejlődés is, a m i a b i p o l á r i s e s z k ö z ö k n é l az u t ó b b i é v e k b e n v é g b e ment. S z i n t é n IBM-es k u t a t ó , T . H . N i n g m u t a t o t t r á , hogy g y a k o r l a t i l a g v a l a m e n n y i k o r s z e r ű bipo láris technika, k ö v e t v e a scanling e l v é t , a 2. ábra t a n ú s á g a szerint h á r o m fő i s m é r v v e l j e l l e m e z h e t ő : az ö n i l l e s z t e t t b á z i s k i a l a k í t á s á v a l , az á r k o l t oxidszigetelés a l k a l m a z á s á v a l és a p o l i k r i s t á l y o s szilícium e m i t t e r elterjedésével. Szinte v a l a m e n n y i nagy cég h a s o n l ó elvek é r v é n y e s í t é s é v e l szabadal m a z t a t t a k ü l ö n b ö z ő m á r k a n é v e n e l j á r á s a i t , és é r t el 0 , 4 pm-es e m i t t e r csíkszélesség m e l l e t t önillesz t e t t E C L és N T L s t r u k t ú r á k o n 3 0 ps a l a t t i késlel tetési időket. A p o l i k r i s t á l y o s emitter m á r csaknem t í z é v e áll az é r d e k l ő d é s k ö z é p p o n t j á b a n . Ű g y t ű n i k , hogy a k o r á b b i k í s é r l e t e k k e l e l l e n t é t b e n m e g b í z h a t ó a n csak a l e g t i s z t á b b , oxidmentes ablakba l e v á l a s z t o t t poli-Si r é t e g g e l k a p h a t ó k az e m i t t e r h a t á s f o k o t n ö v e l ő e r e d m é n y e k . Ez viszont felveti a poli-Si á t k r i s t á l y o s o d á s á n a k k é r d é s é t , a m i t ö b b ször is v i t a t o t t v o l t ezen a k o n f e r e n c i á n is. A z á t k r i s t á l y o s o d á s t t á m a s z t o t t a a l á egy T E M vizs g á l a t a h a t á r á t m e n e t k ö r n y e z e t é r ő l 9 0 0 °C, 1 0 m i n . 169
8
E
C
H37Q-2 1. ábra. Két korszerű bipoláris tranzisztor struktúra keresztmetszeti képe a három alapvető jellemző tulaj donság szemléltetésére: i) önillesztett bázis kontaktus, ii) mély árkolt oxidszigetelós a kapacitások csökkenté sére és iii) poliszilícium emitter kontaktus. (T. H . Ning után).
hőkezelés után As adalékolt poli-emitteres struk túrán, ami együtt járt az emittereilenállás drasz tikus csökkenésével 5 — 1 0 Ohmra, szemben egy azonos szerkezetű 8 0 0 °C-on 4 5 min-ig hőkezelt minta 2 5 — 3 0 Ohmos emitter-kontaktusellenállás értékeivel. A magas emitterkoncentráció miatt immár nincs szükség a bázis-adalékolás csökken tésére a minimális méretű eszközök áramerősítésének növeléséhez ill. szintentartásához, és elhanya golható a keresztátszúrás veszélye is. A bipoláris technológia visszatérő problémája a teljesítmény disszipáció. Ennek megoldása feltehetően az ún. O B L (complementary bipolar logic) lesz, amely CMOS analógiára e eszközök alternatív működ tetését teszi lehetővé. Egyre terjed a bipoláris és MOS technikák elő nyeit ötvöző BIMOS ill. BICMOS technológia. Bár ez a technika természeténél fogva nem a minimális mérettartományban hódít, hiszen köze pes i l l . nagyfeszültségű alkalmazási területeken jöhet számításba, kutatási szempontból elsősor ban az összetett technológiai műveletsor, a kívánt 1 4 — 1 8 maszkos megmunkálás miatt igen nagy kihívást jelenti Ára ugyan még a 10—12 maszkos bipoláris technológia fajlagos költségeinek is 1,3szorosa, de a jobb területkihasználás (kisebb MOS logika), és emiatt nagyobb megbízhatóság követ keztében ez is megfizethető. Igazi kutatási stádiumban levő téma a jövő nagy ígérete, a 3 D integráció. A Mitsubishi Electric kutatója, Y. Akasaka tartott egy nagyon érdekes összefoglalót arról, hol is tart ma a világ, elsősorban Japán ezen a területen. A polikristályos Si rétegek zónás egykristályosítására kialakult technikák, az elektronsugaras, 170
lézeres, halogén-lámpás hőkezelések, az interferen cia-jelenségek, antireflektív bevonatok alkalmazá sával lehetővé vált részben maszk-nélküli átkristályosítási eljárások nagy lökést adtak a SOI technikának. Időközben kifejlődtek azok az alkal mazási területek is, melyek igénylik az ezek meg oldására szinte predesztinált bonyolult technológia elterjedését. Elsősorban a real-time képfeldolgozás területe kínálkozik applikáció gyanánt. A számítások szerint 10 MHz-es órajellel működő, a félvezető képátalakítóból, annak meghajtóáramkörébó'í, a memóriából, jelprocesszorból és személyi számító gépből álló feldolgozó egység és az ezt követő digitális-analóg jelátalakítás a képernyő meghajtá sához konvencionális 2 dimenziós integrált meg valósítás esetén 226—265 ms/kép sebességet tesz lehetővé a képfeldolgozásnál. Ez az érték a már említett okok miatt egy majdani 3 dimenziós integrálással 5 /xs/kép sebességre növelhető, azaz egy-egy kép feldolgozására szolgáló idő csaknem öt nagyságrenddel csökkenthető! A 3. ábra mutatja azt a 6-rétegű emeletes struk túrát, amely a legfelső rétegben tartalmazza az integrált optikai képátalakítót, alatta az analóg/ digitális átalakítót, memóriát, kapcsolómátrixot, akkumulátort és képmemóriát. A chipméretet gyakorlatilag a képátalakító mérete szabja meg, a kimeneti puffer áramköröket is i t t lehet elhe lyezni. Persze egy ilyen hatrétegű struktúráig még hosszú az út. A 4. ábra mutatja azt a 3-rétegű tesztáramkört, amelyet kísérletileg megvalósítot tak. Ez az 5 X 5 képelemet tartalmazó 8 x 8 mm területű chip már képes az alapműveletek elvég zésére. Mint hallottuk, az első alapréteg NMOS, a felső két emelet CMOS tekhnikával készült, és a felső szint tartalmazta a fotodiódamátrixot. A 3 /im-es technológiánál nem annyira az egyre csökkenő kristály-perfekció következtében szintén romló mozgékonysággal, mint inkább az egyre növekvő mozgékonyság-szórással volt probléma. Az egymásra fektetett egykristályos rétegeket a pol-Si átkristályosításával egy-egy magból < 100 > 2
IH370-3I
_
3. ábra. Egy hatrétegű háromdimenziós integrált ohipen megvalósítható real-time képfeldolgozó egység javasolt felépítése (Y. Akasaka előadásából). Híradástechnika,
XXXIX.
évfolyam,
1988. 4. szám
kétdimenziós adalékkoncentráció eloszlást szol gáltasson pl. egy oxidablak sarka környezetében (ld. 5. ábra). Ehhez szükség van egy nagyfelületű „egydimenziós" alakzaton a hagyományos, szuk cesszív rétegeltávolításos módon vertikális profil meghatározásra. Ez az első bemenő függvény. Ezt követően egy másik alakzaton a diffúziós ablakon belüli területről anizotrópikus reaktív ionmarással eltávolítjuk az adalékolt térfogatot, úgy hogy csak az ominózus oldaldiffúziós perem maradjon érin tetlen. Ezen a szerkezeten az anodikus oxidációoxidmarás-Rs-mérés ciklusokat két különféle mó don hajtjuk végre: a maszkoló oxidréteg meg hagyásával csak laterális irányban és felületi oxidréteg védelme nélkül vertikális és laterális irányban egyidejűleg. Ez a három adathalmaz megfelelő algoritmussal elfogadható zlX, AY^s 100Á felbontású profilt szolgáltat automatikus, szá mítógép-vezérelt üzemmódban. Egy-egy X^-s 1 fim 4. ábra. Egychipes képfeldolgozó egység megvalósítása (Y. Akasaka után).
kristálytani irányban csaknem 1,5 mm hosszon megbízhatóan lehet növeszteni, bár ennek az egy kristályos mag-hálózatnak a megfelelő átvezetése a szigetelő oxidon a rétegek számával arányosan egyre nehezebbé válik. Speciális probléma az egymásra rétegelt szubsztrátumok közötti átve zetések kialakítása vezető anyag szelektív növesz tésével az oxidrétegen reaktív ionmart lyukakba. De a legnagyobb feladat az így létrejövő és rétegen ként szekvenciálisan fotolitografált és adalókolt szerkezetben olyan hőkezelési ciklusok alkalma zása, természetesen alacsony hőmérsékleten, ami reprodukálható adalékprofil-beállítást tesz lehe tővé lavamennyi rétegben egyidejűleg. Bár ez a technológia nem olcsóságával fog kitűnni konkurensei közül, és még számos, a technikában inherens probléma, mint az áthallás és a nagy specifikus disszipáció egy adott térfogat egységben még megoldásra vár, a fejlesztők 2000-re már kereskedelmi forgalomba kerülő komplett real-time képfeldolgozó VLSI áramkört ígérnek 3D integrációval. Felmerülhet a kérdés, hogy az egyre csökkenő méretek mellett, a három dimenziós effektusok hétköznapivá válása következtében alkalmazhatók-e még a szokványos mérési, minősítő-módsze rek, amelyeket technológia-közi ellenőrzésre az elmúlt húsz évben rendszeresítettünk? Hogy ez mennyire problematikus, annak illusztrálciójaként egy a Plessey angol cég által kifejlesztett két dimenziós adalékprofil-mérő eljárást említünk. A nagyfelületű mintán diffundáltatott adalék profilok roncsolásos felvétele általánosan anodikus oxidációval kombinált rétegellenállásmérésen vagy ferdecsiszolaton végzett terjedési ellenállásmérésen alapul, esetleg kalibrált SIMS profilra épül. Az elsőként említett módszer látszik egyedül alkal masnak arra, hogy megfelelő tesztalakzaton az adalékolt területekhez kialakított polikristályos Si-hozzávezetés beiktatásával három különféle mérés eredményének számítógépes kiértékelésével Híradástechnika,
XXXIX.
évfolyam,
1988. 4. szám
23
T
lH370-5al
H370-5b 5. ábra. Az anodikus oxidációs profilméréssel felvett három adathalmazból (5. a.) számítógépes illesztéssel generált kétdimenziós bór adalékkoncentráció (5. b.) kontúr-rajz egy diffúziós oxidablak sarka alatti terü letről. Az oxidablak a bal felső sarokban (Y = X = 0) kezdődik. A normál x ill. y léptékben ábrázolt kon centráció profilokon V a vertikálisan (y) felvett, H a csak leterális (x) irányban regisztált, H V a mindkét irányban egyidejűleg mórt profilt jelöli. (C. H i l l et. al után). 171
1. Modell B T E - 11) UTK.••!) UTK J!) Moirlc C a r J o
KIö.idi'isok
táblázat
.s/.-iina
11 *>
K I) , í'f
k b . lt»
< U>
Grl
As
9» > > »»»»»»»»»»»»»»»»»»»»»»»»»» m m
3 »•»
«««444 • — I M M I I — » » > «««444
» »»
H370-1T
A iéhraető eszközös modellezésére alkalmazott eljárások és alkalmazások határai k ö r ü l i á t m e n e t 2 D profilfelvétele 1—2 ó r á t is i g ó n y b e v e h e t . E z é r t egyre i n k á b b a szimulációs e l j á r á s o k e r e d m é n y e i r e hagyatkoznak a t e r v e z ő k , amelyek lényegesen gyorsabb és n e m k e v é s b é meg bízható információt szolgáltatnak különös tekin t e t t e l a t e c h n o l ó g i a i fejlesztések f ó k u s z á b a n álló sekély p — n - á t m e n e t e k r e . A félvezető eszközök m o d e l l e z é s é n e k t e r ü l e t é n is ú j m ó d s z e r e k e l ő t é r b e k e r ü l é s e v á r h a t ó a b ű v ö s 0,5 pm-es h a t á r á t t ö r é s é v e l . A z e t é m á v a l foglalkozó e l ő a d á s o k m e g o s z l á s a l á t h a t ó az 1. táblázatban. A f é l v e z e t ő k b e n l e j á t s z ó d ó jelenségek l e í r á s á r a a P o i s s o n - e g y e n l e t b ő l , v a l a m i n t a folytonossági e g y e n l e t e k b ő l álló egyenletrendszer h a s z n á l a t o s . A h a g y o m á n y o s n a k t e k i n t h e t ő e l j á r á s o k b a n ez i i t ó b b i a k b a n az á r a m s ű r ű s é g e k k e l a B o l t z m a n - f é l e transzport egyenlet ( B T E ) relaxációs közelítése adja. A z egy d i m e n z i ó s v á l t o z a t k i t a r t ó n é p s z e r ű s é g é n e k oka az, hogy csak egy d i m e n z i ó b a n , o t t is csak m e g l e h e t ő s e n sok e l h a n y a g o l á s s a l o l d h a t ó meg az egyenletrendszer z á r t alakban, ez pedig feltétele a modell á r a m k ö r szimulációs programok ban v a l ó a l k a l m a z h a t ó s á g á n a k . A m é r e t e k csök k e n é s e , v a l a m i n t speciális parazita jelenségek (letörés, latch-up) m o d e l l e z é s é n e k i g é n y e h í v t a é l e t r e a k é t - és h á r o m d i m e n z i ó s v á l t o z a t o k a t . A B T E - n a l a p u l ó modellekben a szemléletes, deter minisztikus leírás é r d e k é b e n olyan f e l t é t e l e k e t k e l l elfogadni (a t ö l t é s h o r d o z ó k k ö z ö t t i kölcsön h a t á s e l h a n y a g o l á s a , Boltzman-statisztika alkal m a z á s a , lassan v á l t o z ó elektromos t é r stb.), amelyek l e h e t e t l e n n é teszik ö s s z e t e t t félvezetőn k i a l a k í t o t t , i l l . szubmikronos szilícium eszközök s z i m u l á l á s á t . Ezek m ű k ö d é s é b e n ugyanis m e g h a t á rozó szerepet j á t s z h a t n a k a m á r e m l í t e t t sebesség
t e l í t ő d é s , ballisztikus transzport és gyorsan v á l t o z ó a d a l é k p r o f i l o k . A z igen kis m é r e t ű , gyors eszközök e s e t é n t e h á t a jelenségek pontosabb leírása szük séges. A M o n t é Carlo technika, amely m á r a B T E m e g o l d á s á n á l is hasznos m a t e m a t i k a i m ó d s z e r n e k b i z o n y u l t , mentes a fenti k o r l á t o k t ó l . É r v é n y e s s é g i k ö r e egészen a t ö l t é s h o r d o z ó k k ö z ö t t i , valamint a rács és t ö l t é s h o r d o z ó k ö z ö t t i k ö l c s ö n h a t á s leírásá nak érvényességéig terjed. A mikrofolyamat ez esetben „ s z a b a d r e p ü l é s r e " és ü t k ö z é s e k s o r o z a t á ra b o n t h a t ó . A z a d o t t p o t e n c i á l t é r b e n t ö r t é n ő „ r e p ü l é s " leírása determinisztikus, az ü t k ö z é s e k é (szóródás) véletlenszerű. A m ó d s z e r legnagyobb h á t r á n y a nagy C P U i d ő i g é n y e , azonban ez az idő ö s s z e m é r h e t ő a b e m u t a t o t t B T E - n alapuló 3D s z i m u l á t o r o k futási idejével, m i v e l ezek 2D szimu lációk i t e r a t í v s o r o z a t á b ó l é p ü l n e k fel. Az egyes e l j á r á s o k a t i s m e r t e t ő előadások szá m á b ó l is l á t s z i k : m í g az á r a m k ö r szimuláció t e r é n valószínűleg a k o n c e n t r á l t p a r a m é t e r ű 1D modell marad d o m i n á n s , a félvezető eszközök l e í r á s á b a n a M o n t é Carlo m ó d s z e r fokozatosan á t v e s z i a v e z e t ő szerepet. A mikroelektronikai á g a z a t hazai szorult hely z e t é b e n n é m i szarkazmussal azt is m o n d h a t n á n k , hogy a b e s z á m o l ó n k m o t t ó j á u l v á l a s z t o t t cím a hazai félvezető k u t a t á s - f e j l e s z t é s d i l e m m á j á t is t ü k r ö z i . Míg azonban ez a k é r d é s p u s z t á n szakmai jelleggel m e r ü l t fel az ESSDERC'87 v i t á i b a n , saját portánkon a műszaki kérdéseket háttérbe s z o r í t j á k a m a t e r i á l i s és e g y é b szempontok. Marad t e h á t a k é r d é s : hogyan t o v á b b . . . ?
172
Híradástechnika,
Bársony I.—Knapp MEV
XXXIX.
évfolyam,
O.
1988. 4. szám
