Oxy hóa, lắng đọng, khắc và hình học
Oxy hóa tiêu thụ silicon
Oxy hóa tạo oxide bằng cách dùng silicon của nền, nên mặt phân cách silicon–oxide dời vào trong nền.
Oxidation (oxy hóa) biến một lớp silicon thành oxide; mặt silicon mới nằm sâu hơn mặt cũ, còn mặt ngoài của oxide cũng đổi chỗ.
Độ dày oxide và độ sâu silicon bị tiêu thụ là hai đại lượng khác nhau, nên phải đọc riêng từng đại lượng.
Xem lời đọc
Oxy hóa không chỉ phủ thêm một lớp lên trên. Nó dùng chính silicon của nền để tạo ra oxit. Vì vậy mặt phân cách giữa silicon và oxit dời sâu vào trong nền. Bạn nhìn mặt phẳng tham chiếu cố định trong nền. Mặt silicon cũ là nét đứt, mặt mới là nét liền, nằm sâu hơn. Hình lấy mức tiêu thụ mười nanomet làm ví dụ. Độ dày oxit là một đại lượng khác, nên ta đọc riêng từng đại lượng.
Tỉ lệ giữa độ dày oxide và độ dày silicon bị tiêu thụ phụ thuộc điều kiện oxy hóa. Dự án này chưa xác minh hệ số nào, và DEVSIM không mô phỏng bước oxy hóa, nên hình dùng mức tiêu thụ 10 nm như một tham số minh họa.
Đọc độ sâu từ hai gốc tọa độ
Cùng một profile boron có đỉnh ở 48 nm tính từ mặt cũ và 38 nm tính từ mặt mới, khi mặt dời 10 nm.
Hai đường lệch nhau 10 nm, nhưng không có nguyên tử boron nào di chuyển; chỉ có gốc đo độ sâu đổi chỗ.
Đỉnh nằm gần mặt hơn trên đồ thị chưa chứng tỏ boron đã khuếch tán về phía mặt.
Xem lời đọc
Giờ ta đọc lại cùng một phân bố boron ở giữa kênh. Tính từ mặt cũ, đỉnh nằm ở bốn mươi tám nanomet. Nếu mặt đã dời mười nanomet thì từ mặt mới, đỉnh chỉ còn ba mươi tám nanomet. Hai đường lệch nhau, nhưng không có nguyên tử boron nào di chuyển. Chỉ có gốc đo độ sâu đổi chỗ. Vậy đỉnh gần mặt hơn chưa chứng tỏ boron đã khuếch tán về phía mặt.
Kiểm gốc tọa độ của từng đồ thị, mức silicon đã bị tiêu thụ, và dopant có đi qua mặt phân cách hay không. Chỉ khi cả ba đã rõ mới có thể nói profile thật sự thay đổi. Profile ở đây là boron tổng của mô hình giải tích tại giữa kênh, đỉnh 9,4×10¹⁷ cm⁻³ ở 48 nm; mức dời 10 nm là giả định.
Lắng đọng bổ sung vật liệu
Lắng phủ đồng hình phủ cả mặt trên lẫn thành bên của bậc; lắng có hướng chủ yếu phủ mặt trên.
Deposition (lắng đọng) thêm vật liệu lên cấu trúc có sẵn; hình dạng lớp mới phụ thuộc độ phủ và điều kiện tăng trưởng. Conformal deposition (lắng phủ đồng hình) là lớp bám theo đúng hình bề mặt.
Cùng một lượng vật liệu cho hai hình cạnh khác nhau.
Xem lời đọc
Lắng đọng thì thêm vật liệu lên cấu trúc đã có. Hình dạng của lớp mới phụ thuộc độ phủ và điều kiện tăng trưởng. Bạn nhìn bên trái: lớp lắng phủ đồng hình phủ cả mặt trên lẫn thành bên của cổng. Bên phải: lớp lắng có hướng chủ yếu phủ mặt trên, thành bên gần như để trống. Cùng một độ dày trên mặt phẳng nhưng hình cạnh khác hẳn nhau.
Khắc lấy đi vật liệu theo hướng
Hai bước khắc lấy cùng độ dày trên mặt phẳng vẫn cho hình cạnh khác nhau.
Etching (khắc) lấy vật liệu đi; tốc độ có thể như nhau mọi hướng (đẳng hướng) hoặc chủ yếu theo một hướng (có hướng), tùy vật liệu và điều kiện.
Khắc đẳng hướng ăn cả bên dưới mép mặt nạ; khắc có hướng giữ thành đứng.
Xem lời đọc
Khắc thì lấy vật liệu đi, với tốc độ có thể như nhau mọi hướng hoặc chủ yếu theo một hướng, tùy vật liệu và điều kiện. Bạn so hai hình. Cả hai đều lấy đi cùng độ dày ở mặt phẳng. Khắc đẳng hướng cũng ăn ngang, nên khoét dưới mép mặt nạ. Khắc có hướng chỉ ăn xuống, nên thành giữ đứng. Vậy độ dày lấy đi trên mặt phẳng chưa đủ để biết hình cạnh.
Độ dày oxide đổi dòng khi mô hình mobility giữ nguyên
Đổi độ dày oxide cổng từ 3,1 lên 5,1 nm làm Ion giảm từ 0,797 xuống 0,395 mA/µm.
Điện dung oxide giảm từ 1,114 xuống 0,677 µF/cm², còn Vt tăng từ 0,361 lên 0,630 V.
Pha tạp cùng mô hình và tham số mobility (độ linh động) giữ nguyên; chỉ hình học đổi.
Xem lời đọc
Bây giờ ta đổi hình học mà không động đến mô hình độ linh động. Oxit cổng dày ba phẩy một, bốn phẩy một rồi năm phẩy một nanomet. Điện dung oxit giảm dần, còn điện áp ngưỡng tăng từ không phẩy ba sáu lên không phẩy sáu ba vôn. Dòng bật giảm từ không phẩy tám xuống không phẩy bốn miliampe trên micromet. Dòng tắt thì giảm hàng trăm lần. Pha tạp cùng mô hình và tham số độ linh động vẫn như cũ, nên chỉ một thay đổi hình học đã đổi cả dòng.
Bộ giải DEVSIM chạy ba lần, chỉ đổi độ dày oxide cổng. Vt là điện áp ngưỡng theo cực đại độ dẫn truyền; Ion đọc ở VG = VD = 1,8 V; Ioff đọc ở VG = 0, VD = 1,8 V. Điện dung oxide tính bằng hằng số điện môi tương đối 3,9 chia độ dày.
| tox (nm) | Cox (µF/cm²) | Vt (V) | Ion (mA/µm) | Ioff (pA/µm) |
|---|---|---|---|---|
| 3,1 | 1,114 | 0,361 | 0,797 | 78,7 |
| 4,1 | 0,842 | 0,495 | 0,553 | 4,51 |
| 5,1 | 0,677 | 0,630 | 0,395 | 0,36 |
Spacer quyết định vị trí cấy
Spacer rộng hơn đẩy mép cửa sổ cấy source-drain ra xa cổng, và tiếp giáp sâu gần cổng nông đi.
Spacer (vách cách bên) giữ khoảng cách giữa mép cổng và vùng cấy source-drain sâu: mép cửa sổ ở 0,25, 0,23 và 0,21 µm khi spacer rộng 50, 70 và 90 nm.
Tại x = 0,26 µm, độ sâu tiếp giáp là 110,6, 98,3 và 74,7 nm; tiếp giáp ngang ở mặt gần như không đổi.
Xem lời đọc
Vách cách bên nằm giữa mép cổng và vùng cấy nguồn máng sâu. Vách rộng hơn thì mép cửa sổ cấy lùi ra xa cổng. Với năm mươi, bảy mươi và chín mươi nanomet, mép cửa sổ nằm ở không phẩy hai lăm, hai ba và hai mốt micromet. Tiếp giáp sâu ở gần cổng vì vậy nông đi khi vách rộng ra. Còn tiếp giáp ngang ở mặt gần như đứng yên, vì bước cấy nông dùng mặt nạ chỉ là cổng. Hình học đã đổi vị trí cấy mà không cần đổi hệ số nào.
Trong mô hình này, tiếp giáp ngang ở mặt do bước cấy LDD quyết định, mà LDD dùng mặt nạ chỉ là cổng. Chiều dài kênh luyện kim là 110,0, 110,8 và 110,9 nm với ba spacer, tức đổi dưới 1 nm. Mô hình chưa chạy trong DEVSIM nên bài không nêu dòng điện cho ba spacer.
Số liệu
- Thiết bị: NMOS mẫu 180 nm; chỉ đổi độ dày oxide cổng (3,1; 4,1; 5,1 nm), pha tạp giữ nguyên.
- Mô hình: Tiêu thụ silicon s là tham số minh họa (10 nm). Pha tạp là mô hình giải tích; DEVSIM không mô phỏng oxy hóa, lắng đọng, khắc.
- Oxide cổng 4,1 nm, spacer 70 nm, cổng cao 200 nm, dài 180 nm.
- t_ox 3,1 nm: C_ox 1,114 µF/cm², V_t 0,361 V, I_on 0,797 mA/µm, I_off 78,68 pA/µm, SS 78,0 mV/dec, DIBL 19,4 mV/V.
- t_ox 4,1 nm: C_ox 0,842 µF/cm², V_t 0,495 V, I_on 0,553 mA/µm, I_off 4,51 pA/µm, SS 83,8 mV/dec, DIBL 25,3 mV/V.
- t_ox 5,1 nm: C_ox 0,677 µF/cm², V_t 0,630 V, I_on 0,395 mA/µm, I_off 0,36 pA/µm, SS 89,7 mV/dec, DIBL 31,9 mV/V.
- Spacer 50 nm: mép cửa sổ cấy 0,25 µm, tiếp giáp ngang ở mặt 0,3350 µm, kênh luyện kim 110,0 nm, độ sâu tiếp giáp tại x = 0,26 µm là 110,6 nm.
- Spacer 70 nm: mép cửa sổ cấy 0,23 µm, tiếp giáp ngang ở mặt 0,3346 µm, kênh luyện kim 110,8 nm, độ sâu tiếp giáp tại x = 0,26 µm là 98,3 nm.
- Spacer 90 nm: mép cửa sổ cấy 0,21 µm, tiếp giáp ngang ở mặt 0,3346 µm, kênh luyện kim 110,9 nm, độ sâu tiếp giáp tại x = 0,26 µm là 74,7 nm.
- Nguồn: ket-qua/hinh-hoc, ket-qua/tox-*; xuat_hinh_hoc.py, nmos_config.py.