ICECREM. Al abrir el simulador obtenemos una pantalla como la que se muestra en la Figura:

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Al abrir el simulador obtenemos una pantalla como la que se muestra en la Figura:

Vemos que aparecen dos ventanas grandes:  Una en la parte superior (Ventana de

proceso) :

En ella aparecerán registrados los procesos que vayamos realizando (oxidación, implantación iónica, etc.)

En ella aparece el menú rápido  que muestra diferentes iconos para posibilitar tanto la definición del material como la simulación de los diferentes procesos, exposición de resultados en pantalla, etc.

Cada proceso que realicemos: definición de mallado, de substrato, epitaxia, representación de resultados, etc. se mostrará en una línea diferente, posibilitando de nuevo su posible edición y modificación.  Una en la parte inferior (Ventana de documento)

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1. Tenemos un menú típico de Windows en la parte superior. Podemos expandir estos menus y observamos:

File (típico de Windows)

Edit (contenido típico de Windows)

Process Comands: Contiene los procesos más importantes del programa ICECREM:

Dentro del primer bloque están los 5 primeros pasos que se deben realizar para comenzar cualquier simulación:

New Process: En primer lugar, una vez

abierto un nuevo fichero, debemos introducir un nombre al proceso. De este modo se añadirá una línea a la ventana

El parámetro de este comando es : TITLE

Numerical Grid: Siempre es necesario

definir un “mallado” de la estructura que se vaya a simular definiendo tanto el grosor de la malla unidimensional como el tamaño máximo del dispositivo (en micras)

Los parámetros de este comando son :

DXSI: 0.01 µm (por ejemplo),XMAX: 1 µm (por ejemplo)

(DXSI debe ser 5e-2 veces menor que el valor de XMAX)

También se puede acceder a este comando: mediante el menú rápido:

Comment: Si queremos añadir algún comentario a nuestro fichero

El parámetro de este comando es : COMMENT

Substrate definition: Siempre es necesario definir el substrato. Permite

detallar diferentes parámetros del material de Silicio de partida:

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nuestra simulación de un lingote dopado de diferentes elementos: Al, Sb, As, B, Ga, P

3. En el caso en que realicemos un dopaje, nos permite definir la densidad de impurezas. Parámetro: CONC (cm-3)

4. Es posible también introducir este mismo dato a partir de la resistividad de la muestra. Parámetro: RESIST (Ohm cm). Si modificamos la resistividad se cambiará automáticamente CONC y viceversa.

(A mayor concentración, menor resistividad)

5. El grosor de la oblea. Parámetro: WAFTHI (µm)

A medida que vamos introduciendo estos datos, aparece un resumen de la ejecución de la simulación en la Ventana de documento

Dentro del

segundo bloque

están

los 5 PROCESOS DE

FABRICACION FUNDAMENTALES:

1. Ion Implantation:

Aparece el siguiente menú:

Basicamente es posible elegir:

• El elemento a implantar: Boro, Al, Sb, As, Ga, P, etc. • La energía de implantación (en keV)

• La dosis de implantación (en cm-2)

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2. Oxidation/Diffusion: (el proceso de creación de un óxido nativo y del difusión se realizan mediante este comando y también el de recocido): Aparece el siguiente

menú

A. Parametros típicos

básicos que requiere el proceso:

Temperatura Tiempo

Si solo se le dan estos dos parámetros, el programa calcula por si mismo el grosor del material oxidado para cualquier

Modo

B. En caso contrario, podemos introducir el parámetro

Final oxide thickness : de este modo fijamos el grosor de

la capa de oxidación, por lo que no va a tener en cuente el tiempo que este puesto en el parámetro TIME

C. Parámetro de Modo: permite realizar

diferentes tipos de oxidaciones:

Ambiente inerte: en este caso no se produce oxidación sino

una pre-deposición:

IMPORTANTE: Por tanto, dependiendo del tiempo y de la Tª la difusión va a modificarse como la funcion Error : erf (dopaje ilimitado en el límite)

Es posible realizar posteriormente una fase de drive-in: o recocido para que nuestro (la función toma forma de Gaussiana).

Hay que tener en cuenta los procesos posteriores de alta Tª que se van a realizar

Oxidación seca ,Oxidación húmeda ,Modelo general de

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3. Oxide deposition: Este programa únicamente permite realizar la deposición de una capa de óxido (no es posible

realizar deposiciones de otros aislantes o de conductores)

Los parámetros de la deposición son:

Grosor de óxido total

Elementos depositados

en el óxido:Es posible

añadir al óxido diferentes dopantes: Al, Sb, As, B, Ga, P

Concentration: los dopantes se pueden añadir en la

concentración deseada

3. Etching:

Este comando sirve para eliminar parte de semiconductor (Silicio) o del óxido (SiO2) que han sido

crecidos o depositados previamente.

Los parámetros del grabado son:

Grosor del óxido que permanece (en µm)

Grosor de la capa de silicio atacado: (en µm)

Con el grabado o etching, cambian las impurezas del substrato que se difunden en el óxido: no conocemos la Tª a la que se realiza

Epitaxy: Este comando

sirve para realizar un crecimiento epitaxial de una capa de semiconductor Los principales parámetros del crecimiento epitaxial son: • Elemento : sólo

permite dopar la capa crecida con : Boro, Fósforo y Arsénico

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Dentro del

tercer bloque

están los 3 MODELOS DE

DIFUSION (se puede

modificar el coeficiente de

difusión, su energía de

activación), de DEFECTOS

PUNTUALES (da información

sobre vacantes e

intersticiales), DE

PARAMETROS DE MODELO

DE OXIDACION (Deal Grove,

etc.)

Dentro del

cuarto bloque

tenemos los comandos para

realizar la exposición gráfica de

resultados, impresión, etc.

Plot Parameters: Este comando sirve

para definir los parámetros principales de los gráficos en los que se van a mostrar los resultados de la simulación

Los principales parámetros del Plot Parameters son:

Longitud total del eje x y Longitud

total del eje y : longitudes de los ejes

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Número máximo de perfiles y Highest concentration of dopants: podemos limitar el número máximo de perfiles y la mayor

concentración de dopantes

Plot : permite elegir, las concentraciones individuales, las totales, etc.

Plot: Este comando sirve para definir ciertos parámetros generales de la gráfica (no confundir con el plot parameter)

Los principales parámetros del Plot son:

Left boundary

Right boundary : ambos limitan

el tamaño de oblea que va a dibujar en la gráfica  de esta manera es posible hacer un zoom de una región determinada

NOTA: siempre va a existir una

capa de óxido de grosor = 25 nm de crecimiento térmico seco al final de todo proceso (en x=0)

Halt/Resume Execution

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Ejemplo 1

A. Realizar una unión p-n, una posibilidad sería realizar sobre el substrato un crecimiento epitaxial.

B. Otra posibilidad sería realizar la difusión de la región p sobre el substrato  realizarlo.

C. Realizar una unión p-n partiendo de un substrato tipo p

Ejemplo 2

Estudiar los coeficientes de

segregación de diferentes impurezas en la superficie Si/SiO2 como resultado

de una oxidación térmica:

(a), (b) Si m<1: el óxido al crecer absorbe las impurezas del Si (Boro).: tenemos los casos de difusión lenta en ambiente seco (a) y rápida en ambiente húmedo (b)

(c), (d). Si m>1: el óxido al crecer rechaza la difusión de impurezas. Casos del fósforo (su difusión es lenta en SiO2: Casos del P (su difusión es lenta en SiO2: (c), y del Ga (su difusión es rápida en SiO2 (d)

ICECREM for WINDOWS, Version 4.3 Fraunhofer-Institut fuer Integrierte Schaltungen, Bereich Bauelementetechnologie Schottkystrasse 10, D-91058 Erlangen 0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00 3.50 DEPTH IN UM 1012 1013 1014 1015 1016 17:35:15 2-MAI-:2PHOSPHORUS BORON

TITLE TITLE="Dopaje Unión P-N"

COMMENT COMMENT="Substrato es tipo N, crecemos capa epitaxial tipo P"

GRID DXSI=0.04um XMAX=1um

SUBSTR ORNT=100 ELEM=Phosphorus RESIST=10ohm.cm WAFTHI=1525um

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Estudio ICECREM del coeficiente de segregación de impurezas

1. Crecer una capa de semiconductor (dopada con diferentes impurezas: comenzando con el Boro, Ga, observar las diferencias entre oxidación seca y húmeda)

Ejercicio 3

Realizar el dopaje de un transistor bipolar n+pn por difusiones sucesivas:

1. Definir una oblea dopada con un dopaje bajo = 2 1015 cm-3 con una impureza aceptadora (tipo p):

2. Realizar el crecimiento epitaxial del colector: dopaje tipo n, igual a 3 1016 cm-3 y un grosor de 4 µm. Elegir una impureza cuyo coeficiente de difusión haga que sea difícil que sufra excesiva difusión posterior debido a los siguientes procesos

3. Realizar una primera difusión de la base con una impureza aceptadora (tipo p)

TITLE TITLE="Estudio coef. segregacion"

SUBSTR ORNT=111 ELEM=Boron RESIST=10ohm.cm

EPITAXY ELEM=Boron TEMP=1050oC TIME=20min GROWTHR=0.2um/min DOTPRES=2e-010bar OXIDIZE TEMP=1100oC TIME=35min MODE="Dry oxidation"

PARAMS NDEC=5 TOTAL=TRUE PLOT W-RIGHT=0.5um NEW=TRUE

ICECREM for WINDOWS, Version 4.3 Fraunhofer-Institut fuer Integrierte Schaltungen, Bereich Bauelementetechnologie Schottkystrasse 10, D-91058 Erlangen 0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 DEPTH IN UM 1012 1013 1014 1015 1016 1017 SiO2 21:57:14 8-MAI-:2 oxthi = 0.0759 BORON

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4. Realizar una segunda difusión para el emisor (más dopado que la base) con un valor máximo de 1020 cm-3

Ejemplo de resultado ICECREM de un transistor bipolar n+pn (difusiones

sucesivas)

Ejercicio 4

Realizar el dopaje de un transistor bipolar n+pn por difusiones sucesivas, pero con capa enterrada en el colector

ICECREM for WINDOWS, Version 4.3 Fraunhofer-Institut fuer Integrierte Schaltungen, Bereich Bauelementetechnologie Schottkystrasse 10, D-91058 Erlangen 0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 DEPTH IN UM 1012 1013 1014 1015 1016 1017 1018 1019 1020 1021 22:05:57 8-MAI-:2TOTAL BORON ARSENIC GALLIUM PHOSPHORUS

Proceso de fabricación real del transistor bipolar con capa enterrada

Perfiles de dopaje “ideales” y “actuales” de un transistor bipolar

Figure

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