Конструкция реакторной установки БРЕСТ-1200 Химические аккумуляторы Реакторы на быстрых нейтронах Нанопористые материалы Космические материалы атомной отрасли Машиностроение для энергетики Радиологические лечебные технологии

Экологические проблемы энергетики

Проектирование технологии изготовления СБИС в НИИИС

Для решения поставленной перед НИИИС задачи по разработке технологии производства радиационностойких интегральных микросхем с субмикронными размерами различного функционального назначения на объемном кремнии и структурах КНД одним из ключевых направлений является разработка и освоение маршрута проектирования технологий.

В настоящее время в России стандартный подход к проектированию технологий состоит в следующем. Сначала проектируется технологический процесс, определяющий различные технологические параметры. Затем осуществляется расчет отдельных характеристик элементов СБИС, исходя из требований, которые предъявляют проектировщики СБИС. После этого следует разработка тестового кристалла и его изготовление. Из измеренных характеристик элементов тестового кристалла извлекаются SPICE-параметры моделей, на основе которых происходит разработка СБИС. Если характеристики разработанной СБИС не удовлетворяют требованиям заказчика, то весь цикл проектирования повторяется сначала. Практика показывает, что для достижения требуемых характеристик СБИС необходимо 3 и более итерации, которые требуют больших материально-трудовых и временных затрат, так как включают в себя разработку, изготовление тестового кристалла и измерение характеристик его элементов.

При переходе к субмикронным размерам элементов СБИС в процессе проектирования технологий становится необходимым учет эффектов второго порядка, оказывающих значительное влияние на электрофизические характеристики транзисторов. К таким эффектам относятся изменение порогового напряжения в зависимости от размеров транзистора, модуляция подпорогового тока напряжением стока, насыщение скорости и горячие носители, которые не оказывали существенного влияния на работу транзисторов, выполненных по большим проектным нормам. Учет эффектов второго порядка при расчете характеристик элементов СБИС является сложной и трудоемкой задачей. Не все эффекты, сопровождающие уменьшение размеров, являются полезными. Поиск технологических приемов устранения или компенсации паразитных эффектов приводит к усложнению технологии изготовления СБИС и к увеличению количества циклов изготовления и исследования тестового кристалла.

Для снижения стоимости и уменьшения времени проектирования СБИС в НИИИС внедряется так называемое «виртуальное производство», в основе которого лежит проектирование и оптимизация конструкций интегральных элементов и микросхем в целом, используя средства моделирования. Для этого был проведен анализ существующих на рынке систем автоматизированного проектирования и выбрана для использования система приборно-технологического моделирования TCAD компании Synopsys, а также система моделирования IC-CAP компании Agilent.

TCAD состоит из следующих основных программных модулей:

Sentaurus Process (SProcess) предназначен для проектирования, анализа и оптимизации технологических процессов и маршрутов изготовления СБИС. Имеется возможность 2D и 3D моделирования диффузионных процессов, внутренних напряжений структур, роста оксидов и других физических явлений современных технологических процессов.

Sentaurus Device (SDevice) – средство приборного проектирования, позволяющее моделировать электрические, температурные, оптические характеристики активных и пассивных элементов СБИС. Доступно моделирование по технологии глубоко субмикронных КМОП-структур. Имеется возможность 2D и 3D моделирования.

Sentaurus Structure Editor (SEditor) - 2D и 3D редактор и 3D-эмулятор процессов. Имеет возможность редактировать и создавать двух и трехмерные структуры, а также моделировать 3D-процессы.

PCM Studio – программный модуль, позволяющий проводить статистический анализ данных моделирования. Имеется возможность варьирования входных (или выходных) параметров, при этом можно наблюдать диапазон значений зависимых параметров. Это позволяет оптимизировать процесс с учетом разброса технологических параметров, оставаясь в интервале допустимых значений.

Система моделирования IC-CAP позволяет производить экстракцию и оптимизацию SPICE-параметров, извлекаемых из смоделированных в TCAD вольтамперных характеристик элементов СБИС.

Необходимым элементом процесса приборно-технологического моделирования является правильный выбор моделей технологических процессов и приборов. Был проведен анализ имеющихся в составе САПР моделей, а также подключаемых моделей с целью определения наиболее подходящих для моделирования приборов, изготовленных на основе структур КНД с субмикронными проектными нормами. При анализе и выборе моделей технологических процессов учитывалась точность описания процессов и сложность адаптации к технологическому оборудованию, имеющемуся на производстве.

Модели приборов должны соответствовать следующим требованиям:

возможность настройки моделей на широкий спектр геометрических форм и размеров, техпроцессов и внешние воздействия;

модель должна иметь физическую интерпретацию;

пригодность одновременно как для аналоговых, так и для цифровых схем;

пригодность для статистического моделирования;

модель должна быть стандартизована.

Исходя из выше перечисленных требований, наиболее подходящей моделью для описания субмикронных МОП-транзисторов на структурах КНД, которые будут использоваться для производства в НИИИС радиационностойких СБИС, является модель BSIMSOI 3. На этапе наладки системы «виртуального производства» осуществляется предварительная калибровка значений параметров моделей технологических процессов с учетом характеристик конкретного технологического оборудования.

Полностью отлаженное «виртуальное производство» исключает реальное изготовление тестовых кристаллов, что значительно сокращает сроки проектирования и его стоимость, так как изготовление тестового кристалла здесь осуществляется всего один раз на этапе отладки «виртуального производства».

Таким образом, внедряемая в НИИИС система «виртального производства» позволит:

обеспечить проектирование элементов и технологического маршрута изготовления СБИС с учетом производственных и технологических требований;

заменить экспериментальные итерации проектирования приборно-технологическим моделированием;

сократить продолжительность и стоимость проектирования;

обеспечить связь приборно-технологического моделирования с кристальным производством;

оптимизировать маршрут изготовления СБИС с учетом разброса технологических параметров.


Обзор зарубежного опыта строительства АЭС