Исследование и построение моделей и конструкций элементов микроэлектроники в расширенном диапазоне температур (-60С 300С). 0065-2019-0018

Объектом исследования являются высоковольтные высокотемпературные транзисторы, изготовленные на основе базового КМОП КНИ процесса с проектными нормами 0,5 мкм в ФГУ ФНЦ НИИСИ РАН, технология изготовления этих транзисторов и многоуровневой металлизации на основе тугоплавкого металла вольфрама. Цель работы – исследование возможности формирования высоковольтных LDMOS транзисторов на основе базового КМОП КНИ процесса с проектными нормами 0,5 мкм, исследование их характеристик при высоких температурах и после воздействия ионизирующего излучения, исследование возможности формирования многоуровневой металлизации на основе вольфрама с помощью метода химико-механической планаризации, а также анализ пригодности современных компактных моделей КНИ МОП-транзисторов к моделированию в расширенном диапазоне температур. Для оценки технологии и исследования транзисторов был разработан тестовый кристалл, включающий в себя различные конструктивные варианты n- и p-канальных LDMOS транзисторов А-типа, работающих в режиме частичного обеднения. В процессе работы проведены экспериментальные исследования LDMOS транзисторов и измерены их характеристики. Показана возможность получения высоковольтных LDMOS транзисторов с суммарным током Id>1 A и напряжением пробоя >42 В и 54 В для n- и p-канальных LDMOS транзисторов соответственно. Показано, что низковольтные КМОП транзисторы и высоковольтные LDMOS транзисторы, и сборки на их основе сохраняют работоспособность в исследуемом диапазоне температур. При этом коэффициент изменчивости параметров LDMOS транзисторов при изменении температуры от -60°С до +300°С несколько выше для LDMOS транзисторов в сравнении с низковольтными транзисторами, что можно объяснить влиянием DRIFT областей. Показана работоспособность высокотемпературных HVLDMOS транзисторов в диапазоне накопленной дозы до 600 кРад. Исследованы методы изготовления многоуровневой металлизации, пригодной для изготовления высокотемпературных интегральных схем, показано, что одним из методов формирования вольфрамовой металлизации может быть химико-механическая планаризация. Для исследования металлизации, полученной с использованием данного метода, спроектирован фотошаблон, позволивший разместить все необходимые масочные слои тестовых структур на одном стекле. Получены параметры компактных моделей КНИ МОП-транзисторов BSIMSOI 4.5 и HISIMSOI 1.30 на основе измерений тестовых структур транзисторов в расширенном диапазоне температур -60…+300?С и проведен анализ пригодности данных моделей для моделирования характеристик в данном диапазоне температур. Проведены исследования динамических и статических характеристик КНИ МОП-транзисторов А- и F-типов на основе измерений кольцевых генераторов в диапазоне температур от минус 60 до плюс 300 °С. Показана работоспособность кольцевых генераторов в рассматриваемом диапазоне температур, задержка на инвертор не превысила 86 пс для А-транзисторов и 144 пс для F-транзисторов, токи утечки не превысили 10-13 микроампер Проведено экспериментальное исследование электротепловых характеристик частично обедненных выполненных по технологии 0,25 мкм КНИ КМОП транзисторов. Исследован вклад эффекта самонагревания в ВАХ КНИ КМОП транзисторов в расширенном диапазоне температур.