Silvaco操作指南參考模板

1、1 / 57第二篇第二篇 半導(dǎo)體工藝及器件仿真軟件半導(dǎo)體工藝及器件仿真軟件 Silvaco操作指南操作指南主要介紹了半導(dǎo)體器件及工藝仿真軟件 Silvaco 的基本使用。書中通過例程引導(dǎo)學(xué)習(xí)工藝仿真模塊 Athena 和器件仿真模塊 Atlas，通過這兩部分的學(xué)習(xí)可以使學(xué)習(xí)人員深入了解半導(dǎo)體物理的基本知識，半導(dǎo)體工藝的流程，以及晶體管原理的基本原理，設(shè)計過程，器件的特性。對于學(xué)習(xí)集成電路的制備及后道工序有一定的幫助。第一章 SILVACO 軟件介紹.25251.1 程序啟動 .251.2 選擇一個應(yīng)用程序例子 .261.3 工藝模擬 .281.3.1 運行一次模擬 .281.3.2 漸進學(xué)習(xí)模

2、擬 .281.3.3 繪制結(jié)構(gòu) .281.3.4 使用 Tonyplot 進行繪圖 .291.3.5 修正繪圖的外觀 .291.3.6 縮放及在圖上進行平移 .301.3.7 打印圖形 .311.4 使用 HISTORY功能 .311.5 明確存貯狀態(tài) .321.6 創(chuàng)建用于比較的兩個結(jié)構(gòu)文件 .321.6.1 存貯文件創(chuàng)建 .321.6.2文件交疊 .331.7 運行 MOS 工藝程序的第二部分 .351.7.1 Stop At 功能 .351.7.2 使用 Tonyplot 用于 2-D 結(jié)構(gòu) .361.7.3 使用 Tonyplot 來制備一輪廓圖 .371.7.4 產(chǎn)生交互式圖例 .3

3、81.8 工藝參數(shù)的抽取 .391.8.1 源漏結(jié)深 .401.8.2 器件閾值電壓 .401.8.3 電導(dǎo)及偏壓曲線 .401.8.4 一些薄層電阻 .421.8.5 溝道表面摻雜濃度 .421.9 器件模擬 .441.9.1 器件模擬界面工藝 .441.9.2建立器件模擬 .441.9.3 執(zhí)行器件模擬 .451.9.4 抽取器件參數(shù) .45第二章 電阻仿真及阻值抽取.4646第三章 擴散二極管仿真.56562.1 硼擴散 .562.2 進行MESH的實驗 .612.3 繪制雜質(zhì)摻雜輪廓曲線 .622.4 查看抽取結(jié)果 .63第四章 NMOS 電學(xué)特性仿真.65653.1 NMOS 例子加

4、載.653.2 TONYPLOT操作 .663.3 查看電學(xué)仿真結(jié)果 .70第五章 工藝流程的橫斷面觀察.73734.1 初始化襯底 .734.2 氧化層屏蔽 .734.3 NWELL 注入 .744.4 PWELL 注入 .744.5 場氧化層生長 .754.6 阱推進 76第一章第一章 SilvacoSilvaco 軟件介紹軟件介紹本章將介紹下面兩個 VWF（虛擬 wafer 制備）交互工具的基本使用：Deckbuild：VWF 運行時控制應(yīng)用程序。這是唯一一個從系統(tǒng)命令行由用戶啟動的程序。Tonyplot：VWF 可視化應(yīng)用程序。 VWF 交互工具還包括版圖到工藝的界面程序 MaskVi

5、ews, 器件原型及編輯程序 DevEdit,局部優(yōu)化程序 Optimizer 以及統(tǒng)計分析的 SPAYN 工具。但本章不介紹這部分內(nèi)容。VWF 核心工具是以下兩個仿真器： Athena, Silvaco 的高級一維和二維工藝仿真器。 Atlas, Silvaco 的通用及標(biāo)準(zhǔn)組件的一，二，三級器件仿真器。 VWF 核心工具還包括器件特性的 UTMOS 應(yīng)用及 SmartSpice 電路仿真。本章將學(xué)習(xí)： 1. 使用 Athena 進行一個簡單 LDD MOS 器件仿真和相關(guān)參數(shù)的抽取(如柵氧化層厚)。2. 使用 Atlas 進行 LDD MOS 器件仿真，產(chǎn)生一個 Id/Vgs 曲線并從這條

6、曲線中進行器件參數(shù) Vt,Beta 和 Theta 的抽取。 1.1 程序啟動程序啟動要啟動 Deckbuild 程序，在系統(tǒng)命令行中輸入 deckbuild &幾秒鐘后 Deckbuild 窗口顯示出來。在 Deckbuild 啟動后，你會看到如下的窗口(版本及目錄名可能不相同): Deckbuild 程序窗口組成如下： 1. 上面的文本窗口區(qū)用來保持仿真器的輸入。 2. 下面的tty 區(qū)顯示仿真器的輸出。 Athena 仿真是缺省啟動的。你會看到，在這個區(qū)中有一短的 Athena 文件頭輸出,指出你可用的許可產(chǎn)品。之后跟隨 Athena 提示符。 ATHENA3. 在窗口上部是軟件控制菜單

7、的集合。4. 在文本區(qū)及 tty 區(qū)之前是仿真器控制按鈕的集合。下一步是創(chuàng)建一個設(shè)計，可以從草圖創(chuàng)建，或者選擇一個應(yīng)用例子進行修改。輸入的程序顯示在上面的文本區(qū)中，而且執(zhí)行時使用仿真控制按鈕就會它傳到下面的 tty 區(qū)。1.2 選擇一個應(yīng)用程序例子選擇一個應(yīng)用程序例子Deckbuild 包括大量的仿真例子可以用于仿真。這個練習(xí)使用其中之一。當(dāng) Deckbuild啟動后，examples menu 會被激活。在 Deckbuild 的Main Control菜單有一個選擇項稱為Examples . 如下顯示: 可移動鼠標(biāo)到Main Control上，按下鼠標(biāo)右鍵。在按下鼠標(biāo)右鍵時，main co

8、ntrol 菜單顯示出來。當(dāng)鼠標(biāo)右鍵按下后，移動光標(biāo)選擇Examples .菜單選項。然后，放開鼠標(biāo)。幾秒鐘內(nèi)例子目錄的窗口就會顯示出來，如下圖。這個練習(xí)使用例子中的MOS1 目錄。如果你正在運行Deckbuild，你可以雙擊選擇MOS1 目錄或從 Section 菜單中選擇它。例子是 MOS2，稱為mos1ex02.in.你可以通過鼠標(biāo)或使用 Sub Section菜單選擇它。描述這個例子的文本會顯示出來，應(yīng)該花幾分鐘來閱讀例子文檔。點擊Load Example按鈕來加載輸入文件到 Deckbuild 的文本編輯區(qū)，同時也把這個例子拷貝到你的當(dāng)前工作目錄。1.3 工藝模擬工藝模擬這個練習(xí)主要

9、進行一個 LDD MOS 晶體管的仿真。主要有以下練習(xí)：1. 運行一次模擬2. 創(chuàng)建兩個結(jié)構(gòu)文件用于比較 3. 運行 MOS 工藝模擬的前半部分 4. 產(chǎn)生交互式圖例 5. 抽取一些工藝參數(shù) 1.3.1 運行一次模擬運行一次模擬可以通過使用在 Deckbuild 文本區(qū)及 tty 區(qū)的實時控制按鈕來交互式運行模擬?？刂瓢粹o如下所示： 通過使用這個控制面板，可以使用以下方法來運行模擬: 1. next: Step at a time, 交互式模擬控制 2. stop: 運行到一個 stopstop 點點, (參考以后的練習(xí)。3. run: 使用控制面板中的 Run 來運行整個輸入的設(shè)計(deck

10、). 1.3.2 漸進學(xué)習(xí)模擬漸進學(xué)習(xí)模擬開始時，LDD MOS 器件將一步一步地仿真。這樣允許在進行時可以有交互式檢查。可以使用 history 機構(gòu)，向后跟蹤改正設(shè)計中的錯誤。在最初的仿真輸入設(shè)計時，這種交互式一次一步的執(zhí)行方法可以得到仿真更為精細的控制，且在設(shè)計中會更早地檢測到錯誤，也是輸入設(shè)計程序所推薦的。 要一步一次地執(zhí)行，從 Deckbuild 控制面板中選擇next按鈕。這個按鈕每一次會從文本區(qū)發(fā)送一個單獨的輸入設(shè)計行到當(dāng)前運行的模擬器。在下面的 tyy 的 Deckbuild 區(qū)的模擬器提示符上顯示了輸入的設(shè)計行。 在文本編輯區(qū)的光標(biāo)從上一行向下移動，而且在控制面板上顯示的當(dāng)前

11、行數(shù)會更新(標(biāo)志是Line)。使用 next 按鈕, 很可能要移動到模擬器前，而這些步驟會花費一些時間去執(zhí)行。模擬器會試圖catchup 行數(shù)，之后等待下一個模擬命令被發(fā)送。模擬器正在執(zhí)行的行總是反色的顯示。這一階段模擬將會連到柵氧化層步 gate oxidation step (line 47)。gate oxidation step 已經(jīng)簡化為一個單獨的擴散步，之后緊跟一個參數(shù)抽取行來抽取氧化層厚度: extract name=gateox thickness oxide mat.occno=1 x.val=0.05 抽取命令是 Deckbuild 的一個強力工具，允許在仿真進確定器件的各

12、種特性。extract 語句確定了柵氧化層厚度。本練習(xí)中后面會有高級的抽取工具的例子，其特征會詳細解釋。 進行仿真直到 gate oxide thickness 抽取行通過(line 50). 1.3.3 繪制結(jié)構(gòu)繪制結(jié)構(gòu)當(dāng)工藝模擬完成了柵氧化層厚度抽取后，點擊文本區(qū)的某一處(Deckbuild 上部)。這會取消報告輸入行及光標(biāo)位置的選定。光標(biāo)符號顯示為一個單獨的三角形。 Note:Note:不選擇文本是很重要的,因為在 Tonyplot 啟動時，它會試圖解釋任何選定文本作為一個文件名，并在讀它時產(chǎn)生錯誤信息。 為了運行 Tonyplot, 使用 Deckbuild 中的 Tools 下拉菜單

13、下的Plot 項中的Plot Structure。 這將導(dǎo)致 Deckbuild 啟動 Tonyplot,加載當(dāng)前模擬的結(jié)構(gòu)并繪制它。Deckbuild 也將顯示它正在啟動 Tonyplot 的情況，如信息為 Plotting .顯示在 tty 區(qū)的右下角。一旦Tonyplot 啟動，它會顯示一個 Welcome窗口，可通過選擇 OK 來確認，且模型結(jié)構(gòu)會顯示出來。1.3.4 使用使用 Tonyplot 進行繪圖進行繪圖 Tonyplot 顯示一摻雜的剖面材料結(jié)構(gòu)。盡管這只是二維的工藝模擬，到目前為止結(jié)構(gòu)仍然是完全平面的。Athena 模型器以一維模式自動運行來節(jié)省 CPU 時間,并直到結(jié)構(gòu)是

14、非平面的。 Tonyplot 繪圖如下圖: 1.3.5 修正繪圖的外觀修正繪圖的外觀為開始修正繪圖的外觀，需要選擇Plot下的Display: Display 窗口的顯示: 這個窗口包含各項控制圖的外觀的選項。包括 在滾動欄中有按名字排列的摻雜種類或所列的繪圖功能。為繪制一個種類/功能,簡單地從列表中選擇，Phosphorus族在最上面。 格點是否在圖上顯示. 是否在不同區(qū)域及材料之間的界面使用線和/或不同的顏色用于不同的區(qū)域圖形在數(shù)據(jù)點和/或有連接的數(shù)據(jù)點是否有符號顯示. 當(dāng)點擊Apply 按鈕后，在顯示窗中做的變化就反映在繪圖中。Reset 按鈕將對狀態(tài)進行重新設(shè)定控制。完成時可以使用Di

15、smiss按鈕來去除窗口。 1.3.6 縮放及在圖上進行平移縮放及在圖上進行平移圖上細小的區(qū)域可以通過縮放來進行檢察。使用 Tonyplot 可選擇一個矩形來進行。比如下面的圖形就放大顯示了氧化層中的摻雜濃度：在縮放了圖上的一個區(qū)域后，在窗口上的左上角顯示一個zoom/pan box。八個方向箭頭的任何一個都可以平移圖形。若要返回原來樣子，選擇鉆石樣的在方框中間的標(biāo)志即可。 1.3.7 打印圖形打印圖形點擊Print按鈕送一個硬拷貝直接到你的缺省打印機。你的 VWF 系統(tǒng)管理器可以告訴你在哪里打印。 1.4 使用使用 History 功能功能Deckbuild 的 history 功能強有力，

16、允許在交互模擬進行中改正進行中的變化而不必再次從草圖到模擬。這個工具允許輸入設(shè)計向后移動，可通過前面的一個模擬命令行及initializing 模擬器回到那一點。 在完成模擬后，狀態(tài)文件自動存到當(dāng)前工作目錄。有意義的模擬步驟是一些器件的結(jié)構(gòu)或摻雜濃度，比如,注入，刻蝕等的仿真。無意義的步驟是一些簡單地詢問模型器的信息，比如寫結(jié)構(gòu)文件或抽取參數(shù)。history 文件命名為.historynn.str，此處 nn是一個序號，并存貯為一個標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)文件。在 Athena 執(zhí)行時，你可能看到在ATHENA命令行上的 save 命令，如： struct outfile=.history09.str 只要自

17、創(chuàng)建歷史文件后命令行沒有添加，Deckbuild 將記住哪個文件與每一輸入設(shè)計行配合。 再次初始化模擬器到前面模擬的Well Drive步,雙擊或三次點擊 diffusion 行的Well Drive. 使其如下亮顯： 當(dāng)這行文本亮顯后，在左擊 Deckbuild 控制面板下的init 按鈕。這將重置模擬行位置為這一 Well Drive 擴散步的結(jié)束，允許你作一修改或變化下面及再模擬。改變 Well Drive 時間從 220 到 200，新的一行將如下： diffus time=200 temp=1200 nitro press=1 next按鈕應(yīng)該可以使用來模擬新的工藝流程。繼續(xù)這個練習(xí)

18、，將再次繼續(xù)仿真直到 gate oxidation 階段. 1.5 明確存貯狀態(tài)明確存貯狀態(tài)init按鈕允許直接移到設(shè)計中的前面某一行。要使用這個 re-initialization 特征,必須保存一個標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)文件在有興趣的行上，或者作為一個history file 或作為一個用戶定義標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)文件保存，在模擬過程中可以使用下面的命令： struct outfile=bpsg_dep.str(標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)文件應(yīng)使用.str 作為文件擴展名。) 比如在一個擴散或 Monte Carlo 模擬步驟，推薦使用struct 命令。當(dāng) history files 在模擬中保存時，允許自動再初始化后到一個特殊的

19、步驟，它們是瞬態(tài)的，且會失去或變的無效。依賴于 re-initialize 使用的機構(gòu): 1. 使用標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)文件。 2. 使用歷史文件。init 按鈕是不相同的。初始化一保存的標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)文件，保存結(jié)構(gòu)文件名應(yīng)該在文本編輯窗中選定 。比如，下面的圖形顯示文件vtadjust.str 就是在文本編輯窗中。 在此處選擇 init按鈕將導(dǎo)致模擬器被再次初始化到文件被存的此點。而且，在輸入文件中的當(dāng)前的執(zhí)行點，將被設(shè)定到選定的文件點的后面。此行 init infile=vtadjust.str 可以在 tty 區(qū)中看到, 是當(dāng) init 按鈕選定后的執(zhí)行命令。 使用歷史文件的 Re-initializat

20、ion 是在 History section 中. 使用明確用戶 Standard Structure file 保存功能，我們可以調(diào)查 Tonyplot 的允許在同一工藝流程中兩個不同的點的比較。1.6 創(chuàng)建用于比較的兩個結(jié)構(gòu)文件創(chuàng)建用于比較的兩個結(jié)構(gòu)文件1.6.1 存貯文件創(chuàng)建存貯文件創(chuàng)建在這部分中將使用 Tonyplot 創(chuàng)建兩個結(jié)構(gòu)文件用于比較。對于這個例子，調(diào)整注入工藝步驟前后的 Vt 結(jié)構(gòu)文件進行比較。我們將通過啟動輸入設(shè)計來開始。我們不必再次做設(shè)計的完全模擬到 gate oxidation 工藝步(在一個更為現(xiàn)實的模型中，可能花更長的一段時間),所以我們將在做修改之前，從 his

21、tory 到初始化到此點，就是 gate oxidation 之前。選擇下面的文本并按init來再次初始化到犧牲的氧化層帶處，如下所示： 現(xiàn)在我們處在修改輸入設(shè)計的位置是在此點之后。下面的兩條語句指明在 Vt 調(diào)整來注入的前后存貯兩個 Standard Structure files： struct outf=gateoxide.str struct outf=vtimplant.str 可以通過在正確的行上直接輸入到文本編輯窗中: 現(xiàn)在這次模擬可以繼續(xù)直到在 poly 沉積前的這行。這樣將模型兩個附加的行，從而在犧牲的氧化帶之后啟動。為了這樣做，選擇next 按鈕幾次直到下面一行： stru

22、ct outf=vtimplant.str 被執(zhí)行。 在此處，兩個 Standard Structure files 被存到你當(dāng)前的工作目錄，名字如下： gateoxide.str vtimplant.str 1.6.2文件交疊文件交疊兩個 structure files 存貯后，它們可以被加載到 Tonyplot 中并被交疊以進行比較。 Tonyplot 允許達 128 圖加載到一個進程。這些圖中的任何一個均可輕易的交疊。若加載文件到 Tonyplot,從File中下拉菜單中選擇Load Structure . 項。這將創(chuàng)建一個可能被加載的文件菜單: 如果一直跟著練習(xí)，兩個文件(gateox

23、ide.str and vtimplant.str) 應(yīng)該存在你的當(dāng)前目錄中，且顯示可能被加載進 Tonyplot 中文件中。顯示在 Tonyplot 屏中的每一個圖均可選擇。如果一個圖被選定，將會被一個的白色框圍繞，如下圖所示： 圖的選定及取消可通過點擊鼠標(biāo)的中間鍵來控制。在此階段，你會試圖選定及取消圖，作為一個簡單的練習(xí)。現(xiàn)在交疊兩個圖: 選定兩個圖。 然后選擇 Tonyplot 的View菜單下的Make overlay項. 在此之后，第三個交疊的圖會出現(xiàn)。 1.7 運行運行 MOS 工藝程序的第二部分工藝程序的第二部分在觀察完柵氧化步驟后,就可以仿真到輸入文件的最后一部分。工藝模擬的后

24、半部分將花費更多的 CPU 時間，在多晶硅刻蝕后結(jié)構(gòu)變?yōu)榉瞧矫鏁r。在工藝流程中 Athena 會自動的轉(zhuǎn)換到 2-D 模擬方式。這一次不再用 next 按鈕，我們用 stop 功能來使模擬到興趣點。 1.7.1 Stop At 功能功能stop定義了命令流中的一個位置，此處模擬器會停止。如果 run 按鈕或 cont 按鈕被選定，模擬器將執(zhí)行下去到 stop 點并等待。在 Deckbuild 文本編輯區(qū)，選定/亮顯幾個你想中斷的行的字符，在此處的輸入行中 aluminum 選定了。 從模擬器面板中選擇stop按鈕會在這行設(shè)定一個停止。stop: 行將在面板上顯示也會更新來表明相應(yīng)的行號。一個停

25、止點可通過clear按鈕清除。既然一個 stop 點已經(jīng)設(shè)定了，選擇cont按鈕。當(dāng)模擬器運行時你應(yīng)查看一下 Athena執(zhí)行的命令及產(chǎn)生的信息。 這將使得 Deckbuild 發(fā)送給 Athena 命令行來預(yù)設(shè) stop 點,之后在此步驟前暫停模擬。按 next 按鈕幾次以確保模擬器在定義了 stop 點后會直接包括金屬刻蝕步驟。在 poly 刻蝕點,結(jié)構(gòu)為非平面。注意模擬現(xiàn)在要做更多的工作，工藝顯著地變慢。這里的命令對工藝工程師而言更直接和直覺，下面的幾行做一些解釋: depo poly thick=0.2 divi=10 這個命令定義了沉積多晶硅為 0.2um 厚，且在此厚度中包括 10

26、 個格點層。 etch poly left p1.x=0.35 這個命令定義多晶硅在 X 方向上的位置，從這里被向左去除。這個命令還定義了晶體管一半的長度，將反映右側(cè)的軸來制備整個器件。 method fermi compress 這個命令打開了基本物理模型，用于氧化及擴散步驟。所有下面的步驟會使用這些模型。(這些模型對在任何情況下對 Athena 都是缺省的，且僅在本例中用于解釋。請見 Athena 參考手冊) 在 next 命令后，仿真到達所定義的點，并且 Deckbuild 窗看上去如下： 1.7.2 使用使用 Tonyplot 用于用于 2-D 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)從 Deckbuild 啟動 T

27、onyplot 使用當(dāng)前結(jié)構(gòu)。同一維結(jié)構(gòu)時一樣，如取消任何一個選定的文本，并且用 Tools 中的 Plot 項。一旦 Tonyplot 被激活，將缺省地顯示 2-D 的工藝模擬材料結(jié)構(gòu)。 Tonyplot 在二維結(jié)構(gòu)中有觀察雜質(zhì)濃度的方法： 雜質(zhì)或溶劑的二維輪廓線。這是在 Tonyplot 被激活時從一個二維結(jié)構(gòu)中缺省產(chǎn)生的。更詳細的資料可參見 contour plots. 雜質(zhì)或溶劑的一維的輪廓在結(jié)構(gòu)中沿一條線?？梢?cutline plots. 這個練習(xí)中，凈摻雜圖將首先被定義，之后在輪廓線上的一些輪廓線會被研究。1.7.3 使用使用 Tonyplot 來制備一輪廓圖來制備一輪廓圖 要創(chuàng)

28、建一輪廓圖，從 TonyplotPlot下拉菜單中選擇Display項。這個行為將激活 2-D 顯示控制彈出窗，如下所示： 在這個彈出窗中在按 ApplyApply 前選擇下列圖標(biāo): 確定繪圖范圍。為缺省使能。 用以不同著色繪制材料，這是缺省的。 顯示凈摻雜的輪廓。 繪制器件的結(jié).再次在圖標(biāo)上點擊鼠標(biāo)左鍵。在Define菜單中選擇Contours菜單，如下所示: 這將激活輪廓控制彈出窗，如下所示： 如上圖所示，輪廓將只顯示硅材料區(qū)域(在材料列表上選擇)且使用著色配置Rainbow 30來畫輪廓。在輪廓定義完成后，按Apply。 1.7.4 產(chǎn)生交互式圖例產(chǎn)生交互式圖例當(dāng)顯示了二維輪廓圖，可以通

29、過器件產(chǎn)生任何沿一條線的一維輪廓一個摻雜的數(shù)據(jù)。作為一個例子，我們通過 LDD 摻雜的磷看一下水平摻雜輪廓。若如此做，可從Tonyplot 中的Tools 下拉菜單中選擇Cutline項。這將創(chuàng)建圖例窗口，如下顯示： 從彈出的窗口中選擇垂直的選項，然后用鼠標(biāo)畫一垂直線到兩維的輪廓圖，如下所示： 這會形成第二個繪圖窗，來顯示一維摻雜輪廓。在 cutline 控制彈出窗中，選 Shift position.按鈕，之后點擊水平箭頭。這樣就形成了 cutline 圍繞輪廓圖被移動到感興趣的精確位置。Cutline 只會沿被選擇的輪廓圖移動。1.8 工藝參數(shù)的抽取工藝參數(shù)的抽取LDD MOS 晶體管的工

30、藝模擬，在此階段就完成了。在繼續(xù)進行器件模擬之前，使用Deckbuild 的extract 功能把一些工藝參數(shù)抽取出來了。因為extract 是VWF 的核心部分，在參數(shù)優(yōu)化及其它先進特征中均可找到。 器件參數(shù)的抽取包括在器件模擬的抽取部分。在繼續(xù)進行參數(shù)抽取前，需要想一下模擬的結(jié)構(gòu)，本例中參數(shù)有以下幾個: 1. source/drain 結(jié)深 2. 器件閾值電壓3. 方塊電阻4. 溝道表面的摻雜濃度1.8.1 源漏結(jié)深源漏結(jié)深本例中第一個抽取的參數(shù)是源漏結(jié)深。為正確抽取結(jié)深，需要下列信息: 指定名字給抽取參數(shù)。本例中為nxj. 要抽取的參數(shù)名字，本例中為結(jié)深，名字是xj. 包含結(jié)的材料。本例

31、中，材料是 Silicon。更復(fù)雜的模擬中，可能要創(chuàng)建不同材料的堆層結(jié)構(gòu)，每一個均包括結(jié)。 已經(jīng)說明我們對硅材料的結(jié)有興趣，我們，總之，必須說明我們對哪些堆層感興趣。對于此種結(jié)構(gòu)，只有一個硅層，且指定層發(fā)生數(shù)是可選的。. 結(jié)深 Xj 會從源/漏區(qū)體內(nèi)到區(qū)邊的 0 變化。為抽取正確的結(jié)黨值，必須使用在源/漏區(qū)體內(nèi)的一個點。本例中，使用在源/漏區(qū)內(nèi)距 0.1 um 遠?？梢陨蠄D看到，這個值會產(chǎn)生源/漏區(qū)的結(jié)深。 與堆材料的位置相似，在更復(fù)雜的結(jié)構(gòu)中，在材料層中可能超過一個結(jié)。比如，在 N襯底上的一個 P 阱中的一個n+ 源/漏區(qū), 在通過源漏區(qū)處，有兩個結(jié)。本結(jié)構(gòu)中，僅有一個結(jié)。指定結(jié)的數(shù)量或本例

32、中發(fā)生的是可選。 結(jié)深的抽取語句如下(在一行中): extract name=nxj xj silicon mat.occno=1 x.val=0.1 junc.occno=1 當(dāng)抽取執(zhí)行這條語句時，它顯示的計算結(jié)深值: nxj=0.0987025 um from top of first Silicon layer X.val=0.1 這個信息也寫入你當(dāng)前工作目錄的文件 results.final中。在模擬完成后，你可以通過簡單的打印results.final 文件來回顧一下抽取值。 1.8.2 器件閾值電壓器件閾值電壓在不嚴格的計算中，一維閾值電壓可以輕易地從定義的結(jié)構(gòu)中抽取。對于這個抽取

33、語句，我們需要說明： 指定抽取參數(shù)名為n1dvt:N 類型，一維閾值電壓。 參數(shù)名將被抽取。本例中閾值電壓，參數(shù)為1dvt。 器件類型，本例中為 n-type transistor. 偏壓(vb) 被設(shè)定為 0V. 捕獲電壓，Qss, 設(shè)定為 1e10. 對于閾值電壓，我們必須指定一個位于器件溝道內(nèi)的點。這里，在模擬器件的右手邊處的一點被選定。(x=0.49). 使用閾值電壓的抽取語句是： extract name=n1dvt 1dvt ntype vb=0.0 qss=1e10 x.val=0.49 語句產(chǎn)生一個結(jié)果 n1dvt=0.671481 V X.val=0.49 也保存在resul

34、ts.final文件中. 1.8.3 電導(dǎo)及偏壓曲線電導(dǎo)及偏壓曲線下一抽取例子是電導(dǎo)及偏壓曲線。本例更多地涉及了前面兩項，它要示兩條抽取語句：第一條是建立偏壓條件，第二條是抽取電導(dǎo)曲線。當(dāng)啟動抽取時，要求多條抽取語句，抽取系統(tǒng)必須告訴你沒有完成，而且更多的信息需要提供?？梢酝ㄟ^一個start, continue 和 done機構(gòu)取得：extract start .extract cont .extract cont .extract done . 按要求，一些extract cont語句需要使用，本例中，為 0。 多晶的電導(dǎo)是在一維線上通過柵經(jīng)電壓從 0 到 2V 進行抽取。第一個抽取語句定義

35、了多晶上的偏壓條件及抽取開始語句。我們必須在一行上選擇多晶硅柵材料， (x=0.45)且使用偏壓條件從 0 到 2V，階進為 0.2V: extract start material=Polysilicon mat.occno=1 bias=0.0 bias.step=0.2 bias.stop=2 x.val=0.45 注意在行末使用連續(xù)字符()，從而允許語句超過一行。 一旦偏壓條件被指定，電導(dǎo)曲線可以被抽取。不象前面兩個例子，只抽取一個單個的值，比如，結(jié)深，這里我們抽取一條值的曲線。指定抽取一條曲線的語法是 curve(x-axis, y-axis) 這里的 x-axis 指定所加的偏壓，

36、而 y-axis 是一維 n-type 電導(dǎo)，指定為 1dn.電導(dǎo)。然而我們必須通過指定材料來限制所使用的電導(dǎo)，本例中為硅。在一通常結(jié)構(gòu)中，可能超過一層的硅，使得我們的目的更明確。我們可以規(guī)定我們對材料硅的第一發(fā)生事件有興趣，且器件中硅的第一區(qū)域使用mat.occno=1 and region.occno=1. 我們希望抽取的曲線的規(guī)格是: curve(bias, 1dn.conduct material=Silicon mat.occno=1 region.occno=1) 注意，因為在這個結(jié)構(gòu)中僅有一個 Silicon 區(qū)，這可能被簡化為 curve(bias, 1dn.conduct m

37、aterial=Silicon) 在抽取一個值時，如 Vt, 抽取系統(tǒng)在 tty 區(qū)顯示了值，并登記值到文件中results.final,但是,在抽取一條曲線時，用戶必須指定曲線在哪里保存，并使用時，用戶必須指定曲線在哪里保存，并使用outfile=outfile=valuevalue 作為抽取作為抽取語句的一部分。語句的一部分。對于電導(dǎo)曲線，抽取曲線保存在文件extract.dat.最后的電導(dǎo)曲線抽取語句是: extract done name=sheet cond v bias curve(bias,1dn.conduct material=Silicon mat.occno=1 regi

38、on.occno=1) outfile=extract.dat 電導(dǎo)曲線通過選擇outfile 并激發(fā) Tonyplot 來繪制。 1.8.4 一些薄層電阻一些薄層電阻1. n+ 源源/漏薄層電阻漏薄層電阻n+ source/drain 的電阻抽取與結(jié)深的抽取語句相似： 指定名字給抽取參數(shù)。在本例中，參數(shù)命名為 n+ sheet rho. 要抽取的參數(shù)名字被指定。對于結(jié)深，我們用xj ，而薄片電阻用sheet.res. 包括 N+區(qū)的材料名字。此處是 Silicon. 要清楚我們有正確的材料層，我們可以指定材料的發(fā)生數(shù)及區(qū)的發(fā)生數(shù)。因為只有一個硅層在結(jié)構(gòu)中，這不需在本例中給出這個信息。然后，結(jié)

39、構(gòu)多時要求這個信息。 最后，我們必須告訴抽取系統(tǒng) n+ 區(qū)的位置，并給出位置點(這里我們?nèi)?x=0.05). 薄片電阻的抽取語句是: extract name=n+ sheet rho sheet.res material=Silicon mat.occno=1 x.val=0.05 region.occno=1 當(dāng)抽取執(zhí)行這條語句時，它將顯示所計算的薄片電阻的值: n+ sheet rho=39.9388 ohm/square X.val=0.05 這個信息也寫進你當(dāng)前工作目錄的文件results.final中。 2. LDD 在間隔層下的薄片電阻在間隔層下的薄片電阻為抽取氧化層下薄片電阻，

40、我們簡單地移動興趣點到間隔層下?？蓞⒖?structure simulated ，值 0.3 是合理的。我們命名抽取電阻為ldd sheet rho: extract name=ldd sheet rho sheet.res material=Silicon mat.occno=1 x.val=0.3 region.occno=1 抽取值在執(zhí)行后顯示為: ldd sheet rho=2771.32 ohm/square X.val=0.3 1.8.5 溝道表面摻雜濃度溝道表面摻雜濃度最后的抽取參數(shù)是溝道的凈摻雜表面雜質(zhì)濃度。在本例中，我們指定結(jié)深xj作為抽取目標(biāo)，而薄處電阻指定為 sheet.

41、res.對于表面濃度,我們必須指定surf.conc作為抽取目標(biāo)，但它也必須增加雜質(zhì)的名字: impurity=Net Doping. 另外，在溝道內(nèi)的一個點必須給定，位置為x.val=0.45.凈摻雜溝道表面濃度的全抽取語句是: extract name=chan surf conc surf.conc impurity=Net Doping material=Silicon mat.occno=1 x.val=0.45 抽取溝道表面濃度在執(zhí)行后顯示為: chan surf conc=2.78719e+16 atoms/cm3 X.val=0.45 這也寫進文件results.final中。

42、 1.9 器件模擬器件模擬在練習(xí)中的這個階段，LDD MOS 晶體管的過程模擬已經(jīng)完成了，現(xiàn)在可以移到器件模擬處。本例中一個簡單的 Id/Vgs 曲線，Vds 為 3.3V 的晶體管進行模擬。在模擬完成后，抽取相關(guān)的器件參數(shù) Vt,Beta 及 Theta。 1.9.1 器件模擬界面工藝器件模擬界面工藝按對稱考慮，工藝模擬是在器件的一半上。對于器件模擬整個器件需要簡單的右側(cè)結(jié)構(gòu)的反映，比如以柵為中心對稱的軸。對稱軸的探索是極普通的使用方法，可減少相應(yīng)的計算時間。考慮這些， Athena 提供了structure語句，用來構(gòu)建所使用的整個結(jié)構(gòu)。 在這個例子中，結(jié)構(gòu)必須是它的右手側(cè)： struct

43、ure mirror right 對于整個 MOS 器件,源,柵，漏及襯底電極可以使用電極語句定義，其中包括材料 Polysilicon 和 Aluminum： electrode name=gate x=0.5 y=0.1electrode name=source x=0.1electrode name=drain x=0.9electrode name=substrate backside 本例中把輸入文件保存為mos1ex02_0.str.如果你正在模擬結(jié)構(gòu)，同時閱讀練習(xí)，你應(yīng)該模擬，使用 Tonyplot 繪圖顯示應(yīng)如下所示： 最后自動界面語句是, go atlas 導(dǎo)致 Athena

44、 退出，而 Atlas 啟動 Athena 定義的最后的結(jié)構(gòu)文件。 1.9.2建立器件模擬建立器件模擬器件模擬的第一個任務(wù)是執(zhí)行通用的 Atlas 設(shè)立.在 LDD MOSFET 的例子中，這些設(shè)置是： 1. Atlas 使用的通用物理模擬的定義，本例中，通用模擬是: o使用通用目的的遷移率模型，包括濃度，溫度，并聯(lián)及反向的場關(guān)系。這個模型在 Atlas 中命名為cvt. o使用 SRH 復(fù)合模型 (srh). o只需要兩種載流子電子和空穴的解(numcarr=2). Atlas 有能力解達 6 種carriers. 除此之處，Deckbuild 的 tty 區(qū)的狀態(tài)信息的顯示是通過虛擬 ps

45、eudo-model 模型print使能的?？墒褂胢odels來選?。?models cvt srh print numcarr=2 2. 定義柵接觸到 n 型的多晶硅：contact name=gate n.poly. 這定義了與柵配合的功函數(shù)。 3. 定義 Silicon/Oxide 界面的固定電荷： interface qf=3e10 1.9.3 執(zhí)行器件模擬執(zhí)行器件模擬LDD MOSFET 現(xiàn)在準(zhǔn)備器件模擬。本例中，一個 Id/Vgs 曲線通過 0.1V 的 Vds 進行模擬。這個器件模擬開始是對漏使用 0.1V. 由于器件模擬的本質(zhì)，這必須從零偏壓狀態(tài)開始應(yīng)用。執(zhí)行的第一個模擬是漏極

46、偏壓從 0V 到 0.1V，每步為 0.025V 的一步。 注意：先執(zhí)行零偏壓是很重要的。 一旦漏極偏壓被應(yīng)用，Id/Vgs 曲線就可模擬了。在模擬中使用的模擬器語句同用于漏極偏壓的語句相似： solve vgate=0 vstep=0.25 vfinal=3.0 name=gate 但是，這條語句是同log 語句相連，保存模擬曲線文件到文件mos1ex02_1.log. 當(dāng)模擬執(zhí)行時，這個文件使用 TonyPlot 繪制。由 TonyPlot 顯示的圖如下所示： 1.9.4 抽取器件參數(shù)抽取器件參數(shù)從模擬中抽取的器件參數(shù)是 Vt, Beta 和 Theta. 這些參數(shù)抽取的語句看上去更讓人畏

47、懼，但是在使用 Atlas 時它們可以從 DeckBuild 的extract菜單是自動產(chǎn)生。對于更多的抽取方面的信息，可參考 Extract chapter in the VWF Interactive Tools manual. 這些語句將產(chǎn)生下列值： nvt=0.600884nbeta=0.000313849ntheta=0.116587 第二章第二章 電阻仿真及阻值抽取電阻仿真及阻值抽取Athena 是一個2-D工藝仿真器。軟件可以模擬制備微電子電路中的擴散，氧化，注入，刻蝕及沉積工藝。這個練習(xí)將向你展示如何從草圖開始創(chuàng)建一個相關(guān)工藝以及向你展示格點密度將怎樣影響你的仿真精度及速度性能

48、。本章將讓你通過硼(B)擴散到n型襯底制備一個二極管的來介紹Athena工藝仿真軟件。它也包括抽取薄片電阻及結(jié)深。網(wǎng)格的不同則有不同的仿真時間及精度。登錄到你的UNIX工作站輸入deckbuild an & 來啟動軟件，如圖2。圖2: 啟動軟件Deckbuild 應(yīng)如圖3所示。這是用來寫代碼控制你仿真的地方。 它是一個解釋器，不是一個編譯器。我們需要為仿真定義一個2-D空間。在本例中，它是一個10-micron乘10-micron 的矩形。圖 3: Deckbuild右擊Deckbuild上的command菜單。將顯示如圖4一個選擇窗口。右擊網(wǎng)格定義則一個彈出菜單將如圖5所示出來。圖4: 建立

49、2-D 網(wǎng)格圖 5: 設(shè)定左邊界點擊insert來輸入已經(jīng)選擇的點。你的彈出菜單應(yīng)如圖6所示：圖6:建立右邊界.在Location中輸入10 microns 并點擊insert如圖7. 圖7: 完成X方向長度設(shè)定為Y方向的網(wǎng)格重復(fù)同樣的過程如圖8,9,10：Figure 8: 設(shè)定上邊界.Figure 9: 設(shè)定下邊界.Figure 10: 完成Y方向設(shè)定。點擊圖10的write按鈕，就把數(shù)據(jù)寫入到athena中了。運行deck如圖11所示.Figure 11: 在運行的deck中完成mesh語句.現(xiàn)在我們需要初始化2-D網(wǎng)格到半導(dǎo)體類型和摻雜中。在本例中, 100 硅，每平方電阻為10 oh

50、ms.在命令的彈出菜單上右擊并選擇 mesh initialize.一個菜單如圖12顯示.如圖12來填充.Figure 12: 初始網(wǎng)格圖中所選內(nèi)容是硅片方向為(100),摻雜雜質(zhì)為磷，以電阻為主要的濃度考慮，阻值為 10 歐姆。維數(shù)為自動選擇，格點縮放因子為 1。點擊 write 進行寫入， 將看到所運行的 deck,如圖 13.Figure 13: 初始化運行deck.現(xiàn)在通過右擊File. Save保存你運行的deck, 填寫彈出菜單如圖14.回到deckbuil后，如圖15所示。點擊run. 你會遇到一個錯誤，說你超出了點的最大數(shù)目。即使仿真器可以處理這個點數(shù)，它也會用過長的時間來做仿

51、真。改變y 的spacing 為0.2, 并再次運行deck.此時將不會再有錯誤。Figure 14: 保存文件Figure 15:初始化運行deck.Figure 16:改變 y spacing 到 0.2.Figure 17: 初始化Deck的輸出文件.要抽取層的薄片電阻，Commands. Extract 則一個彈出菜單如圖18顯示出來。Figure 18: Extract Pop-up.如圖19一樣填空，之后點擊write來寫你運行的deck，如圖 20 .Figure 19: Extract Rs.抽取名字選Sheet resistance,名字選Rs,材料為硅，溫度為300K，抽取

52、的位置為X方向x=5處。點擊Write.Figure 20:運行deck 來抽取Sheet Resistance 在X位置5um.運行deck，輸出結(jié)果如圖21.Figure 21: Extraction Output.注意，理論上薄片電阻為層電阻被厚度除，所以本例中薄片電阻按手工計算應(yīng)為均勻的10000ohms , 而不是10497 ohms. 實際中四探針法僅可測量薄片電阻上達30 ohms/square.第三章第三章 擴散二極管仿真擴散二極管仿真2.1 硼擴散硼擴散要通過擴散來創(chuàng)建一個P+/n 二極管，找到Commands. Process. Diffuse 則一個彈出菜單如圖22所示。

53、如圖23一樣填空并點擊write。Figure 22: 擴散菜單.第一個階段為升溫階段，時間為13分鐘，溫度從900度到1100度，漫(ramped)形式。溫度速率可自動計算為153C/min。在氮氣條件下擴散。氣壓為1個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓。摻雜雜質(zhì)為硼，濃度為51021atom/cm3。Figure 23: 在氮氣下的 Ramp Diffusion第二個階段為恒定保持階段，進行恒定形式的硼擴散，溫度為1100度，時間為60分鐘，其它條件相同。如圖24所示。Figure 24: 60 分鐘 B 擴散第三個階段為降溫過程，溫度從1100度下降到900度。擴散形式為Ramped,時間為40分鐘。其它條件相

54、同。 如圖25所示。Figure 25: 漫下擴散(Ramp down Diffusion).最終寫到deck的語句如下：要為抽取所做擴散層的薄片電阻及結(jié)深，選擇Commands. Extract，如圖27填充表單，來進行電阻抽取。Figure 27: 抽取薄片電阻.圖28為結(jié)深表單。Figure 28: 抽取結(jié)深.運行的deck應(yīng)如圖29. Figure 29: 為擴散二極管運行deck.運行deck,輸出應(yīng)如圖30。Figure 30: 運行deck的擴散輸出.2.2 進行進行 mesh 的實驗的實驗可以在網(wǎng)格上設(shè)定較少的點，但這將犧牲精度。改變Y的spacing為2, 之后運行 deck

55、. 如圖31所示。注意結(jié)深及薄片電阻值在數(shù)目上有很大的不同。所以我們最好使用最小數(shù)量的格點來重新定義網(wǎng)格，直到我們接近使用0.2的Y間距時所獲的值。 Figure 31: 不嚴格的mesh.根據(jù)Table 1改變間距。Table 1顯示在擴散層RS和Xj連續(xù)運行的錯誤。因為這仍然是1-D仿真，當(dāng)mesh重新定義時，你可能不會注意到仿真時間的改變。我們可以看到一個網(wǎng)格間距0.25或者0.5 均可接受.Table 1: Refining Mesh.2.3 繪制雜質(zhì)摻雜輪廓曲線繪制雜質(zhì)摻雜輪廓曲線要保證在運行deck時沒有文本亮顯。點擊Tools. Plot 則如下顯示.Figure 32:摻雜輪廓

56、.2.4 查看抽取結(jié)果查看抽取結(jié)果可以通過運行的終端，并輸入more r*來查看所有的抽取結(jié)果?？扇鐖D33所示。Figure 33: 結(jié)果文件.第四章第四章 NMOSNMOS 電學(xué)特性仿真電學(xué)特性仿真一旦你創(chuàng)建了一個器件，你可以在Atlas中仿真其電學(xué)及光學(xué)特性。寫一個Atlas Deck是很難的，所以最好的方法是從例子中找到一個存在的仿真然后修改為你所想研究的器件。3.1 NMOS 例子加載例子加載我們將用一個NMOS 例子。要加載進來，首先保存你的擴散并進入main controlexamples中，如圖34。Main control Examples (Figure 34).Figure

57、 34:例子列表.然后點擊MOS 1，之后NMOS ID/VGS Threshold Voltage Extraction，窗口如圖35。Figure 35: MOS Example.在load example 上點擊并且示例在deckbuild中run deck應(yīng)如圖36 (Figure 36).Figure 36: Sample MOS Run Deck.閱讀run deck你會看到制備一個微摻雜溝道的0.5 micron NMOS晶體管所有的基本 步驟。點擊run. 注意在刻蝕poly之后的仿真命令顯著慢下來。這是因為現(xiàn)在的仿真是真正的2-D. 在約三分鐘后，一個2-D 橫斷面被繪制(如

58、圖 37).Figure 37:一個 2-D NMOS 的橫斷面3.2 Tonyplot 操作操作Figure 37的輸出顯示了摻雜輪廓圖.桔色區(qū)域比藍色區(qū)域更高摻雜。結(jié)可以通過紫色線來看，但在這張圖中很難看到。為查看可操作Tonyplot到Plot且左擊display。如圖38的一個彈出菜單出現(xiàn)了。Figure 38.: Plot Window不選Xj 及 profile 按鈕如圖39且點擊apply. 你的圖形如圖40。Figure 39:不選擇 Xj 和 Doping，profileFigure 40: 不選擇 Xj 和 Doping,profile 的結(jié)果如圖41，選擇 mesh 及 Xj 并點擊apply后圖形如圖42.注意在柵氧化區(qū)及溝道附近的結(jié)中網(wǎng)格怎樣才更細。Figure 41: 選擇 Mesh 和 Xj.Figure 42: 查看Mesh 和Xj.為查看溝道中的一個正在摻雜的輪廓在Tonyplot選Tools . Cutline in。如圖43的一個彈出菜單出現(xiàn)了。在MOSFET 中畫一個豎直線，你看到的結(jié)果如