半導體工藝及器件仿真軟件-Silvaco操作指南

...wd......wd......wd...第二篇半導體工藝及器件仿真軟件Silvaco操作指南主要介紹了半導體器件及工藝仿真軟件Silvaco的根本使用。書中通過例程引導學習工藝仿真模塊Athena和器件仿真模塊Atlas，通過這兩局部的學習可以使學習人員深入了解半導體物理的根本知識，半導體工藝的流程，以及晶體管原理的根本原理，設計過程，器件的特性。對于學習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251.1程序啟動251.2選擇一個應用程序例子261.3工藝模擬281.3.1運行一次模擬281.3.2漸進學習模擬281.3.3繪制構造281.3.4使用Tonyplot進展繪圖291.3.5修正繪圖的外觀291.3.6縮放及在圖上進展平移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)立用于比擬的兩個構造文件321.6.1存貯文件創(chuàng)立321.6.2文件交疊331.7運行MOS工藝程序的第二局部351.7.1`StopAt'功能351.7.2使用Tonyplot用于2-D構造361.7.3使用Tonyplot來制備一輪廓圖371.7.4產生交互式圖例381.8工藝參數的抽取391.8.1源漏結深401.8.2器件閾值電壓401.8.3電導及偏壓曲線401.8.4一些薄層電阻421.8.5溝道外表摻雜濃度421.9器件模擬441.9.1器件模擬界面工藝441.9.2建設器件模擬441.9.3執(zhí)行器件模擬451.9.4抽取器件參數45第二章電阻仿真及阻值抽取46第三章擴散二極管仿真562.1硼擴散562.2進展mesh的實驗612.3繪制雜質摻雜輪廓曲線622.4查看抽取結果63第四章NMOS電學特性仿真653.1NMOS例子加載653.2Tonyplot操作663.3查看電學仿真結果70第五章工藝流程的橫斷面觀察734.1初始化襯底734.2氧化層屏蔽734.3NWELL注入744.4PWELL注入744.5場氧化層生長754.6阱推進76第一章Silvaco軟件介紹本章將介紹下面兩個VWF〔虛擬wafer制備〕交互工具的根本使用：Deckbuild：VWF運行時控制應用程序。這是唯一一個從系統(tǒng)命令行由用戶啟動的程序。Tonyplot：VWF可視化應用程序。VWF交互工具還包括幅員到工藝的界面程序MaskViews,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。但本章不介紹這局部內容。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的通用及標準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應用及SmartSpice電路仿真。本章將學習：使用Athena進展一個簡單LDDMOS器件仿真和相關參數的抽取(如柵氧化層厚)。2.使用Atlas進展LDDMOS器件仿真，產生一個Id/Vgs曲線并從這條曲線中進展器件參數Vt,Beta和Theta的抽取。1.1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一樣):Deckbuild程序窗口組成如下：上面的文本窗口區(qū)用來保持仿真器的輸入。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品。之后跟隨Athena提示符。ATHENA>在窗口上部是軟件控制菜單的集合。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)立一個設計，可以從草圖創(chuàng)立，或者選擇一個應用例子進展修改。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。這個練習使用其中之一。當Deckbuild啟動后，examplesmenu會被激活。在Deckbuild的`MainControl'菜單有一個選擇項稱為`Examples...'如下顯示:可移動鼠標到`MainControl'上，按下鼠標右鍵。在按下鼠標右鍵時，maincontrol菜單顯示出來。當鼠標右鍵按下后，移動光標選擇`Examples...'菜單項選擇項。然后，放開鼠標。幾秒鐘內例子目錄的窗口就會顯示出來，如以以下圖。這個練習使用例子中的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'.你可以通過鼠標或使用`SubSection'菜單項選擇擇它。描述這個例子的文本會顯示出來，應該花幾分鐘來閱讀例子文檔。點擊`LoadExample'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前工作目錄。1.3工藝模擬這個練習主要進展一個LDDMOS晶體管的仿真。主要有以下練習：運行一次模擬創(chuàng)立兩個構造文件用于比擬運行MOS工藝模擬的前半局部產生交互式圖例抽取一些工藝參數1.3.1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。控制按鈕如下所示：通過使用這個控制面板，可以使用以下方法來運行模擬:next:`Stepatatime',交互式模擬控制stop:運行到一個stop點,(參考以后的練習。run:使用控制面板中的Run來運行整個輸入的設計(deck).1.3.2漸進學習模擬開場時，LDDMOS器件將一步一步地仿真。這樣允許在進展時可以有交互式檢查?？梢允褂胔istory機構，向后跟蹤改正設計中的錯誤。在最初的仿真輸入設計時，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，且在設計中會更早地檢測到錯誤，也是輸入設計程序所推薦的。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計行到當前運行的模擬器。在下面的tyy的Deckbuild區(qū)的模擬器提示符上顯示了輸入的設計行。在文本編輯區(qū)的光標從上一行向下移動，而且在控制面板上顯示的當前行數會更新(標志是`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，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gateoxidationstep(line47)。gateoxidationstep已經簡化為一個單獨的擴散步，之后緊跟一個參數抽取行來抽取氧化層厚度:extractname="gateox"thicknessoxidemat.occno=1x.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種特性。extract語句確定了柵氧化層厚度。本練習中后面會有高級的抽取工具的例子，其特征會詳細解釋。進展仿真直到gateoxidethickness抽取行通過(line50).1.3.3繪制構造當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位置的選定。光標符號顯示為一個單獨的三角形。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，并在讀它時產生錯誤信息。為了運行Tonyplot,使用Deckbuild中的`Tools'下拉菜單下的`Plot'項中的`PlotStructure'。這將導致Deckbuild啟動Tonyplot,加載當前模擬的構造并繪制它。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，且模型構造會顯示出來。1.3.4使用Tonyplot進展繪圖Tonyplot顯示一摻雜的剖面材料構造。盡管這只是二維的工藝模擬，到目前為止構造仍然是完全平面的。Athena模型器以一維模式自動運行來節(jié)省CPU時間,并直到構造是非平面的。Tonyplot繪圖如以以下圖:1.3.5修正繪圖的外觀為開場修正繪圖的外觀，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)域圖形在數據點和/或有連接的數據點是否有符號顯示.當點擊`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)進展重新設定控制。完成時可以使用`Dismiss'按鈕來去除窗口。1.3.6縮放及在圖上進展平移圖上細小的區(qū)域可以通過縮放來進展檢察。使用Tonyplot可選擇一個矩形來進展。比方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/panbox。八個方向箭頭的任何一個都可以平移圖形。假設要返回原來樣子，選擇鉆石樣的在方框中間的標志即可。1.3.7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History功能Deckbuild的history功能強有力，允許在交互模擬進展中改正進展中的變化而不必再次從草圖到模擬。這個工具允許輸入設計向后移動，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)文件自動存到當前工作目錄。有意義的模擬步驟是一些器件的構造或摻雜濃度，比方,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，比方寫構造文件或抽取參數。history文件命名為`.historynn.str'，此處nn是一個序號，并存貯為一個標準構造文件。在Athena執(zhí)行時，你可能看到在ATHENA>命令行上的save命令，如：structoutfile=.history09.str只要自創(chuàng)立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計行配合。再次初始化模擬器到前面模擬的`WellDrive'步,雙擊或三次點擊diffusion行的`WellDrive'.使其如下亮顯：當這行文本亮顯后，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WellDrive擴散步的完畢，允許你作一修改或變化下面及再模擬。改變WellDrive時間從220到200，新的一行將如下：diffustime=200temp=1200nitropress=1`next'按鈕應該可以使用來模擬新的工藝流程。繼續(xù)這個練習，將再次繼續(xù)仿真直到gateoxidation階段.1.5明確存貯狀態(tài)`init'按鈕允許直接移到設計中的前面某一行。要使用這個re-initialization特征,必須保存一個標準構造文件在有興趣的行上，或者作為一個historyfile或作為一個用戶定義標準構造文件保存，在模擬過程中可以使用下面的命令：structoutfile=bpsg_dep.str(標準構造文件應使用`.str'作為文件擴展名。)比方在一個擴散或MonteCarlo模擬步驟，推薦使用struct命令。當historyfiles在模擬中保存時，允許自動再初始化后到一個特殊的步驟，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:使用標準構造文件。使用歷史文件。`init'按鈕是不一樣的。初始化一保存的標準構造文件，保存構造文件名應該在文本編輯窗中選定。比方，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，在輸入文件中的當前的執(zhí)行點，將被設定到選定的文件點的后面。此行initinfile=vtadjust.str可以在tty區(qū)中看到,是當init按鈕選定后的執(zhí)行命令。使用歷史文件的Re-initialization是在Historysection中.使用明確用戶StandardStructurefile保存功能，我們可以調查Tonyplot的允許在同一工藝流程中兩個不同的點的比擬。1.6創(chuàng)立用于比擬的兩個構造文件1.6.1存貯文件創(chuàng)立在這局部中將使用Tonyplot創(chuàng)立兩個構造文件用于比擬。對于這個例子，調整注入工藝步驟前后的Vt構造文件進展比擬。我們將通過啟動輸入設計來開場。我們不必再次做設計的完全模擬到gateoxidation工藝步(在一個更為現實的模型中，可能花更長的一段時間),所以我們將在做修改之前，從history到初始化到此點，就是gateoxidation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：現在我們處在修改輸入設計的位置是在此點之后。下面的兩條語句指明在Vt調整來注入的前后存貯兩個StandardStructurefiles：structoutf=gateoxide.strstructoutf=vtimplant.str可以通過在正確的行上直接輸入到文本編輯窗中:現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：structoutf=vtimplant.str被執(zhí)行。在此處，兩個StandardStructurefiles被存到你當前的工作目錄，名字如下：gateoxide.strvtimplant.str1.6.2文件交疊兩個structurefiles存貯后，它們可以被加載到Tonyplot中并被交疊以進展比擬。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。假設加載文件到Tonyplot,從`File'中下拉菜單中選擇`LoadStructure...'項。這將創(chuàng)立一個可能被加載的文件菜單:如果一直跟著練習，兩個文件(gateoxide.strandvtimplant.str)應該存在你的當前目錄中，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，如以以下圖所示：圖的選定及取消可通過點擊鼠標的中間鍵來控制。在此階段，你會試圖選定及取消圖，作為一個簡單的練習。現在交疊兩個圖:選定兩個圖。然后選擇Tonyplot的`View'菜單下的`Makeoverlay'項.在此之后，第三個交疊的圖會出現。1.7運行MOS工藝程序的第二局部在觀察完柵氧化步驟后,就可以仿真到輸入文件的最后一局部。工藝模擬的后半局部將花費更多的CPU時間，在多晶硅刻蝕后構造變?yōu)榉瞧矫鏁r。在工藝流程中Athena會自動的轉換到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`StopAt'功能stop定義了命令流中的一個位置，此處模擬器會停頓。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'按鈕會在這行設定一個停頓。`stop:'行將在面板上顯示也會更新來說明相應的行號。一個停頓點可通過`clear'按鈕去除。既然一個stop點已經設定了，選擇`cont'按鈕。當模擬器運行時你應查看一下Athena執(zhí)行的命令及產生的信息。這將使得Deckbuild發(fā)送給Athena命令行來預設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,構造為非平面。注意模擬現在要做更多的工作，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:depopolythick=0.2divi=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個格點層。etchpolyleftp1.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，將反映右側的軸來制備整個器件。methodfermicompress這個命令翻開了根本物理模型，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Tonyplot用于2-D構造從Deckbuild啟動Tonyplot使用當前構造。同一維構造時一樣，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的工藝模擬材料構造。Tonyplot在二維構造中有觀察雜質濃度的方法：雜質或溶劑的二維輪廓線。這是在Tonyplot被激活時從一個二維構造中缺省產生的。更詳細的資料可參見contourplots.雜質或溶劑的一維的輪廓在構造中沿一條線?？梢奵utlineplots.這個練習中，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Tonyplot來制備一輪廓圖要創(chuàng)立一輪廓圖，從Tonyplot`Plot'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Apply前選擇以以下圖標: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.再次在圖標上點擊鼠標左鍵。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`Rainbow30'來畫輪廓。在輪廓定義完成后，按`Apply'。1.7.4產生交互式圖例當顯示了二維輪廓圖，可以通過器件產生任何沿一條線的一維輪廓一個摻雜的數據。作為一個例子，我們通過LDD摻雜的磷看一下水平摻雜輪廓。假設如此做，可從Tonyplot中的Tools下拉菜單中選擇`Cutline'項。這將創(chuàng)立圖例窗口，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`Shiftposition...'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準確位置。Cutline只會沿被選擇的輪廓圖移動。1.8工藝參數的抽取LDDMOS晶體管的工藝模擬，在此階段就完成了。在繼續(xù)進展器件模擬之前，使用Deckbuild的extract功能把一些工藝參數抽取出來了。因為extract是VWF的核心局部，在參數優(yōu)化及其它先進特征中均可找到。器件參數的抽取包括在器件模擬的抽取局部。在繼續(xù)進展參數抽取前，需要想一下模擬的構造，本例中參數有以下幾個:source/drain結深器件閾值電壓方塊電阻溝道外表的摻雜濃度1.8.1源漏結深本例中第一個抽取的參數是源漏結深。為正確抽取結深，需要以下信息:指定名字給抽取參數。本例中為`nxj'.要抽取的參數名字，本例中為結深，名字是`xj'.包含結的材料。本例中，材料是Silicon。更復雜的模擬中，可能要創(chuàng)立不同材料的堆層構造，每一個均包括結。已經說明我們對硅材料的結有興趣，我們，總之，必須說明我們對哪些堆層感興趣。對于此種構造，只有一個硅層，且指定層發(fā)生數是可選的。.結深Xj會從源/漏區(qū)體內到區(qū)邊的0變化。為抽取正確的結黨值，必須使用在源/漏區(qū)體內的一個點。本例中，使用在源/漏區(qū)內距0.1um遠?？梢陨蠄D看到，這個值會產生源/漏區(qū)的結深。與堆材料的位置相似，在更復雜的構造中，在材料層中可能超過一個結。比方，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。本構造中，僅有一個結。指定結的數量或本例中發(fā)生的是可選。結深的抽取語句如下(在一行中):extractname="nxj"xjsiliconmat.occno=1x.val=0.1junc.occno=1當抽取執(zhí)行這條語句時，它顯示的計算結深值:nxj=0.0987025umfromtopoffirstSiliconlayerX.val=0.1這個信息也寫入你當前工作目錄的文件`results.final'中。在模擬完成后，你可以通過簡單的打印`results.final文件來回憶一下抽取值。1.8.2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構造中抽取。對于這個抽取語句，我們需要說明：指定抽取參數名為`n1dvt':N類型，一維閾值電壓。參數名將被抽取。本例中閾值電壓，參數為`1dvt'。器件類型，本例中為n-typetransistor.偏壓(`vb')被設定為0V.捕獲電壓，Qss,設定為1e10.對于閾值電壓，我們必須指定一個位于器件溝道內的點。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：extractname="n1dvt"1dvtntypevb=0.0qss=1e10x.val=0.49語句產生一個結果n1dvt=0.671481VX.val=0.49也保存在`results.final'文件中.1.8.3電導及偏壓曲線下一抽取例子是電導及偏壓曲線。本例更多地涉及了前面兩項，它要示兩條抽取語句：第一條是建設偏壓條件，第二條是抽取電導曲線。當啟動抽取時，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。可以通過一個start,continue和done機構取得：extractstart...extractcont...extractcont...extractdone...按要求，一些`extractcont'語句需要使用，本例中，為0。多晶的電導是在一維線上通過柵經電壓從0到2V進展抽取。第一個抽取語句定義了多晶上的偏壓條件及抽取開場語句。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:extractstartmaterial="Polysilicon"mat.occno=1\bias=0.0bias.step=0.2bias.stop=2x.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，比方，結深，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，而y-axis是一維n-type電導，指定為1dn.電導。然而我們必須通過指定材料來限制所使用的電導，本例中為硅。在一通常構造中，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=1and`region.occno=1'.我們希望抽取的曲線的規(guī)格是:curve(bias,1dn.conductmaterial="Silicon"mat.occno=1region.occno=1)注意，因為在這個構造中僅有一個Silicon區(qū)，這可能被簡化為curve(bias,1dn.conductmaterial="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`outfile=value'作為抽取語句的一局部。對于電導曲線，抽取曲線保存在文件`extract.dat'.最后的電導曲線抽取語句是:extractdonename="sheetcondvbias"curve(bias,1dn.conductmaterial="Silicon"mat.occno=1region.occno=1)outfile="extract.dat"電導曲線通過選擇`outfile'并激發(fā)Tonyplot來繪制。1.8.4一些薄層電阻1.n++源/漏薄層電阻n++source/drain的電阻抽取與結深的抽取語句相似：指定名字給抽取參數。在本例中，參數命名為`n++sheetrho'.要抽取的參數名字被指定。對于結深，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)生數及區(qū)的發(fā)生數。因為只有一個硅層在構造中，這不需在本例中給出這個信息。然后，構造多時要求這個信息。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(這里我們取x=0.05).薄片電阻的抽取語句是:extractname="n++sheetrho"sheet.resmaterial="Silicon"mat.occno=1x.val=0.05region.occno=1當抽取執(zhí)行這條語句時，它將顯示所計算的薄片電阻的值:n++sheetrho=39.9388ohm/squareX.val=0.05這個信息也寫進你當前工作目錄的文件`results.final'中。2.LDD在間隔層下的薄片電阻為抽取氧化層下薄片電阻，我們簡單地移動興趣點到間隔層下?？蓞⒖約tructuresimulated，值0.3是合理的。我們命名抽取電阻為`lddsheetrho':extractname="lddsheetrho"sheet.resmaterial="Silicon"mat.occno=1x.val=0.3region.occno=1抽取值在執(zhí)行后顯示為:lddsheetrho=2771.32ohm/squareX.val=溝道外表摻雜濃度最后的抽取參數是溝道的凈摻雜外表雜質濃度。在本例中，我們指定結深`xj'作為抽取目標，而薄處電阻指定為`sheet.res'.對于外表濃度,我們必須指定`surf.conc'作為抽取目標，但它也必須增加雜質的名字:`impurity="NetDoping"'.另外，在溝道內的一個點必須給定，位置為`x.val=0.45'.凈摻雜溝道外表濃度的全抽取語句是:extractname="chansurfconc"surf.concimpurity="NetDoping"material="Silicon"mat.occno=1x.val=0.45抽取溝道外表濃度在執(zhí)行后顯示為:chansurfconc=2.78719e+16atoms/cm3X.val=0.45這也寫進文件`results.final'中。1.9器件模擬在練習中的這個階段，LDDMOS晶體管的過程模擬已經完成了，現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的晶體管進展模擬。在模擬完成后，抽取相關的器件參數Vt,Beta及Theta。1.9.1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構造的反映，比方以柵為中心對稱的軸。對稱軸的探索是極普通的使用方法，可減少相應的計算時間?？紤]這些，Athena提供了`structure'語句，用來構建所使用的整個構造。在這個例子中，構造必須是它的右手側：structuremirrorright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：electrodename=gatex=0.5y=0.1electrodename=sourcex=0.1electrodename=drainx=0.9electrodename=substratebackside本例中把輸入文件保存為`mos1ex02_0.str'.如果你正在模擬構造，同時閱讀練習，你應該模擬，使用Tonyplot繪圖顯示應如下所示：最后自動界面語句是,goatlas導致Athena退出，而Atlas啟動Athena定義的最后的構造文件。1.9.2建設器件模擬器件模擬的第一個任務是執(zhí)行通用的Atlas設立.在LDDMOSFET的例子中，這些設置是：Atlas使用的通用物理模擬的定義，本例中，通用模擬是:使用通用目的的遷移率模型，包括濃度，溫度，并聯(lián)及反向的場關系。這個模型在Atlas中命名為`cvt'.使用SRH復合模型(`srh').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pseudo-model模型`print'使能的?？墒褂胉models'來選取：`modelscvtsrhprintnumcarr=2'定義柵接觸到n型的多晶硅：`contactname=gaten.poly'.這定義了與柵配合的功函數。定義Silicon/Oxide界面的固定電荷：`interfaceqf=3e10'1.9.3執(zhí)行器件模擬LDDMOSFET現在準備器件模擬。本例中，一個Id/Vgs曲線通過0.1V的Vds進展模擬。這個器件模擬開場是對漏使用0.1V.由于器件模擬的本質，這必須從零偏壓狀態(tài)開場應用。執(zhí)行的第一個模擬是漏極偏壓從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：solvevgate=0vstep=0.25vfinal=3.0name=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抽取器件參數從模擬中抽取的器件參數是Vt,Beta和Theta.這些參數抽取的語句看上去更讓人畏懼，但是在使用Atlas時它們可以從DeckBuild的`extract'菜單是自動產生。對于更多的抽取方面的信息，可參考ExtractchapterintheVWFInteractiveToolsmanual.這些語句將產生以下值：nvt=0.600884nbeta=0.000313849ntheta=0.116587第二章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。這個練習將向你展示如何從草圖開場創(chuàng)立一個相關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。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深。網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。右擊網格定義則一個彈出菜單將如圖5所示出來。圖4:建設2-D網格圖5:設定左邊界點擊insert來輸入已經選擇的點。你的彈出菜單應如圖6所示：圖6:建設右邊界.在Location中輸入10microns并點擊insert如圖7.圖7:完成X方向長度設定為Y方向的網格重復同樣的過程如圖8,9,10：Figure8:設定上邊界.Figure9:設定下邊界.Figure10:完成Y方向設定。點擊圖10的write按鈕，就把數據寫入到athena中了。運行deck如圖11所示.Figure11:在運行的deck中完成mesh語句.現在我們需要初始化2-D網格到半導體類型和摻雜中。在本例中,[100]硅，每平方電阻為10ohms.在命令的彈出菜單上右擊并選擇meshinitialize.一個菜單如圖12顯示.如圖12來填充.Figure12:初始網格圖中所選內容是硅片方向為(100),摻雜雜質為磷，以電阻為主要的濃度考慮，阻值為10歐姆。維數為自動選擇，格點縮放因子為1。點擊write進展寫入，將看到所運行的deck,如圖13.Figure13:初始化運行deck.現在通過右擊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目。即使仿真器可以處理這個點數，它也會用過長的時間來做仿真。改變y的spacing為0.2,并再次運行deck.此時將不會再有錯誤。Figure14:保存文件Figure15:初始化運行deck.Figure16:改變yspacing到0.2.Figure17: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。Figure18:ExtractPop-up.如圖19一樣填空，之后點擊write來寫你運行的deck，如圖20.Figure19:ExtractRs.抽取名字選Sheetresistance,名字選Rs,材料為硅，溫度為300K，抽取的位置為X方向x=5處。點擊Write.Figure20:運行deck來抽取SheetResistance在X位置5um.運行deck，輸出結果如圖21.Figure21:ExtractionOutput.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為均勻的10000ohms,而不是10497ohms.實際中四探針法僅可測量薄片電阻上達30ohms/square.第三章擴散二極管仿真2.1硼擴散要通過擴散來創(chuàng)立一個P+/n二極管，找到Commands...ProcessDiffuse則一個彈出菜單如圖22所示。如圖23一樣填空并點擊write。Figure22: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個標準大氣壓。摻雜雜質為硼，濃度為5Χ1021atom/cm3。Figure23:在氮氣下的RampDiffusion第二個階段為恒定保持階段，進展恒定形式的硼擴散，溫度為1100度，時間為60分鐘，其它條件一樣。如圖24所示。Figure24:60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。其它條件一樣。如圖25所示。Figure25:漫下擴散(RampdownDiffusion).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深，選擇Commands..Extract，如圖27填充表單，來進展電阻抽取。Figure27:抽取薄片電阻.圖28為結深表單。Figure28:抽取結深.運行的deck應如圖29.Figure29:為擴散二極管運行deck.運行deck,輸出應如圖30。Figure30:運行deck的擴散輸出.2.2進展mesh的實驗可以在網格上設定較少的點，但這將犧牲精度。改變Y的spacing為2,之后運行deck.如圖31所示。注意結深及薄片電阻值在數目上有很大的不同。所以我們最好使用最小數量的格點來重新定義網格，直到我們接近使用0.2的Y間距時所獲的值。Figure31:不嚴格的mesh.根據Table1改變間距。Table1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格間距0.25或者0.5均可承受.Table1:RefiningMesh.2.3繪制雜質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.Figure32:摻雜輪廓.2.4查看抽取結果可以通過運行的終端，并輸入morer*來查看所有的抽取結果?？扇鐖D33所示。Figure33:結果文件.第四章NMOS電學特性仿真一旦你創(chuàng)立了一個器件，你可以在Atlas中仿真其電學及光學特性。寫一個AtlasDeck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。3.1NMOS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maincontrol…examples中，如圖34。MaincontrolExamples(Figure34).Figure34:例子列表.然后點擊MOS1，之后NMOSID/VGSThresholdVoltageExtraction，窗口如圖35。Figure35:MOSExample.在loadexample上點擊并且例如在deckbuild中rundeck應如圖36(Figure36).Figure36:SampleMOSRunDeck.閱讀rundeck你會看到制備一個微摻雜溝道的0.5micronNMOS晶體管所有的根本步驟。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(如圖37).Figure37:一個2-DNMOS的橫斷面3.2Tonyplot操作Figure37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了。Figure38.:PlotWindow不選Xj及profile按鈕如圖39且點擊apply.你的圖形如圖40。Figure39:不選擇Xj和Doping，profileFigure40:不選擇Xj和Doping,profile的結果如圖41，選擇mesh及Xj并點擊apply后圖形如圖42.注意在柵氧化區(qū)及溝道附近的結中網格怎樣才更細。Figure41:選擇Mesh和Xj.Figure42: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...Cutlinein。如圖43的一個彈出菜單出現了。在MOSFET中畫一個