第2章-工艺仿真工具TSUPREM-4及器件仿真工具MEDICI.ppt

第2章工艺仿真工具TSUPREM 4及器件仿真工具MEDICI TSUPREM4简介 仿真杂质在垂直于硅晶圆表面的二维器件横截面中的注入和再分布 输出信息包括 结构中不同材料层的边界 每层中杂质的分布 由氧化 热循环 薄膜淀积产生的应力等等 可处理的工艺步骤有 离子注入 惰性环境杂质再分布 硅和多晶硅氧化物和硅化物生成 外延生长 不同材料的低温淀积和刻蚀等 提供的材料有单晶硅 多晶硅 二氧化硅 氮化硅 氮氧化硅 钛 硅化钛 钨 硅化钨 光刻胶 铝 以及用户自定义的材料 主要定义材料的功函数 可用的杂质类型包括硼 磷 砷 锑等 2020 4 21 2 145 浙大微电子 TSUPREM4简介 2020 4 21 3 145 浙大微电子 2020 4 21 4 145 本章内容工艺仿真工具TSUPREM 4的模型介绍TSUPREM 4基本命令介绍双极晶体管结构的一维仿真示例器件仿真工具MEDICI简介MEDICI实例1 NLDMOS器件仿真MEDICI实例2 NPN三极管仿真 浙大微电子 2020 4 21 5 145 本章内容工艺仿真工具TSUPREM 4的模型介绍TSUPREM 4基本命令介绍双极晶体管结构的一维仿真示例器件仿真工具MEDICI简介MEDICI实例1 NLDMOS器件仿真MEDICI实例2 NPN三极管仿真 浙大微电子 2020 4 21 6 145 TSUPREM 4提供的模型扩散模型离子注入模型氧化模型刻蚀模型其他工艺模型 浙大微电子 2020 4 21 7 145 扩散模型扩散语句可以对温度 环境气体 扩散时间和气压等参数分别定义 它更深入和全面地考虑了点缺陷 空位和间隙 氧化剂 气压以及杂质之间的互相作用力对扩散的影响 扩散表达式如下 浙大微电子 2020 4 21 8 145 上式中 n为结构中的节点数 m为每节点中的扩散物 杂质或点缺陷 数 Cij为节点 i j 的浓度 Cij为Cij的估计误差 REL ERR和ABS ERR为每一个扩散物的相对误差和绝对误差 浙大微电子 2020 4 21 9 145 离子注入模型解析离子注入模型表达式 蒙特卡罗离子注入模型包含计算晶体硅的模型以及针对硅和材料的无定形模型 模拟注入时晶体硅向无定形硅的转变 包括反射离子对注入分布的影响 注入时所产生的损伤 空位和间隙类 和硅衬底的损伤自退火等 浙大微电子 氧化模型选择ERFC ERF1 ERF2 ERFGERFC最简单 仿真速度最快 适用于掺杂对氧化速率的影响可忽略的情况 在结构表面平整或近似平整的条件下也可用于局部氧化 ERF1 ERF2是ERFG的子集 ERFG模型适用于在氮化物覆盖下的硅表面生长氧化层 氮化物层厚度与衬底表面氧化层厚度相比较 如果氮化物层厚度较小 则选择ERF1模型 相反 则选择ERF2模型 2020 4 21 10 80 浙大微电子 VERTICAL COMPRESS VISCOELA VISCOUSVERTICAL模型适用于局部氧化及结构表面平整的氧化 不能用在沟道 多晶硅氧化 COMPRESS把粘性流动及结构表面晶向变化的因素考虑在内 但不考虑应力的影响 VISCOELA用了与COMPRESS相同的弹性系数 与VISCOUS模型相同的粘性系数与应力相关参数 能计算应力的粗略值 VISCOUS能够精确地计算应力 但仿真速度很慢 结构平整氧化步骤少对氧化层形状没有精确的要求 2020 4 21 11 145 浙大微电子 刻蚀模型 四种刻蚀模型 TRAPEZOI ISOTROPI OLD DRY ALLTRAPEZOI是默认的模型 刻蚀掉梯形区域 OLD DRY模型已被TRAPEZOI所取代 ISOTROPI是各向同性刻蚀 刻掉THICKNESS范围内任意方向的材料 如 侧墙上的氧化层也可以刻掉 ALL模型会刻蚀掉所有水平方向上所定义的材料 不能刻掉垂直方向上的侧墙 2020 4 21 12 145 浙大微电子 2020 4 21 13 145 本章内容工艺仿真工具TSUPREM 4的模型介绍TSUPREM 4基本命令介绍双极晶体管结构的一维仿真示例器件仿真工具MEDICI简介MEDICI实例1 NLDMOS器件仿真MEDICI实例2 NPN三极管仿真 浙大微电子 2020 4 21 14 145 TSUPREM 4基本命令介绍符号及变量说明命令类型常用命令的基本格式与用法 浙大微电子 2020 4 21 15 145 TSUPREM 4基本命令介绍符号及变量说明命令类型常用命令的基本格式与用法 浙大微电子 2020 4 21 16 145 1 用于变量分组 中的变量是一组 中的变量可以用 进一步分组 中的变量还可以通过 再进行分组 2 用 符号隔开的参量表示一定要在这些参量中选择一个 3 用 符号隔开的参量表示这些参量是同一个语句中的关键字 4 变量类型有3种 数字变量 字符变量和逻辑变量 表示数字变量的取值 表示字符变量的取值 后面不跟的是逻辑变量 5 在不与其他参量混淆的前提下 参量可以缩写 如X VALUE可以缩写为X VAL甚至X V 6 默认长度单位为 m 时间单位为min 浙大微电子 2020 4 21 17 145 TSUPREM 4基本命令介绍符号及变量说明命令类型常用命令的基本格式与用法 浙大微电子 命令类型 1 文件与控制命令 2 定义器件结构的命令 3 工艺步骤命令 TSUPREM 4的核心 4 输出命令 5 模型与系数控制命令 2020 4 21 18 145 浙大微电子 2020 4 21 19 145 TSUPREM 4基本命令介绍符号及变量说明命令类型常用命令的基本格式与用法 浙大微电子 COMMENT 用于注释 若注释有多行 行末要加 符号 为方便起见 用 符号代替 例1 COMMENTthisisashortcomment或 thisisashortcomment 2020 4 21 20 145 浙大微电子 SOURCE plot 2dscaley max 5y min 5colorsiliconcolor 6colorpolysilicolor 7coloroxidecolor 8coloraluminumcolor 9 用于调用语句模块 DOPLOTSOURCEDOPLOT 2020 4 21 21 145 浙大微电子 2020 4 21 22 145 FOREACH END用途 用于循环赋值 以FOREACH开头 以END结尾 格式 FOREACHEND说明 是变量名 可采用列表形式 也可以用 TOSTEP 的格式定义初始值 终值和步长 浙大微电子 ECHO 用于打印字符串或输出一个数学表达式的结果 字符串中混有数学表达式时 表达式也当作字符串输出 例4 DEFINEW2 0ECHOThewidthisW 0 5ECHOW 0 5输出结果为两行 Thewidthis2 0 0 51 5 2020 4 21 23 145 浙大微电子 DEFINE 定义一些字符串用来代替输入命令 定义的字符串不能与系统默认的字符串相混淆 如 TIME DEFINE语句有传递性 要阻断传递性 前面要加 符号 例5 DEFINEABDEFINECA语句中 C和A都指代B例6 DEFINEAB DEFINECA语句中C仅仅指代A这个字符 而非A的值 即B 2020 4 21 24 145 浙大微电子 UNDEFINE 解除之前DEFINE语句定义过的字符串的指代作用 前面必须加 符号 以阻断传递性 例7 DEFINEAB UNDEFINEA 2020 4 21 25 145 浙大微电子 DX MAX DX MIN DX RATIO LY SURF DY SURF LY ACTIV DY ACTIV LY BOT DY BOT DY RATIO MESH GRID FAC MESH 2020 4 21 26 145 浙大微电子 LINE LINEXLOC 0 0SPAC 0 15LINEXLOC 1 25SPAC 0 05LINEXLOC 1 5SPAC 0 1LINEYLOC 0SPAC 0 03LINEYLOC 0 5SPAC 0 1LINEYLOC 1SPAC 0 5 2020 4 21 27 145 浙大微电子 2020 4 21 28 145 BOUNDARY用途 用于定义结构边缘的边界条件 格式 BOUNDARY REFLECTI EXPOSED XLO XHI YLO YHI REFLECTI EXPOSED 选择边界类型 顶部的边界类型一般是EXPOSED 左 右 底部边界类型一般是REFLECTI XLO XHI YLO YHI 分别定义了左 右 上 下边界位置 要注意的是 这4个变量必须定义出整个完整的结构 而不能是部分区域 浙大微电子 2020 4 21 29 145 REGION用途 用于定义网格区域的材料类型 默认情况下的类型是硅 格式 REGION MATERIAL SILICON OXIDE OXYNITRI NITRIDE POLYSILI PHOTORES ALUMINUM XLO XHI YLO YHI MATERIAL SILICON OXIDE OXYNITRI NITRIDE POLYSILI PHOTORES ALUMINUM 用于定义材料类型 XLO XHI YLO YHI 定义区域边界 该语句应在LINE语句之后 在INITIALIZE语句之前 浙大微电子 INITIALIZE 读入已有结构 INITIALIZEIN FILE oldstr2 建立新结构 INITimpurity boroni conc 1E15 2020 4 21 30 145 浙大微电子 LOADFILE用途 从一个保存的文件中读出网格及结果信息 LOADFILEIN FILE SCALE FLIP Y TIF 2020 4 21 31 145 浙大微电子 SAVEFILE SAVEFILEOUT FILE TIF TIF VERS MEDICI POLY ELE ELEC BOT MEDICI表示结果保存为能被MEDICI识别的文件 POLY ELE参量表示在MEDICI输出文件中多晶硅区域将转化成电极 ELEC BOT参量表示在结构底部引出电极 2020 4 21 32 145 浙大微电子 STRUCTURE STRUCTURE TRUNCATE RIGHT LEFT X BOTTOM TOP Y REFLECT RIGHT LEFT TRUNCATE REFLECT分别表示裁剪 镜像对称例 STRUCTURETRUNCATERIGHTX 1 2REFLECT RIGHT 2020 4 21 33 145 浙大微电子 裁剪 镜像对称当前结构 例 STRUCTUREREFLECTLEFT 2020 4 21 34 145 浙大微电子 2020 4 21 35 145 MASK用途 读取数据掩膜文件 后缀名为 TL1 的信息 格式 MASK IN FILE SCALE GRID G EXTENT PRINT GRID 表示自动生成网格时 水平网格需要优化的层的名字 多个层的名字以空格或逗号隔开 默认情况下应用到所有层 G EXTENT 定义优化网格应用到各层及自各层底部向下延展G EXTENT距离的地方 浙大微电子 2020 4 21 36 145 PROFILE用途 从后缀名为 dat的文件中读取一维剖面杂质分布信息 格式 PROFILE IMPURITY ANTIMONY ARSENIC BORON PHOSPHOR IN FILE OFFSET REPLACE OFFSET 定义了杂质分布情况在y方向上的偏移REPLACE用读取的杂质分布信息替换原有的剖面杂质分布 浙大微电子 ELECTRODE ELECTRODE NAME X Y BOTTOM 为MOS管添加电极的实例 ELECTRODEX 0 1Y 0 1NAME SourceELECTRODEX 1 2Y 0 1NAME GateELECTRODEX 2 3Y 0 1NAME DrainELECTRODEBOTTOMNAME Bulk 2020 4 21 37 145 浙大微电子 DEPOSITION 语句开头 Deposit淀积材料定义掺杂定义淀积厚度 垂直方向网格数目 DEPOSITPOLYTHICK 0 2PHOSPHOR 1E20SPACES 5 注 如果淀积光刻胶 要指明是正胶还是负胶depositphotonegativethick 1 25depositphotopositivethick 2 0 2020 4 21 38 145 浙大微电子 格式 DEPOSITION MATERIAL SILICON OXIDE OXYNITRI NITRIDE POLYSILI ALUMINUM PHOTORES POSITIVE NEGATIVE IMPURITY I CONC I RESIST ANTIMONY ARSENIC BORON PHOSPHOR CONCENTR RESISTIV THICKNES SPACES DEPOSITION 2020 4 21 39 145 浙大微电子 2020 4 21 40 145 EXPOSE用途 让抗蚀剂用掩膜版曝光 格式 EXPOSEMASK SHRINK OFFSET MASK 定义掩膜版名称 SHRINK 定义掩膜版上线条的两边各减小SHRINK所定义的值 OFFSET 定义掩膜版上的线条在x正方向的偏移量 浙大微电子 2020 4 21 41 145 DEVELOP用途 去除曝光后的正胶或未曝光的负胶 格式 DEVELOP 浙大微电子 ETCH TSUPREM4三种刻蚀方式 1 ETCHTRAPEZOI THICKNES ANGLE UNDERCUT 2 ETCH LEFT RIGHT P1 X P1 Y P2 X P2 Y 例 ETCHNITRIDELEFTP1 X 0 5P2 Y 0 P1 Y缺省值为整个结构的最高点 1 P2 X缺省值等于P1 X 2020 4 21 42 145 浙大微电子 ETCH TSUPREM4三种刻蚀方式 3 ETCH START CONTINUE DONE X Y ETCHOXIDESTARTX 0 0Y 0 0ETCHCONTINUEX 1 0Y 0 0ETCHCONTINUEX 1 0Y 1 0ETCHDONEX 0 0Y 1 0 2020 4 21 43 145 浙大微电子 ETCH 格式 ETCH MATERIAL SILICON OXIDE OXYNITRI NITRIDE POLYSILI PHOTORES ALUMINUM TRAPEZOI THICKNESS ANGLE UNDERCUT LEFT RIGHT P1 X P1 Y P2 X P2 Y START CONTINUE DONE X Y ISOTROPI OLD DRYTHICKNESS ALL TOPOGRAP 2020 4 21 44 145 浙大微电子 IMPLANT 语句开头 implant注入杂质种类 硼B 氟化硼BF3 磷P 砷As 锑Sb 铟In 注入能量注入剂量硅片倾角旋转角度注入模型选择 Table注入模型和MonteCarlo注入模型 implantdose 4 0e12energy 80imp phosphorus tilt 0rotation 0impl tab phosphorus 2020 4 21 45 145 浙大微电子 格式 IMPLANTDOSE ENERGY TILT ROTATION IMPURITY ANTIMONY ARSENIC BORON BF2 PHOSPHOR DAMAGE IMPL TAB MONTECARDAMAGE定义点缺陷模型 IMPLANT 2020 4 21 46 145 浙大微电子 DIFFUSE 模拟氧化 退火等高温下的工艺步骤 语句开头 Diffusion温度及时间定义 TIME 定义该步骤持续时间 TEMPERAT 是该步骤起始温度 T RATE 是温度随时间增长速率 T FINAL 是截止温度 T FINAL TEMPERAT TIME T RATE DIFFUSIONTIME 30TEMP 800T FINAL 1000F O2 4F HCL 0 03 2020 4 21 47 145 浙大微电子 格式 DIFFUSIONTIME CONTINUE TEMPERAT T RATE T FINAL DRYO2 WETO2 STEAM N2O INERT F O2 F H2O F N2O F H2 F N2 F HCL DIFFUSE 2020 4 21 48 145 气体氛围及各自的流量DRYO2 WETO2 STEAM N2O INERT F O2 F H2O F N2O F H2 F N2 F HCL 浙大微电子 EPITAXY 语句开头 Epitaxy温度定义 恒温 TIME TEMPERAT 单段升温 TEMPERAT T RATE T FINAL TEMPERAT TIME T FINAL 多段升温 分多句Epitaxy语句来写 EPITAXYTIME 180TEMPERAT 1100 ANTIMONY 1E19THICK 1 0SPACES 10 2020 4 21 49 145 浙大微电子 掺杂定义 淀积厚度 垂直方向网格数目 EPITAXY ANTIMONY ARSENIC BORON PHOSPHOR IMPURITY I CONC IMPURITY I RESIST RESISTIV THICKNES SPACES EPITAXYTIME 180TEMPERAT 1100 ANTIMONY 1E19THICK 1 0SPACES 10 2020 4 21 50 145 浙大微电子 格式 EPITAXYTIME TEMPERAT T RATE T FINAL IMPURITY I CONC I RESIST ANTIMONY ARSENIC BORON PHOSPHOR CONCENTR RESISTIV THICKNES SPACES SELECTIV BLANKET SELECTIV表示外延生长只在硅和多晶硅表面进行BLANKET表示不管下面的材料是什么 生长的都是单晶硅 EPITAXY 2020 4 21 51 145 浙大微电子 2020 4 21 52 145 STRESS用途 计算由材料间受热不均和淀积薄膜的内应力引起的应力 格式 STRESS TEMP1 TEMP2 NEL TEMP1 是计算热应力的初始温度 TEMP2 是计算热应力的终止温度 NEL 表示每个三角网格里的节点数 NEL值只能是6或7 薄层的内应力可以通过在MATERIAL语句中的INTRIN S参数来定义 浙大微电子 SELECT 计算打印或用来画图的数据 也可添加图表标题 坐标标签 格式 SELECT Z LABEL TITLE Z 定义一个数学表达式 如果表达式中有空格 整个表达式一定要用括号括起来 LABEL 放置一维图表的y坐标标签或三维图表的z坐标标签 TITLE 添加图表标题 2020 4 21 53 145 浙大微电子 PRINT 1D 打印SELECT语句中定义的Z沿结构某一方向的值 也可以打印各层厚度以及完整的掺杂信息 PRINT 1D X VALUE Y VALUE SPOT LAYERS X MIN X MAX X VALUE Y VALUE 表示打印的信息是沿哪一方向的值 LAYERS打印出器件各层中Z的信息 2020 4 21 54 145 浙大微电子 PLOT 1D 绘制SELECT语句中定义的Z在结构的某一方向上随位置变化的函数图形或电学参数特性图 格式 PLOT 1D X VALUE Y VALUE ELECTRIC BOUNDARY CLEAR AXES SYMBOL CURVE LINE TYP COLOR LEFT RIGHT BOTTOM TOP X OFFSET X LENGTH X SIZE Y OFFSET Y LENGTH Y SIZE T SIZE 2020 4 21 55 145 浙大微电子 PLOT 1D 2020 4 21 56 145 浙大微电子 PLOT 2D 绘制器件结构的二维图形 格式 PLOT 2D X MIN X MAX Y MIN Y MAX CLEAR AXES BOUNDARY L BOUND C BOUND GRID L GRID C GRID 2020 4 21 57 145 浙大微电子 PLOT 2D GRID L GRID C GRID FLOW VLENG VMAX STRESS L COMPRE C COMPRE L TENSIO C TENSIO DIAMONDS X OFFSET X LENGTH X SIZE Y OFFSET Y LENGTH Y SIZE T SIZE 绘制网格图 绘制材料漂移速度矢量图 绘制应力图 2020 4 21 58 145 浙大微电子 CONTOUR 绘制等浓度线 格式 CONTOURVALUE LINE TYP COLOR SYMBOL VALUE 表示Z的值 LINE TYP 表示线条类型 COLOR 表示线条颜色 SYMBOL 表示在线条上加小标记 2020 4 21 59 145 浙大微电子 COLOR 用不同颜色填充二维结构图的不同区域 格式 COLOR COLOR MIN VALU MAX VALU MATERIAL SILICON OXIDE OXYNITRI NITRIDE POLYSILI ALUMINUM PHOTORES MIN VALU MAX VALU 表示在Z值 SELECT语句中定义 的 MIN VALU MAX VALU 范围内填充颜色 MATERIAL 等表示对指定材料填充颜色 2020 4 21 60 145 浙大微电子 2020 4 21 61 145 LABEL用途 在图中添加标签 格式 LABEL X Y CM X CLICK Y CLICK SIZE COLOR LABEL LEFT CENTER RIGHT LINE TYP C LINE LENGTH SYMBOL C SYMBOL RECTANGL C RECTAN W RECTAN H RECTAN 浙大微电子 ELECTRICAL 提取电学参数 格式 ELECTRICAL X V VSTART VSTOP VSTEP JCAP JUNCTION MOSCAP HIGH LOW DEEP THRESHOLD VB NMOS PMOS OUT FILE 2020 4 21 62 145 浙大微电子 ELECTRICAL 提取的电学参数包括扩散电阻 沟道电阻 结电容 MOS电容 V VSTART VSTOP VSTEP 表示电压变化的初始值 终值 步长 JCAP JUNCTION 表示在X 处的剖面上需要分析的结电容数目 并自下而上进行标号 MOSCAP HIGH LOW DEEP 分别表示在低频 高频 深耗尽三种情况下分析MOS电容特性 THRESHOLD VB 表示在体源之间偏压为VB的情况下分析开启电压 NMOS PMOS选择器件类型 2020 4 21 63 145 浙大微电子 2020 4 21 64 145 VIEWPORT用途 在一个视图窗口中画多幅图时 必须为每幅图分配画图区域 这就要用到VIEWPORT语句 格式 VIEWPORT X MIN X MAX Y MIN Y MAX X MIN 表示画图区域左边缘到视图窗口左边缘的距离与整个视图窗口宽度的比值 取值范围为0 1 其余各参量类似 浙大微电子 METHOD 用途 选择氧化模型 点缺陷模型和数字运算法则 METHOD ERFC ERF1 ERF2 ERFG VERTICAL COMPRESS VISCOELA VISCOUS PD FERMI PD TRANS PD FULL 2020 4 21 65 145 浙大微电子 2020 4 21 66 145 本章内容工艺仿真工具TSUPREM 4的模型介绍TSUPREM 4基本命令介绍双极晶体管结构的一维仿真示例器件仿真工具MEDICI简介MEDICI实例1 NLDMOS器件仿真MEDICI实例2 NPN三极管仿真 浙大微电子 2020 4 21 67 145 TSUPREM 4输入文件的顺序本例说明一个典型TSUPREM 4输入文件的组织形式 通常顺序如下 用注释说明问题 并设置需要的执行选项 大多数情况下都不需要 生成初始网格 或读入一个以前保存的结构 对所希望的工艺步骤进行仿真 并打印 绘制结果 此顺序是相当灵活的 如可以在仿真和绘图间切换 唯一的严格要求就是在进行任何处理或输出之前 必须先定义网格 浙大微电子 2020 4 21 68 145 初始有源区仿真文件s4exa inp中的输入语句仿真了双极型结构有源区形成的初始步骤 包括掩埋集电区的形成和外延层淀积 输入语句如下 TSUPREM 4 Example PartA Bipolaractivedeviceregion Buriedlayerandepitaxialdeposition UseautomaticgridgenerationandadaptivegridINITIALIZEBORON 1E15 浙大微电子 2020 4 21 69 145 GrowburiedlayermaskingoxideDIFFUSIONTEMP 1150TIME 120STEAM EtchtheburiedlayermaskingoxideETCHOXIDEALL ImplantanddriveintheantimonyburiedlayerIMPLANTANTIMONYDOSE 1E15ENERGY 75DIFFUSIONTEMP 1150TIME 30DRYO2DIFFUSIONTEMP 1150TIME 360 Etchtheoxide ETCHOXIDEALL Grow1 8micronofarsenic dopedepitaxy 浙大微电子 2020 4 21 70 145 EPITAXYTHICKNESS 1 8SPACES 9TEMP 1050TIME 6ARSENIC 5E15 GrowpadoxideanddepositnitrideDIFFUSIONTEMP 1050TIME 30DRYO2DEPOSITIONNITRIDETHICKNESS 0 12 SaveinitialactiveregionresultsSAVEFILEOUT FILE S4EXAS PlotresultsSELECTZ LOG10 BORON TITLE Active Epitaxy LABEL LOG CONCENTRATION PLOT 1DBOTTOM 13TOP 21RIGHT 5LINE TYP 5 COLOR 2 浙大微电子 2020 4 21 71 145 SELECTZ LOG10 ARSENIC PLOT 1D AXES CLEARLINE TYP 2COLOR 3SELECTZ LOG10 ANTIMONY PLOT 1D AX CLLINE TYP 3COLOR 3 LabelplotLABELX 4 2Y 15 1LABEL BoronLABELX 8Y 15 8LABEL ArsenicLABELX 2 1Y 18 2LABEL Antimony PrintlayerinformationSELECTZ DOPINGPRINT 1DLAYERS 浙大微电子 2020 4 21 72 145 网格生成自动网格生成处理INITIALIZE语句时会自动生成网格 适应性栅格当仿真进入离子注入或扩散步骤时 为了保证栅格足够精细以保持所需精度 就要使用适应性栅格 浙大微电子 2020 4 21 73 145 模型选择氧化模型因为仿真是一维的 所以此例中可以使用VERTICAL氧化模型 因此仅有水平的表面被氧化 点缺陷模型此例中使用了默认的点缺陷模型 PD FERMI PD TRANS点缺陷模型会显著增加仿真时间 因此仅在需要时才用它 浙大微电子 2020 4 21 74 145 工艺步骤 1 埋层屏蔽氧化物生长和图形形成 2 埋层注入和驱入 3 外延层生长 4 缓冲氧化层生长和氮化硅掩膜淀积 浙大微电子 2020 4 21 75 145 保存结构所产生的结构用SAVEFILE语句保存 此例中 把它保存在S4EXAS输出文件中 在用另外一个单独TSUPREM 4输入文件进行剩余工艺步骤的仿真时 此保存结构可以用做它的起始点 建议在任何较长 根据计算时间 操作步骤后保存结构 好处是可以使仿真在此点被挂起 同时 在任何仿真后保存结构也是一个好主意 这样可以在以后再次查看结果 浙大微电子 2020 4 21 76 145 绘制结果1 指定绘图设备可以通过OPTION语句中的DEVICE参数或通过使用默认绘图设备进行设置 在显示一个图形前 必须告诉程序使用何种绘图设备 2 SELECT语句欲绘图的值由SELECT语句的Z表达式给出 注意在处理SELECT语句时 Z表达式被计算 SELECT语句也可用于指定图形的标题或在纵轴上使用的标签 如果未给定标签 则使用Z表达式 浙大微电子 2020 4 21 77 145 绘制结果3 PLOT 1D语句PLOT 1D语句绘制沿器件一个截面 一维 某个量的值 本例中第一条PLOT 1D语句绘制轴和标题以及砷浓度的对数 默认情况下 在材料之间的界面处画一条垂直虚线 下一条PLOT 1D语句添加到第一条曲线上 4 LABEL语句使用LABEL语句向曲线上添加标签 浙大微电子 2020 4 21 78 145 最终的曲线图如图所示 浙大微电子 2020 4 21 79 145 打印层信息1 PRINT 1D语句PRINT 1D语句与SELECT语句给定的Z表达式一起作用 可以打印3种信息 沿截面的Z表达式值的完整列表 沿截面的穿过每一层的Z表达式的积分 沿截面具有给定Z表达式值的位置 浙大微电子 2020 4 21 80 145 2 使用PRINT 1DLAYERS文件s4exa inp末尾的PRINT 1D语句使用了LAYERS参数 来求出在x 0处各层中Z表达式的值 y方向净掺杂浓度 输出结果如图所示 浙大微电子 2020 4 21 81 145 完成有源区仿真现在 以下面的输入文件s4exb inp为例 单独执行一次TSUPREM 4完成仿真 TSUPREM 4 Example PartB Bipolaractivedeviceregion Fieldoxide base andemitter ReadstructureINITIALIZEIN FILE S4EX1AS GrowthefieldoxideDIFFUSIONTEMP 800TIME 20T FINAL 1000DIFFUSIONTEMP 1000TIME 10DRYO2 T FINAL 1100P FINAL 5 浙大微电子 2020 4 21 82 145 DIFFUSIONTEMP 1100TIME 50STEAMPRESSURE 5DIFFUSIONTEMP 1100TIME 10DRYO2PRESSURE 5 P FINAL 1DIFFUSIONTEMP 1100TIME 60T FINAL 800 RemovenitrideandpadoxideETCHNITRIDEALLETCHOXIDEALL ImplanttheboronbaseIMPLANTBORONDOSE 2E13ENERGY 100 Implantthephosphorusemitter 浙大微电子 2020 4 21 83 145 IMPLANTPHOSPHORUSDOSE 1E15ENERGY 50 AnnealtoactivatebaseandemitterregionsDIFFUSIONTEMP 1000TIME 12DRYO2 PlotresultsSELECTZ LOG10 BORON TITLE ActiveRegion LABEL LOG CONCENTRATION PLOT 1DBOTTOM 13TOP 21RIGHT 5 LINE TYP 5COLOR 2SELECTZ LOG10 PHOSPHORUS PLOT 1D AXES CLEARLINE TYP 4COLOR 4 浙大微电子 2020 4 21 84 145 SELECTZ LOG10 ARSENIC PLOT 1D AXES CLEARLINE TYP 2COLOR 3SELECTZ LOG10 ANTIMONY PLOT 1D AXES CLEARLINE TYP 3COLOR 3 LabeltheimpuritiesLABELX 2 0Y 15 1LABEL BoronLABELX 1 0Y 19 5LABEL PhosphorusLABELX 0 3Y 15 8LABEL ArsenicLABELX 2 0Y 18 4LABEL Antimony PrintthelayerinformationSELECTZ DOPINGPRINT 1DX V 0LAYERS 浙大微电子 2020 4 21 85 145 1 读入一个保存的结构最主要的差别不是生成一个网格 而是从文件S4EX1AS中读入以前仿真所保存的结果 这可以通过在INITIALIZE语句中使用IN FILE参数来完成 2 场氧化工艺中下一步骤是生长场隔离氧化层 浙大微电子 2020 4 21 86 145 最终结果使用前面所述的语句进行剖面图的绘制和标签化 最终图形如图所示 浙大微电子 2020 4 21 87 145 用一条PRINT 1D语句打印最终结构的层信息 SELECTZ IMPURITY语句说明要计算净掺杂的浓度 最终结构的各层信息如图所示 浙大微电子 2020 4 21 88 145 本章内容工艺仿真工具TSUPREM 4的模型介绍TSUPREM 4基本命令介绍双极晶体管结构的一维仿真示例器件仿真工具MEDICI简介MEDICI实例1 NLDMOS器件仿真MEDICI实例2 NPN三极管仿真 浙大微电子 2020 4 21 89 145 MEDICI的特性1 网格 GRID MEDICI使用非均匀的三角形网格 可以处理具有平面和非平面表面的特殊器件 并且能够根据电势或杂质分布的情况自动进行优化 2 杂质分布的读入3 物理模型为了使模拟的结果更精确 下列模型都可以被考虑进来 载流子的复合 光生 碰撞离化效应 禁带变窄效应 能带隧穿 迁移率 载流子寿命 载流子的Boltzman和Fermi Dirac统计分布以及部分离化效应等 浙大微电子 2020 4 21 90 145 MEDICI的特性4 其他特性 可以加入集总式电阻 电容和电感 可以描述分布式接触电阻 可以在仿真中描述电压和电流的边界条件 I V曲线自动跟踪 为了计算与频率相关的电容 电导和S参数 可以在任何虚拟的频率下进行交流小信号分析 浙大微电子 MEDICI的使用 登陆PC机运行vncviewer登陆到192 168 83 145 2输入命令 source opt demo synopsys env运行MEDICImd20000 文件名 或md60000 文件名 91 145 2020 4 21 浙大微电子 92 145 2020 4 21 浙大微电子 93 145 2020 4 21 语句简介 器件定义语句材料特性描述语句物理模型选择 求解分析类型方法图形化结果的输出语句 浙大微电子 网表构造的步骤 1 定义一系列有间隔的X和Y方向的网格线构成的一个简单的矩形 2 将网格线适当扭曲以适应非平面的图形或者与杂质的分布相匹配 平面性很差的结构很难处理好 这一步的目的是为了将网格进行优化 3 将多余的节点从网格中去除掉 4 描述材料区域和电极 94 145 2020 4 21 浙大微电子 语句格式 MEDICI的输入语句具有自由的格式 并具有下列的一些特性 1 每一个语句都由语句名称开始 后面再跟一些参数名和值 2 每一个语句都可以占用一行以上的地方 行与行之间用连接符号 连接 3 每一行最多由80个字符构成 95 145 2020 4 21 浙大微电子 参数类型 参数是指接在每一个语句名称后 用来定量的实现该语句功能的符号 1 logical 逻辑类型 如果该参数出现 则表示为true 2 numerical 数值类型 3 array 阵列类型 较少用到 4 character 字符串类型 96 145 2020 4 21 浙大微电子 程序输入限制 最多1000个语句最多2000行最多60000个字符 97 145 2020 4 21 浙大微电子 2020 4 21 98 145 本章内容工艺仿真工具TSUPREM 4的模型介绍TSUPREM 4基本命令介绍双极晶体管结构的一维仿真示例器件仿真工具MEDICI简介MEDICI实例1 NLDMOS器件仿真MEDICI实例2 NPN三极管仿真 浙大微电子 2020 4 21 99 145 这里以一个NLDMOS为例做一些分析 以下是仿真NLDMOS器件的描述文件 TITLETMAMEDICIExample1 1 5MicronN ChannelLateralDiffuseMOSFET给本例取标题 对实际的仿真无用 COMMENTSpecifyarectangularmeshCOMMENT语句表示该行是注释行 MESHSMOOTH 1创建器件结构的第一步是定义一个初始网格 COMMENTWIDTHisthewholewidth H1isthewidthofagrid 浙大微电子 2020 4 21 100 145 X MESHWIDTH 8 0H1 0 1X MESH和Y MESH语句描述初始网格是怎样生成的 X MESH用来描述横向的区域 COMMENTlocationoflineNO 1is 0 025u No 3is0 0uY MESHN 1L 0 025Y MESH用来描述纵向的区域 参数N指第一条水平网格线 L指位于0 025 m处 Y MESHN 3L 0 0第3条水平线位于0 m处 COMMENT0u 1 0uH1 0 1251u 2uH1 0 250 浙大微电子 2020 4 21 101 145 Y MESHDEPTH 2 0H1 0 1这条语句添加了一个1 m深 DEPTH 垂直方向网格线均匀间隔0 1 m H1 的区域 Y MESHDEPTH 8 0H1 0 2添加了一个1 m深 垂直方向网格线均匀间隔0 2 m的区域 COMMENTEliminatesomeunnecessarysubstratenodesELIMINCOLUMNSY MIN 2 1该语句将2 1 m Y MIN 以下的纵向网格线 COLUMNS 隔列删除 以减少节点数 COMMENTSpecifyoxideandsiliconregionsCOMMENTnomoredescriptionmeansallregion 浙大微电子 2020 4 21 102 145 REGIONSILICONREGION用来定义区域的材料性质 如果不特别说明区域范围 则表示对整个结构进行定义 在这里定义整个区域为硅 REGIONOXIDEIY MAX 3定义第3条网格线以上的区域为二氧化硅 COMMENTElectrodedefinitionELECTRODENAME GATEX MIN 2X MAX 3 5TOPELECTRODE用来定义电极位置 在这里将栅极放在栅极二氧化硅的表面 ELECTRNAME SubstrateBOTTOM将衬底接触电极放在器件的底部 浙大微电子 2020 4 21 103 145 ELECTRNAME SOURCEX MIN 0X MAX 0 5 IY MAX 3将源区的接触电极放在器件的左边 ELECTRNAME DRAINX MIN 6 2X MAX 8IY MAX 3将漏区的接触电极放在器件的右边 COMMENTSpecifyimpurityprofilesandfixedchargePROFILEP TYPEN PEAK 1E15UNIFORMPROFILE语句用来定义掺杂情况 P TYPE表示是P型掺杂 N PEAK描述峰值浓度 这个语句定义整个衬底的浓度为均匀掺杂 UNIFORM 浓度为P型 浙大微电子 2020 4 21 104 145 PROFILEP TYPEN PEAK 4E17Y JUNC 1 0X MAX 2Y MIN 0这个语句定义沟道阈值调整的掺杂为P型 峰值浓度为4 1017 结深 Y JUNC 为1 m PROFILEN TYPEN PEAK 2E20Y JUNC 0 3 X MAX 2Y MIN 0PROFILEN TYPEN PEAK 1 5E16Y JUNC 1 8 X MIN 4 9Y MIN 0PROFILEN TYPEN PEAK 2E20Y JUNC 0 3 X MIN 6Y MIN 0 浙大微电子 2020 4 21 105 145 INTERFACQF 1E10INTERFAC语句用来定义界面态 这个语句说明在整个二氧化硅的表面有浓度一致的固定态电荷 浓度为1 1010 QF COMMENTGRIDmeansshow hidegrid FILLmeansregionsiscolorfilledornot SCALEmeanstheplotisreducedfromthespecifiedsizeinxorydirectionsPLOT 2DGRIDTITLE INITIALGRID FILLSCALEPLOT 2D用来显示二维图形 参数GRID表示在图中显示网格 FILL表示不同的区域用颜色填充 使用参数SCALE后 可以使显示图形的大小合适 浙大微电子 106 145 2020 4 21 该PLOT 2D语句所得的图形如图所示 浙大微电子 107 145 2020 4 21 到目前为止 器件的结构已经定义了 下面将对该网格进行调整 以适应仿真的需要 COMMENTRegridondopingREGRIDDOPINGIGNORE OXIDERATIO 2SMOOTH 1REGRID语句用来对网格按要求进行优化 PLOT 2DGRIDTITLE DOPINGGRID FILLSCALE该语句生成的图形如图所示 浙大微电子 108 145 2020 4 21 浙大微电子 109 145 2020 4 21 COMMENTSpecifycontactparametersCONTACTNAME GateN POLYCONTACT语句用来定义与电极相关的一些物理参数 COMMENTSpecifyphysicalmodelstouseMODELSCONMOBFLDMOB