Silvaco中文学习手册

1、 4 工艺及器件仿真工具 SILVACO-TCAD本章将向读者介绍如何使用 SILVACO公司的TCAD工具ATHENA来进行工艺仿真以及 ATLAS 来进行器件仿真。假定读者已经熟悉了硅器件及电路的制造工艺以及MOSFET和BJT的基本概念。使用ATHENA 的NMOS工艺仿真概述本节介绍用ATHENA创建一个典型的 MOSFET输入文件所需的基本操作。包括：a. 创建一个好的仿真网格b. 演示淀积操作c. 演示几何刻蚀操作d. 氧化、扩散、退火以及离子注入e. 结构操作f. 保存和加载结构信息创建一个初始结构1定义初始直角网格a. 输入UNIX命令：deckbuild-an&，以便在dec

2、kbuild交互模式下调用 ATHENA。在短暂的延迟 后，deckbuild主窗口将会岀现。 如图所示， 点击File目录下的 Empty Document，清空DECKBUILD 文本窗口；F斯卞Vi帥 匸| Efit) Find 丁pn.PMain Coitrnl ) CommaTd r Took 厂Save：spa.-D* I spac=0LOO6 坏W匚.DOE； scat-CLOtaoEmp;/ D9；urrn;-斗Quit.0 Stac=0.0021 m nt j* fuk2j 0051 I ive、1 ulO . 5 雪(zmtLM y l-nc-sfl, (1 为1mt or

3、彳肺二hlIdh叨iu o rmsit I on i nludi ng ms.5ki n q off cf the rwe 1 齡diffus tirw-30 tw-1000 dryoZ m.00 hcl-3 ttetch iM-id已 thicks.Uu(IIiTOl riC图清空文本窗口b. 在如图所示的文本窗口中键入语句go Athena ；Deck build V.2O. .R - ( N 0 N (e d i te d)r d i r ； 7s pac e/ s r 1 uac d dftwa r eypc/wj | -Flit i 73i EdhF nd 寸jMain Cmird

4、厂)阳帕沏$ rj Rgls： rjgo atroriL-j曲；叙图 以“ go athena开始接下来要明确网格。网格中的结点数对仿真的精确度和所需时间有着直接的影响。仿真结构中存在离子注入或者形成 PN结的区域应该划分更加细致的网格。c. 为了定义网格，选择 Mesh Define菜单项，如图所示。下面将以在卩mxm勺方形区域内 创建非均匀网格为例介绍网格定义的方法。Dec kfcL 丨 a 甘3 2 ClO. R (Ij D H led 丨至廿I di r；e/t I 丨r亡iypt/w心，ckIsMeh Dsf n&.-iStructure:ll I/O,.-srse Deck调用AT

5、HENA网格定义菜单TeifiZ柜.Extract.刖沖日挖m忙hi性Mmh inltiallwMair 匚qntrcJ 一Ci：*mnandE2 在卩mxm勺方形区域内 创建非均匀网格a. 在网格定义菜单中，Direction （方向）栏缺省为X；点击Location （位置）栏并输入值0;点击Spaci ng （间隔）栏并输入值；b. 在 Comment （注释）栏，键入 Non-Uniform Grid x ”，如图所示；c. 点击insert键，参数将会出现在滚动条菜单中；图定义网格参数图点击Insert键后d. 继续插入X方向的网格线，将第二和第三条X方向的网格线分别设为和，间距均为

6、。这样在X方向的右侧区域内就定义了一个非常精密的网格，用作为NMOS晶体管的有源区；e. 接下来，我们继续在 丫轴上建立网格。在Direction栏中选择 Y;点击Location栏并输入值0。然后，点击Spaci ng栏并输入值；f. 在网格定义窗口中点击insert键，将第二、第三和第四条 丫网格线设为、和，间距分别为，和,如图所示。DtckLiL d： AT4ENA Mei h DefineOlrrtCliny locO.OCi $pk-(M)4i6 y kl：- 2 和自匚T 31 f Ifltf寻那 ftMXQgjliierrWirW - jI n ration-O.ODSsacin

7、flr讥 Q01HJMarniifilfflinn SI咅 ja 厲.* ouBumlY方向上的网格定义g. 为了预览所定义的网格，在网格定义菜单中选择View键,则会显示View Grid窗口h. 最后，点击菜单上的WRITE键从而在文本窗口中写入网格定义的信息。如图。图对产生非均匀网格的行说明定义初始衬底参数由网格定义菜单确定的LINE语句只是为ATHENA仿真结构建立了一个直角网格系的基础。接下来需要对衬底区进行初始化。对仿真结构进行初始化的步骤如下：在ATHENA Comma nds菜单中选择 Meshl nitialize 选项。ATHENA网格初始化菜单将会弹岀。在 缺省状态下，晶

8、向的硅被选作材料；点击Bor on杂质板上的Boro n键，这样硼就成为了背景杂质；对于Concentration栏，通过滚动条或直接输入选择理想浓度值为，而在Exp栏中选择指数的值为14。这就确定了背景浓度为 x 104原子数/cm3；（也可以通过以 Ohm cm为单位的电阻系数来 确定背景浓度。）对于Dimensionality 栏，选择2D。即表示在二维情况下进行仿真；对于 Comment 栏，输入 “ Initial Silicon Structure with Orientation ，如图;”点击WRITE键以写入网格初始化的有关信息。Id J1 Initial 经latr4Al;

9、 l 5 |i.-QrldHOtitni TW 110111limpartty:鼻砒昭耐Ar HE fl kDor切SilkoilZinc:Scfeniuni1 IliumPagriF5i umAluit InurnGalliumCarboniC hrorniirinCerna nlurrIndiumJ.1 IrCq IK n Ire 町 n Ev du* 曲：d 卜” 11 Qy 讪 iglkdb*I丨 I :|：I- mi HiQiraiiFtif luti3.l!My： A-U10 TD | JD 匚plindr ral K松iGrid! smtiiin farrnr 1.010 5.0

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12、lm叶申IpDoIa Irwi .hl5lyDi|.3ir图初始三角网格 栅极氧化1 个大气压，950 C，3%HCL,11 分接下来，我们通过干氧氧化在硅表面生成栅极氧化层，条件是钟。为了完成这个任务， 可以在 ATHENA的Comma nds菜单中依次选择 Process和Diffuse ；ATHENA Diffuse菜单将会岀现。在 Diffuse 菜单中，将 Time ( minutes)从 30 改成 11 , Tempreture (C)从 1000 改成 950。Constant 温度默认选中(见图)；图由扩散菜单定义的栅极氧化参数图栅极氧化结构 在Ambient栏中，选择Dry

13、 02项；分别检查 Gas pressure和HCL栏。将HCL改成3%；在Comment 栏里输入 “Gate Oxidation并点击 WRITE键；有关栅极氧化的数据信息将会被写入DECKBUILD文本窗口，其中 Diffuse语句被用来实现栅极氧化；点击DECKBUILD空制栏上的 Cont键继续ATHENA仿真。一旦栅极氧化完成，另一个历史文件“将会生成；选中文件“然后点击Tools菜单项，并依次选择Plot和Plot Structure ，将结构绘制岀来；最终的栅极氧化结构将岀现在TONYPLOT中，如图所示。从图中可以看岀，一个氧化层淀积在了硅表面上。提取栅极氧化层的厚度下面过D

14、ECKBUILD中的Extract程序来确定在氧化处理过程中生成的氧化层的厚度。在 Comma nds 菜单点击 Extract ，岀现 ATHENA Extract 菜单；Extract 栏默认为 Material thick ness ； 在 Name 栏输入 Gateoxide；对于 Material 栏，点击 Material 并选择 SiO2；在 Extract location这一栏，点击 X,并输入值；点击 WRITE键，Extract语句将会岀现在文本窗口中；在这个Extract语句中，=1为说明层数的参数。由于这里只有一个二氧化硅层，所以这个参数是可选的。然而当存在有多个二氧化硅层时，则必须指定岀所定义的层；点击DECKBUILD空制栏上的Co nt键，继续进行 ATHENA仿真仿真。Extract语句运行时的输岀如 图所示；从运行输出可以看到，我们测量的栅极氧化厚度为？。niNt/1 ihest osr )rurquiTHn 臥 1BE -ste:illpa.jse:cfear畔5归rttilStop: KoneAHF1A gtfij.-t1