NMOS工艺流程模拟及电学参数提取模拟实验

1、实验二NMOS 工艺流程模拟及电学参数提取模拟实验一、实验目的1. 熟悉 Silvaco TCAD 的仿真模拟环境；2. 掌握基本的 nmos 工艺流程，以及如何在 TCAD 环境下进行 nmos 工艺流程模拟；3. 掌握器件参数提前方法，以及不同工艺组合对 nmos 晶体管的阈值电压、薄层电阻等电学参数的影响；二、实验要求 仔细阅读实验内容，独立编写程序，掌握基本的TCAD 使用； 熟悉 nmos 晶体管的基本工艺流程，和关键工艺参数； 记录 Tonyplot 的仿真结果，并进行相关分析。三、实验内容1. nmos 晶体管整体工艺模拟设计 nmos 晶体管工艺流程模拟程序，运行得到相应的器件

2、模型页程序 )(参考教程p57p60NMOS晶体管的基本工艺流程：a.衬底硅氧化：在衬底表面产生一层相对较厚的SiO2 有选择地刻蚀氧化区，暴露出将来用来生成 MOS 晶体管的硅表面；b.用一高质量的氧化物薄膜覆盖在Si 表面，这层氧化物最终将形成MOS 晶体管的栅极氧化物；c.在薄氧化层顶部淀积一层多晶硅。多晶硅可以用做MOS晶体管的栅电极材料，也可以用做硅集成电路中的互连线；d.成型和刻蚀多晶硅层，形成互连线和 MOS 管的栅极，刻蚀未覆盖多晶硅的那层薄栅极氧化物，裸露出硅表层，这样就可以在其上面形成源区和漏区了；e.通过扩散或离子注入的方式，整个硅表层就会被高浓度的杂质所掺杂，形成源区和

3、漏区；f.用一层 SiO2 绝缘层覆盖整个表面对绝缘的氧化层成型得到源极和漏极的接触孔，表层蒸发覆盖一层铝，形成互连线，将金属层成型并刻蚀，其表层形成了MOS 管的互连。NMOS 晶体管工艺流程模拟程序：go athena#line x loc=0 spac=0.1line x loc=0.2 spac=0.006line x loc=0.4 spac=0.006line x loc=0.5 spac=0.01#line y loc=0.00 spac=0.002line y loc=0.2 spac=0.005line y loc=0.5 spac=0.05line y loc=0.8 sp

4、ac=0.15#init orientation=100 c.phos=1e14space.mul=2# pwell formation including maskingo? of the nwell#di?ustime=30 temp=1000dryo2 press=1.00hcl=3#etchoxide thick=0.02#P well Implantimplant boron dose=8e12energy=100pears#di?ustemp=950 time=100 weto2 hcl=3# Nwell implant not shown# welldrive startsher

5、edi?ustime=50 temp=1000t.rate=4.000dryo2 press=0.10hcl=3#di?ustime=220 temp=1200nitro press=1#di?ustime=90 temp=1200t.rate=?4.444nitro press=1#etchoxide all# sacri?cial “cleaning” oxidedi?ustime=20 temp=1000dryo2 press=1hcl=3#etchoxide all# gateoxide grown heredi?ustime=11 temp=925 dryo2 press=1.00h

6、cl=3# Extract a designparameterextract name=“ gateox” thicknessoxide mat.occno=1x.val=0.5#vt adjustimplantimplant boron dose=9.5e11energy=10pearson#depopoly thick=0.2 divi=10#from now on the situation is 2D#etchpoly left p1.x=0.35#methodfermi compressdi?usetime=3 temp=900 weto2 press=1.0#implant pho

7、sphordose=3.0e13energy=20pearson#depooxide thick=0.120 divisions=8#etchoxide dry thick=0.120#implant arsenicdose=5.0e15energy=50pearson#methodfermi compressdi?usetime=1 temp=900 nitro press=1.0# patterns/d contactmetal etchoxide left p1.x=0.2 depositalumin thick=0.03 divi=2 etchalumin right p1.x=0.1

8、8# Extract designparameters# extract ?nalS/D Xjextract name=“ nxj” xj silicon mat.occno=1x.val=0.1 junc.occno=1# extract the N+ regionssheetresistanceextract name=“ n+ sheetrho” sheet.resmaterial=“Silicon”mat.occno=1x.val=0.05 region.occno=1# extract the sheetrho under the spacer,of the LDD regionex

9、tract name=“ ldd sheetrho” sheet.resmaterial=“Silicon ”mat.occno=1x.val=0.3 region.occno=1# extract the surfaceconcunder the channel.extract name=“ chansurf conc” surf.concimpurity= “Net Doping”material=“Silicon ” mat.occno=1x.val=0.45# extract a curve of conductanceversusbias.extract startmaterial=

10、“ Polysilicon” mat.occno=1extract donename=“ sheetcond v bias”curve(bias,1dn.conductmaterial=“ Silicon” mat.occno=1region.occno=1)out?le=“extract.dat”# extract the long chanVtextract name=“ n1dvt” 1dvt ntype vb=0.0 qss=1e10x.val=0.49structuremirror rightelectrodename=gatex=0.5 y=0.1electrodename=sou

11、rcex=0.1electrodename=drainx=0.9electrodename=substratebacksidestructureout?le=mos0.str# plot the structure tonyplotmos0.str-setmos0.set2. 晶体管电学参数提取在晶体管工艺仿真程序基础上，设计结深、源漏电阻等电学参数提取程序，并分析工艺参数（掺杂溶度，掺杂区域、材料等）对器件电学性能的影响。参数提取的介绍：对仿真中得到的信息进行参数的提取，简单的语法为extractextract-paramenters；paramenters是指参数，介绍几个参数： c.bo

12、ron，硼的浓度（浓度是硼杂质的）；min.val，最小值；某二维范围内的最大浓度。（1）抽取的默认参数如下：material=“ silicon”impurity=“ netdoping ”x.val | y.val | region?.occno=1data?le= “ results.?nal”1dvttype=ntype2d.areatemp.val=300bias=01dvt1dcapacitancesoi=falsesemi.ploy=falseincomplete=fals（2）抽取工艺仿真特性的例句抽取栅氧化层厚度：Extract name=“ gateox ” thickne

13、ssoxide mat.occno=1x.val=0.49 抽取结深：Extract name=“ nxj ”抽取表面浓度：Extract name=“ chansurf conc ” surf.concimpurity= “ NetDoping ” material= “ Siliconmat.”occno=1x.val=0.45抽取 x=0.1um 处的硼浓度分布：Extract name=“ bcurve ” curve(depth,boronsilicon mat.occno=1x.val=0.1)out?le= “ extract.dat”抽取方块电阻：Extract name=“

14、n+sheetrho ” sheet.resmaterial=“ Siliconmat.”occno=1x.val=0.05 region.occno=1抽取其他电学参数的曲线：Extract name=“ IdT ” curve工艺参数（掺杂溶度，掺杂区域、材料等）对器件电学性能的影响：可形成影响的电学参数有：温度、频率、电容、电导等等，参杂浓度的升高可使 mos 管结深变深，相应的源漏电阻会增大，导通电流 I 也就降低。另外，源漏电参杂浓度升高其他不变，一定程度可以增大器件相应的导电能力。3. 光刻模拟程序熟悉光刻工艺在 TCAD 环境下的模拟，参考教程 p55p56 程序光刻工艺在 TC

15、AD 环境下的模拟程序：go athenasetlay left= - 0.5setlay right=0.5#illumination g.lineillum.filter clear.fil circle sigma=0.38#projection na=.54pupil.filter clear.fil circlelayout x.lo=$lay right z.lo=- 3 x.hi=2 z.hi=3tonyplot mask.strline x loc=- 2 spac=0.05line x loc=0 spac=0.05line x loc=2 spac=0.05line y loc=0 spac=0.05line y loc=2 spac=0.2init si