半導(dǎo)體工藝及器件仿真軟件-Silvaco操作指南

...wd......wd......wd...第二篇半導(dǎo)體工藝及器件仿真軟件Silvaco操作指南主要介紹了半導(dǎo)體器件及工藝仿真軟件Silvaco的根本使用。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，通過這兩局部的學(xué)習(xí)可以使學(xué)習(xí)人員深入了解半導(dǎo)體物理的根本知識，半導(dǎo)體工藝的流程，以及晶體管原理的根本原理，設(shè)計(jì)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251.1程序啟動251.2選擇一個(gè)應(yīng)用程序例子261.3工藝模擬281.3.1運(yùn)行一次模擬281.3.2漸進(jìn)學(xué)習(xí)模擬281.3.3繪制構(gòu)造281.3.4使用Tonyplot進(jìn)展繪圖291.3.5修正繪圖的外觀291.3.6縮放及在圖上進(jìn)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(gè)構(gòu)造文件321.6.1存貯文件創(chuàng)立321.6.2文件交疊331.7運(yùn)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(gòu)造361.7.3使用Tonyplot來制備一輪廓圖371.7.4產(chǎn)生交互式圖例381.8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(shè)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46第三章擴(kuò)散二極管仿真562.1硼擴(kuò)散562.2進(jìn)展mesh的實(shí)驗(yàn)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653.1NMOS例子加載653.2Tonyplot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(jìn)76第一章Silvaco軟件介紹本章將介紹下面兩個(gè)VWF〔虛擬wafer制備〕交互工具的根本使用：Deckbuild：VWF運(yùn)行時(shí)控制應(yīng)用程序。這是唯一一個(gè)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(jì)分析的SPAYN工具。但本章不介紹這局部內(nèi)容。VWF核心工具是以下兩個(gè)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)：使用Athena進(jìn)展一個(gè)簡單LDDMOS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(jìn)展LDDMOS器件仿真，產(chǎn)生一個(gè)Id/Vgs曲線并從這條曲線中進(jìn)展器件參數(shù)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(gè)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。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(gè)設(shè)計(jì)，可以從草圖創(chuàng)立，或者選擇一個(gè)應(yīng)用例子進(jìn)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(shí)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(gè)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(gè)練習(xí)使用其中之一。當(dāng)Deckbuild啟動后，examplesmenu會被激活。在Deckbuild的`MainControl'菜單有一個(gè)選擇項(xiàng)稱為`Examples...'如下顯示:可移動鼠標(biāo)到`MainControl'上，按下鼠標(biāo)右鍵。在按下鼠標(biāo)右鍵時(shí)，maincontrol菜單顯示出來。當(dāng)鼠標(biāo)右鍵按下后，移動光標(biāo)選擇`Examples...'菜單項(xiàng)選擇項(xiàng)。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，如以以下圖。這個(gè)練習(xí)使用例子中的MOS1目錄。如果你正在運(yùn)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`SubSection'菜單項(xiàng)選擇擇它。描述這個(gè)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(diǎn)擊`LoadExample'按鈕來加載輸入文件到Deckbuild的文本編輯區(qū)，同時(shí)也把這個(gè)例子拷貝到你的當(dāng)前工作目錄。1.3工藝模擬這個(gè)練習(xí)主要進(jìn)展一個(gè)LDDMOS晶體管的仿真。主要有以下練習(xí)：運(yùn)行一次模擬創(chuàng)立兩個(gè)構(gòu)造文件用于比擬運(yùn)行MOS工藝模擬的前半局部產(chǎn)生交互式圖例抽取一些工藝參數(shù)1.3.1運(yùn)行一次模擬可以通過使用在Deckbuild文本區(qū)及tty區(qū)的實(shí)時(shí)控制按鈕來交互式運(yùn)行模擬?？刂瓢粹o如下所示：通過使用這個(gè)控制面板，可以使用以下方法來運(yùn)行模擬:next:`Stepatatime',交互式模擬控制stop:運(yùn)行到一個(gè)stop點(diǎn),(參考以后的練習(xí)。run:使用控制面板中的Run來運(yùn)行整個(gè)輸入的設(shè)計(jì)(deck).1.3.2漸進(jìn)學(xué)習(xí)模擬開場時(shí)，LDDMOS器件將一步一步地仿真。這樣允許在進(jìn)展時(shí)可以有交互式檢查?？梢允褂胔istory機(jī)構(gòu)，向后跟蹤改正設(shè)計(jì)中的錯(cuò)誤。在最初的仿真輸入設(shè)計(jì)時(shí)，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(xì)的控制，且在設(shè)計(jì)中會更早地檢測到錯(cuò)誤，也是輸入設(shè)計(jì)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(gè)按鈕每一次會從文本區(qū)發(fā)送一個(gè)單獨(dú)的輸入設(shè)計(jì)行到當(dāng)前運(yùn)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(jì)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(fèi)一些時(shí)間去執(zhí)行。模擬器會試圖`catchup'行數(shù)，之后等待下一個(gè)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(jīng)簡化為一個(gè)單獨(dú)的擴(kuò)散步，之后緊跟一個(gè)參數(shù)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(gè)強(qiáng)力工具，允許在仿真進(jìn)確定器件的各種特性。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(xì)解釋。進(jìn)展仿真直到gateoxidethickness抽取行通過(line50).1.3.3繪制構(gòu)造當(dāng)工藝模擬完成了柵氧化層厚度抽取后，點(diǎn)擊文本區(qū)的某一處(Deckbuild上部)。這會取消報(bào)告輸入行及光標(biāo)位置的選定。光標(biāo)符號顯示為一個(gè)單獨(dú)的三角形。Note:不選擇文本是很重要的,因?yàn)樵赥onyplot啟動時(shí)，它會試圖解釋任何選定文本作為一個(gè)文件名，并在讀它時(shí)產(chǎn)生錯(cuò)誤信息。為了運(yùn)行Tonyplot,使用Deckbuild中的`Tools'下拉菜單下的`Plot'項(xiàng)中的`PlotStructure'。這將導(dǎo)致Deckbuild啟動Tonyplot,加載當(dāng)前模擬的構(gòu)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(gè)`Welcome'窗口，可通過選擇OK來確認(rèn)，且模型構(gòu)造會顯示出來。1.3.4使用Tonyplot進(jìn)展繪圖Tonyplot顯示一摻雜的剖面材料構(gòu)造。盡管這只是二維的工藝模擬，到目前為止構(gòu)造仍然是完全平面的。Athena模型器以一維模式自動運(yùn)行來節(jié)省CPU時(shí)間,并直到構(gòu)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(gè)窗口包含各項(xiàng)控制圖的外觀的選項(xiàng)。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(gè)種類/功能,簡單地從列表中選擇，`Phosphorus'族在最上面。格點(diǎn)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(diǎn)和/或有連接的數(shù)據(jù)點(diǎn)是否有符號顯示.當(dāng)點(diǎn)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(jìn)展重新設(shè)定控制。完成時(shí)可以使用`Dismiss'按鈕來去除窗口。1.3.6縮放及在圖上進(jìn)展平移圖上細(xì)小的區(qū)域可以通過縮放來進(jìn)展檢察。使用Tonyplot可選擇一個(gè)矩形來進(jìn)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(gè)區(qū)域后，在窗口上的左上角顯示一個(gè)zoom/panbox。八個(gè)方向箭頭的任何一個(gè)都可以平移圖形。假設(shè)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打印圖形點(diǎn)擊`Print'按鈕送一個(gè)硬拷貝直接到你的缺省打印機(jī)。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(qiáng)有力，允許在交互模擬進(jìn)展中改正進(jìn)展中的變化而不必再次從草圖到模擬。這個(gè)工具允許輸入設(shè)計(jì)向后移動，可通過前面的一個(gè)模擬命令行及`initializing'模擬器回到那一點(diǎn)。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構(gòu)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(gòu)造文件或抽取參數(shù)。history文件命名為`.historynn.str'，此處nn是一個(gè)序號，并存貯為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)造文件。在Athena執(zhí)行時(shí)，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(gè)文件與每一輸入設(shè)計(jì)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(diǎn)擊diffusion行的`WellDrive'.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WellDrive擴(kuò)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(shí)間從220到200，新的一行將如下：diffustime=200temp=1200nitropress=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(gè)練習(xí)，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(shè)計(jì)中的前面某一行。要使用這個(gè)re-initialization特征,必須保存一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)造文件在有興趣的行上，或者作為一個(gè)historyfile或作為一個(gè)用戶定義標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)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(biāo)準(zhǔn)構(gòu)造文件應(yīng)使用`.str'作為文件擴(kuò)展名。)比方在一個(gè)擴(kuò)散或MonteCarlo模擬步驟，推薦使用struct命令。當(dāng)historyfiles在模擬中保存時(shí)，允許自動再初始化后到一個(gè)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(jī)構(gòu):使用標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)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(biāo)準(zhǔn)構(gòu)造文件，保存構(gòu)造文件名應(yīng)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(dǎo)致模擬器被再次初始化到文件被存的此點(diǎn)。而且，在輸入文件中的當(dāng)前的執(zhí)行點(diǎn)，將被設(shè)定到選定的文件點(diǎn)的后面。此行initinfile=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-initialization是在Historysection中.使用明確用戶StandardStructurefile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(gè)不同的點(diǎn)的比擬。1.6創(chuàng)立用于比擬的兩個(gè)構(gòu)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(gè)構(gòu)造文件用于比擬。對于這個(gè)例子，調(diào)整注入工藝步驟前后的Vt構(gòu)造文件進(jìn)展比擬。我們將通過啟動輸入設(shè)計(jì)來開場。我們不必再次做設(shè)計(jì)的完全模擬到gateoxidation工藝步(在一個(gè)更為現(xiàn)實(shí)的模型中，可能花更長的一段時(shí)間),所以我們將在做修改之前，從history到初始化到此點(diǎn)，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(xiàn)在我們處在修改輸入設(shè)計(jì)的位置是在此點(diǎn)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(gè)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(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(gè)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(gè)StandardStructurefiles被存到你當(dāng)前的工作目錄，名字如下：gateoxide.strvtimplant.str1.6.2文件交疊兩個(gè)structurefiles存貯后，它們可以被加載到Tonyplot中并被交疊以進(jìn)展比擬。Tonyplot允許達(dá)128圖加載到一個(gè)進(jìn)程。這些圖中的任何一個(gè)均可輕易的交疊。假設(shè)加載文件到Tonyplot,從`File'中下拉菜單中選擇`LoadStructure...'項(xiàng)。這將創(chuàng)立一個(gè)可能被加載的文件菜單:如果一直跟著練習(xí)，兩個(gè)文件(gateoxide.strandvtimplant.str)應(yīng)該存在你的當(dāng)前目錄中，且顯示可能被加載進(jìn)Tonyplot中文件中。顯示在Tonyplot屏中的每一個(gè)圖均可選擇。如果一個(gè)圖被選定，將會被一個(gè)的白色框圍繞，如以以下圖所示：圖的選定及取消可通過點(diǎn)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(gè)簡單的練習(xí)?，F(xiàn)在交疊兩個(gè)圖:選定兩個(gè)圖。然后選擇Tonyplot的`View'菜單下的`Makeoverlay'項(xiàng).在此之后，第三個(gè)交疊的圖會出現(xiàn)。1.7運(yùn)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(fèi)更多的CPU時(shí)間，在多晶硅刻蝕后構(gòu)造變?yōu)榉瞧矫鏁r(shí)。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(diǎn)。1.7.1`StopAt'功能stop定義了命令流中的一個(gè)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(diǎn)并等待。在Deckbuild文本編輯區(qū)，選定/亮顯幾個(gè)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(gè)停頓。`stop:'行將在面板上顯示也會更新來說明相應(yīng)的行號。一個(gè)停頓點(diǎn)可通過`clear'按鈕去除。既然一個(gè)stop點(diǎn)已經(jīng)設(shè)定了，選擇`cont'按鈕。當(dāng)模擬器運(yùn)行時(shí)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(diǎn),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(diǎn)后會直接包括金屬刻蝕步驟。在poly刻蝕點(diǎn),構(gòu)造為非平面。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:depopolythick=0.2divi=10這個(gè)命令定義了沉積多晶硅為0.2um厚，且在此厚度中包括10個(gè)格點(diǎn)層。etchpolyleftp1.x=0.35這個(gè)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(gè)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(gè)器件。methodfermicompress這個(gè)命令翻開了根本物理模型，用于氧化及擴(kuò)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(dá)所定義的點(diǎn)，并且Deckbuild窗看上去如下：1.7.2使用Tonyplot用于2-D構(gòu)造從Deckbuild啟動Tonyplot使用當(dāng)前構(gòu)造。同一維構(gòu)造時(shí)一樣，如取消任何一個(gè)選定的文本，并且用Tools中的Plot項(xiàng)。一旦Tonyplot被激活，將缺省地顯示2-D的工藝模擬材料構(gòu)造。Tonyplot在二維構(gòu)造中有觀察雜質(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(shí)從一個(gè)二維構(gòu)造中缺省產(chǎn)生的。更詳細(xì)的資料可參見contourplots.雜質(zhì)或溶劑的一維的輪廓在構(gòu)造中沿一條線?？梢奵utlineplots.這個(gè)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Tonyplot來制備一輪廓圖要?jiǎng)?chuàng)立一輪廓圖，從Tonyplot`Plot'下拉菜單中選擇`Display'項(xiàng)。這個(gè)行為將激活2-D顯示控制彈出窗，如下所示：在這個(gè)彈出窗中在按Apply前選擇以以下圖標(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(diǎn)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`Rainbow30'來畫輪廓。在輪廓定義完成后，按`Apply'。1.7.4產(chǎn)生交互式圖例當(dāng)顯示了二維輪廓圖，可以通過器件產(chǎn)生任何沿一條線的一維輪廓一個(gè)摻雜的數(shù)據(jù)。作為一個(gè)例子，我們通過LDD摻雜的磷看一下水平摻雜輪廓。假設(shè)如此做，可從Tonyplot中的Tools下拉菜單中選擇`Cutline'項(xiàng)。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(xiàng)，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(gè)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(diǎn)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(zhǔn)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LDDMOS晶體管的工藝模擬，在此階段就完成了。在繼續(xù)進(jìn)展器件模擬之前，使用Deckbuild的extract功能把一些工藝參數(shù)抽取出來了。因?yàn)閑xtract是VWF的核心局部，在參數(shù)優(yōu)化及其它先進(jìn)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局部。在繼續(xù)進(jìn)展參數(shù)抽取前，需要想一下模擬的構(gòu)造，本例中參數(shù)有以下幾個(gè):source/drain結(jié)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(jié)深本例中第一個(gè)抽取的參數(shù)是源漏結(jié)深。為正確抽取結(jié)深，需要以下信息: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。本例中，材料是Silicon。更復(fù)雜的模擬中，可能要?jiǎng)?chuàng)立不同材料的堆層構(gòu)造，每一個(gè)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。對于此種構(gòu)造，只有一個(gè)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(gè)點(diǎn)。本例中，使用在源/漏區(qū)內(nèi)距0.1um遠(yuǎn)?？梢陨蠄D看到，這個(gè)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)雜的構(gòu)造中，在材料層中可能超過一個(gè)結(jié)。比方，在N襯底上的一個(gè)P阱中的一個(gè)n+源/漏區(qū),在通過源漏區(qū)處，有兩個(gè)結(jié)。本構(gòu)造中，僅有一個(gè)結(jié)。指定結(jié)的數(shù)量或本例中發(fā)生的是可選。結(jié)深的抽取語句如下(在一行中):extractname="nxj"xjsiliconmat.occno=1x.val=0.1junc.occno=1當(dāng)抽取執(zhí)行這條語句時(shí)，它顯示的計(jì)算結(jié)深值:nxj=0.0987025umfromtopoffirstSiliconlayerX.val=0.1這個(gè)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文件來回憶一下抽取值。1.8.2器件閾值電壓在不嚴(yán)格的計(jì)算中，一維閾值電壓可以輕易地從定義的構(gòu)造中抽取。對于這個(gè)抽取語句，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-typetransistor.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(gè)位于器件溝道內(nèi)的點(diǎn)。這里，在模擬器件的右手邊處的一點(diǎn)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(chǎn)生一個(gè)結(jié)果n1dvt=0.671481VX.val=0.49也保存在`results.final'文件中.1.8.3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(xiàng)，它要示兩條抽取語句：第一條是建設(shè)偏壓條件，第二條是抽取電導(dǎo)曲線。當(dāng)啟動抽取時(shí)，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(gè)start,continue和done機(jī)構(gòu)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(dǎo)是在一維線上通過柵經(jīng)電壓從0到2V進(jìn)展抽取。第一個(gè)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(jìn)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(dǎo)曲線可以被抽取。不象前面兩個(gè)例子，只抽取一個(gè)單個(gè)的值，比方，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，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。在一通常構(gòu)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?yàn)樵谶@個(gè)構(gòu)造中僅有一個(gè)Silicon區(qū)，這可能被簡化為curve(bias,1dn.conductmaterial="Silicon")在抽取一個(gè)值時(shí)，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(shí)，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(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:extractdonename="sheetcondvbias"curve(bias,1dn.conductmaterial="Silicon"mat.occno=1region.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1.n++源/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++sheetrho'.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?yàn)橹挥幸粋€(gè)硅層在構(gòu)造中，這不需在本例中給出這個(gè)信息。然后，構(gòu)造多時(shí)要求這個(gè)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(diǎn)(這里我們?nèi)=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(dāng)抽取執(zhí)行這條語句時(shí)，它將顯示所計(jì)算的薄片電阻的值:n++sheetrho=39.9388ohm/squareX.val=0.05這個(gè)信息也寫進(jìn)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為抽取氧化層下薄片電阻，我們簡單地移動興趣點(diǎn)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(shù)是溝道的凈摻雜外表雜質(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.res'.對于外表濃度,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="NetDoping"'.另外，在溝道內(nèi)的一個(gè)點(diǎn)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(jìn)文件`results.final'中。1.9器件模擬在練習(xí)中的這個(gè)階段，LDDMOS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(gè)簡單的Id/Vgs曲線，Vds為3.3V的晶體管進(jìn)展模擬。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(gè)器件需要簡單的右側(cè)構(gòu)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(yīng)的計(jì)算時(shí)間?？紤]這些，Athena提供了`structure'語句，用來構(gòu)建所使用的整個(gè)構(gòu)造。在這個(gè)例子中，構(gòu)造必須是它的右手側(cè)：structuremirrorright對于整個(gè)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(gòu)造，同時(shí)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,goatlas導(dǎo)致Athena退出，而Atlas啟動Athena定義的最后的構(gòu)造文件。1.9.2建設(shè)器件模擬器件模擬的第一個(gè)任務(wù)是執(zhí)行通用的Atlas設(shè)立.在LDDMOSFET的例子中，這些設(shè)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(guān)系。這個(gè)模型在Atlas中命名為`cvt'.使用SRH復(fù)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(dá)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?。篳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(shù)。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(xiàn)在準(zhǔn)備器件模擬。本例中，一個(gè)Id/Vgs曲線通過0.1V的Vds進(jìn)展模擬。這個(gè)器件模擬開場是對漏使用0.1V.由于器件模擬的本質(zhì)，這必須從零偏壓狀態(tài)開場應(yīng)用。執(zhí)行的第一個(gè)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(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：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(dāng)模擬執(zhí)行時(shí)，這個(gè)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)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懼，但是在使用Atlas時(shí)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ExtractchapterintheVWFInteractiveToolsmanual.這些語句將產(chǎn)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(gè)2-D工藝仿真器。軟件可以模擬制備微電子電路中的擴(kuò)散，氧化，注入，刻蝕及沉積工藝。這個(gè)練習(xí)將向你展示如何從草圖開場創(chuàng)立一個(gè)相關(guān)工藝以及向你展示格點(diǎn)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(kuò)散到n型襯底制備一個(gè)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(shí)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(gè)解釋器，不是一個(gè)編譯器。我們需要為仿真定義一個(gè)2-D空間。在本例中，它是一個(gè)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(gè)選擇窗口。右擊網(wǎng)格定義則一個(gè)彈出菜單將如圖5所示出來。圖4:建設(shè)2-D網(wǎng)格圖5:設(shè)定左邊界點(diǎn)擊insert來輸入已經(jīng)選擇的點(diǎn)。你的彈出菜單應(yīng)如圖6所示：圖6:建設(shè)右邊界.在Location中輸入10microns并點(diǎn)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：Figure8:設(shè)定上邊界.Figure9:設(shè)定下邊界.Figure10:完成Y方向設(shè)定。點(diǎn)擊圖10的write按鈕，就把數(shù)據(jù)寫入到athena中了。運(yùn)行deck如圖11所示.Figure11:在運(yùn)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10ohms.在命令的彈出菜單上右擊并選擇meshinitialize.一個(gè)菜單如圖12顯示.如圖12來填充.Figure12:初始網(wǎng)格圖中所選內(nèi)容是硅片方向?yàn)?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(diǎn)縮放因子為1。點(diǎn)擊write進(jìn)展寫入，將看到所運(yùn)行的deck,如圖13.Figure13:初始化運(yùn)行deck.現(xiàn)在通過右擊File...Save保存你運(yùn)行的deck,填寫彈出菜單如圖14.回到deckbuil后，如圖15所示。點(diǎn)擊run.你會遇到一個(gè)錯(cuò)誤，說你超出了點(diǎn)的最大數(shù)目。即使仿真器可以處理這個(gè)點(diǎn)數(shù)，它也會用過長的時(shí)間來做仿真。改變y的spacing為0.2,并再次運(yùn)行deck.此時(shí)將不會再有錯(cuò)誤。Figure14:保存文件Figure15:初始化運(yùn)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(gè)彈出菜單如圖18顯示出來。Figure18:ExtractPop-up.如圖19一樣填空，之后點(diǎn)擊write來寫你運(yùn)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(diǎn)擊Write.Figure20:運(yùn)行deck來抽取SheetResistance在X位置5um.運(yùn)行deck，輸出結(jié)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(jì)算應(yīng)為均勻的10000ohms,而不是10497ohms.實(shí)際中四探針法僅可測量薄片電阻上達(dá)30ohms/square.第三章擴(kuò)散二極管仿真2.1硼擴(kuò)散要通過擴(kuò)散來創(chuàng)立一個(gè)P+/n二極管，找到Commands...ProcessDiffuse則一個(gè)彈出菜單如圖22所示。如圖23一樣填空并點(diǎn)擊write。Figure22:擴(kuò)散菜單.第一個(gè)階段為升溫階段，時(shí)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(jì)算為153C/min。在氮?dú)鈼l件下擴(kuò)散。氣壓為1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓。摻雜雜質(zhì)為硼，濃度為5Χ1021atom/cm3。Figure23:在氮?dú)庀碌腞ampDiffusion第二個(gè)階段為恒定保持階段，進(jìn)展恒定形式的硼擴(kuò)散，溫度為1100度，時(shí)間為60分鐘，其它條件一樣。如圖24所示。Figure24:60分鐘B擴(kuò)散第三個(gè)階段為降溫過程，溫度從1100度下降到900度。擴(kuò)散形式為Ramped,時(shí)間為40分鐘。其它條件一樣。如圖25所示。Figure25:漫下擴(kuò)散(RampdownDiffusion).最終寫到deck的語句如下：要為抽取所做擴(kuò)散層的薄片電阻及結(jié)深，選擇Commands..Extract，如圖27填充表單，來進(jìn)展電阻抽取。Figure27:抽取薄片電阻.圖28為結(jié)深表單。Figure28:抽取結(jié)深.運(yùn)行的deck應(yīng)如圖29.Figure29:為擴(kuò)散二極管運(yùn)行deck.運(yùn)行deck,輸出應(yīng)如圖30。Figure30:運(yùn)行deck的擴(kuò)散輸出.2.2進(jìn)展mesh的實(shí)驗(yàn)可以在網(wǎng)格上設(shè)定較少的點(diǎn)，但這將犧牲精度。改變Y的spacing為2,之后運(yùn)行deck.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(diǎn)來重新定義網(wǎng)格，直到我們接近使用0.2的Y間距時(shí)所獲的值。Figure31:不嚴(yán)格的mesh.根據(jù)Table1改變間距。Table1顯示在擴(kuò)散層RS和Xj連續(xù)運(yùn)行的錯(cuò)誤。因?yàn)檫@仍然是1-D仿真，當(dāng)mesh重新定義時(shí)，你可能不會注意到仿真時(shí)間的改變。我們可以看到一個(gè)網(wǎng)格間距0.25或者0.5均可承受.Table1:RefiningMesh.2.3繪制雜質(zhì)摻雜輪廓曲線要保證在運(yùn)行deck時(shí)沒有文本亮顯。點(diǎn)擊Tools..Plot則如下顯示.Figure32:摻雜輪廓.2.4查看抽取結(jié)果可以通過運(yùn)行的終端，并輸入morer*來查看所有的抽取結(jié)果?？扇鐖D33所示。Figure33:結(jié)果文件.第四章NMOS電學(xué)特性仿真一旦你創(chuàng)立了一個(gè)器件，你可以在Atlas中仿真其電學(xué)及光學(xué)特性。寫一個(gè)AtlasDeck是很難的，所以最好的方法是從例子中找到一個(gè)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(gè)NMOS例子。要加載進(jìn)來，首先保存你的擴(kuò)散并進(jìn)入maincontrol…examples中，如圖34。MaincontrolExamples(Figure34).Figure34:例子列表.然后點(diǎn)擊MOS1，之后NMOSID/VGSThresholdVoltageExtraction，窗口如圖35。Figure35:MOSExample.在loadexample上點(diǎn)擊并且例如在deckbuild中rundeck應(yīng)如圖36(Figure36).Figure36:SampleMOSRunDeck.閱讀rundeck你會看到制備一個(gè)微摻雜溝道的0.5micronNMOS晶體管所有的根本步驟。點(diǎn)擊run.注意在刻蝕poly之后的仿真命令顯著慢下來。這是因?yàn)楝F(xiàn)在的仿真是真正的2-D.在約三分鐘后，一個(gè)2-D橫斷面被繪制(如圖37).Figure37:一個(gè)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(lán)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(gè)彈出菜單出現(xiàn)了。Figure38.:PlotWindow不選Xj及profile按鈕如圖39且點(diǎn)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(jié)果如圖41，選擇mesh及Xj并點(diǎn)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(xì)。Figure41:選擇Mesh和Xj.Figure42:查看Mesh和Xj.為查看溝道中的一個(gè)正在摻雜的輪廓在Tonyplot選Tools...Cutlinein。如圖43的一個(gè)彈出菜單出現(xiàn)了。在MOSFET中畫一個(gè)