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模型(参考教程p57p60页程序)N

2、MOS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，形成源区和漏区；f.用一层SiO2绝缘层覆盖整个表面对绝缘的氧

3、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 spac=0.15#init orientation=100 c

4、.phos=1e14 space.mul=2# pwell formation including masking o? of the nwell#di?us time=30 temp=1000 dryo2 press=1.00 hcl=3#etch oxide thick=0.02#Pwell Implantimplant boron dose=8e12 energy=100 pears#di?us temp=950 time=100 weto2 hcl=3# Nwell implant not shown# welldrive starts heredi?us time=50 temp=1

5、000 t.rate=4.000 dryo2 press=0.10 hcl=3#di?us time=220 temp=1200 nitro press=1#di?us time=90 temp=1200 t.rate=?4.444 nitro press=1#etch oxide all# sacri?cial “cleaning” oxidedi?us time=20 temp=1000 dryo2 press=1 hcl=3#etch oxide all# gate oxide grown heredi?us time=11 temp=925 dryo2 press=1.00 hcl=3

6、# Extract a design parameterextract name=“gateox” thickness oxide mat.occno=1 x.val=0.5#vt adjust implantimplant boron dose=9.5e11 energy=10 pearson#depo poly thick=0.2 divi=10#from now on the situation is 2D#etch poly left p1.x=0.35#method fermi compressdi?use time=3 temp=900 weto2 press=1.0#implan

7、t phosphor dose=3.0e13 energy=20 pearson#depo oxide thick=0.120 divisions=8#etch oxide dry thick=0.120#implant arsenic dose=5.0e15 energy=50 pearson#method fermi compressdi?use time=1 temp=900 nitro press=1.0# pattern s/d contact metaletch oxide left p1.x=0.2deposit alumin thick=0.03 divi=2etch alum

8、in right p1.x=0.18# Extract design parameters# extract ?nal S/D Xjextract name=“nxj” xj silicon mat.occno=1 x.val=0.1 junc.occno=1# extract the N+ regions sheet resistanceextract name=“n+ sheet rho” sheet.res material=“Silicon”mat.occno=1 x.val=0.05 region.occno=1# extract the sheet rho under the sp

9、acer, of the LDD regionextract name=“ldd sheet rho” sheet.res material=“Silicon” mat.occno=1 x.val=0.3 region.occno=1# extract the surface conc under the channel.extract name=“chan surf conc” surf.conc impurity=“Net Doping” material=“Silicon” mat.occno=1 x.val=0.45# extract a curve of conductance ve

10、rsus bias.extract start material=“Polysilicon” mat.occno=1 bias=0.0 bias.step=0.2 bias.stop=2 x.val=0.45extract done name=“sheet cond v bias” curve(bias,1dn.conduct material=“Silicon” mat.occno=1 region.occno=1) out?le=“extract.dat”# extract the long chan Vtextract name=“n1dvt” 1dvt ntype vb=0.0 qss

11、=1e10 x.val=0.49structure mirror rightelectrode name=gate x=0.5 y=0.1electrode name=source x=0.1electrode name=drain x=0.9electrode name=substrate backsidestructure out?le=mos0.str# plot the structure2. 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

12、数的提取，简单的语法为extract extract-paramenters；paramenters是指参数，介绍几个参数：c.boron，硼的浓度（浓度是硼杂质的）；min.val，最小值；2d.max.conc,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=1datale=“results.nal”1dvttype=ntype2d.area temp.val=300bias=01dvt1dcapacitance soi=falsesemi.ploy

13、=false incomplete=fals （2）抽取工艺仿真特性的例句抽取栅氧化层厚度：Extract name=“gateox”thickness oxide mat.occno=1x.val=0.49抽取结深：Extract name=“nxj”xj silicon mat.occno=1x.val=0.1 junc.occno=1抽取表面浓度：Extract name=“chan surf conc”surf.conc impurity=“Net Doping” material=“Silicon” mat.occno=1 x.val=0.45抽取x=0.1um处的硼浓度分布：Ext

14、ract name=“bcurve”curve(depth,boron silicon mat.occno=1 x.val=0.1) outle=“extract.dat”抽取方块电阻：Extract name=“n+sheet rho”sheet.res material=“Silicon” mat.occno=1 x.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

15、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TCAD环境下的模拟程序：go athenaset lay left=0.5set lay right=0.5#illumination g.lineillum.filter clear.fil circle sigma=0.38#projection na=.54pupil.filter clear.fil circlelayout lay.clear x.lo=-2 z.lo=3 x.hi=$lay

16、left z.hi=3layout x.lo=$lay right z.lo=3 x.hi=2 z.hi=3image clear win.x.lo=1 win.z.lo=0.5 win.x.hi=1 win.z.hi=0.5 dx=0.05 one.dstructure outfile=mask.str intensity masktonyplot 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 silicon orient=100 c.boron=1e15 two.ddeposit nitride thick=0.035 div=5deposit name.resist=AZ1350J thick=.8 divis