微电子工艺课程设计

1、微电子工艺课程设计借助TCAD（工艺辅助设计）进行工艺仿真与设计是目前微电子行业普遍采用的方式，我院引进的SILVACO工艺仿真软件主要由工艺仿真模块ATHENA和器件仿真模块ATLAS组成，可以用来进行半导体的工艺仿真，性能模拟以及半导体器件物理特性的研究。本课程设计通过Silvaco软件对集成电路工艺和器件进行仿真，由此来了解微电子工艺的设计过程。基本内容：1基于Athena 实现NMOS管的工艺步骤，得出NMOS结构；2基于ATLAS 对NMOS器件结构进行仿真，得出器件参数及I-V特性曲线。基本步骤：1基于Athena 实现NMOS结构2改变源极/漏极浓度影响离子注入是一种将带电的且具

2、有能量的粒子注入衬底硅的过程。注入能量介于1keV到1MeV，注入深度平均可达到10nm-10um。离子剂量（dose）变动的范围，从用于阈值电压调整的每平方厘米1012个离子到形成绝缘层的每平方厘米1018个离子。在MOS管中，源极/漏极相当于两个欧姆接触，源极/漏极注入浓度增加结深，使得n区的电阻变小，漏极电流变大，电子迁移率变高。以下是通过改变源极/漏极浓度参数的实验步骤及结果：实验步骤：1）在ATHENA中,将源极/漏极注入剂量由原来的5e15cm-2改为5e12 cm-2、5e17 cm-2。#Source/Drain Implantimplant arsenic dose=5e15

3、 energy=50 crystal2）保存并重新进行仿真。3）保存仿真所得的器件结构以及图形。 实验数据：图1.1 改变源/漏极浓度所得器件结构及曲线参数条件器件剖面图转移特性曲线图I-V特性曲线图5e12 cm-25e15 cm-25e17 cm-2表1.1 提取参数：参数条件结深Xj/（um）n+区方块电阻Idd区方块电阻沟道表面浓度长沟阈值电压1dvtVthIdmax5e12 cm-20.4249431507.461780.542.38051e160.4234290.2918190.0003588875e15 cm-20.59063830.75421767.912.3805e160.4

4、234290.2893210.0003789535e17 cm-20.5906515.43011173.042.37976e160.4234270.2718670.000414292实验小结：由图1.1、表1.1得出，随着源极/漏极注入浓度增加，结深有明显的提高，Idmax、阈值电压无明显变化；当注入浓度从5e12增加到5e15时长沟阈值电压、沟道表面浓度无明显变化，n+区方块电阻、Idd区方块电阻减小，当浓度由5e15增加到5e17时n+区方块电阻、Idd区方块电阻明显下降，沟道表面浓度、长沟阈值电压基本无变化。3改变阈值电压调整注入浓度的影响控制阈值电压的三种方法：1阈值电压可以通过将离子

5、注入沟道区来加以调整。带负电的硼受主增加沟道内掺杂的水平，沟道内电阻变小，因此阈值电压随之增加。2通过扩散工艺改变栅极氧化层厚度，随着栅极氧化层厚度的增加，N沟道MOSFET的阈值电压变得更大，对于一固定得栅极电压而言，栅极氧化层可以降低电场强度。3选用适当的栅极材料也可以控制阈值电压VT的方法。以下是通过改变阈值电压调整注入浓度参数的实验步骤及成果：实验步骤：1） 在ATHENA中,将阈值电压调整的注入剂量由原来的9.5e11改为9.5e10、9.5e12.# Threshold Voltage Adjust implantimplant boron dose=9.5e11 energy=1

6、0 crystal2）保存并重新进行仿真。3）保存仿真所得的器件结构以及图形。 实验数据：图1.2 改变阈值电压调整注入浓度所得的器件结构及曲线参数条件器件剖面图转移特性曲线I-V特性曲线图9.5e109.5e119.5e12表1.2 提取参数： 参数条件结深Xj/（um）n+区方块电阻Idd区方块电阻沟道表面浓度长沟阈值电压1dvtVthIdmax9.5e10cm-29.5e11cm-29.5e12cm-2实验小结：#（请自己总结）4改变快速热退火温度的影响退火这一步的目标是激活高百分比的杂质而同时使残余的缺陷和再分布减小至最低限度。提高了退火温度增加了结深。在注入衬底处于室温时，给定的离子

7、剂量下，退火温度被定义为在一传统退火炉管中，退火30min可有90掺杂原子被激活的温度。退火的特性与掺杂种类及所含剂量有关。在NMOS管中，退火主要针对的被注入衬底的硼。为对硼注入而言，在较高的剂量需要较高的退火温度。由于离子注入所造成的损伤区及畸形团，使迁移率和寿命等半导体参数受到严重影响。此外，大部分的离子在被注入式并不位于置换位置。为激活被注入的离子并恢复迁移率与其他材料参数，必须在适当的时间与温度下将半导体退火。以下是通过改变快速热退火温度的实验步骤及结果：实验步骤：1）在ATHENA中，将快速热退火温度由原来的900改为800、1000、1100# Source/Drain annealingmethod fermidiffus time=1 temp=900 nitro press=1.002）保存并重新进行仿真。3）保存仿真所得的器件结构以及图形。实验数据：图1.3 改变快速热退火浓度所得器件结构及曲线：参数条件器件剖面图转