集成电路工艺设计项目实训报告任务书

-.z目录TOC\o"1-3"\h\u30983第一章SilvacoTCAD软件的根本知识与使用2312821.1SilvacoTCAD软件的根本知识2276281.2SilvacoTCAD软件的使用2133101.3SilvacoTCAD软件的主要组件319768第二章NMOS根本构造、工艺流程及工作原理445262.1NMOS的根本构造498672.2NMOS的工艺流程4187212.3NMOS的工作原理526123第三章NMOS工艺、器件仿真流程7186193.1工艺仿真流程7240803.2参数不同时工艺和器件结果分析726837第四章实训总结118041参考文献：124466附录：原程序13第一章SilvacoTCAD软件的根本知识与使用1.1SilvacoTCAD软件的根本知识TCAD就是TechnologyputerAidedDesign，指半导体工艺模拟以及器件模拟工具，世界上商用的TGAD工具有Silvaco公司的Athena和Atlas，Synopsys公司的TSupprem和Medici以及ISE公司〔已经被Synopsys公司收购)的Dios和Dessis。Synopsys公司最新发布的TCAD工具命名为Sentaurus。Silvaco名称是由三局部组成的，即“Sil〞，“va〞和“co〞，从字面上不难理解到时“硅〞，“谷〞和“公司〞英文单词的前几个字母的组合。Silvaco的中文名称叫矽谷科技公司。来自美国的矽谷科技公司经过20多年来的成长与开展，现已成为众多领域卓有建树的EDA公司，包括TCAD工艺和器件模拟、Spice参数提取、高速准确电路仿真、全定制IC设计与验证等。Silvaco拥有包括芯片厂、晶圆厂、IC设计企业、IC材料业者、ASIC业者、大学和研究中心等在内的庞大的国内外客户群。现今，Silvaco已在全球设立了12间分公司以提供更好的客户效劳和合作时机。Silvaco是现今市场上唯一能够提供给Foundry最完整的解决方案和IC软件厂商。提供TCAD，Modelling以及EDA前端和后端的支持，也能提供完整的AnalogDesignFlow给IC设计业者。产品SmartSpice是当今公认的模拟软件的黄金标准，因为支持多集成CPU的SmartSpice的仿真速度比起同类型软件更好，它是国外模拟设计师的最爱：SmartSpice的收敛性也被公认为仿真器最好的。1.2SilvacoTCAD软件的使用SilvacoTCAD用来模拟半导体器件电学性能，进展半导体工艺流程仿真，还可以与其它EDA工具组合起来使用(比方spice)，进展系统级电学模拟。SivacoTCAD为图形用户界面，直接从界面选择输入程序语句，非常易于操作。其例子教程直接调用装载并运行，是例子库最丰富的TCAD软件之一。SilvacoTCAD平台包括：工艺仿真(ATHENA)器件仿真(ATLAS)快速器件仿真(Mercury)1.3SilvacoTCAD软件的主要组件(1).DeckBuild(2).TonyPlot可视化工具(3).ATHENA(4).ATLAS(5).DevEdit2D/3D构造和Mesh编辑器(6).掩膜输出编辑器第二章NMOS根本构造、工艺流程及工作原理2.1NMOS的根本构造NMOS〔Negativechannel-Metal-O*ide-Semiconductor，N型金属氧化物半导体〕。在一块掺杂浓度较低的P型硅衬底〔提供大量可以动空穴〕上，制作两个高掺杂浓度的N+区(N+区域中有大量为电流流动提供自由电子的电子源)，并用金属铝引出两个电极，分别作漏极D和源极S。然后在半导体外表覆盖一层很薄的二氧化硅(SiO2)绝缘层，在漏——源极间的绝缘层上再装上一个铝电极〔通常是多晶硅〕,作为栅极G。在衬底上也引出一个电极B，这就构成了一个N沟道增强型MOS管。MOS管的源极和衬底通常是接在一起的(大多数管子在出厂前已连接好)。它的栅极与其它电极间是绝缘的。NMOS集成电路是N沟道MOS电路，NMOS集成电路的输入阻抗很高，根本上不需要吸收电流，因此，CMOS与NMOS集成电路连接时不必考虑电流的负载问题。NMOS集成电路大多采用单组正电源供电，并且以5V为多。CMOS集成电路只要选用与NMOS集成电路一样的电源，就可与NMOS集成电路直接连接。不过，从NMOS到CMOS直接连接时，由于NMOS输出的高电平低于CMOS集成电路的输入高电平，因而需要使用一个〔电位〕上拉电阻R，R的取值一般选用2～100KΩ。2.2NMOS的工艺流程a.衬底硅氧化：在衬底外表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晶体管的硅外表；b.用一高质量的氧化物薄膜覆盖在Si外表，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绝缘层覆盖整个外表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MOS管的互连。2.3NMOS的工作原理〔1〕vGS对iD及沟道的控制作用①vGS=0的情况增强型MOS管的漏极d和源极s之间有两个背靠背的PN结。当栅——源电压vGS=0时，即使加上漏——源电压vDS，而且不管vDS的极性如何，总有一个PN结处于反偏状态，漏——源极间没有导电沟道，所以这时漏极电流iD≈0。②vGS>0的情况假设vGS>0，则栅极和衬底之间的SiO2绝缘层中便产生一个电场。电场方向垂直于半导体外表的由栅极指向衬底的电场。这个电场能排斥空穴而吸引电子。排斥空穴：使栅极附近的P型衬底中的空穴被排斥，剩下不能移动的受主离子(负离子)，形成耗尽层。吸引电子：将P型衬底中的电子〔少子〕被吸引到衬底外表。〔2〕导电沟道的形成当vGS数值较小，吸引电子的能力不强时，漏—源极之间仍无导电沟道出现，。vGS增加时，吸引到P衬底外表层的电子就增多，当vGS到达*一数值时，这些电子在栅极附近的P衬底外表便形成一个N型薄层，且与两个N+区相连通，在漏——源极间形成N型导电沟道，其导电类型与P衬底相反，故又称为反型层，如图1(c)所示。vGS越大，作用于半导体外表的电场就越强，吸引到P衬底外表的电子就越多，导电沟道越厚，沟道电阻越小。开场形成沟道时的栅——源极电压称为开启电压，用VT表示。上面讨论的N沟道MOS管在vGS<VT时，不能形成导电沟道，管子处于截止状态。只有当vGS≥VT时，才有沟道形成。这种必须在vGS≥VT时才能形成导电沟道的MOS管称为增强型MOS管。沟道形成以后，在漏—源极间加上正向电压vDS，就有漏极电流产生。〔3〕vDS对iD的影响当vGS>VT且为一确定值时，漏——源电压vDS对导电沟道及电流iD的影响与结型场效应管相似。漏极电流iD沿沟道产生的电压降使沟道内各点与栅极间的电压不再相等，靠近源极一端的电压最大，这里沟道最厚，而漏极一端电压最小，其值为VGD=vGS－vDS，因而这里沟道最薄。但当vDS较小〔vDS<vGS–VT〕时，它对沟道的影响不大，这时只要vGS一定，沟道电阻几乎也是一定的，所以iD随vDS近似呈线性变化。随着vDS的增大，靠近漏极的沟道越来越薄，当vDS增加到使VGD=vGS－vDS=VT(或vDS=vGS－VT)时，沟道在漏极一端出现预夹断，如图2(b)所示。再继续增大vDS，夹断点将向源极方向移动，如图2(c)所示。由于vDS的增加局部几乎全部降落在夹断区，故iD几乎不随vDS增大而增加，管子进入饱和区，iD几乎仅由vGS决定。第三章NMOS工艺、器件仿真流程3.1工艺仿真流程〔1〕创立一个初始构造〔2〕定义初始衬底参数〔3〕运行ATHENA〔4〕工艺步骤〔5〕抽取特性〔6〕构造操作〔7〕Tonyplot显示3.2参数不同时工艺和器件结果分析1.分析不同阱浓度时方块电阻、结深等的变化阱的浓度分别为8e10cm-2、8e12cm-2、8e14cm-2*p-wellimplantimplantborondose=8e12energy=100pears2.改变阱浓度所得器件构造及曲线3.21图改变阱浓度所得器件构造及曲线8e10cm-28e12cm-28e14cm-2提取的参数参数条件结深*j/〔um〕N++区方块电阻1dd区方块电阻沟道外表浓度Vth8e10cm-20.47024128.68441694.312.35675e180.3380918e12cm-20.17535828.88512161.123.96014e180.5942628e14cm-20.09102929.8586106561.94421e183.22表提取的参数根据图表3.21、3.22得，当阱浓度增加时结深而越来越小，N++区方块电阻缓慢增加，LDD区方块电阻快速增加，沟道外表浓度先增加后减小，阈值电压增加。8e10cm-2到8e12cm-2栅极特性曲线，IV特性曲线变化不大，缓慢增加，而增加到8e14cm-2是变化很大。3.改变栅氧化层厚度对阈值电压的影响*gateo*idegrownhere:-diffustime=11temp=925dryo2press=1.00hcl=3Time分别改为61112提取参数参数