半導(dǎo)體工藝及n 空仿真軟件Silvaco操作指南

第二篇半導(dǎo)體工藝及n空仿真軟件

Silvaco操作指南

主要介紹了半導(dǎo)體器件及工藝仿真軟件Silvaco的基本使用。書(shū)中通過(guò)例

程引導(dǎo)學(xué)習(xí)工藝仿真模塊Athena與器件仿真模塊Atlas,通過(guò)這兩部分的學(xué)習(xí)可

以使學(xué)習(xí)人員深入了解半導(dǎo)體物理的基本知識(shí)，半導(dǎo)體工藝的流程，以及晶體管

原理的基本原理，設(shè)計(jì)過(guò)程,器件的特性。對(duì)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.........................................3

1、1程序啟動(dòng)...................................................3

1、2選擇一個(gè)應(yīng)用程序例子.....................................4

1、3工藝模擬...................................................6

1、3、1運(yùn)行一次模擬.........................................6

1、3、2漸進(jìn)學(xué)習(xí)模擬.........................................6

1、3、3繪制結(jié)構(gòu)..............................................7

1、3、4使用Tonyplot進(jìn)行繪圖................................7

1、3、5修正繪圖的外觀(guān).......................................8

1、3、6縮放及在圖上進(jìn)行平移.................................8

1、3、7打印圖形..............................................9

1、4使用HISTORY功能............................................9

1、5明確存貯狀態(tài)..............................................10

1、6創(chuàng)建用于比較的兩個(gè)結(jié)構(gòu)文件...............................10

1、6、1存貯文件創(chuàng)建.........................................10

1、6、2文件交疊............................................11

1、7運(yùn)行MOS工藝程序的第二部分.............................13

1、7、1'StopAt'功能......................................13

1、7、2使用Tonyplot用于2-D結(jié)構(gòu)..........................14

1、7、3使用Tonyplot來(lái)制備一輪廓圖........................15

1、7、4產(chǎn)生交互式圖例......................................16

1、8工藝參數(shù)的抽取...........................................18

1、8、1源漏結(jié)深.............................................18

1、8、2器件閾值電壓.........................................19

1、8、3電導(dǎo)及偏壓曲線(xiàn)......................................19

1、8、4一些薄層電阻........................................21

1、8、5溝道表面摻雜濃度....................................21

1、9器件模擬..................................................23

1、9、1器件模擬界面工藝....................................23

1、9、2建立器件模擬.......................................23

1、9、3執(zhí)行器件模擬........................................24

1、9、4抽取器件參數(shù)........................................24

第二章電阻仿真及阻值抽取.....................................26

第三章擴(kuò)散二極管仿真.........................................36

2、1硼擴(kuò)散.....................................................36

2、2進(jìn)行MESH的實(shí)驗(yàn)...........................................41

2、3繪制雜質(zhì)摻雜輪廓曲線(xiàn)....................................42

2、4查瞧抽取結(jié)果..............................................43

第四章NMOS電學(xué)特性仿真......................................45

3、1NMOS例子加載.............................................45

3、2TONYPLOT操作..............................................46

3、3查瞧電訪(fǎng)寅結(jié)果........................................50

第五章工藝流程的橫斷面觀(guān)察....................................53

4、1初始化襯底................................................53

4、2氧化層屏蔽................................................53

4、3NWELL注入................................................54

4、4PWELL注入................................................54

4、5場(chǎng)氧化層生長(zhǎng)..............................................55

4、6阱推進(jìn)55

第一章Silvaco軟件介紹

本章將介紹下面兩個(gè)VWF（虛擬wafer制備）交互工具的基本使用：

?Deckbuild:VWF運(yùn)行時(shí)控制應(yīng)用程序。這就是唯---個(gè)從系統(tǒng)命令行由用戶(hù)啟動(dòng)的程

序。

?Tonyplot:VWF可視化應(yīng)用程序。

VWF交互工具還包括版圖到工藝的界面程序MaskViews,器件原型及編輯程序DevEdit,

局部?jī)?yōu)化程序Optimizer以及統(tǒng)計(jì)分析的SPAYN工具。但本章不介紹這部分內(nèi)容。VWF核

心工具就是以下兩個(gè)仿真器：

?Athena,Silvaco的高級(jí)一維與二維工藝仿真器。

?Atlas,Silvaco的通用及標(biāo)準(zhǔn)組件的一，二，三級(jí)器件仿真器。

VWF核心工具還包括器件特性的UTM0S應(yīng)用及SmartSpice電路仿真。

本章將學(xué)習(xí)：

1.使用Athena進(jìn)行一個(gè)簡(jiǎn)單LDDMOS器件仿真與相關(guān)參數(shù)的抽取（如柵氧化層厚）。

2、使用Atlas進(jìn)行LDDMOS器件仿真,產(chǎn)生一個(gè)Id/Vgs曲線(xiàn)并從這條曲線(xiàn)中進(jìn)行器件

參數(shù)Vt,Beta與Theta的抽取。

1、1程序啟動(dòng)

要啟動(dòng)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(lái)。在Deckbuild啟動(dòng)后,您會(huì)瞧到如下的窗口（版本及目錄

名可能不相同）：

Deckbuild程序窗口組成如下：

1.上面的文本窗口區(qū)用來(lái)保持仿真器的輸入。

2.下面的￡沙區(qū)顯示仿真器的輸出。Athena仿真就是缺省啟動(dòng)的。您會(huì)瞧到,在這個(gè)

區(qū)中有一短的Athena文件頭輸此指出您可用的許可產(chǎn)品。之后跟隨Athena提示符。

ATHENA>

3.在窗口上部就是軟件控制菜單的集合。

4.在文本區(qū)及tty區(qū)之前就是仿真器控制按鈕的集合。

下一步就是創(chuàng)建一個(gè)設(shè)計(jì),可以從草圖創(chuàng)建,或者選擇一個(gè)應(yīng)用例子進(jìn)行修改。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(huì)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(dòng)后，examplesmenu會(huì)被激活。在Deckbuild的'MainControl'菜單有一"選擇項(xiàng)稱(chēng)為

'Examples、、、'如下顯示：

DeckbuildV3.5.3Beta-(NONE),dir;/u/jdoe

Filev)viewrjEditrjFindrj(MainControlr'Commands

MainControl...

畬Optimizer.,.

(Examples...

Help...

AboutDeckbuildr

可移動(dòng)鼠標(biāo)至r.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(lái)。當(dāng)鼠標(biāo)右鍵按下后,移動(dòng)光標(biāo)選擇'Examples、、、’菜單選項(xiàng)。然后，放開(kāi)鼠標(biāo)。幾秒鐘內(nèi)

例子目錄的窗口就會(huì)顯示出來(lái)，如下圖。

Deckbuild:Examples

ReturntoindexSectionv)Sucionyx.：?江中匕

..................................................................................................................................................-?

Index

1M0S1:MOSApplicationExamples

2M0S2:AdvancedMOSApplicationExamples

3SOI:SOIApplicationExamples

4BJT:BipolarApplicationExamples

5EPROM:EPROMApplicationExamples

6LATCHUP:LATCH-UPApplicationExamples

7TFT:TFTApplicationExamples

8ESD:ESDApplicationExamples

9ISOLATION:ISOLATIONApplicationsExamples

10MESFET:MESFETApplicationExamples

11HBT:HBTApplicationExamples

12HEMT:HEMTApplicationExamples

13SIGEMOS:SiGeMOSApplicationExamples

14POWER:PowerDeviceApplicationExamples

15OPTOELECTRONICS:OptoelectronicsApplicationExamples

這個(gè)練習(xí)使用例子中的M0S1目錄。如果您正在運(yùn)行Deckbuild,您可以雙擊選擇M0S1目錄或從

Section'菜單中選擇它。

例子就是M0S2,稱(chēng)為moslex02、in'、您可以通過(guò)鼠標(biāo)或使用SubSection'菜單選擇它。

描述這個(gè)例子的文本會(huì)顯示出來(lái),應(yīng)該花幾分鐘來(lái)閱讀例子文檔。點(diǎn)擊'LoadExample'按鈕來(lái)加

載輸入文件到Deckbuild的文本編輯區(qū)，同時(shí)也把這個(gè)例子拷貝到您的當(dāng)前工作目錄。

1、3工藝模擬

這個(gè)練習(xí)主要進(jìn)行一個(gè)LDDMOS晶體管的仿真。主要有以下練習(xí)：

1.運(yùn)行一次模擬

2.創(chuàng)建兩個(gè)結(jié)構(gòu)文件用于比較

3.運(yùn)行MOS工藝模擬的前半部分

4.產(chǎn)生交互式圖例

5.抽取一些工藝參數(shù)

1.3.1運(yùn)行一次模擬

可以通過(guò)使用在Deckbuild文本區(qū)及tty區(qū)的實(shí)時(shí)控制按鈕來(lái)交互式運(yùn)行模擬?？刂瓢?/p>

鈕如下所示：

next)line)stoprJcont)run)quit)Line:1

pasteJInit)pause)clearJrestart)kill)Stop:None

通過(guò)使用這個(gè)控制面板,可以使用以下方法來(lái)運(yùn)行模擬：

1.next:Stepatatime),交互式模擬控制

2.stop:運(yùn)行到一個(gè)stop點(diǎn)，(參考以后的練習(xí)。

3.run:使用控制面板中的Run來(lái)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(kāi)始時(shí),LDDM0S器件將一步一步地仿真。這樣允許在進(jìn)行時(shí)可以有交互式檢查?？梢允?/p>

用history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(huì)更早地檢測(cè)到錯(cuò)誤,也就是輸入設(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(huì)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(dòng),而且在控制面板上顯示的當(dāng)前行數(shù)會(huì)更新(標(biāo)志

就是'Line')。使用'next'按鈕，很可能要移動(dòng)到模擬器前，而這些步驟會(huì)花費(fèi)一些時(shí)間去執(zhí)

行。模擬器會(huì)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

就是反色的顯示。

這一階段模擬將會(huì)連到柵氧化層步gateoxidationstep(line47)ogateoxidationstep

已經(jīng)簡(jiǎn)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(lái)抽取氧化層厚度：

extractname="gateox"thicknessoxidemat、occno=lx、val=0、05

抽取命令就是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(yǔ)句

確定了柵氧化層厚度。本練習(xí)中后面會(huì)有高級(jí)的抽取工具的例子，其特征會(huì)詳細(xì)解釋。

進(jìn)行仿真直到gateoxidethickness抽取行通過(guò)(line50)、

1.3.3繪制結(jié)構(gòu)

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(huì)取

消報(bào)告輸入行及光標(biāo)位置的選定。光標(biāo)符號(hào)顯示為一個(gè)單獨(dú)的三角形。

Note:不選擇文本就是很重要的，因?yàn)樵赥onyplot啟動(dòng)時(shí),它會(huì)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'Plot

Structure,。

這將導(dǎo)致Deckbuild啟動(dòng)Tonyplot,加載當(dāng)前模擬的結(jié)構(gòu)并繪制它。Deckbuild也將顯示它正

在啟動(dòng)Tonyplot的情況，如信息為'Plotting、、、’顯示在tty區(qū)的右下角。一旦Tonyplot

啟動(dòng),它會(huì)顯示一■>Welcome）窗口，可通過(guò)選擇0K來(lái)確認(rèn),且模型結(jié)構(gòu)會(huì)顯示出來(lái)。

1.3.4使用Tonyplot進(jìn)行繪圖

Tonyplot顯示一摻雜的剖面材料結(jié)構(gòu)。盡管這只就是二維的工藝模擬，到目前為止結(jié)構(gòu)

仍然就是完全平面的。Athena模型器以一維模式自動(dòng)運(yùn)行來(lái)節(jié)省CPU時(shí)間，并直到結(jié)構(gòu)就是

非平面的。

Tonyplot繪圖如下圖：

1.3.5修正繪圖的外觀(guān)

為開(kāi)始修正繪圖的外觀(guān),需要選擇'Plot'下的'Display':

Display窗口的顯示:

JTonyplot:Display(CrossSection)

iPhosphorus

ActivePhos

Vacancies

Interstitials

Traps

Potential(proc)

Apply)Reset)Dismiss)Functions...J

這個(gè)窗口包含各項(xiàng)控制圖的外觀(guān)的選項(xiàng)。包括

?在滾動(dòng)欄中有按名字排列的摻雜種類(lèi)或所列的繪圖功能。為繪制一個(gè)種類(lèi)/功能，簡(jiǎn)單

地從列表中選擇,'Phosphorus'族在最上面。

?格點(diǎn)就是否在圖上顯示、

?就是否在不同區(qū)域及材料之間的界面使用線(xiàn)與/或不同的顏色用于不同的區(qū)域

?圖形在數(shù)據(jù)點(diǎn)與/或有連接的數(shù)據(jù)點(diǎn)就是否有符號(hào)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(duì)狀態(tài)進(jìn)行重

新設(shè)定控制。完成時(shí)可以使用'Dismiss'按鈕來(lái)去除窗口。

1.3.6縮放及在圖上進(jìn)行平移

圖上細(xì)小的區(qū)域可以通過(guò)縮放來(lái)進(jìn)行檢察。使用Tonyplot可選擇一個(gè)矩形來(lái)進(jìn)行。比

如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)ZO物box.八個(gè)方向箭頭的任

何一個(gè)都可以平移圖形。若要返回原來(lái)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)硬拷貝直接到您的缺省打印機(jī)。您的VWF系統(tǒng)管理器可以告訴您

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)行中改正進(jìn)行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(dòng)，可通過(guò)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(dòng)存到當(dāng)前工作目錄。有意義的模擬步驟就是一些器件的結(jié)構(gòu)

或摻雜濃度，比如，注入，刻蝕等的仿真。無(wú)意義的步驟就是一些簡(jiǎn)單地詢(xún)問(wèn)模型器的信息，比

如寫(xiě)結(jié)構(gòu)文件或抽取參數(shù)。history文件命名為'、history〃〃、str',此處〃〃就是一個(gè)序號(hào)，

并存貯為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)文件。在Athena執(zhí)行時(shí)，您可能瞧到在ATHENA）命令行上的save命令,

如：

structout

只要自創(chuàng)建歷史文件后命令行沒(méi)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：

ttN-wellimplantnotshown-

#welldrivestartshere

乜if而stime=50ternD=1OOOt.rate=4.000dryo2口ress=0.10hcl%=3

V

diffustime=220ternp=1200nitropress=1

甘

diffustime=90temp=1200t.rate=-4.444nitropress=1

etchoxideall

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)散步的結(jié)束，允許您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=l

'next'按鈕應(yīng)該可以使用來(lái)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gate

oxidation階段、

1s5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)結(jié)構(gòu)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(hù)定

義標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)文件保存,在模擬過(guò)程中可以使用下面的命令：

structout

（標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)文件應(yīng)使用'、str'作為文件擴(kuò)展名。）

比如在一個(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(dòng)再初始化后到一個(gè)特殊的步驟,它們就是瞬態(tài)的,且會(huì)失去或變的無(wú)

效。依賴(lài)于re-initialize使用的機(jī)構(gòu)：

1.使用標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)文件。

2.使用歷史文件。

'init'按鈕就是不相同的。初始化一保存的標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)文件,保存結(jié)構(gòu)文件名應(yīng)該在文本編輯窗

中選定。比如,下面的圖形顯示文件'vtadjust、str'就就是在文本編輯窗中。

ttvtadjustimplant

implantborondose=9.5e11energy=10pearson

甘NowsaveanSSFfile,,,

structureoutfi1

next)line)stopv)cont)run)

paste)init)pause)clear)restart)

ATHENA》并

ATHENA>initinfi1e=vtadjust.str

ATHENA)

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

initin

可以在tty區(qū)中瞧到，就是當(dāng)init按鈕選定后的執(zhí)行命令。

使用歷史文件的Re-initialization就是在Historysection中、

使用明確用戶(hù)StandardStructurefile保存功能，我們可以調(diào)查T(mén)onyplot的允許在同一工

藝流程中兩個(gè)不同的點(diǎn)的比較。

1、6創(chuàng)建用于比較的兩個(gè)結(jié)構(gòu)文件

1.6.1存貯文件創(chuàng)建

在這部分中將使用Tonyplot創(chuàng)建兩個(gè)結(jié)構(gòu)文件用于比較。對(duì)于這個(gè)例子，調(diào)整注入工藝步

驟前后的Vt結(jié)構(gòu)文件進(jìn)行比較。我們將通過(guò)啟動(dòng)輸入設(shè)計(jì)來(lái)開(kāi)始。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(zhǎng)的一段時(shí)間），所以

我們將在做修改之前，從histoiry到初始化到此點(diǎn)，就就是gateoxidation之前。選擇下面

的文本并按'init'來(lái)再次初始化到犧牲的氧化層帶處,如下所示：

ttsacrificial"cleaning"oxide

diffustime=20temp=1000dryo2press=1hcl^=3

甘_____

etch

#gateoxidegrownhere:-

diffustime=11temp=925dryo2press=1.00hcl%=3

next)line)stop^r)cont)run)

paste)Init)pause)clear)restart)

ATHENA>initinfile=Jhistory11.str

ATHENA>

現(xiàn)在我們處在修改輸入設(shè)計(jì)的位置就是在此點(diǎn)之后。下面的兩條語(yǔ)句指明在Vt調(diào)整來(lái)注入的

前后存貯兩個(gè)StandardStructurefiles:

?structoutf=gateoxidexstr

?structoutf=vtimplantxstr

可以通過(guò)在正確的行上直接輸入到文本編輯窗中：

ttgateoxidegrownhere:-

diffustime=11temp=925dryo2press=1.00hcl%=3

structoutf=gateoxide.str

#Extractadesignparameter........

extractname="gateox"thicknessoxidemat.occno=1x.val=0.49

件

ttvtadjustimplant

implantborondose=9.5e11energy=10pearson

structoutf=vtimplant.str

^iepopolythick=0.2divi=10

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(dòng)。為了這樣做，選擇next按鈕幾次直到下面一行：

structoutf=vtimplantxstr

被執(zhí)行。

在此處，兩個(gè)StandardStructurefiles被存到您當(dāng)前的工作目錄，名字如下：

?gateoxide、str

?vtimplantsstr

1.6.2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)行比較。

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。若加載文

件到Tonyplot,從'File'中下拉菜單中選擇LoadStructure、、、’項(xiàng)。這將創(chuàng)建一個(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)該存在您的當(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(huì)被一個(gè)的白色框圍繞，如下圖所示：

圖的選定及取消可通過(guò)點(diǎn)擊鼠標(biāo)的中間鍵來(lái)控制。在此階段，您會(huì)試圖選定及取消圖,作為一

個(gè)簡(jiǎn)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)、

TonyPlotV2.3.10

在此之后,第三個(gè)交疊的圖會(huì)出現(xiàn)。

1、7運(yùn)行MOS工藝程序的第二部分

在觀(guān)察完?yáng)叛趸襟E后，就可以仿真到輸入文件的最后一部分。工藝模擬的后半部分將花

費(fèi)更多的CPU時(shí)間，在多晶硅刻蝕后結(jié)構(gòu)變?yōu)榉瞧矫鏁r(shí)。在工藝流程中Athena會(huì)自動(dòng)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(lái)使模擬到興趣點(diǎn)。

1.7.1StopAf功能

sa0定義了命令流中的一個(gè)位置，此處模擬器會(huì)停止。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)您想中斷的行

的字符，在此處的輸入行中aluminum選定了。

etchoxideleftp1.x=0.2

depositaluminthick=0.03divi=2

etch.x=0J8

ftExtractanotherdesignparameters...

#extractfinalS/DXj...

next)line)stoprjcont)run)

paste)init)pause)clear)restart)

ATHENArimplantborondose=9.5e11energy=10pearson-

ATHENA>structoutfi1e=.history14.str

ATHENA〉structoutfi1e=vtimplant.str

ATHENA>

ATHENA)

從模擬器面板中選擇'stop'按鈕會(huì)在這行設(shè)定一個(gè)停止。'stop:'行將在面板上顯示也會(huì)

更新來(lái)表明相應(yīng)的行號(hào)。一個(gè)停止點(diǎn)可通過(guò)'clear'按鈕清除。

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)您應(yīng)查瞧一下Athena執(zhí)

行的命令及產(chǎn)生的信息。

next)line)stopv)cont)run)quit)Line:1

paste)init)pause)clear)restart)kill)Stop:None

這將使得Deckbuild發(fā)送給Athena命令行來(lái)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(huì)直接包括金屬刻蝕步驟。在poly亥U蝕點(diǎn)，結(jié)構(gòu)

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(duì)工藝工程師而言更

直接與直覺(jué),下面的幾行做一些解釋?zhuān)?/p>

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。

etchpolyleftpl、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(zhǎng)度,將反映右側(cè)的軸來(lái)制備整個(gè)器件。

methodfermicompress

這個(gè)命令打開(kāi)了基本物理模型，用于氧化及擴(kuò)散步驟。所有下面的步驟會(huì)使用這些模

型。（這些模型對(duì)在任何情況下對(duì)Athena都就是缺省的，且僅在本例中用于解釋。請(qǐng)

見(jiàn)Athena參考手冊(cè)）

在next命令后，仿真到達(dá)所定義的點(diǎn)，并且Deckbuild窗瞧上去如下：

etchoxide1eftp1.x=0.2

depositaluminthick=0.03divi=2

fetchaluminrightp1.x=0.18

,Extractanotherdesignparameters...

甘extractfinalS/DXj...

next)line)stoprjcontjrun_____jquit?Line:82

paste)Init)pause)clear)restart)kill)Stop:81

ATHENA>structoutfile=.history24.str

ATHENA>etchaluminrightp1.x=0.18

ATHENA>structoutfi1e=.history25.str

ATHENA>

1.7.2使用Tonyplot用于2-D結(jié)構(gòu)

從Deckbuild啟動(dòng)Tonyplot使用當(dāng)前結(jié)構(gòu)。同一維結(jié)構(gòu)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

結(jié)構(gòu)。

Tonyplot在二維結(jié)構(gòu)中有觀(guān)察雜質(zhì)濃度的方法：

?雜質(zhì)或溶劑的二維輪廓線(xiàn)。這就是在Tonyplot被激活時(shí)從一個(gè)二維結(jié)構(gòu)中缺省產(chǎn)生

的。更詳細(xì)的資料可參見(jiàn)contourplots、

?雜質(zhì)或溶劑的一維的輪廓在結(jié)構(gòu)中沿一條線(xiàn)?？梢?jiàn)cutlineplots、

這個(gè)練習(xí)中，凈摻雜圖將首先被定義,之后在輪廓線(xiàn)上的一些輪廓線(xiàn)會(huì)被研究。

1.7.3使用Tonyplot來(lái)制備一輪廓圖

要?jiǎng)?chuàng)建一輪廓圖，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：

rSJTonyPlotV2.3.10

FilerjViewrjPlot-Tools)PrintvjPropertiesriHelprj

----------------------T

Display-ATHENA

Annotation...DatafromdeckbFAAa22197

Labels...

Levelnames...

Setzoom...

Zoomout

Duplicate

在這個(gè)彈出窗中在按Apply前選擇下列圖標(biāo):

確定繪圖范圍。為缺省使能。

HHL以不同著色繪制材料,這就是缺省的。

I困顯示凈摻雜的輪廓。

[S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，如卜所不:

Selected...

Regions...

(Contours...

Vector?...

ijMhh...

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(lái)畫(huà)

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(guò)器件產(chǎn)生任何沿一條線(xiàn)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(guò)LDD摻雜的磷瞧一下水平摻雜輪廓。若如此做，可從Tonyplot中的Tools下

拉菜單中選擇'Cutline，項(xiàng)。這將創(chuàng)建圖例窗口，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(huà)一垂直線(xiàn)到兩維的輪廓圖，如下所示:

TonyPlotV2.3.10

Tonyplot:Cutline

CREATE

V：Q；喀―

Shiftposition...

Dragmousetodefinestartandendofcutline￡>SILVACOInternational1995

這會(huì)形成第二個(gè)繪圖窗,來(lái)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(dòng)到感興趣的

精確位置。Cutline只會(huì)沿被選擇的輪廓圖移動(dòng)。

00.10.2030.4

1、8工藝參數(shù)的抽取

LDDM0S晶體管的工藝模擬,在此階段就完成了。在繼續(xù)進(jìn)行器件模擬之前，使用

Deckbuild的extract功能先’一些工藝參數(shù)抽取出來(lái)了。因?yàn)閑xtract就是NNF的核心部分，

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部分。在繼續(xù)進(jìn)行參數(shù)抽取前，需要想一下模擬的

結(jié)構(gòu)，本例中參數(shù)有以下幾個(gè)：

1.source/drain結(jié)深

2.器件閾值電壓

3.方塊電阻

4.溝道表面的摻雜濃度

1.8.1源漏結(jié)深

本例中第一個(gè)抽取的參數(shù)就是源漏結(jié)深。為正確抽取結(jié)深,需要下列信息：

?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，名字就是'xj'、

?包含結(jié)的材料。本例中，材料就是Silicono更復(fù)雜的模擬中，可能要?jiǎng)?chuàng)建不同材料的

土隹;幺吉本勾—,場(chǎng)I包才舌

?已經(jīng)說(shuō)明裝們對(duì)硅材料的結(jié)有興趣,我們，總之,必須說(shuō)明我們對(duì)哪些堆層感興趣。對(duì)于

此種結(jié)構(gòu)，只有一個(gè)硅層,且指定層發(fā)生數(shù)就是可選的。、

?結(jié)深Xj會(huì)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瞧到，這個(gè)值會(huì)產(chǎn)

生源/漏區(qū)的結(jié)深。

?與堆材料的位置相似,在更復(fù)雜的結(jié)構(gòu)中,在材料層中可能超過(guò)一個(gè)結(jié)。比如,在N襯底

上的一個(gè)P阱中的一個(gè)冰源/漏區(qū)，在通過(guò)源漏區(qū)處，有兩個(gè)結(jié)。本結(jié)構(gòu)中，僅有一個(gè)

結(jié)。指定結(jié)的數(shù)量或本例中發(fā)生的就是可選。

結(jié)深的抽取語(yǔ)句如下（在一行中）：

extractname二〃nxj〃xjsiliconmat、occno=lx、val=0x1junc、occno=l

當(dāng)抽取執(zhí)行這條語(yǔ)句時(shí),它顯示的計(jì)算結(jié)深值：

nxj=0s0987025umfromtopoffirstSiliconlayerX、val=0x1

這個(gè)信息也寫(xiě)入您當(dāng)前工作目錄的文件'results、final'中。在模擬完成后，您可以通過(guò)簡(jiǎn)

單的打印'results、final文件來(lái)回顧一下抽取值。

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結(jié)構(gòu)中抽取。對(duì)于這個(gè)抽取語(yǔ)句,我們

需要說(shuō)明：

?指定抽取參數(shù)名為'nldvt':N類(lèi)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'Idvt'。

?器件類(lèi)型，本例中為n-typetransistor、

?偏壓Cvb'）被設(shè)定為ov、

?捕獲電壓，Qss,設(shè)定為leio、

?對(duì)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(yǔ)句就是：

extractname="nldvt“Idvtntypevb=0、0qss=lelOx、val=0、49

語(yǔ)句產(chǎn)生一個(gè)結(jié)果

nldvt=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(xiàn)

下一抽取例子就是電導(dǎo)及偏壓曲線(xiàn)。本例更多地涉及了前面兩項(xiàng)，它要示兩條抽取語(yǔ)句:第一

條就是建立偏壓條件,第二條就是抽取電導(dǎo)曲線(xiàn)。當(dāng)啟動(dòng)抽取時(shí),要求多條抽取語(yǔ)句,抽取系統(tǒng)

必須告訴您沒(méi)有完成，而且更多的信息需要提供?？梢酝ㄟ^(guò)一個(gè)start,continue與機(jī)構(gòu)

取得：

extractstart、、、

extractcont、、、

extractcont、、、

extractdone、、、

按要求,?一些'extractcont'語(yǔ)句需要使用，本例中，為0。

多晶的電導(dǎo)就是在一維線(xiàn)上通過(guò)柵經(jīng)電壓從0到2V進(jìn)行抽取。第一個(gè)抽取語(yǔ)句定義了多晶上

的偏壓條件及抽取開(kāi)始語(yǔ)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=/zPolysiliconz，mat、occno=l\

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(yǔ)句超過(guò)一行。

一旦偏壓條件被指定，電導(dǎo)曲線(xiàn)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，比如，

結(jié)深,這里我們抽取一條值的曲線(xiàn)。指定抽取一條曲線(xiàn)的語(yǔ)法就是

curve〈x-axis、y-axis)

這里的x-axis指定所加的偏壓，而y-axis就是一維/rtype電導(dǎo)，指定為ldn、電導(dǎo)。然而

我們必須通過(guò)指定材料來(lái)限制所使用的電導(dǎo)，本例中為硅。在一通常結(jié)構(gòu)中，可能超過(guò)一層的

硅,使得我們的目的更明確。我們可以規(guī)定我們對(duì)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=land'region,occno=l'、我們希望抽取的曲線(xiàn)的規(guī)格就是:

curve(bias,Idn、conductmaterial="Silicon"mat、occno=lregion、occno=l)

注意，因?yàn)樵谶@個(gè)結(jié)構(gòu)中僅有一個(gè)Silicon區(qū),這可能被簡(jiǎn)化為

curve(bias,Idn、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',

但就是,在抽取一條曲線(xiàn)時(shí),用戶(hù)必須指定曲線(xiàn)在哪里保存,并使用'out'作為抽取語(yǔ)句的一

部分。對(duì)于電導(dǎo)曲線(xiàn)，抽取曲線(xiàn)保存在文件'extract、dat\最后的電導(dǎo)曲線(xiàn)抽取語(yǔ)句就是：

extractdonename="sheetcondvbias“curve(bias,Idn、conduct

material="Silicon"mat、occno=lregion、occno=l)outfile="extract、dat”

電導(dǎo)曲線(xiàn)通過(guò)選擇'outfile'并激發(fā)Tonyplot來(lái)繪制。

r￡jTonyPlotV2.44)

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(yǔ)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(duì)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。此處就是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)

硅層在結(jié)構(gòu)中,這不需在本例中給出這個(gè)信息。然后,結(jié)構(gòu)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(yǔ)句就是：

extractname="n++sheetrho“sheet、resmaterial=/，Siliconzzmat、occno=l

x、val=0、05region、occno=l

當(dāng)抽取執(zhí)行這條語(yǔ)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(xiě)進(jìn)您當(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(jiǎn)單地移動(dòng)興趣點(diǎn)到間隔層下?？蓞⒖約tructuresimulated,

值0、3就是合理的。我們命名抽取電阻為、lddsheetrho':

extractname="lddsheetrho"sheet、resmaterial="Silicon“mat、occno=l

x、val=0、3region、occno=l

抽取值在執(zhí)行后顯示為：

Iddsheetrho=2771x32ohm/squareX、val=0、3

1.8.5溝道表面摻雜濃度

最后的抽取參數(shù)就是溝道的凈摻雜表面雜質(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(duì)于表面濃度，我們必須指定'surf、cone'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'、凈摻雜溝道表面濃度的全抽取語(yǔ)句就是：

extractname="chansurfcone'surf、coneimpurity=/，NetDoping”

material="Silicon“mat、occno=lx、val=0、45

抽取溝道表面濃度在執(zhí)行后顯示為：

chansurfconc=2、78719e+16atoms/cm3X、val=0、45

這也寫(xiě)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(guò)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(jiǎn)單的Id/Vgs曲線(xiàn),Vds為3、3V的晶體管進(jìn)行模擬。在模擬完成后，抽取相關(guān)的器件

參數(shù)參，Beta及Theta。

1.9.1器件模擬界面工藝

按對(duì)稱(chēng)考慮，工藝模擬就是在器件的一半上。對(duì)于器件模擬整個(gè)器件需要簡(jiǎn)單的右側(cè)結(jié)構(gòu)的

反映,比如以柵為中心對(duì)稱(chēng)的軸。對(duì)稱(chēng)軸的探索就是極普通的使用方法，可減少相應(yīng)的計(jì)算時(shí)間。

考慮這些,Athena提供了、structure，語(yǔ)句，用來(lái)構(gòu)建所使用的整個(gè)結(jié)構(gòu)。在這個(gè)例子中，結(jié)構(gòu)必須

就是它的右手側(cè)：

structuremirrorright

對(duì)于整個(gè)MOS器件，源，柵，漏及襯底電極可以使用電極語(yǔ)句定義，其中包括材料

Polysilicon與Aluminum:

electrodename=gatex二0、5y=0、1

electrodename=sourcex=0、1

electrodename=drainx=0、9

electrodename=substratebackside

本例中把輸入文件保存為'moslex02_0、str'、如果您正在模擬結(jié)構(gòu)，同時(shí)閱讀練習(xí)，您應(yīng)該模

擬，使用Tonyplot繪圖顯示應(yīng)如下所示：

1-TonyPlotV2.4.01

File?ViewPlotTods?PrintProperties-Help、

ATHENA

DatafrommoslexOPO.str

最后自動(dòng)界面語(yǔ)句就