• MEDICI仿真NMOS器件晶体管语法笔记


    MEDICI仿真NMOS器件晶体管

     

    TITLE     TMA MEDICI Example 1 - 1.5 Micron N-Channel MOSFET

    给本例子取的标题,对实际的模拟无用

    COMMENT语句表示该行是注释

    MESH      SMOOTH=1

    创建器件结构的第一步是定义一个初始的网表(见图1),在这一步中网表不需要定义得足够精确,只需要能够说明器件的不同区域,在后面我们会对该网表进行优化.网表的生成是由一个MESH语句开始的,MESH语句中还可以对smoothing进行设置(好的smoothing可以把SPREAD语句产生的钝角三角形带来的不利影响减小).

    X.MESH    WIDTH=3.0  H1=0.125

    X.MESHY.MESH语句描述了初始网表是怎样生成的,X.MESH用来描述横向的区域.在此例子中,X.MESH语句中的H1=0.125说明在横向区域0—WIDTH之间垂直网格线水平间隔为0.125微米(均匀分布).

    Y.MESH    N=1   L=-0.025

    Y.MESH用来描述纵向的区域,在这参数N指第一条水平网格线,L指位于-0.025微米处

    Y.MESH    N=3   L=0.

    第三条水平线位于0微米处 

    在这个例子中头三条水平线用来定义厚度为0.025微米的二氧化硅(栅氧).

    Y.MESH    DEPTH=1.0  H1=0.125

    这条语句添加了一个1微米深(DEPTH),垂直向网格线均匀间隔0.125微米(H1)的区域

    Y.MESH    DEPTH=1.0  H1=0.250

    添加了一个1微米深的,垂直向网格线均匀间隔0.250微米的区域

    ELIMIN    COLUMNS  Y.MIN=1.1

    该语句将1.1微米(Y.MIN)以下的网格线隔列(COLUMNS)删除,以减小节点数

    SPREAD    LEFT   WIDTH=.625  UP=1  LO=3  THICK=.1  ENC=2

    SPREAD语句用来对网格线进行扭曲,以便更好的描述器件的边界.这个SPREAD语句将前三条网格线在左边(0-WIDTH之内, WIDTH在这里以过渡区域的中点为准。)的间隔从0.025(栅区氧化层)过渡到0.1微米(源区氧化层).其中UP指要定义的区域的上边界(此处为第一条网格线),LO指要定义的区域的下边界(此处为第三条网格线),THICK定义了这个区域的厚度.

    X方向,左边0-0.625um区域,Y方向第1条水平到第3条水平线之间,氧化层厚度从0.025um0.1um2个网格过渡

    SPREAD    RIGHT  WIDTH=.625  UP=1  LO=3  THICK=.1  ENC=2

    这个SPREAD语句将前三条网格线的在右边的间隔从0.025(栅区氧化层)过渡到0.1微米(漏区氧化层).

    参数ENC决定了从厚的区域过渡到薄的区域的变化特性.值越大过渡区越平缓,ENC=2表明只在两格完成过渡)

    X方向,左边0-0.625um区域,Y方向第1条水平到第3条水平线之间,氧化层厚度从0.025um0.1um2个网格过渡

    COMMENT   Use SPREAD again to prevent substrate grid distortion(失真)

    COMMENT   line NO.4 move to Y.Lo, >line No.4 will be not affected

    SPREAD    LEFT   WIDTH=100   UP=3  LO=4  Y.LO=0.125

    这个SPREAD语句将第四条网格线固定在0.125微米处(Y.LO=0.125,可以使前两条SPREAD语句产生的网格扭曲不影响到0.125微米以下的网格,在这儿WIDTH参数取了一个特别大的值,可以把过渡性的区域放在器件的外面.

    REGION    SILICON

    REGION是用来定义区域的材料性质,如果不特别说明区域的范围的话,则表示对整个结构进行定义,在这里定义整个区域为硅

    REGION    OXIDE    IY.MAX=3

    定义第三条网格线以上的区域为二氧化硅

    ELECTR    NAME=Gate    X.MIN=0.625  X.MAX=2.375  TOP

    ELECTR是用来定义电极位置的,在这里将栅极放在栅极二氧化硅的表面

    ELECTR    NAME=Substrate  BOTTOM

    将衬底接触电极放在器件的底部

    ELECTR    NAME=Source  X.MAX=0.5  IY.MAX=3

    将源区的接触电极放在器件的左边

    ELECTR    NAME=Drain   X.MIN=2.5  IY.MAX=3

    将漏区的接触电极放在器件的右边

    PROFILE   P-TYPE  N.PEAK=3E15  UNIFORM

    PROFILE语句是用来定义掺杂情况的,P-TYPE表示是P型掺杂, N.PEAK描述峰值浓度.这个语句定义整个衬底的浓度为均匀掺杂(UNIFORM),浓度为P(P-TYPE)3E15(N.PEAK).

    PROFILE   P-TYPE  N.PEAK=2E16  Y.CHAR=.25

    这个语句定义沟道阈值调整的掺杂为P,浓度为2E16,掺杂的特征长度(Y.CHAR)0.25微米

    PROFILE   N-TYPE  N.PEAK=2E20  Y.JUNC=.34  X.MIN=0.0  WIDTH=.5   XY.RAT=.75

    PROFILE   N-TYPE  N.PEAK=2E20  Y.JUNC=.34  X.MIN=2.5  WIDTH=.5   XY.RAT=.75

    以上两句定义了源(0-0.5微米处)和漏(2.5-3微米处)的掺杂区,他们的结深(Y.JUNC)0.34微米,横向扩散率为0.75(XY.RAT),N(N-TYPE),浓度为2E20(N.PEAK).

    INTERFAC  QF=1E10

    INTERFAC语句是用来定义界面态的,这个语句说明在整个二氧化硅的表面有浓度一致的固定电荷,浓度为1E10(QF).

    PLOT.2D   GRID  TITLE="Example 1 - Initial Grid"   FILL  SCALE

    PLOT.2D是用来显示二维图形的语句,

    参数GRID表示在图中显示网表,

    FILL表示不同的区域用颜色填充,

    使用参数SCALE,可以使显示图形的大小合适.

    这个语句本身并不能显示器件的什么特性,只是给器件特性的显示提供一个平台,结合了其他的语句后才能显示所想要的图形,这一点在下面会给出示范.在这里的几个参数都是可有可无的,不妨把他们去掉,看看有什么不同,以加深理解.

    该语句所得的图形如下:

    到目前为止,器件的结构已经定义了,下面将对该网格进行调整以适应模拟的需要.

    REGRID    DOPING   IGNORE=OXIDE  RATIO=2  SMOOTH=1

    REGRID语句是用来对网格按要求进行优化的语句.

    当节点的掺杂特性超出了RATIO的要求时,该三角形网格将被分割成四个适合的小三角形,但二氧化硅区域不被包含在内(IGNORE说明).

    SMOOTH用来平滑网格的,以减小钝角三角形带来的不利影响,

    SMOOTH=1表示平滑网格时,各个区域的边界不变,

    SMOOTH=2表示仅仅不同材料的边界保持不变.参数DOPING说明优化网格的标准是基于杂质分布的,杂质分布变化快的区域自动进行调整.

    PLOT.2D   GRID  TITLE="Example 1 - Doping Regrid"  FILL  SCALE

    该语句生成的图形如下,大家可以仔细比较一下和上图的区别(在网格上有什么不同,尤其是在PN结的边缘.这儿浓度的变化最快).

    CONTACT   NAME=Gate  N.POLY

    CONTACT语句是用来定义电极相关的一些物理参数,

    在这儿栅极(NAME)的材料被定义为N型的多晶硅(N.POLY).

    MODELS    CONMOB  FLDMOB  SRFMOB2

    MODELS用来描述在模拟中用到的各种物理模型,

    模拟时的温度也可以在这里设定(由参数TEMP设定).

    除非又使用了该语句,否则该语句定义的模型一直有效.

    参数CONMOB表示使用迁移率与杂质分布有关的模型, 

    参数FLDMOB表示使用迁移率与电场分布有关的模型.

    参数SRFMOB2表示表面迁移率降低效应将被考虑.

    SYMB      CARRIERS=0

    在这儿只选用了Poisson来解方程,

    因为在这只需要势能,所以载流子类型为零.

    METHOD    ICCG  DAMPED

    METHOD语句设置了一个和SYMB语句相关的特定的求解的算法

    在大多数的情况下,只需要这两个参数就能够得到最有效的零类型载流子模拟.

    SOLVE

    该语句用来获得解,在这里初始条件设置为0

    REGRID    POTEN  IGNORE=OXIDE  RATIO=.2  MAX=1  SMOOTH=1

    该语句可以在势能变化快的地方将网格进一步优化,

     PLOT.2D   GRID  TITLE="Example 1 - Potential Regrid"  FILL  SCALE

    该语句显示的图形如下:

    SYMB      CARRIERS=0

    SOLVE     OUT.FILE=MDEX1S

    保存零偏压下的解。SYMB语句必须在使用SLOVE语句前定义来获得下次的解。因为上一次获得解之后在网格中的节点已经改变。

    PLOT.1D   DOPING  X.START=.25  X.END=.25  Y.START=0  Y.END=2

    +         Y.LOG  POINTS  BOT=1E15  TOP=1E21  COLOR=2

    +         TITLE="Example 1 - Source Impurity Profile"

    PLOT.1D语句是用来显示参数的一维变化的.在这里参数DOPING说明显示的是杂质的分布情况,X.START,X.END,Y.START,Y.END用来定义想要考察的路径(起始坐标是(X.START,Y.START,终点坐标是(X.END,Y.END)). 

    Y.LOG表示纵坐标使用对数坐标,最大值为TOP,最小值为BOT. 

    参数COLOR用来描述该曲线选用的颜色,不妨改变该参数,看看颜色发生了什么变化。

    这条语句用来显示从(0.25,0)到(0.25,2)上的一维杂质分布,具体结果见图:

    PLOT.1D   DOPING  X.START=1.5  X.END=1.5  Y.START=0  Y.END=2

    +         Y.LOG  POINTS  BOT=1E15  TOP=1E17  COLOR=2

    +         TITLE="Example 1 - Gate Impurity Profile"

    这条语句用来显示从(1.5,0)到(1.5,2)上的一维杂质分布,具体结果见图: 

    PLOT.2D   BOUND  REGION TITLE="Example 1 - Impurity Contours"  FILL  SCALE

    CONTOUR   DOPING  LOG  MIN=16   MAX=20   DEL=.5  COLOR=2

    CONTOUR   DOPING  LOG  MIN=-16  MAX=-15  DEL=.5  COLOR=1  LINE=2

    在这里PLOT.2D语句搭建了一个显示的平台,两个CONTOUR语句则在这个平台上描绘了所需参数的特性,CONTOUR语句是用来在最近的一个PLOT.2D语句上绘制各种物理参量的二维特性的。

    在这里它们都是用来绘制杂质的二维分布(由参数DOPING说明)。

    MINMAX则指定了参数的显示范围,DEL表示所显示的相邻曲线之间的在参数值上的间隔,负数表示是P型掺杂,正数表示是N型掺杂。

    COLOR表示线条的颜色,LINE表示线条的类型。

    LOG表示MINMAXDEL都采用对数表示。

    上面三条语句产生的图形如下

    SYMB      CARRIERS=0

    SOLVE     

    为了给下面的模拟提供一个起始条件,在这获得了一个零偏置解,因为器件在零偏置的时候,电流很小,所以使用零载流子模型就足够了。

    SYMB      CARRIERS=0

    METHOD    ICCG  DAMPED

    SOLVE     V(Gate)=1.0

    在使用SOLVE语句获得下一个解之前,SYMB语句必须再使用一次。因为网表的节点数在上一次求解的时候已经改变。

    SYMB      NEWTON  CARRIERS=1  ELECTRON

    下面将要求解漏极电压和漏极电流的关系,因为是NMOS器件,所以设置载流子类型为电子

    SOLVE     V(Drain)=0.0  ELEC=Drain  VSTEP=.2  NSTEP=15

    漏极上加上步长为VSTEP,扫描次数为NSTEP的扫描电压,然后进行模拟。

    PLOT.1D   Y.AXIS=I(Drain)  X.AXIS=V(Drain)  POINTS  COLOR=2

    +         TITLE="Example 1D - Drain Characteristics"

    该语句显示漏极电压(横坐标)和漏极电流(纵坐标)的关系,结果下图:

    LABEL     LABEL="Vgs = 3.0v"  X=2.4  Y=0.1E-4

    LABEL语句用来在图上适当位置添加标志.

    PLOT.2D   BOUND  JUNC  DEPL  FILL  SCALE

    +         TITLE="Example 1D - Potential Contours"

    E.LINE    X.START=2.3  Y.START=0.02  S.DELTA=-0.3  N.LINES=8

    +         LINE.TYPE=3  COLOR=1

    ELINE是用来画电力线的,这条语句必须和PLOT.1D或者是PLOT.2D相结合使用.在这里要求最多画N.LINES条电力线,(X.START,Y.START)开始画,S .DELTA定义了电力线起点之间的距离,正数表示在上一个条电力线的右边,负数表示在左边。

    CONTOUR   POTENTIA  MIN=-1  MAX=4  DEL=.25  COLOR=6

    这一条语句是用来绘制势能分布的(由参数POTENTIA决定),绘制的势能曲线从-1伏(MIN)开始,到4伏(MAX),每一条曲线之间电势差为0.25伏(DEL,共有(MAX-MIN)/DEL条势能曲线。

    LABEL     LABEL="Vgs = 3.0v"  X=0.2  Y=1.6

    LABEL     LABEL="Vds = 3.0v"

    这两条语句在图中加了两个标志,使图形更具有可读性。上面几句绘制的势能曲线如下:

     SOLVE     V(Drain)=0  TSTEP=1E-18  TSTOP=1E-10  

    下面将要显示当漏极电压突然从5伏(上面一个SOLVE语句已经得到了)突然降到0伏(在这一个SOLVE语句中由V(Drain)得到)时的漏极电流瞬态曲线,因为瞬态响应的模拟不同于直流模拟,因而必须重新求解,在这里,设定求解时迭代的步长为TSTEP,模拟结束时间为TSTOP.

    PLOT.1D   X.AXIS=TIME  Y.AXIS=I(Drain)   Y.LOG  X.LOG POINTS

    这个语句设定纵坐标为漏极电流,横坐标为时间,两个坐标都使用对数坐标。

    Tsuprem4仿真NMOS工艺仿真

    $ TSUPREM-4 N-channel MOS application

    识别图像驱动

    FOREACH    LD  ( 3 5 ) 

    loop循环语句,循环5次,给LD赋值,分别为35

    MESH       GRID.FAC=1.5

    网格乘数因子1.5

    MESH       DY.SURF=0.01  LY.SURF=0.04  LY.ACTIV=2.0

    Y方向表面层网格间距0.01um,表面层位置0.04um。活性层位置2um

     

    网格初始化,100晶向,硼掺杂浓度为1e15 cm-3X方向宽度分别为11.11.2um

    SELECT     TITLE="Mesh for Delta=0.@{LD}"

    PLOT.2D    SCALE  GRID  Y.MAX=3.0  C.GRID=2

    绘制初始化网格,添加图标表格,绘制二维网格,保持宽长比。

    DEPOSIT    OXIDE  THICKNESS=0.03

    初始化垫氧,淀积厚度为0.03um

    IMPLANT    BORON  DOSE=1E12  ENERGY=35  

    P阱注入,注入硼1E12cm-2,能量为35KeV

    METHOD     PD.TRANS

    用点缺陷模型仿真OED

    DIFFUSE    TEMP=1100  TIME=120  DRYO2  PRESS=0.02

    P阱推进,扩散温度为1100,时间为120min,使用干氧,压力为0.02个大气压。

    SELECT Z=LOG10(BORON)  TITLE="Channel Doping (Delta=0.@{LD})"  

    PLOT.1D    X.VALUE=0  RIGHT=3.0  BOTTOM=15  TOP=19    LINE.TYP=2  COLOR=2

    LABEL  X=1.8  Y=18.5  LABEL="After p-well drive"   LINE.TYP=2  C.LINE=2

    P阱掺杂,添加Z变量为硼掺杂浓度的对数,绘制select语句中定义的Z在结构的某一方向上随位置变化的函数图形或电学参数特性。

    DEPOSIT    NITRIDE  THICKNESS=0.1 

    淀积氮化物,厚度为0.1um

    IMPLANT    BORON  DOSE=5E13  ENERGY=80

    DIFFUSE    TEMP=1000  TIME=360  WETO2

    场区注入和氧化,注入硼,浓度为5e13cm-2,能量为80KeV,在湿氧环境下,扩散温度为1000°,时间360分钟。

    ETCH       NITRIDE  ALL

    刻蚀所有氮化物

    IMPLANT    BORON  ENERGY=100  DOSE=1E12

    阈值电压调整注入,注入硼,能量为 100KeV,浓度为 1012cm-2

    SELECT     Z=LOG10(BORON)

    PLOT.1D    X.VALUE=0  ^AXES  ^CLEAR  COLOR=2

    绘制一维图表,绘制坐标轴,清屏

     

    LABEL X=1.8  Y=18.2  LABEL="After Vt implant"  LINE.TYP=1 C.LINE=2

    添加Z为硼的对数,绘制select语句中Z在结构的某一方向上随位置变化的函数图形或电学参数特性。

    SELECT     Z=1

    PRINT.1D   X.VALUE=0.0  LAYERS 

    打印氧化物和硅的厚度,选择X=0处,打印一维各层信息。

    ETCH       OXIDE  TRAP  THICK=0.05

    刻蚀氧化物,刻蚀氧化物陷阱,厚度为0.05um

    DIFFUSE    TEMP=950  TIME=30  DRYO2

    栅极氧化,扩散温度950°,时间30分钟,干氧

    DEPOSIT    POLYSILICON  THICKNESS=0.3  DIVISIONS=4

    淀积多晶硅,厚度0.3um,网格数4

    ETCH       POLY   LEFT  P1.X=0.5

    ETCH       OXIDE  TRAP  THICK=0.04

    //刻蚀多晶和氧化层,X方向0-0.5um;刻蚀多晶,左边起X方向0.5um;刻蚀氧化层陷阱,厚度0.04um

    DEPOSIT    OXIDE  THICKNESS=0.02

    淀积一个薄的氧化层;淀积氧化层,厚度0.02um

    IMPLANT PHOS ENERGY=50  DOSE=5E13  IMPL.TAB=PHOSPHORUS

    LDD注入,注入磷,能量50KeV,浓度5e13cm-2,分布模型为IMPL.TAB= PHOSPHORUS

    DEPOSIT    OXIDE  THICK=0.2

    低温氧化,淀积厚度为0.2um

    ETCH       OXIDE  TRAP  THICK=0.22

    建立掩蔽侧墙,刻蚀氧化物陷阱,厚度0.22um

    IMPLANT    ARSENIC  ENERGY=100  DOSE=2E15

    源漏注入,注入砷,能量100KeV,浓度2e15cm-2

    ETCH  OXIDE  LEFT  P1.X=0.5

    氧化物刻蚀,刻蚀氧化层,左边起,X方向0.5um

    METHOD     COMPRESS

    用一个氧化模型解多晶硅

    DIFFUSE    TEMP=900  TIME=30  DRYO2 

    源漏再氧化(包括多晶硅);扩散温度900°,时间30分钟,干氧

    DEPOSIT    OXIDE  THICK=0.3

    ETCH       OXIDE  LEFT  P1.X=0.3

    BPSG—刻蚀,打接触孔,铝连接;淀积氧化层,厚度0.3um;刻蚀氧化层,左边起,X方向0.3um

    DEPOSIT    ALUMINUM  THICK=0.5  SPACES=3

    DEPOSIT    PHOTORESIST THICK=1.0

    ETCH       PHOTORESIST RIGHT  P1.X=0.6

    ETCH       ALUMINUM  TRAP  ANGLE=85  THICK=0.8

    ETCH       PHOTORESIST ALL

    金属化,刻蚀源漏接触空;淀积铝,厚度0.5um,网格数3;淀积光刻胶厚度1.0;刻蚀光刻胶,右起X方向0.6,刻蚀铝,角度85°,厚度0.8um;刻蚀所有光刻胶

    PLOT.2D    SCALE  GRID  Y.MAX=3.0  C.GRID=2

     

     

     

     

    SAVEFILE   OUT.FILE=S4EX7AS@LD

    STRUCTURE  REFLECT  RIGHT 

    SAVEFILE   OUT.FILE=S4EX7AP@LD  MEDICI

    savefile out.f=s4ex7a@{LD}.tif tif

    形成完整结构,然后保存,保存文件,结构命令,水平镜像堆成,右边,保存期间仿真文件

    END

    MEDICI仿真NPN晶体管器件仿真

    TITLE TMA MEDICI NPN Transistor Simulation

    MESH

    创建初始网格

    X.MESH WIDTH=6.0 H1=0.250

    网格横向宽为6u,间距为0.25u 

    Y.MESH Y.MIN=-0.25 Y.MAX=0.0 N.SPACES=2

    在纵向-0.250之间创建两(N.SPACES)行网格

    Y.MESH DEPTH=0.5 H1=0.125

    纵向添加深度为0.5u的网格,纵向间距为0.125u

    Y.MESH DEPTH=1.5 H1=0.125 H2=0.4

    纵向再添加深度为1.5u的网格,其纵向间距从0.125u变化到0.4u 

    REGION NAME=Silicon SILICON

    定义整个区域性质为silicon 

    REGION NAME=Oxide OXIDE Y.MAX=0

    定义从-0.250的区域都为二氧化硅

    REGION NAME=Poly POLYSILI Y.MAX=0 X.MIN=2.75 X.MAX=4.25

    再次定义二氧化硅层的中间部分区域为poly 

    ELECTR NAME=Base X.MIN=1.25 X.MAX=2.00 Y.MAX=0.0

    基区电极位置定义

    ELECTR NAME=Emitter X.MIN=2.75 X.MAX=4.25 TOP

    发射区电极位置定义(在整个器件顶部,TOP

    ELECTR NAME=Collector BOTTOM

    集电区电极位置定义(在器件的最底部BOTTOM

    PROFILE N-TYPE N.PEAK=5e15 UNIFORM OUT.FILE=MDEX2DS

    定义衬底为n型均匀搀杂,浓度为5e15,并将所有定义的掺杂特性记录在文件MDEX2DS中,在下次网格优化时方便调用

    PROFILE P-TYPE N.PEAK=6e17 Y.MIN=0.35 Y.CHAR=0.16

    + X.MIN=1.25 WIDTH=3.5 XY.RAT=0.75

    定义基区为p型掺杂,浓度为6e17,掺杂特征长度(Y.CHAR)为0.16,横向扩散率为0.75

    PROFILE P-TYPE N.PEAK=4e18 Y.MIN=0.0 Y.CHAR=0.16

    + X.MIN=1.25 WIDTH=3.5 XY.RAT=0.75;

    仍旧是定义基区的掺杂特性(和发射区邻接部分浓度较高)

    PROFILE N-TYPE N.PEAK=7e19 Y.MIN=-0.25 DEPTH=0.25 Y.CHAR=0.17

     + X.MIN=2.75 WIDTH=1.5 XY.RAT=0.75

    定义n型发射区的掺杂特性

    PROFILE N-TYPE N.PEAK=1e19 Y.MIN=2.0 Y.CHAR=0.27

    定义n型集电区的掺杂特性

    REGRID DOPING LOG RATIO=3 SMOOTH=1 IN.FILE=MDEX2DS

    读入文件MDEX2DS,对网格进行优化处理,当网格上某节点的搀杂变化率超过3时,对这个网格进行更进一步的划分(分为四个全等的小三角形)

    REGRID DOPING LOG RATIO=3 SMOOTH=1 IN.FILE=MDEX2DS

    再次进行同样的优化处理,将网格更加的细化

    REGRID DOPING LOG RATIO=3 SMOOTH=1 IN.FILE=MDEX2DS

    + X.MIN=2.25 X.MAX=4.75 Y.MAX=0.50 OUT.FILE=MDEX2MP

    对发射区与基区交界部分的网格进行专门的优化处理。最后将整个完整定义的网格保存在文件MDEX2MP

    PLOT.2D GRID SCALE FILL

    + TITLE=”Example 2P - Modified Simulation Mesh”

    完成的网格如下图

    MOBILITY POLYSILI CONC=7E19 HOLE=2.3 FIRST LAST

    在多晶硅的掺杂浓度为7e19

    时,空穴的迁移率为2.3(依赖多晶硅的掺杂浓度而变化),不过FIRSTLAST这两个参数的引入表明无论掺杂浓度为多少,空穴的迁移率保持不变

    MATERIAL POLYSILI TAUP0=8E-8

    多晶硅中空穴的寿命保持为8e8

    MODEL CONMOB CONSRH AUGER BGN

    定义在模拟中用到的各种物理模型,CONMOB表示使用迁移率与杂质分布有关的模型; AUGER表示使用与俄歇复合有关的模型;BGN表示使用与禁带宽度变窄效应有关的模型。

    SYMB CARRIERS=0

    SYMB语句中如果设置CARRIERS0,表示只选用POISSON方程来建模。称之为零载流子模型

    METHOD ICCG DAMPED

    一般使用上述两个参数来解决零载流子模型

    SOLVE V(Collector)=3.0

    Vc3v时求探索解

    SYMB NEWTON CARRIERS=2

    在使用了零载流子模型作初步估计后,我们使用更精确的模型:NEWTON来作进一步求解

    SOLVE

    仍旧在Vc3v时求解(使用NEWTON模型)

    PLOT.2D   GRID  TITLE="Poten REGrid"   FILL  SCALE depl

    绘制器件网格

    LOG OUT.FILE=MDEX2PI

    将上面模拟的数据保存在LOG文件MDEX2PI,后面要用到

    SOLVE V(Base)=0.2 ELEC=Base VSTEP=0.1 NSTEP=4

    + AC.ANAL FREQ=1E6 TERM=Base

    在频率为1e6HZVb0.2v0.6v(步长为0.1V)的情况下,进行交流小信号的模拟

    SOLVE V(Base)=0.7 ELEC=Base VSTEP=0.1 NSTEP=2

     + AC.ANAL FREQ=1E6 TERM=Base OUT.FILE=MDEX2P7

    同样是在频率为1e6HZVb0.70.9(步长为0.1V)的情况下,进行交流小信号的模拟,并将结果(Vb0.7v)保存在文件MDEX2P7,Vb=0.8v的结果保存在文件MDEX2P8中,Vb=0.9v的结果保存在文件MDEX2P9

    LOAD IN.FILE=MDEX2P9

    载入MDEX2P9

    PLOT.2D GRID  TITLE="Poten REGrid-Vbe=0.9V"   FILL  SCALE depl

    绘制基极电压为0.9V时器件网格

    PLOT.1D IN.FILE=MDEX2PI Y.AXIS=I(Collector) X.AXIS=V(Base)

     + LINE=1 COLOR=2 TITLE=”Example 2PP - Ic & Ib vs. Vbe”

     + BOT=1E-14 TOP=1E-3 Y.LOG POINTS

    读取LOG文件,绘制集电极电流和基极电压的关系曲线,其中纵坐标为对数坐标(LOG文件一般与PLOT.1D联合使用)。

     PLOT.1D IN.FILE=MDEX2PI Y.AXIS=I(Base) X.AXIS=V(Base)

    + Y.LOG POINTS LINE=2 COLOR=3 UNCHANGE

    绘制基极电流和电压的曲线图,UNCHANGE表明仍旧绘制在上面一条曲线所在的坐标系中。

    LABEL LABEL=”Ic” X=.525 Y=1E-8

    LABEL LABEL=”Ib” X=.550 Y=2E-10

    LABEL LABEL=”Vce = 3.0v” X=.75 Y=1E-13

    上述三句在上面绘制的曲线图上添加标签

    EXTRACT NAME=Beta EXPRESS=@I(Collector)/@I(Base)

    使用EXTRACT语句,列出Beta(增益)的表达式

    PLOT.1D IN.FILE=MDEX2PI X.AXIS=I(Collector) Y.AXIS=Beta

    + TITLE=”Example 2PP - Beta vs. Collector Current”

    + BOTTOM=0.0 TOP=25 LEFT=1E-14 RIGHT=1E-3

    + X.LOG POINTS COLOR=2

    绘制集电极电流与增益的关系曲线

    LABEL LABEL=”Vce = 3.0v” X=5E-14 Y=23

    做标签

    EXTRACT NAME=Ft UNITS=Hz

    + EXPRESS=”@G(Collector,Base)/(6.28*@C(Base,Base))

    列出截止频率的表达式,单位是Hz

    PLOT.1D IN.FILE=MDEX2FI X.AXIS=I(Collector) Y.AXIS=Ft

    + TITLE=”Example 2FP - Ft vs. Collector Current”

    + BOTTOM=1 TOP=1E10 LEFT=1E-14 RIGHT=1E-3

    + X.LOG Y.LOG POINTS COLOR=2

    绘制集电极电流与截止频率的关系曲线,横纵坐标均使用对数坐标

     LABEL LABEL=”Vce = 3.0v” X=5E-14 Y=1E9

    做标签

    MESH IN.FILE=MDEX2MS

    由于要绘制二维图形,为了方便,重新载入前面描述的网格。

    LOAD IN.FILE=MDEX2S9

    载入模拟结果文件MDEX2S9(Vbe0.9v)

    PLOT.2D BOUND JUNC SCALE FILL

    + TITLE=”Example 2FP - Total Current Vectors” 

    VECTOR J.TOTAL COLOR=2

    绘制二维电流矢量图

    LABEL LABEL=”Vbe = 0.9v” X=0.4 Y=1.55

    LABEL LABEL=”Vce = 3.0v”

    做标签

    PLOT.2D BOUND JUNC DEPL SCALE FILL

    + TITLE=”Example 2FP - Potential Contours”

    CONTOUR POTEN MIN=-1 MAX=4 DEL=.25 COLOR=6

    绘制等势能曲线(CONTOUR用来绘制等高线),POTEN指势能,MINMAX指定参数的显示范围,DEL表示所显示的相邻曲线在参数值上的间隔,负数表示是p型掺杂,正数表示是n型掺杂

    LABEL LABEL=”Vbe = 0.9v” X=0.4 Y=1.55

    LABEL LABEL=”Vce = 3.0v”

    做标签

    LOAD IN.FILE=MDEX2S7

    载入模拟结果文件MDEX2S7(Vbe0.7v)

    PLOT.1D DOPING Y.LOG SYMBOL=1 COLOR=2 LINE=1

    + BOT=1E10 TOP=1E20

    + X.STA=3.5 X.END=3.5 Y.STA=0 Y.END=2

    + TITLE=”Example 2FP - Carrier & Impurity Conc.”;

    绘制器件的杂质浓度特性曲线,使用第一种标志(SYMBOL=1,方块),起始点为(3.5,0,终止点为(3.5,2

    PLOT.1D ELECTR Y.LOG SYMBOL=2 COLOR=3 LINE=2 UNCHANGE

    + X.STA=3.5 X.END=3.5 Y.STA=0 Y.END=2

    仍旧在上面曲线的基础上绘制电子的浓度特性曲线

    PLOT.1D HOLES Y.LOG SYMBOL=3 COLOR=4 LINE=3 UNCHANGE

    + X.STA=3.5 X.END=3.5 Y.STA=0 Y.END=2

    绘制空穴的浓度特性曲线

    LABEL LABEL=”Vbe = 0.7v” X=1.55 Y=4E12

    LABEL LABEL=”Vce = 3.0v”

    LABEL LABEL=”Doping” SYMBOL=1 COLOR=2

    LABEL LABEL=”Electrons” SYMBOL=2 COLOR=3

    LABEL LABEL=”Holes” SYMBOL=3 COLOR=4

    添加标签

    Stop

     

    Tsuprem4 NPN工艺仿真

    INITIALIZE<100> BORON = 1E15

    定义衬底,衬底为100晶向,衬底掺杂为硼,浓度为1015cm-3

    DIFFUSION TEMP = 1150 TIME = 120 STEAM

    ETCH OXIDE ALL

    埋层氧化层掩膜的生长,温度为1150,时间120分钟,蒸汽氧化,氧化完成后刻蚀整个氧化层

    IMPLANT ANTIMONY DOSE = 1E15 ENERGY = 75

    DIFFUSION TEMP = 1150 TIME = 30 DRYO2

    DIFFUSION TEMP = 1150 TIME = 360

    ETCH OXIDE ALL

    埋层注入与退火和退结,

    注入锑离子(Sb, AntimonyV族元素),掺杂浓度为1015cm-2,注入能量为75KeV

    1150干氧氛围下退火30min

    退火,氧化,温度为1150°,时间360分钟,

    退火完成后刻蚀整个氧化层

    EPITAXY THICKNESS = 1.8 SPACES = 9 TEMP = 1050 TIME = 6 ARSENIC = 5E15

    生长N型外延层,厚度为1.8μm,外延层网格数为9,淀积温度为1050,淀积时间6分钟,杂质为砷,浓度为5x1015

    DIFFUSION TEMP = 1050 TIME = 30 DRYO2

    生长垫氧,干氧氧化,温度1050°,时间30分钟

     

    DEPOSITION NITRIDE THICKNESS = 0.12

    淀积氮化物。

    垫氧生长条件为1050以及干氧气氛,生长时间为30分钟

    淀积0.12μm厚的氮化物

    SAVEFILE OUT.FILE = S4EXAS

    保存现有工艺文件

    SELECT Z = LOG10(BORON) TITLE = "Active, Epitaxy"

    PLOT.1D BOTTOM = 13 TOP = 21 RIGHT = 5 LINE.TYP = 5 COLOR = 2 

    SELECT Z = LOG10(ARSENIC)

    PLOT.1D ^AXES ^CLEAR LINE.TYP = 2 COLOR = 3

    SELECT Z = LOG10(ANTIMONY)

    PLOT.1D ^AX ^CL LINE.TYP = 3 COLOR = 3

    绘制结果,在同一张图上绘制硼,砷,锑的浓度垂直分布,采用对数纵坐标,坐标最小值为1013,最大值为1021

    LABEL X = 4.2 Y = 15.1 LABEL = Boron

    LABEL X = -.8 Y = 15.8 LABEL = Arsenic

    LABEL X = 2.1 Y = 18.2 LABEL = Antimony

    增加标签

    SELECT Z = DOPING

    PRINT.1D LAYERS

    输出LAYERS

     

    联合仿真

    初始化网格定义

    LINE X LOCATION=0 SPACING=0.2

    0处绘制竖直线,网格间隔为0.2μm

    LINE X LOCATION=0.9 SPACING=0.06

    LINE X LOCATION=1.8 SPACING=0.2

    LINE Y LOCATION=0 SPACING=0.01

    LINE Y LOCATION=0.1 SPACING=0.01

    LINE Y LOCATION=0.5 SPACING=0.10

    LINE Y LOCATION=1.5 SPACING=0.2

    LINE Y LOCATION=3.0 SPACING=1.0

    X=0.6的垂直线,距离为0.06um

    X=1.8的垂直线,距离为0.2um

    Y=0的水平线,距离为0.011um

    Y=0.5的水平线,距离为0.10um

    Y=1.5的水平线,距离为0.2um

    Y=3的水平线,距离为1.0um

     

     

    ELIMIN ROWS X.MIN=0.0 X.MAX=0.7 Y.MIN=0.0 Y.MAX=0.15

    清除(0,0)(0.7,0.15)定义的范围内的水平线

    ELIMIN ROWS X.MIN=0.0 X.MAX=0.7 Y.MIN=0.06 Y.MAX=0.20

    ELIMIN COL X.MIN=0.8 Y.MIN=1.0

    INITIALIZ <100> BORON=1E15

    初始化衬底,采用100晶向,硼掺杂P型衬底,杂质浓度1x1015cm-3

    SELECT TITLE=”TSUPREM-4: Initial Mesh”

    PLOT.2D GRID

    绘制初始化网格图形 

    DEPOSIT OXIDE THICKNESS=0.03

    METHOD VERTICAL

    初始化氧化层,

    淀积氧化硅厚度为0.03μm

    采用模型VERTICAL,氧化增强扩散工艺,生长方向为垂直方向

    IMPLANT BORON DOSE=3E13 ENERGY=45

    DIFFUSE TEMP=1100 TIME=500 DRYO2 PRESS=0.02

    ETCH OXIDE ALL

    P阱注入,注入硼,剂量为3x1013cm-2,能量为45keV,注入后退火推阱,温度为1100,干氧环境,时间500min,气压为0.02个大气压,然后刻蚀全部氧化层

    DIFFUSE TEMP=900 TIME=20 DRYO2

    制作垫氧,温度为900摄氏度,干氧环境,氧化20分钟

    DEPOSIT NITRIDE THICKNESS=0.1

    制作氮化物,厚度为0.1μm

    DIFFUSE TEMP=1000 TIME=360 WETO2

    制作场氧,温度为1000摄氏度,湿氧氧化360分钟

    ETCH NITRIDE ALL

    氧化完毕后刻蚀所有氮化物

    IMPLANT BORON ENERGY=40 DOSE=1E12

    ETCH OXIDE ALL

    $Vt调整注入,杂质为硼,注入能量为40KeV,计量为1x1012cm-2,然后刻蚀所有氧化层

    DIFFUSE TEMP=900 TIME=35 DRYO2

    DEPOSIT POLYSILICON THICKNESS=0.3 DIVISIONS=4

    制作栅氧,温度为900,干氧环境,氧化35分钟,然后淀积0.3μm厚的多晶硅

    ETCH POLY LEFT P1.X=0.8 P1.Y=-0.5 P2.X=0.8 P2.Y=0.5

    ETCH OXIDE LEFT P1.X=0.8 P1.Y=-0.5 P2.X=0.8 P2.Y=0.5

    DEPOSIT OXIDE THICKNESS=0.02

    刻蚀ETCH中:

     

    刻蚀(0.8,-0.5)(0.8,0.5)两点确定范围内的氧化层和多晶硅,

    然后制作侧墙,淀积氧化层厚度为0.02μm

    IMPLANT PHOS ENERGY=50 DOSE=5E13

    LDD注入,注入磷,能量50KeV,剂量为5x1013cm-2

    DEPOSIT OXIDE THICK=0.2 DIVISIONS=10

    淀积氧化层,厚度为0.2um,网格数为10

    ETCH OXIDE DRY THICK=0.22

    干法刻蚀氧化层,厚度为0.22μm

     

    IMPLANT ARSENIC ENERGY=100 DOSE=2E15

    注入源漏区,杂质为砷,注入能量100KeV,剂量2x1015cm-2

    ETCH OXIDE LEFT P1.X=0.5

    DIFFUSE TEMP=950 TIME=30 DRYO2 PRESS=0.02

    刻蚀左侧氧化层范围为X=0X=0.5

    干氧氧化,温度为950摄氏度,干氧环境,0.02个大气压,氧化时间为30分钟

    DEPOSIT OXIDE THICK=0.3

    ETCH OXIDE LEFT P1.X=0.3 P1.Y=-2 P2.Y=2

    制作磷硼玻璃,氧化厚度为0.3μm,刻蚀(0,-2)(0.3,2)两点确定区域内的氧化硅

    SELECT Z=LOG10(DOPING) TITLE=”TSUPREM-4: S/D Doping Profile”

    PLOT.1D X.VALUE=0 LINE.TYP=5 BOUNDARY Y.MIN=14 Y.MAX=21

    $绘制源漏区掺杂浓度曲线,选择参数Z为掺杂浓度的对数,标题为”S/D Doping Profile”

    绘制一维图表,x=0处,线形为5,调整网表以适应边界的界面,Y轴范围为10141021

    DEPOSIT ALUMINUM THICK=0.5 SPACES=3

    ETCH ALUMINUM RIGHT P1.X=0.6 P2.X=0.55 P1.Y=-2 P2.Y=2

    STRUCTUR REFLECT RIGHT

    SAVEFILE MEDICI OUT.FILE=S4EX9BS

    $金属化,溅射铝,厚度为0.5μm,刻蚀右侧(0.6,-2)(0.55,2)定义的铝,然后整个结构向右镜像,储存为S4EX9BS(medici格式)

    MEDICI 部分

    TITLE Example 9B - TSUPREM-4/MEDICI Interface

    MESH IN.FILE=S4EX9BS TSUPREM4 ELEC.BOT POLY.ELEC Y.MAX=3

    导入Tsuprem4工艺文件

    RENAME ELECTR OLDNAME=1 NEWNAME=Source

    RENAME ELECTR OLDNAME=2 NEWNAME=Drain

    SAVE MESH OUT.FILE=MDEX9BM

    重新定义电极的名称,原Tsuprem4定义的12电极改为源漏,然后保存电极设置

    CONTACT NUMBER=Gate N.POLY

    MODELS CONMOB PRPMOB FLDMOB CONSRH AUGER BGN

    多晶硅作为栅极,定义物理模型

    PLOT.2D GRID SCALE FILL TITLE=”Structure from TSUPREM-4”

    绘制初始网格图形

    PLOT.1D DOPING LOG X.START=0 X.END=0 Y.START=0 Y.END=2

    + POINTS BOT=1E14 TOP=1E21 TITLE=”S/D Profile”

    绘制源漏杂质浓度分布曲线(Tsuprem4 2)Y轴范围为114~121为对数坐标。

    PLOT.1D DOPING LOG X.START=1.8 X.END=1.8 Y.START=0 Y.END=2

    + POINTS BOT=1E14 TOP=1E19 TITLE=”Channel Profile”

    绘制沟道区杂质浓度分布

    PLOT.2D BOUND SCALE FILL L.ELEC=-1 TITLE=”Impurity Contours”

    绘制器件杂质的二维分布,左电极-1

     

     

    CONTOUR DOPING LOG MIN=14 MAX=20 DEL=1 COLOR=2

    CONTOUR DOPING LOG MIN=-20 MAX=-14 DEL=1 COLOR=1 LINE=2

    Contour(轮廓)描绘各种物理量的轮廓线从 对数绘制

     

     

    SYMB CARR=0

    载流子类型为0

    METHOD ICCG DAMPED

    SOLVE V(Gate)=2

    SYMB CARR=1 NEWTON ELECTRON

    LOG OUT.FILE=MDEX9BI

    分析VG=2V时的源漏I-V特性,定义初始载流子浓度为0,用ICCGDAMPED两个参数解决零载流子模型,用NEWTON模型继续求解零载流子浓度为1时的器件模型,保存求解结果

    SOLVE V(Drain)=0.0 ELEC=Drain VSTEP=0.1 NSTEP=2

    SOLVE V(Drain)=0.5 ELEC=Drain VSTEP=0.5 NSTEP=5

    COMMENT Plot results

    PLOT.1D X.AXIS=V(Drain) Y.AXIS=I(Drain) TOP=2.2E-5

    + TITLE=”Ids vs. Vds” COLOR=2 POINTS

    LABEL LABEL=”Vgs = 2V” COLOR=2

    求解漏极电压为0V0.1V0.2V0.5V1V1.5V2.0V2.5V3.0V时的源漏I-V特性,绘制I-V特性曲线,曲线的Y轴为线形坐标,最大值为2.2x10-5,绘制结果如图8所示,可以很清楚地看到器件工作的线性区和饱和区

     离子注入后的Diffusion是退火推结用的

    退火在离子注入之后紧接着的步骤

    有氧气,diffusion为氧化

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