工艺流程实验.docx
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工艺流程实验
工艺流程实验
ISETCAD课程设计教学大纲
ISETCAD环境的熟悉了解
一．GENESISe——ISETCAD模拟工具的用户
主界面
1）包括GENESISe平台下如何浏览、打开、保存、增加、删除、更改项目；增加实验；增加实验参数；改变性能；增加工具流程等；
2）理解基本的项目所需要使用的工具，每个工具的具体功能及相互之间的关系。
二．工艺流程模拟工具LIGMENT/DIOS，器件边界及网格加密工具MDRAW
1）掌握基本工艺流程，能在LIGMENT平台下完成一个完整工艺的模拟；
2）在运用DIOS工具时会调用在LIGMENT中生成的*_dio.cmd文件；
3）能直接编辑*_dio.cmd文件，并在终端下运行；
4）掌握在MDRAW平台下进行器件的边界、掺杂、网格的编辑。
三．器件仿真工具DESSIS，曲线检测工具2
INSPECT和TECPLOT。
1）理解DESSIS文件的基本结构，例如：
文件模块、电路模块、物理模块、数学模块、
解算模块；
2）应用INSPECT提取器件的参数，例如：
MOSFET的阈值电压（Vt）、击穿电压BV、饱和电流Isat等；
3）应用TECPLOT观察器件的具体信息，例如：
杂质浓度、电场、晶格温度、电子密度、迁移率分布等。
课程设计题目
设计一PN结实验
1）运用MDRAW工具设计一个PN结的边界（如图所示）及掺杂；
2）在MDRAW下对器件必要的位置进行网格加密；
3）编辑*_des.cmd文件，并在终端下运行此程序，考虑偏压分别在-2V，0V，0.5V时各自的特性；
4）应用TECPLOT工具查看PN结的杂质浓度，电场分布，电子电流密度，空穴电3
流密度分布。
提示：
*_des.cmd文件的编辑可以参看软件中提供的例子并加以修改。
所需条件：
，181710?
?
N?
3?
10N3DA
设计二NMOS管阈值电压Vt特性实验
1）运用MDRAW工具设计一个栅长为0.18的NMOS管的边界及掺杂；?
m2）在MDRAW下对器件必要的位置进行网格加密；
3）编辑*_des.cmd文件，并在终端下运行此程序；
4）应用INSPECT工具得出器件的Vt特性曲线；
注：
要求在*_des.cmd文件的编辑时必须考虑到器件的二级效应，如：
DIBL效应（drain-inducedbarrierlowering）,体效应（衬底偏置电压对阈值电压的影响），考虑一4
个即可。
提示：
*_des.cmd文件编辑重点在于考虑DIBL效应时对不同Vd下栅电压的扫描，考
虑体效应时对不同衬底负偏压Vsub下栅电压的扫描。
并在MDRAW中改变栅长，如：
0.14，0.10等，改变氧化层厚度，掺杂?
?
mm浓度重复上述操作，提取各自的阈值电压进行比较。
设计三PMOS管Id-Vg特性实验
1）运用MDRAW工具设计一个栅长为0.18的PMOS管的边界及掺杂；?
m2）在MDRAW下对器件必要的位置进行网格加密；
3）编辑*_des.cmd文件，并在终端下运行此程序，其中在Vd为0V时Vg从-2V扫到0V；
4）应用INSPECT工具得出器件的Id-Vg特性曲线,提取阈值电压值。
提示：
*_des.cmd文件的编辑必须注意PMOS管与NMOS管的不同，沟道传输载流子为空穴。
5
注：
尝试改变栅长，如：
0.14，0.10，?
?
mm等，再次重复以上步骤。
设计四NMOS管Id-Vd特性实验
1）运用MDRAW工具设计一个栅长为0.18的NMOS管的边界及掺杂；?
m2）在MDRAW下对器件必要的位置进行网格加密；
3）编辑*_des.cmd文件，并在终端下运行此程序；
4）应用INSPECT工具得出器件的Id-Vd特性曲线。
提示：
*_des.cmd文件的编辑必须考虑不同栅电压下的Id-Vd（如：
），扫描范V,V?
2.05?
8?
5?
2?
V0.V,V0.V,V0.V,V1.VVgggggd围：
0V~2V，最后得到一簇Id-Vd曲线。
设计五NMOS管衬底电流特性实验
1）运用MDRAW工具设计一个栅长为0.18?
m的NMOS管的边界及掺杂；
2）在MDRAW下对器件必要的位置进行网格加密；
6
3）编辑*_des.cmd文件，并在终端下运行此程序；
4）应用INSPECT工具得出器件的Id-Vd
特性曲线，观察在DD和HD方法下不同的结果。
提示：
*_des.cmd文件的编辑中在漏电压为2V时对栅电压进行扫描（从0V到3V）
注：
考虑在DESSIS中用扩散-漂移（DD：
drift-diffusion：
）的方法和流体力学（HD：
hydrodynamics）的方法分别进行模拟，且考虑到电子要能达到衬底则设电子复合速度在衬底处为0
Electrode{...
{Name=substrateVoltage=0.0
eRecVelocity=0}
}
设计六SOI的阈值电压Vt特性实验
1）MDRAW工具设计一个SOI的边界及掺杂（绝缘层厚度为50纳米，有效沟道长度为0.48）；?
m2）在DIOS下对器件的工艺参数值进行规7
定，在MDRAW中对网格进行再加密；
3）编辑*_des.cmd文件，并在终端下运行此程序，其中Vg从0V扫到3V；
4）应用INSPECT工具得出器件的Id-Vg特性曲线，并提取Vt和gm（跨导）。
设计七SOI的Id-Vd特性实验
1）MDRAW工具设计一个SOI的边界及掺杂（绝缘层厚度为50纳米，有效沟道长度为0.48）；?
m2）编辑*_des.cmd文件，并在终端下运行此程序，其中在Vg为3V时漏电压Vd从0V扫到3.5V；
3）应用INSPECT工具得出器件的Id-Vd特性曲线。
注：
考虑在DESSIS中用扩散-漂移（DD）的方法和流体力学（HD）的方法分别进行模拟，得到的结果有什么不同。
设计八双极型晶体管实验（即基极开路，VVceoceo集电极-发射极击穿电压）
1）MDRAW工具设计一个双极型晶体管8
（平面工艺）；
2）在MDRAW下对器件必要的位置进行网格加密；
3）编辑*_des.cmd文件，并在终端下运行此程序，其中集电极偏压从0V扫到90V；
4）应用INSPECT工具得出器件基极开路时的Ic-Vc特性曲线。
提示：
*_des.cmd文件的编辑要注意求解时同时考虑两种载流子，且在发射极和集电极偏压为零时对基极电压进行扫描，然后再对发射极电压进行扫描。
注：
观察得到的Ic-Vc特性曲线，出现了负阻特性！
设计九生长结工艺的双极型晶体管试验
1）参看设计八的要求，主要根据图示在MDRAW中画出边界，并进行均匀掺杂，其中E、B、C三个区域都是在Si上掺杂；
2）画出V（X），E（X），估计耗尽层宽度；
3）设，，画出V（X），E（X），VV?
?
4V?
V.03BCBE9
p（x），n（x），及电流密度，并计1810?
算，，，推倒和；?
?
JJJCBE4）Ne=5,Nb=,Nc=单位：
/1817153cm104?
?
102?
10
注：
其它条件不变，在E为：
Si，B、C都为Ge时重复上述过程
设计十NMOS管等比例缩小定律的应用
1）根据0.18MODFET的结构（如图所?
m示），在MDRAW下设计一个0.10MOSFET，?
m其中考虑栅长、氧化层厚度、掺杂浓度、结深的等比例缩小；
2）编辑*_des.cmd文件，并在终端下运行此程序，其中在Vd为0.1V时Vg从0V扫到2V；
3）在INSPECT中得到Id-Vg曲线图，验证其特性参数（如：
阈值电压Vt）的变化是否遵循等比例缩小定律。
提示：
10
等比例缩小定律：
律（恒定电场等比例缩小）、CE1器件内部电场不变的条件下，通过等在MOS比例缩小器件的纵向、横向尺寸，以增加跨导和减少负载电容，由此提高集成电路的性能。
电源电压也要与为保证器件内部的电场不变，器件尺寸缩小同样的倍数。
律（恒定电压等比例缩小）2、CV不变，对和阈值电压V即保持电源电压VTDD律一般只适用CV其他参数进行等比例缩小。
的器件。
于沟道长度大于1um11
3、QCE律
是对CE律和CV律的折中，通常器件的尺寸缩小κ倍，但电源电压只是变为原来的λ/κ
倍。
详见下表：
参数
CE（恒场）律
CV（恒压）律
QCE（准恒场）律
、L器件尺寸等W、tox
κ1/
1/κ
1/κ
电源电压
1/κ
1
λ/κ
掺杂浓度
κ
2κ
λκ
阈值电压
1/κ
1
λ/κ
电流
1/κ
κ
2/κλ
负载电容
κ1/
κ1/
1/κ
电场强度
1
κ
λ
门延迟时间
κ1/
2κ1/
1/λκ
功耗
2κ1/
κ
32/κλ
功耗密度
1
3κ
3λ
12
功耗延迟积
31/κ
1/κ
32/κλ
栅电容
κ
κ
κ
面积
21/κ
21/κ
21/κ
集成密度
2κ
2κ
2κ
编著《纳参考：
甘学温，黄如，刘晓彦，张兴2004，科学出版社，CMOS器件》米
亚阈值转移特性试验NMOS设计十一管的工具设计一个NMOS运用MDRAW1）边界及掺杂；下对器件必要的位置进行网MDRAW在2）
格加密；并在终端下运行此文件，辑*_des.cmd编3）
扫到从0VVd程序，其中在Vg=0V时2V）.工具得出器件的亚阈值INSPECT）应用4轴坐标用对数坐标Y电压特性曲线，其中提取亚阈值斜率（方便观察亚阈值斜率），很亚阈值泄漏电流。
，，提示：
改变沟道长度（0.180.14?
?
mm13
0.10，0.06）或改变氧化层厚度?
?
tmmox（10-100），在INSPECT中观察亚阈nmnm值电压特性曲线，并提取不同的亚阈值电
压值进行比较。
设计十二二极管工艺流程实验
1）编写*_dio.cmd文件（或在LEGMENT操作平台下）对二极管的整个工艺流程进行模拟：
下面给出工艺参数：
衬底掺杂：
N-type
wafer=Phos/5e14,Orientation=100；
氧化淀积：
200A；
粒子注入：
B/30K/5e12/T7；
热退火：
temperature=（1100）,time=30mine,Atmosphere=Mixture.
2）运行*_dio.cmd文件，观察其工艺执行过程。
3）在MDRAW工具中调入DIOS中生成的mdr_*.bnd和mdr_*.cmd文件，再对器件的网格进行更进一步的加密。
14
4）编辑*_des.cmd文件，并在终端下运行此程序，其中考虑二极管偏压分别在-2V，0V，0.5V时的输出特性，及其击穿特性；
设计十三NMOS工艺流程实验
1）编辑*_dio.cmd文件（或在LEGMENT操作平台下）对NMOS进行工艺流程模拟，工艺参数见注释；
2）运行*_dio.cmd文件，观察其工艺执行过程。
3）在MDRAW工具中调入DIOS中生成的mdr_*.bnd和mdr_*.cmd文件，再对器件的网格进行更进一步的加密。
4）编辑*_des.cmd文件，并在终端下运行此程序，其中对其简单的Id-Vg特性进行模拟；
5）在INSPECT中观察不同的工艺参数值对器件的特性有何影响，特别的对阈值电压的影响。
注：
simplenmosexample：
substrate（orientation=100,elem=B,
15
conc=5.0E14,ysubs=0.0）
comment（'p-well,anti-punchthrough&Vt
adjustmentimplants'）
implant（element=B,dose=2.0E13,
energy=300keV,tilt=0）
implant（element=B,dose=1.0E13,
energy=80keV,tilt=7）
implant（element=BF2,dose=2.0E12,
energy=25keV,tilt=7）
comment（'p-well:
RTAofchannel
implants'）
diff（time=10s,temper=1050）
comment（'gateoxidation'）
diff（time=8,temper=900,atmo=O2）
comment（'polygatedeposition'）
deposit（material=po,thickness=180nm）
comment（'polygatepattern'）
mask（material=re,thickness=800nm,xleft=0,
xright=0.09）
16
comment（'polygateetch'）
etching（material=po,stop=oxgas,
rate（aniso=100））
etching（material=ox,stop=sigas,
rate（aniso=10））
etch（material=re）
comment（'polyreoxidation'）
diffusion（time=20,temper=900,atmo=O2,
po2=0.5）
comment（'nlddimplantation'）
implant（element=As,dose=4.0E14,
energy=10keV,tilt=0）
comment（'haloimplantation'）
impl（element=B,dose=1.0E13*0.25,
energy=20keV,rotation=0,tilt=30）
impl（element=B,dose=1.0E13*0.25,
energy=20keV,rotation=90,tilt=30）
impl（element=B,dose=1.0E13*0.25,
17
energy=20keV,rotation=180,tilt=30）
impl（element=B,dose=1.0E13*0.25,
energy=20keV,rotation=270,tilt=30）
comment（'RTAofLDD/HALOimplants'）
DIFFusion（Time=5sec,TEmperature=1050degC）
comment（'nitridespacer'）
depo（material=ni,thickness=60nm）
etch（material=ni,remove=60nm,
rate（a1=100）,over=40）
etch（material=ox,stop=（pogas）,
rate（aniso=100））
comment（'N+implantation&finalRTA'）
impl（element=As,dose=5E15,energy=40keV,
tilt=0）
diff（time=10s,temper=1050,atmo=N2）
comment（'fulldevicestructure'）
comment（'metalS/Dcontacts'）
mask（material=al,thick=0.03,x（-0.5,-0.2,
18
0.2,0.5））
退火要考虑pairdiffusion，离子注入考虑晶
格的损伤，并考虑不同的栅长。
19
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