Silvaco课程设计.docx

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Silvaco课程设计

2010-2020学年第

（二）学期

EDA课程设计专题实践报告

班级：

学号：

姓名：

成绩：

2020年6月30日

Silvaco模拟仿真NMOS

一ATHENA的NMOS工艺仿真

初始结构

在如图1所示的文本窗口中键入goathena。

图1goathena

开始概念初始的矩形网格，网格中节点的数量将会直接阻碍到仿真的精度和时刻在X方向网格概念点为0~，Y方向网格概念点为0~。

最终将在×的区域内成立非均匀网格。

图2成立网格

概念初始衬底

默许情形下，材料为Silicon而且其晶向为<100>

硅材料搀杂质Boron，如此就选择了硼为衬底的搀杂杂质，设置背景搀杂浓度为：

cm3。

选择=2。

这将强制使得仿真在两维中进行

初始化信息如下所示。

#InitialSiliconStructurewith<100>Orientation

initsilicon=orientation=100

运行ATHENA而且画图

#InitialSiliconStructurewith<100>Orientation

Initsilicon=orientation=100

图3初始化衬底

栅氧化

将要在硅片的表面生长一层栅氧化层，那个工艺条件为950度下干氧氧化11分钟，环境为3%的HCL，一个大气压语句如下：

#GateOxidation

Diffustime=11temp=950dryo2press==3

图4栅极氧化结构

栅氧化后的结构将会如图一样显示在TONYPLOT中

从图中，咱们能够看到，一层氧化层淀积在了硅衬底的表面

取栅极氧化层的厚度

接下来，咱们要来提取在氧化工艺进程中生长的栅氧化的厚度。

Extract是一组功能函数，使得你能够超级方便和快速的来对数值或曲线进行各类组合和计算。

图5栅氧化厚度的输出

从运行结果能够看出，测量的栅极氧化层的厚度为埃。

值电压调整

咱们将实现一个阈值电压调剂注入的工艺，它是通过能量为10KeV，剂量为2x1011cm-2实现的。

硼杂质的搀杂散布将会如下图显现出来。

图6杂质散布

1.7淀积多晶硅栅

在NMOS工艺中，多晶硅的厚度约为。

语句如下：

depopolythick=divi=10那个地址需要10个网络层来仿真杂质在多晶硅层中的传输。

图7淀积多晶硅

1.8多晶硅栅概念

接下来概念多晶硅的栅极，将多晶硅栅极网格边缘概念为x=，中心网格概念为。

对多晶硅从左侧x=开始刻蚀。

etchpolyleft=

刻蚀后的图形如以下图：

图8刻蚀多晶硅

1.9多晶氧化

在概念好多晶栅后，接下来的步骤是多晶注入前的多晶氧化多晶氧化。

氧化条件是3分钟，900度，1个大气压下的湿法氧化。

fermi模型通经常使用于没有损伤的衬底，而且搀杂浓度小于1x1020cm-3。

由于氧化是在一个图形化（即非平面）和没有损伤的多晶上进行的，因此利用的模型将会是fermi和compress，而compress模型用于模拟非等平面结构和2维的氧化工艺。

语句为：

diffusetime=3temp=900weto2press=

图9多晶硅氧化后形成的氧化层

1.10多晶搀杂

在多晶氧化后，接下来的步骤是对多晶硅进行磷搀杂，以形成n+多晶栅。

那个地址，磷的剂量利用1x1013cm-2，能量利用20KeV.

implantphosphordose=energy=20pearson

图10注入磷杂质浓度图

1.11侧离氧化层淀积

在源极和漏极植入之前，需要进行侧墙隔离氧化层的淀积。

淀积的厚度为。

depooxidethick=divisions=8

图11隔离氧化层的网络图

1.12侧墙氧化隔离的形成

为了形成氧化隔离，必需进行干刻蚀。

刻蚀厚度为。

语句如下：

etchoxidedrythick=

图12侧墙氧化层的形成

源/漏极注入和退火

此刻，咱们来通过注入砷进行源漏的注入，这会形成晶体管的n+源漏。

源漏注入砷注入的剂量利用：

3x1015cm-3，注入能量为：

50KeV.

implantarsenicdose=energy=50pearson

源漏注入后接下来将是快速退火工艺，条件是：

氮气气氛，1分钟，900度，1个大气压

methodfermicompress

diffusetime=1temp=900nitropress=

图13源/漏极和退火进程

金属化

在形成源漏区域以后，下个工艺步骤是金属化那个区域金属化。

金属化工艺步骤是第一在源漏区域形成接触孔窗口。

为了在源漏区域形成接触孔窗口，将氧化层在x=μm的位置刻蚀到左侧

etchoxideleft=

图14在金属淀积之前形成接触孔

接着，淀积一个厚度为的铝层到这半个NMOS器件的表面。

depositaluminthick=divi=2

图15铝淀积

最后，刻蚀x=左侧处铝层。

etchaluminright=

图16进行铝刻蚀

获取器件参数

在这一部份，咱们将提取这半个NMOS结构的一些器件参数,这些参数包括：

++源漏方块电阻

计算结深的语句如下：

extractname="nxj"xjsilicon=1==1

图17结深计算结果

获取N++源/漏极薄层电阻

extractname="n++sheetrho"material="Silicon"=1==1

图18薄层电阻计算结果

测量沟道阈值电压

extractname="n1dvt"1dvtntypevb=qss=1e10=

在这条extract语句中，1dvt指测量一维阈值电压；ntype指器件类型；=为器件沟道内一点；qss=1e10指浓度为1e10cm-3的表面态电荷；vb=栅极偏置0V。

图19阈值电压计算结果

沟道表面搀杂浓度

extractname="chansurfconc"impurity="NetDoping"\

material="Silicon"=1=

图20沟道表面浓度计算结果

半个NMOS结构的镜像

前面构建了半个NMOS结构，要取得完整的结构，就需要在向器件仿真器输出结构或电极命名之前完成。

语句如下：

structuremirrorright

图21完整NMOS结构

电极的确信

为了使器件仿真器ATLAS实现偏置，要对NMOS器件的电极进行标注。

electrodename=gatex=对栅极标注。

electrodename=sourcex=对源极标注。

electrodename=drainx=对漏极标注。

electrodename=substratebackside

保留ATHENA结构文件

完成设计以后有必要对结构进行保留及初始化。

点击Save成立新的文件名。

在文本编辑区里输入如下语句：

structureoutfile=

图22完整NMOS结构

2利用ATLAS的NMOS器件仿真

概述

在这一部份，咱们将对一个NMOS器件结构进行器件仿真

1.产生简单的Vds=偏压下的曲线：

2.提取器件参数，例如Vt,Beta和

模型命令集

（1）设置模型

关于简单的MOS仿真，推荐利用参数SRH和CVT

SRH是ShockleyReadHall复合模型，而CVT模型是来自于Lombardi的反型层模型，那个CVT模型设置了通用的迁移率模型，包括了浓度、温度、平行电场和横向电场的阻碍。

modelscvtsrhprint

（2）设置接触特性

与半导体材料接触在一路的电极默许情形下假设为欧姆接触，若是电极上概念了功函数，那么那个电极就以为是肖特基接触。

命令“Contact”用来设置电极的金属功函数。

利用“Contact”命令来设置n型多晶硅栅的功函数：

contactname=gate

（3）设置界面特性

为了设置NMOS结构的界面特性，需要利用“Interface”命令，那个命令用于概念在半导体和绝缘体之间的界面上的界面电荷密度和表面复合速度。

为了概念硅和二氧化硅之间的界面上存在的固定电荷密度3x1010cm2：

interfaceqf=3e10。

2.3求解命令集

接下来，咱们将要为仿真选择数值计算的方式，关于半导体器件的问题，有几种不同的方式能够利用。

关于MOS结构来讲，能够利用非耦合的GUMMEL法和耦合的NEWTON法。

简单来讲，Gummel法将对每一个未知量连番求解，同时维持其他变量不变，不断重复那个进程，直到能够取得稳固的解，而Newton法将会对整个系统的所有未知量一路求解。

methodgummelnewton

2.4解决方式命令组

（1）Vds=时，取得Id-Vgs曲线

语句如下：

solveinit

solvevdrain=

logoutf=master

solvevgate=0vstep=vfinal=name=gate

“solveinit”命令

“Solve”命令，也确实是“solvevdrain=”将在漏电极上设置的直流偏压。

那个命令将提供零偏压（或热平稳）情形下势能和载流子浓度的初始猜想值

（2）获取器件参数。

c.“Log”命令用来将ATLAS所仿真出来的结果

存入到文件中

“Solve”命令将以为步距，从0V到3V扫描栅电极

extractname="nvt"（xintercept（maxslope（curve（abs（v."gate"）,abs（i."drain"））））\

abs（ave（v."drain"））/此语句提取阈值电压Vt。

extractname="nbeta"slope（maxslope（curve（abs（v."gate"）,abs（i."drain"））））\

*abs（ave（v."drain"）））此语句提取值。

extractname="ntheta"（（max（abs（v."drain"））*$"nbeta"）/max（abs（i."drain"）））\

-/（max（abs（v."gate"））-（$"nvt"）））此语句提取theta值。

图23求取Id-Vgs曲线及提取参数信息

图24Vds=时，Id-Vgs曲线

图25提取的参数值

（3）生成曲线族

要在Vgs别离为，，时生成Id-Vds曲线族，Vds转变范围为0~。

solvevgate=outf=solve_tmp1

solvevgate=outf=solve_tmp2

solvevgate=outf=solve_tmp3

loadinfile=solve_tmp1

logoutf=

solvename=drainvdrain=0vfinal=vstep=

从load到solve语句为止的语句组会生成Vgs=时的Id-Vds曲线数据。

若是要生成Vgs=，Vgs=时的Id-Vds曲线数据，只要重复这三个语句即可。

为画出曲线族，用如下语句：

tonyplot-overlay-st

此语句overlay指在一张图中含盖三个plot文件。

图26Vds-Ids曲线族