工艺流程实验模板.docx
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工艺流程实验模板
工艺流程实验模板
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,空穴电流密度分布。
提示:
*_des.cmd文件的编辑能够参看软件中提供的例子并加以修改。
所需条件:
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;
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;
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;
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。
注:
尝试改变栅长,如:
0.14
0.10
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;
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;
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
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;
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="substrate"Voltage=0.0eRecVelocity=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
）;
2）在DIOS下对器件的工艺参数值进行规定,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
）;
2）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,集电极-发射极击穿电压）
1）MDRAW工具设计一个双极型晶体管（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）,p（x）,n（x）,及电流密度
并计算
推倒
和
;
4）Ne=5
Nb=
Nc=
单位:
/
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0.18
MODFET的结构（如图所示）,在MDRAW下设计一个0.10
MOSFET,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:
等比例缩小定律:
1、CE律（恒定电场等比例缩小）
在MOS器件内部电场不变的条件下,经过等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。
为保证器件内部的电场不变,电源电压也要与器件尺寸缩小同样的倍数。
2、CV律（恒定电压等比例缩小）
即保持电源电压VDD和阈值电压VT不变,对其它参数进行等比例缩小。
CV律一般只适用于沟道长度大于1um的器件。
3、QCE律
是对CE律和CV律的折中,一般器件的尺寸缩小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
器件尺寸L、W、tox等
1/κ
1/κ
1/κ
电源电压
1/κ
1
λ/κ
掺杂浓度
κ
κ2
λκ
阈值电压
1/κ
1
λ/κ
电流
1/κ
κ
λ2/κ
负载电容
1/κ
1/κ
1/κ
电场强度
1
κ
λ
门延迟时间
1/κ
1/κ2
1/λκ
功耗
1/κ2
κ
λ3/κ2
功耗密度
1
κ3
λ3
功耗延迟积
1/κ3
1/κ
λ2/κ3
栅电容
κ
κ
κ
面积
1/κ2
1/κ2
1/κ2
集成密度
κ2
κ2
κ2
参考:
甘学温,黄如,刘晓彦,张兴编著《纳米CMOS器件》,科学出版社,
设计十一NMOS亚阈值转移特性试验
1）运用MDRAW工具设计一个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;
3）编辑*_des.cmd文件,并在终端下运行此程序,其中在Vg=0V时Vd从0V扫到2V）.
4）应用INSPECT工具得出器件的亚阈值电压特性曲线,其中Y轴坐标用对数坐标（方便观察亚阈值斜率）,提取亚阈值斜率很亚阈值泄漏电流。
提示:
改变沟道长度（0.18
0.14
0.10
0.06
）或改变氧化层厚度
（10
-100
）,在INSPECT中观察亚阈值电压特性曲线,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-typewafer=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。
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）
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