晶体管TCAD.docx

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晶体管TCAD

一、摘要

　介绍一种借助TCAD软件仿真通过硅样品，操纵干氧、湿氧的时刻和温度取得致密二氧化硅的方式,给出了清楚的设计步骤,并结合设计方式给出了设计实例,由仿真结果验证了这种方式的可行性。

关键词：

TCAD,二氧化硅

二、综述

二氧化硅薄膜具有良好的硬度、光学、介电性质及耐磨、抗蚀等特性,在光学、微电子等领域有着普遍的应用前景,是目前国际上普遍关注的功能材料。

论述了有关二氧化硅薄膜的制备方式,相应性质及其应用前景。

二氧化硅具有硬度高、耐磨性好、绝热性好、光透过率高、抗侵蚀能力强和良好的介电性质。

通过对各类制备方式、制备工艺的开发和不同组分派比对二氧化硅薄膜的阻碍研究,制备具有优良性能的透明二氧化硅薄膜的工作已经取得了专门大进展。

薄膜在诸多领域取得了专门好的应用,如用于电子器件和集成器件、光学薄膜器件等相关器件中。

利用纳米二氧化硅的多孔性质可应用于过滤薄膜、薄膜反映和相关的吸收剂和分离技术、分子工程和生物工程等,从而在光催化、微电子和透明绝热等领域具有专门好的进展前景。

二、方案的设计与分析

在si器件中si的氧化层有很多功能因此氧化就成为si平面工艺中的重要工艺0由于热氧化有很多优势因此工艺中经常使用的是热生长氧化法，热氧化包括干氧氧化湿氧氧化和水汽氧化咱们进行的是干氧氧化和湿氧氧化在对硅片进行氧化后常常发觉尽管采纳相似的参数但氧化层的厚度往往会有转变，为操纵氧化层厚度本文对氧化层厚度进行计算和对样品进行实测研究了造成误差的因数。

TCAD具体操作步骤如下。

1概念初始直角网格；

2在μm×μm的方形区域内创建非均匀网格；

a.在网格概念菜单中，Direction（方向）栏缺省为X；点击Location（位置）栏并输入值0；点击Spacing（距离）栏并输入值；

b.在Comment（注释）栏，键入“Non-UniformGridx”,如下图；

c.点击insert键，参数将会出此刻转动条菜单中；

图概念网格参数图点击Insert键后

d.继续插入X方向的网格线，将第二和第三条X方向的网格线别离设为和，间距均为。

这样在X方向的右边区域内就概念了一个超级周密的网格，用作为NMOS晶体管的有源区；

e.接下来，咱们继续在Y轴上成立网格。

在Direction栏当选择Y；点击Location栏并输入值0。

然后，点击Spacing栏并输入值；

f.在网格概念窗口中点击insert键，将第二、第三和第四条Y网格线设为、和，间距别离为，和，如下图。

图Y方向上的网格概念

g.为了预览所概念的网格，在网格概念菜单当选择View键,那么会显示ViewGrid窗口。

h.最后，点击菜单上的WRITE键从而在文本窗口中写入网格概念的信息。

如图。

图对产生非均匀网格的行说明

概念初始衬底参数

由网格概念菜单确信的LINE语句只是为ATHENA仿真结组成立了一个直角网格系的基础。

接下来需要对衬底区进行初始化。

对仿真结构进行初始化的步骤如下：

a.在ATHENACommands菜单当选择MeshInitialize…选项。

ATHENA网格初始化菜单将会弹出。

在缺省状态下，<100>晶向的硅被选作材料；

b.点击Boron杂质板上的Boron键，如此硼就成了背景杂质；

c.关于Concentration栏，通过转动条或直接输入选择理想浓度值为，而在Exp栏当选择指数的值为14。

这就确信了背景浓度为×1014原子数/cm3；（也能够通过以Ohm·cm为单位的电阻系数来确信背景浓度。

）

d.关于Dimensionality一栏，选择2D。

即表示在二维情形下进行仿真；

e.关于Comment栏，输入“InitialSiliconStructurewith<100>Orientation”，如图；

f.点击WRITE键以写入网格初始化的有关信息。

图通过网格初始化菜单概念初始的衬底参数

运行ATHENA而且画图

图绘制历史文件结构

图Tonyplot：

Display（二维网格）菜单

图初始三角网格

栅极氧化

接下来，咱们通过干氧氧化在硅表面生成栅极氧化层，条件是1个大气压，950°C，3%HCL,11分钟。

为了完成那个任务，能够在ATHENA的Commands菜单中依次选择Process和Diffuse…，ATHENADiffuse菜单将会显现。

a.在Diffuse菜单中，将Time（minutes）从30改成11，Tempreture（C）从1000改成950。

Constant温度默许选中（见图）；

图由扩散菜单概念的栅极氧化参数

图栅极氧化结构

b.在Ambient栏中，选择DryO2项；别离检查Gaspressure和HCL栏。

将HCL改成3%；在Comment栏里输入“GateOxidation”并点击WRITE键；

c.有关栅极氧化的数据信息将会被写入DECKBUILD文本窗口，其中Diffuse语句被用来实现栅极氧化；

d.点击DECKBUILD操纵栏上的Cont键继续ATHENA仿真。

一旦栅极氧化完成，另一个历史文件“.”将会生成；选中文件“.”，然后点击Tools菜单项，并依次选择Plot和PlotStructure…，将结构绘制出来；最终的栅极氧化结构将出此刻TONYPLOT中，如下图。

从图中能够看出，一个氧化层淀积在了硅表面上。

提取栅极氧化层的厚度

下面过DECKBUILD中的Extract程序来确信在氧化处置进程中生成的氧化层的厚度。

a.在Commands菜单点击Extract…，显现ATHENAExtract菜单；Extract栏默以为Materialthickness；在Name一栏输入“Gateoxide”；关于Material一栏，点击Material…，并选择SiO~2；在Extractlocation这一栏，点击X，并输入值；

b.点击WRITE键，Extract语句将会出此刻文本窗口中；

在那个Extract语句中，=1为说明层数的参数。

由于那个地址只有一个二氧化硅层，因此那个参数是可选的。

但是当存在有多个二氧化硅层时，则必需指定出所概念的层；

c.点击DECKBUILD操纵栏上的Cont键，继续进行ATHENA仿真仿真。

Extract语句运行时的输出如下图；

从运行输出能够看到，咱们测量的栅极氧化厚度为1233Å。

图Extract语句运行时的输出

栅氧厚度的最优化

下面介绍如何利用DECKBUILD中的最优化函数来对栅极氧化厚度进行最优化。

假定所测量的栅氧厚度为1000Å，栅极氧化进程中的扩散温度和偏压均需要进行调整。

为了对参数进行最优化，DECKBUILD最优化函数应按如下方式利用：

a.依次点击Maincontrol和Optimizer…选项；挪用出如下图的最优化工具。

第一个最优化视窗显示了Setup模式下操纵参数的表格。

咱们只改变最大误差参数以便能精准地调整栅极氧化厚度为1000Å；

b.将MaximumError在criteria一栏中的值从5改成1；

c.接下来，咱们通过Mode键将Setup模式改成Parameter模式,并概念需要优化参数（图）。

图DECKBUILD最优化的Setup模式

图Parameter模式

需要优化的参数是栅极氧化进程中的温度和偏压。

为了在最优化工具中对其进行最优化，如下图，在DECKBUILD窗口当选中栅极氧化这一步骤；

图选择栅极氧化步骤

d.然后，在Optimizer中，依次点击Edit和Add菜单项。

一个名为Deckbuild：

ParameterDefine的窗口将会弹出，如下图，列出了所有可能作为参数的项；

图概念需要优化的参数

e.选中temp=和press=这两项。

然后，点击Apply。

添加的最优化参数将如下图一样列出；

图增加的最优化参数

f.接下来，通过Mode键将Parameter模式改成Targets模式,并概念优化目标；

g.Optimizer利用DECKBUILD中Extract语句的值来概念优化目标。

因此，返回DECKBUILD的文本窗口并选中Extract栅极氧化厚度语句，如下图；

图选中优化目标

h.然后，在Optimizer中，依次点击Edit和Add项。

这就将“栅极氧化”那个目标添加到了Optimizer的目标列表中去。

在目标列内外概念目标值。

在Targetvalue中输入值100Å（见图）；

通过在栅极氧化工艺进程中改变温度和偏压，Optimizer对栅极氧化厚度进行了优化。

i.为了观看优化进程，咱们能够将Targets模式改成Graphics模式，如下图；

图在Targetvalue中输入值100Å

图Optimizer中的Graphics模式

j.最后，点击Optimize键以演示最优化进程。

仿真将会从头运行，而且在一小段时刻以后，从头开始栅极氧化这一步骤。

优化后的结果为，温度，偏压，和抽样氧化厚度Å，如下图；

为了完成最优化，温度和偏压的最优化值需要被复制回输入文档中。

k.为了复制这些值，需要返回Parameters模式并依次点击Edit和CopytoDeck菜单项以更新输入文档中的最优化值，输入文档将会在正确的地址自动更新。

如下图；

图最优化完成

图优化后的参数在正确的地址自动更新

三、方案综合评判与结论

在微电子工艺中,SiO2薄膜因其优越的电绝缘性和工艺的可行性而被普遍采纳。

在半导体器件中,利用SiO2禁带宽度可变的特性,可作为非晶硅太阳电池的薄膜光吸收层,以提高光吸生效率;还可作为金属2氮化物2氧化物2半导体（MNSO）存储器件中的电荷存储层,集成电路中CMOS器件和SiGeMOS器件和薄膜晶体管（TFT）中的栅介质层等。

本次的设计是咱们在学习二氧化硅薄膜工艺时跟同组同窗的讨论，设计，碰到问题大伙儿一路解决，也让我学到了与同窗之间的合作。

四、结论与展望

SiO2薄膜作为介质材料家族中的一员,对其开发具有很重要的意义。

相信在不远的以后,纳米SiO2薄膜会进一步工业化,并普遍应用于各个领域。

五、参考文献

《半导体制造技术》，夸克（美），电子工业出版社；

《半导体器件TCAD设计与应用》，韩雁著，电子工业出版社。