第2章 工藝仿真工具TSUPREM-4及器件仿真工具MEDICI

1、第2章 工藝仿真工具TSUPREM-4及器件仿真工具MEDICITSUPREM4簡介仿真雜質(zhì)在垂直于硅晶圓表面的二維器件橫截面中的注入和再分布。輸出信息包括： 結(jié)構(gòu)中不同材料層的邊界、每層中雜質(zhì)的分布、由氧化、熱循環(huán)、薄膜淀積產(chǎn)生的應(yīng)力等等?？商幚淼墓に嚥襟E有：離子注入 、惰性環(huán)境雜質(zhì)再分布、硅和多晶硅氧化物和硅化物生成 、外延生長 、不同材料的低溫淀積和刻蝕等。提供的材料有單晶硅、多晶硅、二氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、鈦、硅化鈦、鎢、硅化鎢、光刻膠、鋁，以及用戶自定義的材料（主要定義材料的功函數(shù)；）可用的雜質(zhì)類型包括硼、磷、砷、銻等。2022/10/112/145浙大微電子TSUPREM4簡介

2、2022/10/113/145浙大微電子2022/10/114/145本章內(nèi)容 工藝仿真工具TSUPREM-4的模型介紹 TSUPREM-4基本命令介紹 雙極晶體管結(jié)構(gòu)的一維仿真示例 器件仿真工具MEDICI簡介 MEDICI實例1NLDMOS器件仿真 MEDICI實例2NPN三極管仿真浙大微電子2022/10/115/145本章內(nèi)容 工藝仿真工具TSUPREM-4的模型介紹 TSUPREM-4基本命令介紹 雙極晶體管結(jié)構(gòu)的一維仿真示例 器件仿真工具MEDICI簡介 MEDICI實例1NLDMOS器件仿真 MEDICI實例2NPN三極管仿真浙大微電子2022/10/116/145TSUPREM

3、-4提供的模型 擴散模型 離子注入模型 氧化模型 刻蝕模型 其他工藝模型浙大微電子2022/10/117/145擴散模型 擴散語句可以對溫度、環(huán)境氣體、擴散時間和氣壓等參數(shù)分別定義，它更深入和全面地考慮了點缺陷（空位和間隙）、氧化劑、氣壓以及雜質(zhì)之間的互相作用力對擴散的影響。擴散表達式如下：浙大微電子2022/10/118/145 上式中： n為結(jié)構(gòu)中的節(jié)點數(shù)； m為每節(jié)點中的擴散物（雜質(zhì)或點缺陷）數(shù)； Cij為節(jié)點（i, j）的濃度； Cij為Cij的估計誤差； REL.ERR和ABS.ERR為每一個擴散物的相對誤 差和絕對誤差。浙大微電子2022/10/119/145離子注入模型 解析離子

4、注入模型 表達式： 蒙特卡羅離子注入模型 包含計算晶體硅的模型以及針對硅和材料的無定形模型； 模擬注入時晶體硅向無定形硅的轉(zhuǎn)變； 包括反射離子對注入分布的影響、注入時所產(chǎn)生的損傷（空位和間隙類）和硅襯底的損傷自退火等。 浙大微電子氧化模型選擇ERFC | ERF1 | ERF2 | ERFG ERFC最簡單、仿真速度最快，適用于摻雜對氧化速率的 影響可忽略的情況，在結(jié)構(gòu)表面平整或近似平整的條件下 也可用于局部氧化。 ERF1、ERF2是ERFG的子集。 ERFG模型適用于在氮化物覆蓋下的硅表面生長氧化層。 氮化物層厚度與襯底表面氧化層厚度相比較，如果氮化物 層厚度較小，則選擇ERF1模型；相反

5、，則選擇ERF2模型。2022/10/1110/80浙大微電子VERTICAL |COMPRESS | VISCOELA | VISCOUSVERTICAL模型適用于局部氧化及結(jié)構(gòu)表面平整的氧化，不能用在溝道、多晶硅氧化。COMPRESS把粘性流動及結(jié)構(gòu)表面晶向變化的因素考 慮在內(nèi)，但不考慮應(yīng)力的影響。VISCOELA用了與COMPRESS相同的彈性系數(shù)，與VISCOUS模型相同的粘性系數(shù)與應(yīng)力相關(guān)參數(shù)，能 計算應(yīng)力的粗略值。VISCOUS能夠精確地計算應(yīng)力，但仿真速度很慢。結(jié)構(gòu)平整氧化步驟少對氧化層形狀沒有精確的要求。2022/10/1111/145浙大微電子刻蝕模型四種刻蝕模型：TRAPE

6、ZOI，ISOTROPI，OLD.DRY，ALLTRAPEZOI是默認的模型（刻蝕掉梯形區(qū)域）。OLD.DRY模型已被TRAPEZOI所取代。ISOTROPI是各向同性刻蝕，刻掉THICKNESS范圍內(nèi)任意方向的材料（如：側(cè)墻上的氧化層也可以刻掉）。ALL模型會刻蝕掉所有水平方向上所定義的材料（不能刻掉垂直方向上的側(cè)墻）。2022/10/1112/145浙大微電子2022/10/1113/145本章內(nèi)容 工藝仿真工具TSUPREM-4的模型介紹 TSUPREM-4基本命令介紹 雙極晶體管結(jié)構(gòu)的一維仿真示例 器件仿真工具MEDICI簡介 MEDICI實例1NLDMOS器件仿真 MEDICI實例2

7、NPN三極管仿真浙大微電子2022/10/1114/145TSUPREM-4基本命令介紹 符號及變量說明 命令類型 常用命令的基本格式與用法浙大微電子2022/10/1115/145TSUPREM-4基本命令介紹 符號及變量說明 命令類型 常用命令的基本格式與用法浙大微電子2022/10/1116/145（1）、（）、 用于變量分組：中的變量是一組，中 的變 量可以用（）進一步分組，（）中的變量還可以通過 再進行分組。（2）用“|”符號隔開的參量表示一定要在這些參量中選擇 一個。（3）用“/”符號隔開的參量表示這些參量是同一個語句中的 關(guān)鍵字。（4）變量類型有3種：數(shù)字變量、字符變量和邏輯變量

8、。 表示數(shù)字變量的取值，表示字符變量的取值，后面不跟 的是邏輯變量。（5）在不與其他參量混淆的前提下，參量可以縮寫，如 X.VALUE可以縮寫為X.VAL甚至X.V。（6）默認長度單位為m，時間單位為min。浙大微電子2022/10/1117/145TSUPREM-4基本命令介紹 符號及變量說明 命令類型 常用命令的基本格式與用法浙大微電子命令類型（1）文件與控制命令（2）定義器件結(jié)構(gòu)的命令 （3）工藝步驟命令（TSUPREM-4的核心） （4）輸出命令 （5）模型與系數(shù)控制命令2022/10/1118/145浙大微電子2022/10/1119/145TSUPREM-4基本命令介紹 符號及變量

9、說明 命令類型 常用命令的基本格式與用法浙大微電子COMMENT用于注釋。若注釋有多行，行末要加“+”符號。為方便起見，用“$”符號代替。 例1：COMMENT this is a short comment 或 $ this is a short comment2022/10/1120/145浙大微電子 SOURCEplot.2d scale y.max=5 y.min=-5color silicon color=6color polysili color=7color oxide color=8color aluminum color=9用于調(diào)用語句模塊。DOPLOTSOURCE DOPL

10、OT2022/10/1121/145浙大微電子2022/10/1122/145FOREACH/END用途：用于循環(huán)賦值，以FOREACH開頭，以END結(jié)尾。格式： FOREACH END說明：是變量名，可采用列表形式，也可以用（TO STEP ）的格式定義初始值、終值和步長。浙大微電子ECHO用于打印字符串或輸出一個數(shù)學表達式的結(jié)果。字符串中混有數(shù)學表達式時，表達式也當作字符串輸出。 例4：DEFINE W 2.0 ECHO The width is W - 0.5 ECHO W - 0.5 輸出結(jié)果為兩行： The width is 2.0 - 0.5 1.52022/10/1123/145

11、浙大微電子DEFINE 定義一些字符串用來代替輸入命令。定義的字符串不能與系統(tǒng)默認的字符串相混淆。（如：TIME）DEFINE語句有傳遞性，要阻斷傳遞性，前面要加“%”符號。 例5： DEFINE A B DEFINE C A 語句中，C和A都指代B 例6： DEFINE A B %DEFINE C A 語句中C僅僅指代A這個字符，而非A的值（即B）2022/10/1124/145浙大微電子 UNDEFINE 解除之前DEFINE語句定義過的字符串的指代作用。前面必須加“%”符號，以阻斷傳遞性。 例7：DEFINE A B %UNDEFINE A2022/10/1125/145浙大微電子 DX

12、.MAX= DX.MIN= DX.RATIO= LY.SURF= DY.SURF= LY.ACTIV= DY.ACTIV= LY.BOT= DY.BOT= DY.RATIO= MESH GRID.FAC=MESH2022/10/1126/145浙大微電子LINE LINE X LOC=0.0 SPAC=0.15 LINE X LOC=1.25 SPAC=0.05 LINE X LOC=1.5 SPAC=0.1 LINE Y LOC=0 SPAC=0.03 LINE Y LOC=0.5 SPAC=0.1 LINE Y LOC=1 SPAC=0.52022/10/1127/145浙大微電子2022

13、/10/1128/145BOUNDARY用途：用于定義結(jié)構(gòu)邊緣的邊界條件。格式： BOUNDARY REFLECTI | EXPOSED XLO = XHI = YLO = YHI = REFLECTI | EXPOSED選擇邊界類型，頂部的邊界類型一般是EXPOSED ，左、右、底部邊界類型一般是REFLECTI，XLO = XHI = YLO = YHI = 分別定義了左、右、上、下邊界位置。 要注意的是，這4個變量必須定義出整個完整的結(jié)構(gòu)，而不能是部分區(qū)域。浙大微電子2022/10/1129/145REGION用途：用于定義網(wǎng)格區(qū)域的材料類型，默認情況下的類型是硅。格式： REGION

14、MATERIAL = | SILICON | OXIDE | OXYNITRI | NITRIDE | POLYSILI | PHOTORES | ALUMINUM XLO = XHI = YLO = YHI = MATERIAL = | SILICON | OXIDE | OXYNITRI | NITRIDE | POLYSILI| PHOTORES | ALUMINUM用于定義材料類型； XLO = XHI = YLO = YHI = 定義區(qū)域邊界； 該語句應(yīng)在LINE語句之后，在INITIALIZE語句之前。浙大微電子INITIALIZE讀入已有結(jié)構(gòu)： INITIALIZE IN.FIL

15、E=oldstr 2.建立新結(jié)構(gòu)： INIT impurity=boron i.conc=1E152022/10/1130/145浙大微電子LOADFILE用途：從一個保存的文件中讀出網(wǎng)格及結(jié)果信息。 LOADFILE IN.FILE= ( SCALE= FLIP.Y ) | TIF 2022/10/1131/145浙大微電子SAVEFILESAVEFILE OUT.FILE= (TIF TIF.VERS=) | (MEDICI POLY.ELE ELEC.BOT )MEDICI表示結(jié)果保存為能被MEDICI識別的文件，POLY.ELE 參量表示在MEDICI輸出文件中多晶硅區(qū)域?qū)⑥D(zhuǎn)化成電極，

16、 ELEC.BOT參量表示在結(jié)構(gòu)底部引出電極。 2022/10/1132/145浙大微電子STRUCTURESTRUCTURE TRUNCATE(RIGHT| LEFT X= ) |( BOTTOM | TOP Y= ) REFLECT RIGHT | LEFT TRUNCATE、REFLECT分別表示裁剪、鏡像對稱 例：STRUCTURE TRUNCATE RIGHT X=1.2 REFLECT + RIGHT2022/10/1133/145浙大微電子裁剪、鏡像對稱當前結(jié)構(gòu)例：STRUCTURE REFLECT LEFT2022/10/1134/145浙大微電子2022/10/1135/14

17、5MASK用途：讀取數(shù)據(jù)掩膜文件（后綴名為.TL1）的信息。格式： MASK IN.FILE = SCALE = GRID = G.EXTENT = PRINT GRID = 表示自動生成網(wǎng)格時，水平網(wǎng)格需要優(yōu)化的層的名字，多個層的名字以空格或逗號隔開，默認情況下應(yīng)用到所有層。 G.EXTENT = 定義優(yōu)化網(wǎng)格應(yīng)用到各層及自各層底部向下延展G.EXTENT距離的地方。浙大微電子2022/10/1136/145PROFILE用途：從后綴名為.dat的文件中讀取一維剖面雜質(zhì)分布信息。格式： PROFILE IMPURITY = | ANTIMONY | ARSENIC | BORON | PHO

18、SPHOR IN.FILE = OFFSET = REPLACE OFFSET = 定義了雜質(zhì)分布情況在y方向上的偏移 REPLACE用讀取的雜質(zhì)分布信息替換原有的剖面雜質(zhì)分布浙大微電子ELECTRODEELECTRODE NAME= (X=Y=) |BOTTOM為MOS管添加電極的實例： ELECTRODE X=0.1 Y=0.1 NAME=Source ELECTRODE X=1.2 Y=0.1 NAME=Gate ELECTRODE X=2.3 Y=0.1 NAME=Drain ELECTRODE BOTTOM NAME=Bulk2022/10/1137/145浙大微電子DEPOSITI

19、ON語句開頭：Deposit淀積材料定義摻雜定義淀積厚度、垂直方向網(wǎng)格數(shù)目 DEPOSIT POLY THICK=0.2 PHOSPHOR=1E20 SPACES=5注：如果淀積光刻膠，要指明是正膠還是負膠 deposit photo negative thick=1.25 deposit photo positive thick=2.02022/10/1138/145浙大微電子 格式： DEPOSITION MATERIAL= | SILICON | OXIDE | OXYNITRI | NITRIDE | POLYSILI | ALUMINUM | ( PHOTORES POSITIVE

20、| NEGATIVE ) IMPURITY= I.CONC= | I.RESIST= ANTIMONY= ARSENIC= BORON= PHOSPHOR= CONCENTR | RESISTIV THICKNES= SPACES= DEPOSITION2022/10/1139/145浙大微電子2022/10/1140/145EXPOSE用途：讓抗蝕劑用掩膜版曝光。格式： EXPOSE MASK = SHRINK = OFFSET = MASK = 定義掩膜版名稱， SHRINK = 定義掩膜版上線條的兩邊各減小SHRINK所 定義的值， OFFSET = 定義掩膜版上的線條在x正方向的偏移量

21、。浙大微電子2022/10/1141/145DEVELOP用途：去除曝光后的正膠或未曝光的負膠。格式： DEVELOP浙大微電子ETCH（TSUPREM4三種刻蝕方式）1、ETCH TRAPEZOI THICKNES= ANGLE= UNDERCUT=2、ETCH LEFT | RIGHT P1.X= P1.Y= P2.X= P2.Y= 例：ETCH NITRIDE LEFT P1.X=0.5 P2.Y=0 （P1.Y缺省值為整個結(jié)構(gòu)的最高點（-1），P2.X缺省值等于P1.X）2022/10/1142/145浙大微電子ETCH（TSUPREM4三種刻蝕方式）3、ETCH START |CON

22、TINUE |DONE X= Y= ETCH OXIDE START X=0.0 Y=0.0 ETCH CONTINUE X=1.0 Y=0.0 ETCH CONTINUE X=1.0 Y=1.0 ETCH DONE X=0.0 Y=1.02022/10/1143/145浙大微電子ETCH 格式： ETCH MATERIAL= | SILICON | OXIDE | OXYNITRI | NITRIDE| POLYSILI | PHOTORES | ALUMINUM ( TRAPEZOI THICKNESS= ANGLE= UNDERCUT= ) | ( LEFT | RIGHT P1.X=

23、P1.Y= P2.X= P2.Y= ) | (START |CONTINUE |DONE X= Y= ) | ISOTROPI | ( OLD.DRY THICKNESS= ) | ALL | TOPOGRAP=2022/10/1144/145浙大微電子IMPLANT語句開頭：implant注入雜質(zhì)種類（硼B(yǎng)、氟化硼B(yǎng)F3、磷P、砷As、銻Sb、銦In）注入能量注入劑量硅片傾角旋轉(zhuǎn)角度注入模型選擇（Table注入模型和Monte Carlo 注入模型）implant dose=4.0e12 energy=80 imp=phosphorus + tilt=0 rotation=0 impl.ta

24、b=phosphorus2022/10/1145/145浙大微電子格式： IMPLANT DOSE= ENERGY= TILT= ROTATION= IMPURITY= | ANTIMONY | ARSENIC | BORON | BF2 | PHOSPHOR DAMAGE IMPL.TAB=|MONTECARDAMAGE定義點缺陷模型IMPLANT2022/10/1146/145浙大微電子DIFFUSE模擬氧化、退火等高溫下的工藝步驟。語句開頭：Diffusion溫度及時間定義：TIME=定義該步驟持續(xù)時間， TEMPERAT=是該步驟起始溫度，T.RATE=是溫度隨時間增長速率，T.FIN

25、AL=是截止溫度，T.FINAL= TEMPERAT+ TIME*T.RATE。 DIFFUSION TIME=30 TEMP=800 T.FINAL=1000 F.O2=4 F.HCL=0.03 2022/10/1147/145浙大微電子格式： DIFFUSION TIME= CONTINUE TEMPERAT= T.RATE= | T.FINAL= DRYO2 | WETO2 | STEAM | N2O | INERT| ( F.O2= F.H2O= F.N2O=F.H2= F.N2= F.HCL= )DIFFUSE2022/10/1148/145氣體氛圍及各自的流量 DRYO2 | WE

26、TO2 | STEAM | N2O | INERT| ( F.O2= F.H2O= F.N2O=F.H2= F.N2= F.HCL=）浙大微電子EPITAXY 語句開頭：Epitaxy 溫度定義：恒溫： TIME= TEMPERAT= 單段升溫： TEMPERAT= T.RATE= T.FINAL= TEMPERAT= TIME= T.FINAL=多段升溫：分多句Epitaxy語句來寫EPITAXY TIME=180 TEMPERAT=1100 + ANTIMONY=1E19 THICK=1.0 SPACES=102022/10/1149/145浙大微電子摻雜定義：淀積厚度、垂直方向網(wǎng)格數(shù)目：

27、EPITAXY ANTIMONY= ARSENIC= BORON= PHOSPHOR= IMPURITY= I.CONC= IMPURITY= I.RESIST= RESISTIVTHICKNES= SPACES=EPITAXY TIME=180 TEMPERAT=1100 + ANTIMONY=1E19 THICK=1.0 SPACES=102022/10/1150/145浙大微電子 格式：EPITAXY TIME= TEMPERAT= T.RATE= | T.FINAL= IMPURITY= I.CONC= | I.RESIST= ANTIMONY= ARSENIC= BORON= PHO

28、SPHOR= CONCENTR | RESISTIV THICKNES= SPACES= SELECTIV BLANKET SELECTIV表示外延生長只在硅和多晶硅表面進行BLANKET表示不管下面的材料是什么，生長的都是 單晶硅。 EPITAXY2022/10/1151/145浙大微電子2022/10/1152/145STRESS用途：計算由材料間受熱不均和淀積薄膜的內(nèi)應(yīng)力引起的應(yīng)力。格式： STRESS TEMP1 = TEMP2 = NEL = TEMP1 = 是計算熱應(yīng)力的初始溫度； TEMP2 = 是計算熱應(yīng)力的終止溫度； NEL = 表示每個三角網(wǎng)格里的節(jié)點數(shù)，NEL值只能是6或

29、7； 薄層的內(nèi)應(yīng)力可以通過在MATERIAL語句中的INTRIN.S參數(shù) 來定義。浙大微電子SELECT計算打印或用來畫圖的數(shù)據(jù)，也可添加圖表標題、坐標標簽。 格式：SELECT Z= LABEL= TITLE= Z=定義一個數(shù)學表達式，如果表達式中有空格，整個表達式一定要用括號括起來，LABEL=放置一維圖表的y坐標標簽或三維圖表的z坐標標簽，TITLE=添加圖表標題。2022/10/1153/145浙大微電子PRINT.1D打印SELECT語句中定義的Z沿結(jié)構(gòu)某一方向的值，也可以打印各層厚度以及完整的摻雜信息。PRINT.1D X.VALUE= | Y.VALUE= SPOT= LAYER

30、S X.MIN= X.MAX=X.VALUE= | Y.VALUE=表示打印的信息 是沿哪一方向的值，LAYERS打印出器件各層中Z 的信息。 2022/10/1154/145浙大微電子PLOT.1D繪制SELECT語句中定義的Z在結(jié)構(gòu)的某一方向上隨位置變化的函數(shù)圖形或電學參數(shù)特性圖。格式： PLOT.1D X.VALUE= | Y.VALUE= |ELECTRIC BOUNDARY CLEAR AXES SYMBOL= CURVE LINE.TYP= COLOR= LEFT= RIGHT= BOTTOM= TOP= X.OFFSET= X.LENGTH= X.SIZE= Y.OFFSET=

31、Y.LENGTH= Y.SIZE= T.SIZE=2022/10/1155/145浙大微電子PLOT.1D2022/10/1156/145浙大微電子PLOT.2D繪制器件結(jié)構(gòu)的二維圖形。格式：PLOT.2D X.MIN= X.MAX= Y.MIN= Y.MAX= CLEAR AXES BOUNDARY L.BOUND= C.BOUND= GRID L.GRID= C.GRID= 2022/10/1157/145浙大微電子PLOT.2D GRID L.GRID= C.GRID= FLOW VLENG= VMAX= STRESSL.COMPRE= C.COMPRE= L.TENSIO= C.TEN

32、SIO= DIAMONDS X.OFFSET= X.LENGTH= X.SIZE= Y.OFFSET= Y.LENGTH= Y.SIZE= T.SIZE=繪制網(wǎng)格圖繪制材料漂移速度矢量圖繪制應(yīng)力圖2022/10/1158/145浙大微電子CONTOUR繪制等濃度線。 格式： CONTOUR VALUE= LINE.TYP= COLOR= SYMBOL=VALUE=表示Z的值， LINE.TYP=表示線條類型， COLOR=表示線條顏色， SYMBOL=表示在線條上加小標記。2022/10/1159/145浙大微電子COLOR用不同顏色填充二維結(jié)構(gòu)圖的不同區(qū)域。格式：COLOR COLOR= M

33、IN.VALU= MAX.VALU= MATERIAL= | SILICON | OXIDE | OXYNITRI | NITRIDE | POLYSILI | ALUMINUM | PHOTORESMIN.VALU=、MAX.VALU=表示在Z值 （SELECT語句中定義）的（MIN.VALU，MAX.VALU） 范圍內(nèi)填充顏色。MATERIAL=等表示對指定材料 填充顏色。2022/10/1160/145浙大微電子2022/10/1161/145LABEL用途：在圖中添加標簽。格式：LABEL ( X = Y = CM ) | ( X.CLICK = Y.CLICK = ) SIZE =

34、COLOR = LABEL = LEFT | CENTER | RIGHT LINE.TYP = C.LINE = LENGTH = ( SYMBOL = C.SYMBOL = )| ( RECTANGL C.RECTAN = W.RECTAN = H.RECTAN = ) 浙大微電子ELECTRICAL提取電學參數(shù)。 格式：ELECTRICAL X= ( V= | (VSTART= VSTOP= VSTEP=) ( JCAP JUNCTION= ) | ( ( MOSCAP HIGH LOW DEEP ) | ( THRESHOLD VB= ) NMOS | PMOS OUT.FILE=20

35、22/10/1162/145浙大微電子ELECTRICAL提取的電學參數(shù)包括擴散電阻、溝道電阻、結(jié)電容、 MOS電容。V= | (VSTART= VSTOP= VSTEP=表示 電壓變化的初始值、終值、步長。JCAPJUNCTION=表示在X=處的剖面上需要分 析的結(jié)電容數(shù)目，并自下而上進行標號。MOSCAPHIGHLOWDEEP分別表示在低頻、高頻、 深耗盡三種情況下分析MOS電容特性。THRESHOLDVB=表示在體源之間偏壓為VB的情況下分析開啟電壓。 NMOS | PMOS選擇器件類型。 2022/10/1163/145浙大微電子2022/10/1164/145VIEWPORT用途：在

36、一個視圖窗口中畫多幅圖時，必須為每幅圖分配畫圖區(qū)域，這就要用到VIEWPORT語句。格式： VIEWPORT X.MIN = X.MAX = Y.MIN = Y.MAX = X.MIN = 表示畫圖區(qū)域左邊緣到視圖窗口左邊緣的距離與整個視圖窗口寬度的比值，取值范圍為01，其余各參量類似。浙大微電子METHOD用途：選擇氧化模型、點缺陷模型和數(shù)字運算法則。METHOD ERFC | ERF1 | ERF2 | ERFG | VERTICAL |COMPRESS | VISCOELA | VISCOUS PD.FERMI | PD.TRANS | PD.FULL 2022/10/1165/145浙

37、大微電子2022/10/1166/145本章內(nèi)容 工藝仿真工具TSUPREM-4的模型介紹 TSUPREM-4基本命令介紹 雙極晶體管結(jié)構(gòu)的一維仿真示例 器件仿真工具MEDICI簡介 MEDICI實例1NLDMOS器件仿真 MEDICI實例2NPN三極管仿真浙大微電子2022/10/1167/145TSUPREM-4輸入文件的順序 本例說明一個典型TSUPREM-4輸入文件的組織形式，通常順序如下： 用注釋說明問題，并設(shè)置需要的執(zhí)行選項（大多數(shù)情況下都不需要）； 生成初始網(wǎng)格，或讀入一個以前保存的結(jié)構(gòu)； 對所希望的工藝步驟進行仿真，并打印/繪制結(jié)果。 此順序是相當靈活的，如可以在仿真和繪圖間切

38、換。唯一的嚴格要求就是在進行任何處理或輸出之前，必須先定義網(wǎng)格。浙大微電子2022/10/1168/145初始有源區(qū)仿真 文件s4exa.inp中的輸入語句仿真了雙極型結(jié)構(gòu)有源區(qū)形成的初始步驟，包括掩埋集電區(qū)的形成和外延層淀積，輸入語句如下: $ TSUPREM-4 - Example , Part A $ Bipolar active device region: Buried layer and epitaxial deposition $ Use automatic grid generation and adaptive grid INITIALIZE BORON = 1E15浙大微電

39、子2022/10/1169/145$ Grow buried layer masking oxideDIFFUSION TEMP = 1150 TIME = 120 STEAM$ Etch the buried layer masking oxideETCH OXIDE ALL$ Implant and drive in the antimony buried layerIMPLANT ANTIMONY DOSE = 1E15 ENERGY = 75DIFFUSION TEMP = 1150 TIME = 30 DRYO2DIFFUSION TEMP = 1150 TIME = 360$ Et

40、ch the oxide.ETCH OXIDE ALL$ Grow 1.8 micron of arsenic-doped epitaxy浙大微電子2022/10/1170/145EPITAXY THICKNESS = 1.8 SPACES = 9 TEMP = 1050 TIME = 6 ARSENIC = 5E15$ Grow pad oxide and deposit nitrideDIFFUSION TEMP = 1050 TIME = 30 DRYO2DEPOSITION NITRIDE THICKNESS = 0.12$ Save initial active region res

41、ultsSAVEFILE OUT.FILE = S4EXAS$ Plot resultsSELECT Z = LOG10(BORON) TITLE = Active, Epitaxy LABEL = LOG(CONCENTRATION)PLOT.1D BOTTOM = 13 TOP = 21 RIGHT = 5 LINE.TYP = 5 + COLOR = 2浙大微電子2022/10/1171/145SELECT Z = LOG10(ARSENIC)PLOT.1D AXES CLEAR LINE.TYP = 2 COLOR = 3SELECT Z = LOG10(ANTIMONY)PLOT.1

42、D AX CL LINE.TYP = 3 COLOR = 3$ Label plotLABEL X = 4.2 Y = 15.1 LABEL = BoronLABEL X = -.8 Y = 15.8 LABEL = ArsenicLABEL X = 2.1 Y = 18.2 LABEL = Antimony$ Print layer informationSELECT Z = DOPINGPRINT.1D LAYERS浙大微電子2022/10/1172/145網(wǎng)格生成 自動網(wǎng)格生成 處理INITIALIZE語句時會自動生成網(wǎng)格。 適應(yīng)性柵格 當仿真進入離子注入或擴散步驟時，為了保證柵格足夠精

43、細以保持所需精度，就要使用適應(yīng)性柵格。浙大微電子2022/10/1173/145模型選擇 氧化模型 因為仿真是一維的，所以此例中可以使用VERTICAL氧化模型，因此僅有水平的表面被氧化。 點缺陷模型 此例中使用了默認的點缺陷模型（PD.FERMI）。 PD.TRANS點缺陷模型會顯著增加仿真時間，因此僅在需要時才用它。浙大微電子2022/10/1174/145工藝步驟（1）埋層屏蔽氧化物生長和圖形形成（2）埋層注入和驅(qū)入（3）外延層生長（4）緩沖氧化層生長和氮化硅掩膜淀積浙大微電子2022/10/1175/145保存結(jié)構(gòu) 所產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)用SAVEFILE語句保存。 此例中，把它保存在S4EXA

44、S輸出文件中。 在用另外一個單獨TSUPREM-4輸入文件進行剩余工藝步驟的仿真時，此保存結(jié)構(gòu)可以用做它的起始點。 建議在任何較長（根據(jù)計算時間）操作步驟后保存結(jié)構(gòu)，好處是可以使仿真在此點被掛起。同時，在任何仿真后保存結(jié)構(gòu)也是一個好主意，這樣可以在以后再次查看結(jié)果。浙大微電子2022/10/1176/145繪制結(jié)果1指定繪圖設(shè)備 可以通過OPTION語句中的DEVICE參數(shù)或通過使用默認繪圖設(shè)備進行設(shè)置。 在顯示一個圖形前，必須告訴程序使用何種繪圖設(shè)備。2SELECT語句 欲繪圖的值由SELECT語句的Z表達式給出。 注意在處理SELECT語句時，Z表達式被計算。 SELECT語句也可用于指定

45、圖形的標題或在縱軸上使用的標簽。如果未給定標簽，則使用Z表達式。浙大微電子2022/10/1177/145繪制結(jié)果3 PLOT.1D語句 PLOT.1D語句繪制沿器件一個截面（一維）某個量的值； 本例中第一條PLOT.1D語句繪制軸和標題以及砷濃度的對數(shù)； 默認情況下，在材料之間的界面處畫一條垂直虛線； 下一條PLOT.1D語句添加到第一條曲線上。4LABEL語句 使用LABEL語句向曲線上添加標簽。浙大微電子2022/10/1178/145最終的曲線圖如圖所示：浙大微電子2022/10/1179/145打印層信息1PRINT.1D語句 PRINT.1D語句與SELECT語句給定的Z表達式一起

46、作用?？梢源蛴?種信息： 沿截面的Z表達式值的完整列表； 沿截面的穿過每一層的Z表達式的積分； 沿截面具有給定Z表達式值的位置。浙大微電子2022/10/1180/1452使用PRINT.1D LAYERS 文件s4exa.inp末尾的PRINT.1D語句使用了LAYERS參數(shù)，來求出在x = 0處各層中Z表達式的值（y方向凈摻雜濃度），輸出結(jié)果如圖所示。浙大微電子2022/10/1181/145完成有源區(qū)仿真現(xiàn)在，以下面的輸入文件s4exb.inp為例，單獨執(zhí)行一次TSUPREM-4完成仿真。$ TSUPREM-4 - Example, Part B$ Bipolar active devi

47、ce region: Field oxide, base, and emitter$ Read structureINITIALIZE IN.FILE = S4EX1AS$ Grow the field oxideDIFFUSION TEMP = 800 TIME = 20 T.FINAL = 1000DIFFUSION TEMP = 1000 TIME = 10 DRYO2 + T.FINAL = 1100 P.FINAL = 5浙大微電子2022/10/1182/145DIFFUSION TEMP=1100 TIME=50 STEAM PRESSURE=5DIFFUSION TEMP=11

48、00 TIME=10 DRYO2 PRESSURE=5 + P.FINAL = 1DIFFUSION TEMP = 1100 TIME = 60 T.FINAL = 800$ Remove nitride and pad oxideETCH NITRIDE ALLETCH OXIDE ALL$ Implant the boron baseIMPLANT BORON DOSE = 2E13 ENERGY = 100$ Implant the phosphorus emitter浙大微電子2022/10/1183/145IMPLANT PHOSPHORUS DOSE = 1E15 ENERGY =

49、 50$ Anneal to activate base and emitter regionsDIFFUSION TEMP = 1000 TIME = 12 DRYO2$ Plot resultsSELECT Z = LOG10(BORON) TITLE = Active Region LABEL = LOG(CONCENTRATION)PLOT.1D BOTTOM = 13 TOP = 21 RIGHT = 5+ LINE.TYP = 5 COLOR = 2SELECT Z = LOG10(PHOSPHORUS)PLOT.1D AXES CLEAR LINE.TYP = 4 COLOR =

50、 4浙大微電子2022/10/1184/145SELECT Z = LOG10(ARSENIC)PLOT.1D AXES CLEAR LINE.TYP=2 COLOR=3SELECT Z = LOG10(ANTIMONY)PLOT.1D AXES CLEAR LINE.TYP=3 COLOR=3$ Label the impuritiesLABEL X = 2.0 Y = 15.1 LABEL = BoronLABEL X = -1.0 Y = 19.5 LABEL = PhosphorusLABEL X = 0.3 Y = 15.8 LABEL = ArsenicLABEL X = 2.0

51、Y = 18.4 LABEL = Antimony$ Print the layer informationSELECT Z = DOPINGPRINT.1D X.V = 0 LAYERS浙大微電子2022/10/1185/1451讀入一個保存的結(jié)構(gòu)最主要的差別不是生成一個網(wǎng)格，而是從文件S4EX1AS中讀入以前仿真所保存的結(jié)果。這可以通過在INITIALIZE語句中使用IN.FILE參數(shù)來完成。2場氧化工藝中下一步驟是生長場隔離氧化層。浙大微電子2022/10/1186/145最終結(jié)果 使用前面所述的語句進行剖面圖的繪制和標簽化，最終圖形如圖所示。浙大微電子2022/10/1187/145

52、用一條PRINT.1D語句打印最終結(jié)構(gòu)的層信息。SELECT Z = IMPURITY語句說明要計算凈摻雜的濃度。最終結(jié)構(gòu)的各層信息如圖所示。浙大微電子2022/10/1188/145本章內(nèi)容 工藝仿真工具TSUPREM-4的模型介紹 TSUPREM-4基本命令介紹 雙極晶體管結(jié)構(gòu)的一維仿真示例 器件仿真工具MEDICI簡介 MEDICI實例1NLDMOS器件仿真 MEDICI實例2NPN三極管仿真浙大微電子2022/10/1189/145MEDICI的特性1網(wǎng)格（GRID） MEDICI使用非均勻的三角形網(wǎng)格，可以處理具有平面和非平面表面的特殊器件，并且能夠根據(jù)電勢或雜質(zhì)分布的情況自動進行優(yōu)

53、化。2雜質(zhì)分布的讀入3物理模型 為了使模擬的結(jié)果更精確，下列模型都可以被考慮進來：載流子的復(fù)合、光生、碰撞離化效應(yīng)、禁帶變窄效應(yīng)、能帶隧穿、遷移率、載流子壽命、載流子的Boltzman 和 Fermi-Dirac 統(tǒng)計分布以及部分離化效應(yīng)等。浙大微電子2022/10/1190/145MEDICI的特性4其他特性 可以加入集總式電阻、電容和電感； 可以描述分布式接觸電阻； 可以在仿真中描述電壓和電流的邊界條件； I-V曲線自動跟蹤； 為了計算與頻率相關(guān)的電容、電導(dǎo)和S參數(shù)，可以在任何虛擬的頻率下進行交流小信號分析。浙大微電子MEDICI 的使用登陸 PC機運行vncviewer登陸到45:2 輸

54、入命令：source /opt/demo/synopsys.env運行MEDICI md20000文件名或md60000文件名91/1452022/10/11浙大微電子92/1452022/10/11浙大微電子93/1452022/10/11語句簡介 器件定義語句 材料特性描述語句 物理模型選擇，求解分析類型方法 圖形化結(jié)果的輸出語句浙大微電子網(wǎng)表構(gòu)造的步驟（1）定義一系列有間隔的X和Y方向的網(wǎng)格線構(gòu)成的一個 簡單的矩形；（2）將網(wǎng)格線適當扭曲以適應(yīng)非平面的圖形或者與雜質(zhì) 的分布相匹配(平面性很差的結(jié)構(gòu)很難處理好)，這 一步的目的是為了將網(wǎng)格進行優(yōu)化。 （3）將多余的節(jié)點從網(wǎng)格中去除掉。 （4

55、）描述材料區(qū)域和電極。94/1452022/10/11浙大微電子語句格式 MEDICI 的輸入語句具有自由的格式,并具有下列的一些特性：（1）每一個語句都由語句名稱開始,后面再跟一些參數(shù) 名和值。（2）每一個語句都可以占用一行以上的地方,行與行之 間用連接符號(“+”)連接。（3）每一行最多由80個字符構(gòu)成。95/1452022/10/11浙大微電子參數(shù)類型 參數(shù)是指接在每一個語句名稱后，用來定量的實現(xiàn)該語句功能的符號：（1）logical:邏輯類型，如果該參數(shù)出現(xiàn),則表示為true；（2）numerical：數(shù)值類型；（3）array：陣列類型，較少用到；（4）character：字符串類型

56、。96/1452022/10/11浙大微電子程序輸入限制最多1000個語句最多2000行最多60000個字符97/1452022/10/11浙大微電子2022/10/1198/145本章內(nèi)容 工藝仿真工具TSUPREM-4的模型介紹 TSUPREM-4基本命令介紹 雙極晶體管結(jié)構(gòu)的一維仿真示例 器件仿真工具MEDICI簡介 MEDICI實例1NLDMOS器件仿真 MEDICI實例2NPN三極管仿真浙大微電子2022/10/1199/145 這里以一個NLDMOS為例做一些分析，以下是仿真NLDMOS器件的描述文件。TITLE TMA MEDICI Example 1 - 1.5 Micron

57、N-Channel Lateral Diffuse MOSFET給本例取標題，對實際的仿真無用；COMMENT Specify a rectangular meshCOMMENT語句表示該行是注釋行；MESH SMOOTH = 1創(chuàng)建器件結(jié)構(gòu)的第一步是定義一個初始網(wǎng)格。COMMENT WIDTH is the whole width，H1 is the width of a grid浙大微電子2022/10/11100/145X.MESH WIDTH = 8.0 H1 = 0.1X.MESH和Y.MESH語句描述初始網(wǎng)格是怎樣生成的，X.MESH用來描述橫向的區(qū)域。COMMENT locati

58、on of line NO.1 is -0.025u,No.3 is 0.0uY.MESH N = 1 L = -0.025Y.MESH用來描述縱向的區(qū)域，參數(shù)N指第一條水平網(wǎng)格線，L指位于0.025 m處；Y.MESH N = 3 L = 0.0第3條水平線位于0 m處； COMMENT 0u-1.0u H1 = 0.125 1u-2u H1 = 0.250浙大微電子2022/10/11101/145Y.MESH DEPTH = 2.0 H1 = 0.1這條語句添加了一個1 m深（DEPTH）、垂直方向網(wǎng)格線均勻間隔0.1 m（H1）的區(qū)域；Y.MESH DEPTH = 8.0 H1 = 0

59、.2添加了一個1 m深、垂直方向網(wǎng)格線均勻間隔0.2 m的區(qū)域；COMMENT Eliminate some unnecessary substrate nodesELIMIN COLUMNS Y.MIN = 2.1該語句將2.1 m（Y.MIN）以下的縱向網(wǎng)格線（COLUMNS）隔列刪除，以減少節(jié)點數(shù)；COMMENTSpecify oxide and silicon regionsCOMMENT no more description means all region浙大微電子2022/10/11102/145REGION SILICONREGION用來定義區(qū)域的材料性質(zhì)，如果不特別說明區(qū)域

60、范圍，則表示對整個結(jié)構(gòu)進行定義，在這里定義整個區(qū)域為硅；REGION OXIDE IY.MAX = 3定義第3條網(wǎng)格線以上的區(qū)域為二氧化硅；COMMENT Electrode definitionELECTRODE NAME = GATE X.MIN = 2 X.MAX = 3.5 TOPELECTRODE用來定義電極位置，在這里將柵極放在柵極二氧化硅的表面；ELECTRNAME = Substrate BOTTOM將襯底接觸電極放在器件的底部；浙大微電子2022/10/11103/145ELECTR NAME = SOURCE X.MIN = 0 X.MAX = 0.5 + IY.MAX =