IC辅助设计MOS管.docx

目录
基本要求 1
拓展部分 1
具体内容 1
具体操作 1
最终代码 5
关于Idmax分析 10

基本要求
1.模拟接口实例ID / VGS曲线提取的阈值电压和其他SPICE参数
2. MOS晶体管的过程模拟
3. 工艺参数的提取
4.简单的ID / VGS VDS = 0.1 V曲线的生成
拓展部分
探究哪些参数能影响Idmax的增长
具体内容
*多晶硅栅是由简单的几何蚀刻。在这一点上模拟本质上是一维的，因此运行ATHENA的一维模式。之后，蚀刻，结构转换为二维网格。
*使用deckbuild自动界面过程模拟的结构将被传递到ATLAS。这界面因此允许从过程模拟全局优化SPICE模型参数提取装置仿真。
*末尾提取语句是用来计算在该点的氧化层厚度。返回的值被用来作为校准一个优化目标。
*电极在模拟的过程中最终定义。金属沉积和图形化。然后电极语句是用来定义金属区加多晶硅作为ATLAS电极。
*末尾提取语句是用来测量的阈值电压和其他SPICE参数。
具体操作
一. Mesh spectification
1. 打开网格定义窗口：右键点击commands—>structure->选Mesh
2. 在打开的mesh define界面，direction栏默认为x，location-栏输入,输入后记得按回车，输入输完之后按insert，再依次重复

点击view会看到网格显示窗口

二. Structure definition
区域定义
a：打开区域定义窗口：右键点击commands->structure->region
b:默认参数，点击write

电极定义
a：打开电极定义窗口：右键点击commands->structure->electrode

b:右键点击add electrode，选择anode 选定然后点击右菜单栏的->define loction xlow选择5 length选择2 然后点击write
c：按照刚才步骤，点击add electrode选择cathode点击write

掺杂
a:点击进入掺杂定义窗口：右键点击commands->structure->doping
b：选择uniform 栏conc输入5e16 栏polarity选择n点击write

三. Material model specification
设置材料模型、接触性质
a：点击进入模型定义窗口：右键点击commands->model->material
b：定义硅和硅锗中电子空穴SRH复合寿命分别为1e-7s和1.e-8s
c:定义物理模型

四.Initial solution
提供初值
a：打开初值定义窗口commands->solutions->solve
b:选择默认值，直接点击write

五.Gummel plot
数值方法定义
a：打开初值定义窗口commands->solutions->method
b：选择newton计算模型

最终代码
go athena
#
line x loc=0.0 spac=0.1 //定义网格
line x loc=0.2 spac=0.006
line x loc=0.4 spac=0.006
line x loc=0.6 spac=0.01
#
line y loc=0.0 spac=0.002
line y loc=0.2 spac=0.005
line y loc=0.5 spac=0.05
line y loc=0.8 spac=0.15
#
init orientation=100 c.phos=1e14 space.mul=2 //定义衬底,晶格方向100,浓度1e14

#pwell formation including masking off of the nwell // P阱形成包括N阱的掩膜
#
diffus time=30 temp=1000 dryo2 press=1.00 hcl=3 //退火生成氧化层,,时间30,温度1000,干氧氧化,HCl浓度3%
#
etch oxide thick=0.02 //刻蚀氧化层厚度0.02
#
//P注入
#
implant boron dose=8e10 energy=100 pears //离子注入,硼浓度8e10,100eV

#
diffus temp=950 time=100 weto2 hcl=3 // 退火,时间100,温度950,湿氧氧化,HCl浓度3%

#
//N注入
#
# welldrive starts here
diffus time=50 temp=1000 t.rate=4.000 dryo2 press=0.10 hcl=3
//退火,时间50,温度1000,干氧氧化,HCl浓度3%,0.1个大气压
#
diffus time=220 temp=1200 nitro press=1 //退火,时间220,温度1200,干氧氧化,HCl浓度3%,1个压强的氮气

#
diffus time=90 temp=1200 t.rate=-4.444 nitro press=1 //退火,时间90,温度1200,1个压强的氮气
#
etch oxide all //刻蚀所有氧化层
#
//清洗氧化物
diffus time=20 temp=1000 dryo2 press=1 hcl=3 //退火时间20,1000度,干氧,1个大气压,3%HCl
#
etch oxide all //刻蚀所有氧化层

//沟道氧化层形成
diffus time=11 temp=925 dryo2 press=1.00 hcl=3 //退火时间11,925度,干氧,1个大气压,3%HCl
#
//提取的设计参数
extract name="gateox" thickness oxide mat.occno=1 x.val=0.05 //提取沟道氧化层

#
// Vt调节注入
implant boron dose=9.5e10 energy=10 pearson //离子注入,硼浓度8e10,100eV

#
depo poly thick=0.2 divi=10 //沉积多晶硅厚度0.2
#
//二维
#
etch poly left p1.x=0.35 //刻蚀多晶硅
#
method fermi compress
diffuse time=3 temp=900 weto2 press=1.0 //退火3s,900度,湿氧氧化,1个大气压
#
implant phosphor dose=3.0e13 energy=20 pearson //离子注入,磷3e13,20eV
#
depo oxide thick=0.120 divisions=8 //沉积氧化层
#
etch oxide dry thick=0.120 //刻蚀氧化层
#
implant arsenic dose=5.0e15 energy=50 pearson //离子注入砷
#
//费米的压缩方法
diffuse time=1 temp=1100 nitro press=1.0 //退火1s,1100度,1个压强的氮气
#

//S／D接触金属
etch oxide left p1.x=0.2 //刻蚀左边氧化层
deposit alumin thick=0.03 divi=2 //沉积铝金属层,形成接触
etch alumin right p1.x=0.18 //刻蚀铝

//提取最终的S/D
extract name="nxj" xj silicon mat.occno=1 x.val=0.1 junc.occno=1 //提取硅,材料存在位置1,节存在位置1

# extract the N++ regions sheet resistance
extract name="n++ sheet rho" sheet.res material="Silicon" mat.occno=1 x.val=0.05 region.occno=1
//提取的n +区的薄层电阻
# extract the sheet rho under the spacer, of the LDD region
extract name="ldd sheet rho" sheet.res material="Silicon" \
mat.occno=1 x.val=0.3 region.occno=1
//提取LDD区的表下的间隔
# extract the surface conc under the channel.
extract name="chan surf conc" surf.conc impurity="Net Doping" \
material="Silicon" mat.occno=1 x.val=0.45
//提取表面浓度下的通道

//提取曲线的电导与偏置.
extract start material="Polysilicon" mat.occno=1 \
bias=0.0 bias.step=0.2 bias.stop=2 x.val=0.45
extract done name="sheet cond v bias" \
curve(bias,1dn.conduct material="Silicon" mat.occno=1 region.occno=1)\
outfile="extract.dat"
//提取曲线的电导与偏置
//提取Vt

extract name="n1dvt" 1dvt ntype vb=0.0 qss=1e10 x.val=0.49

structure mirror right //右镜像

electrode name=gate x=0.5 y=0.1 //定义电极
electrode name=source x=0.1
electrode name=drain x=1.1
electrode name=substrate backside

structure outfile=mos1ex01_0.str //保存文件

//输出结构
tonyplot mos1ex01_0.str -set mos1ex01_0.set

go atlas

//建立材料模型
models cvt srh print

contact name=gate n.poly
interface qf=3e10

method newton
solve init

//偏置漏
solve vdrain=0.1

//栅极
log outf=mos1ex01_1.log master
solve vgate=0 vstep=0.25 vfinal=3.0 name=gate
save outf=mos1ex01_1.str

//输出结果
tonyplot mos1ex01_1.log -set mos1ex01_1_log.set

//提取器件参数
extract name="nvt" (xintercept(maxslope(curve(abs(v."gate"),abs(i."drain")))) \
- abs(ave(v."drain"))/2.0)
extract name="nbeta" slope(maxslope(curve(abs(v."gate"),abs(i."drain")))) \
* (1.0/abs(ave(v."drain")))
extract name="ntheta" ((max(abs(v."drain")) * $"nbeta")/max(abs(i."drain"))) \
- (1.0 / (max(abs(v."gate")) - ($"nvt")))

quit

运行结果

程序运行后我们可以看到，通过分析，改变以下阱浓度，阈值电压调整的注入浓度和快速热退火温度这3个参数可以提高Idmax：
当降低阱浓度使Idmax增大：
#P-well Implant
# implant boron dose=8e10 energy=100 pears

关于Idmax分析
当降低阈值电压调整的注入浓度使Idmax增大:
控制阈值电压的三种方法：
1．阈值电压可以通过将离子注入沟道区来加以调整。带负电的硼受主增加沟道内掺杂的水平，沟道内电阻变小，因此阈值电压随之增加。
2．通过扩散工艺改变栅极氧化层厚度，随着栅极氧化层厚度的增加，N沟道MOSFET的阈值电压变得更大，对于一固定得栅极电压而言，栅极氧化层可以降低电场强度。
3．选用适当的栅极材料也可以控制阈值电压VT的方法。
、这里我们将注入浓度由9.5e11改为9.5e10
#vt adjust implant
implant boron dose=9.5e10 energy=10 pearson

提高快速热退火温度可以使Idmax增大：
退火这一步的目标是激活高百分比的杂质而同时使残余的缺陷和再分布减小至最低限度。提高了退火温度增加了结深。
在注入衬底处于室温时，给定的离子剂量下，退火温度被定义为在一传统退火炉管中，退火30min可有90％掺杂原子被激活的温度。退火的特性与掺杂种类及所含剂量有关。在NMOS管中，退火主要针对的被注入衬底的硼。为对硼注入而言，在较高的剂量需要较高的退火温度。
由于离子注入所造成的损伤区及畸形团，使迁移率和寿命等半导体参数受到严重影响。此外，大部分的离子在被注入式并不位于置换位置。为激活被注入的离子并恢复迁移率与其他材料参数，必须在适当的时间与温度下将半导体退火
这里我们将退火温度由900修改至1100
method fermi compress
diffuse time=1 temp=1100 nitro press=1.0