精品工艺流程实验

ISE TCAD 课程设计教学大纲

ISE TCAD 环境的熟悉了解

一．GENESISe ——ISE TCAD 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 文件的编辑可以参看软件中提供的例子并加以修改。

所需条件：17

103⨯=A N ， 18

103⨯=D N

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0.18m μ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-induced barrier lowering ）,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：0.14m μ，0.10m μ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0.18m μ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：0.14m μ，0.10m μ，等，再次重复以上步骤。

设计四 NMOS 管I d-Vd 特性实验

1） 运用MDRAW 工具设计一个栅长为0.18m μ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I d-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：

V V V V V V V V V V g g g g g 0.2,5.1,8.0,5.0,2.0=====），d V 扫描范围： 0V~2V ，

最后得到一簇I d-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0.18m μ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I d-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=0.0 eRecVelocity=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0.48m μ）；

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I d-Vg 特性曲线，并提取Vt 和gm （跨导）。

设计七 SOI 的I d-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0.48m μ）；

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I d-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ceo V 实验（ceo V 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V V BC 4-=，V V BE 3.0=，画出V （X ），E （X ），p （x ），n （x ），及电流密

度18

10⨯，并计算E J ，B J ，C J ，推倒γ和β； 4）Ne=518

10⨯,Nb=17

102⨯,Nc=15

104⨯ 单位：/3

cm

注：其它条件不变，在E 为：S i ，B 、C 都为Ge 时重复上述过程