NMOS工艺流程模拟及电学参数提取模拟实验说课材料

实验二NMOS工艺流程模拟及电学参数提取模拟实验

一、实验目的

1. 熟悉Silvaco TCAD的仿真模拟环境；

2.掌握基本的nmos工艺流程，以及如何在TCAD环境下进行nmos工艺流程模

拟；

3.掌握器件参数提前方法，以及不同工艺组合对nmos晶体管的阈值电压、薄层

电阻等电学参数的影响；

二、实验要求

①仔细阅读实验内容，独立编写程序，掌握基本的TCAD使用；

②熟悉nmos晶体管的基本工艺流程，和关键工艺参数；

③记录Tonyplot的仿真结果，并进行相关分析。

三、实验内容

1. nmos晶体管整体工艺模拟

设计nmos晶体管工艺流程模拟程序，运行得到相应的器件模型(参考教程p57~p60页程序)

NMOS晶体管的基本工艺流程：

a.衬底硅氧化：在衬底表面产生一层相对较厚的SiO2有选择地刻蚀氧化区，暴露出将来用来生成MOS晶体管的硅表面；

b.用一高质量的氧化物薄膜覆盖在Si表面，这层氧化物最终将形成MOS晶体管的栅极氧化物；

c.在薄氧化层顶部淀积一层多晶硅。多晶硅可以用做MOS晶体管的栅电极材料，也可以用做硅集成电路中的互连线；

d.成型和刻蚀多晶硅层，形成互连线和MOS管的栅极，刻蚀未覆盖多晶硅的那层薄栅极氧化物，裸露出硅表层，这样就可以在其上面形成源区和漏区了；

e.通过扩散或离子注入的方式，整个硅表层就会被高浓度的杂质所掺杂，形成源区和漏区；

f.用一层SiO2绝缘层覆盖整个表面对绝缘的氧化层成型得到源极和漏极的接触孔，表层蒸发覆盖一层铝，形成互连线，将金属层成型并刻蚀，其表层形成了MOS管的互连

。

NMOS晶体管工艺流程模拟程序：

go athena

#

line x loc=0 spac=0.1

line x loc=0.2 spac=0.006

line x loc=0.4 spac=0.006

line x loc=0.5 spac=0.01

#

#

line y loc=0.00 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

# pwell formation including masking o? of the nwell

#

di?us time=30 temp=1000 dryo2 press=1.00 hcl=3

#

etch oxide thick=0.02

#

#P–well Implant

implant boron dose=8e12 energy=100 pears

#

di?us temp=950 time=100 weto2 hcl=3

#

# N–well implant not shown

# welldrive starts here

di?us time=50 temp=1000 t.rate=4.000 dryo2 press=0.10 hcl=3 #

di?us time=220 temp=1200 nitro press=1

#

di?us time=90 temp=1200 t.rate=?4.444 nitro press=1

#

etch oxide all

#

# sacri?cial “cleaning”oxide

di?us time=20 temp=1000 dryo2 press=1 hcl=3

#

etch oxide all

# gate oxide grown here

di?us time=11 temp=925 dryo2 press=1.00 hcl=3

#

# Extract a design parameter

extract name=“gateox”thickness oxide mat.occno=1 x.val=0.5 #

#vt adjust implant

implant boron dose=9.5e11 energy=10 pearson

#

depo poly thick=0.2 divi=10

#

#from now on the situation is 2–D

#

etch poly left p1.x=0.35

#

method fermi compress

di?use time=3 temp=900 weto2 press=1.0

#

implant phosphor dose=3.0e13 energy=20 pearson

#

depo oxide thick=0.120 divisions=8

#

etch oxide dry thick=0.120

#

implant arsenic dose=5.0e15 energy=50 pearson

#

method fermi compress

di?use time=1 temp=900 nitro press=1.0

# pattern s/d contact metal

etch oxide left p1.x=0.2

deposit alumin thick=0.03 divi=2

etch alumin right p1.x=0.18

# Extract design parameters

# extract ?nal S/D Xj

extract name=“nxj”xj silicon mat.occno=1 x.val=0.1 junc.occno=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

# 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

# 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

# extract a curve of conductance versus bias.

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) \ out?le=“extract.dat”

# extract the long chan Vt

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

structure mirror right

electrode name=gate x=0.5 y=0.1

electrode name=source x=0.1

electrode name=drain x=0.9

electrode name=substrate backside

structure out?le=mos0.str

# plot the structure

tonyplotmos0.str-setmos0.set