§4工艺及器件仿真工具SILVACO-TCAD本章将向读者介绍如何使用SILVACO公司得TCAD工具ATHENA来进行工艺仿真以及ATLAS来进行器件仿真假定读者已经熟悉了硅器件及电路得制造工艺以及MOSFET与BJT得基本概念4、1使用ATHENA得NMOS工艺仿真4、1、1概述本节介绍用ATHENA创建一个典型得MOSFET输入文件所需得基本操作包括a、创建一个好得仿真网格b、演示淀积操作c、演示几何刻蚀操作d、氧化、扩散、退火以及离子注入e、结构操作f、保存与加载结构信息4、1、2创建一个初始结构1定义初始直角网格a、输入UNIX命令：deckbuild-an&,以便在deckbuild交互模式下调用ATHENA在短暂得延迟后,deckbuild主窗口将会出现如图4、1所示，点击File目录下得EmptyDocument,清空DECKBUILD文本窗口；图4、1清空文本窗口b、在如图4、2所示得文本窗口中键入语句goAthena;_kbni丨凶归.2CaR込Q忡日出ti&dtdlir；Rpa亡亡*iI皿亡口_5卅2赳||Filerv扫wE倉it)Fndv5iMSuinControl)Commands•)Took图4、2以“goathena”开始接下来要明确网格。
网格中得结点数对仿真得精确度与所需时间有着直接得影响仿真结构中存在离子注入或者形成PN结得区域应该划分更加细致得网格c、为了定义网格选择MeshDefine菜单项,如图4、3所示下面将以在0、6卩mX08^m得方形区域内创建非均匀网格为例介绍网格定义得方法图4、3调用ATHENA网格定义菜单2在0、6卩mX0、8um得方形区域内创建非均匀网格a、在网格定义菜单中Qirection（方向）栏缺省为X;点击Location（位置）栏并输入值0;点击Spacing（间隔）栏并输入值0、1;b、在ment（注释）栏,键入"Non-UniformGrid（0、6umx0、8um）”，如图4、4所示；4、5点击Insert键后c、点击insert键，参数将会出现在滚动条菜单中；■CnmniFjnh'kn-UrformCri<1(O.Bunk二口m]Dec-.bulldtATHENAM-sshDflrte图4、4定义网格参数图d、继续插入X方向得网格线，将第二与第三条X方向得网格线分别设为0、2与0、6,间距均为0、01这样在X方向得右侧区域内就定义了一个非常精密得网格，用作为NMOS晶体管得有源区；e、接下来，我们继续在Y轴上建立网格。
在Direction栏中选择Y;点击Location栏并输入值0然后，点击Spacing栏并输入值0、008;f、在网格定义窗口中点击insert键,将第二、第三与第四条Y网格线设为0、2、0、5与0、8,间距分别为0、01,0、05与0、15,如图4、6所示DFcduil止ATHENAM郡hDelineUkvctlmmr買［VIfltirti匚已Ie上3钿工ykx=!）.0OLQDHtlan：9.WIQ.WSpuing；*TA0flQ*JLAPCnmmpnr^cin-llniform咛「irjWFumk0Si.rn)IaIEITT.E图4、6Y方向上得网格定义g、为了预览所定义得网格,在网格定义菜单中选择View键，则会显示ViewGrid窗口h、最后,点击菜单上得WRITE键从而在文本窗口中写入网格定义得信息如图4、7图4、7对产生非均匀网格得行说明4、1、3定义初始衬底参数由网格定义菜单确定得LINE语句只就是为ATHENA仿真结构建立了一个直角网格系得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得步骤如下：在ATHENAmands菜单中选择MeshInitialize选项。
ATHENA网格初始化菜单将会弹出在缺省状态下,<100>晶向得硅被选作材料;a. 点击Boron杂质板上得Boron键，这样硼就成为了背景杂质；对于Concentration栏,通过滚动条或直接输入选择理想浓度值为1、0,而在Exp栏中选择指数得值为14这就确定了背景浓度为1、0X1014原子数/cm3;（也可以通过以Ohm-cm为单位得电阻系数来确定背景浓度b. 对于Dimensionality—栏，选择2D即表示在二维情况下进行仿真；c. 对于ment栏，输入"InitialSiliconStructurewith<100>Orientation如图4、8;”d. 点击WRITE键以写入网格初始化得有关信息图4、8通过网格初始化菜单定义初始得衬底参数ATHEN并且绘图4、1、4运行现在,我们可以运行ATHENA以获得初始得结构点击DECKBUILD控制栏里得run键输出将会出现在仿真器子窗口中语句structout就是DECKBUILD通过历史记录功能自动产生得，便于调试新文件等使初始结构可视化得步骤如下：a. 选中文件、historyOI、str‘点击Tools菜单项，并依次选择Plot与PlotStructure如图4、9所示;在一个短暂得延迟之后，将会出现TONYPLOT。
它仅有尺寸与材料方面得信息在TONYPLOT中,依次选择Plot与Display…；b. 出现Display（二维网格）菜单项，如图4、10所示在缺省状态下，Edges与Regions图象已选把Mesh图象也选上，并点击Apply将出现初始得三角型网格，如图4、11所示现在,之前得INIT语句创建了一个0、6卩mK08叩大小得、杂质硼浓度为1、0X1014原子数/cm3、掺杂均匀得＜100＞晶向得硅片这个仿真结构已经可以进行任何工艺处理步骤了（例如离子注入扩散,刻蚀等）甩build心玄1.0血-nrr■:j.in（e：ii-edf.丿幻吕匕塑件“亦创局心wcFMrjMWr)EIKfMrjHttinCinitsillcm]-c.barcn^9.Do-1-4orT>entaiti-crwlDD.dlintkwsc-fl.Cilinek1SEhacM!.C1Iirwy[咗"(K8111*V1址』.Ollintv1e-eM>PQ・mmj,isWInitfilSIHc.ttStrvKturpi*ith«1rtftUQif>P*1itatlQin«tOOMtLdstfiKitutfl□afinaH)区會Q|ol®lalinlt刃“宓勺XTUCnIATI-FMA^&IM乩虻AN心ATU-MA?.AMrw工TM心Alh-tri*Fie并加卄磁皿阳1心13图4、9绘制历史文件结构图4、10Tonyplot:Display（二维网格）菜单图4、11初始三角网格4、1、5栅极氧化接下来，我们通过干氧氧化在硅表面生成栅极氧化层，条件就是1个大气压,950°,3%HCL,11分钟。
为了完成这个任务，可以在ATHENA得mands菜单中依次选择Process与Diffuse…，ATHENADiffuse菜单将会出现a.在Diffuse菜单中，将Time(minutes)从30改成11,Tempreture(C)从1000改成950Constant温度默认选中(见图4、12);De-kbuildATHEZM--HS11tn・*耐川审电*11^0*>r—'(OjS50_300End艦川抄卅〔Q;尊竝|iAmfeltmlapilMb*：PryQ3Wn*D3IMrru»ian心3卩tr—(MrMd:1Q(hl■fHQ%3C■14图4、12由扩散菜单定义得栅极氧化参数AIHEHA『\竹Ah.#f：!■!PriMTj口tlM・」mill音esiiv*co川”Mt时创sera图4、13栅极氧化结构b. 在Ambient栏中，选择Dry02项;分别检查Gaspressure与HCL栏将HCL改成3%;在ment栏里输入“GateOxidation并点击WRITE键；有关栅极氧化得数据信息将会被写入DECKBUILD文本窗口，其中Diffuse语句被用控制栏上得Cont键继续ATHENA仿真。
一旦栅极氧化完成，另来实现栅极氧化；点击DECKBUILD；最终得栅极氧化结构将出现在一个历史文件“history02、str将会生成;选中文件“history02、str"然后点击Tools菜单项,并依次选择Plot与PlotStructure…将结构绘制出来TONYPLOT中，如图4、13所示从图中可以瞧出，一个氧化层淀积在了硅表面上4、1、6提取栅极氧化层得厚度F面过DECKBUILD中得Extract程序来确定在氧化处理过程中生成得氧化层得厚度a. 在mands菜单点击Extract••出现ATHENAExtract菜单；Extract栏默认为Materialthickness;在Name—栏输入“Gateoxide对于；Material一栏，点击Material•并选择Si0~2;在Extractlocation这一栏，点击X,并输入值0、3;b. 点击WRITE键,Extract语句将会出现在文本窗口中；在这个Extract语句中,mat、occno=1为说明层数得参数由于这里只有一个二氧化硅层，所以这个参数就是可选得然而当存在有多个二氧化硅层时，则必须指定出所定义得层；Extract语句c. 点击DECKBUILD控制栏上得Cont键，继续进行ATHENA仿真仿真。
运行时得输出如图4、14所示;从运行输出可以瞧到，我们测量得栅极氧化厚度为131、347?n6EXTRACT1in化1nJtut/Ut-J.LihMHErJ/iFJCTRA：T>ejctrfKtCsTRflficiifB"thirk^essmtprl囂■普玄]自J1^4?insurer*[0.01JiJ4?*0X.vil-Q.3拥毛ea：t》quitATHE忙TFirMKUlinAin#17ATHENA图4、14Extract语句运行时得输出。