半导体器件模拟仿真ppt课件

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1、半导体器件模型与仿真半导体器件模型与仿真 Semiconductor Device Models and SimulationSemiconductor Device Models and Simulation平时：平时：30%上机上机+考试：考试：70% 内容大纲内容大纲一、一、 半导体仿真概述半导体仿真概述 2学时学时二、二、 半导体器件仿真软件使用半导体器件仿真软件使用 2学时学时+2学时上机学时上机三、三、 Diode器件仿真器件仿真 2学时学时+2学时上机学时上机四、四、BJT器件仿真器件仿真 4学时学时+4学时上机学时上机五、半导体工艺仿真软件使用五、半导体工艺仿真软件使用 4学时

2、学时+4学时上机学时上机六、六、MOS工艺及器件仿真工艺及器件仿真 4学时学时+4学时上机学时上机七、总结与复习七、总结与复习 2学时学时+4学时上机学时上机（1）什么是仿真？）什么是仿真？仿真和另外一个词汇建模（modeling）是密不可分的。所谓建模就是用数学方式抽象地总结出客观事物发展的一般规律。 仿真是在这个一般规律的基础上，对某事物在特定条件下的行动进行推演和预测。因此可以说建模是仿真的基础，仿真是随着建模的发展而发展的。建模和仿真的关系可以比作程序设计中算法和语言的关系。一、概论：半导体仿真概述一、概论：半导体仿真概述 Introduction of Semiconductor S

3、imulation1. 这门课是研究什么的？这门课是研究什么的？（2）什么是半导体器件仿真？）什么是半导体器件仿真？那么像电子IT行业里面的仿真软件按用途分是多种多样的。仅仅是集成电路这个行业来讲，就分电路仿真、器件仿真、工艺仿真等。再深入下去研究，研究固体物理学，半导体物理学也都有相关的仿真软件可以进行原子、分子级别的仿真。包括工艺仿真和器件电学特性仿真两个部分。研究单个元器件从生产工艺到性能特性的。（3） 什么是半导体器件仿真器？什么是半导体器件仿真器？ 前面提及的理论基础不仅仅是同学们学习这门功课所需要的前期基础知识，也同样是开发仿真软件中最需要的理论基础。为什么呢？ 因为仿真实质上是通

4、过仿真器来完成的。一般仿真器实质上等于（输入接口+模型库+算法+输出接口）核心部分是模型库的建立，精度，处理速度需要通过算法来调节。一个半导体仿真器弄能是否强劲，就是看模型库是否强大。所以它是随着对半导体理论的探索和对实验数据的累计的发展而发展的。2. 在整个学科中所处的位置是什么？在整个学科中所处的位置是什么？从纵向来讲，从纵向来讲，和其他CAD类或仿真类课程一样，它是基础理论知识和实际生产的链接点。从横向来讲，从横向来讲，电路模拟、工艺模拟、器件模拟之间的关系可以用下面的结构图来表示工艺描述工艺描述几何结构及掺杂几何结构及掺杂 工艺仿真工艺仿真 (Process Simulation)(P

5、rocess Simulation)电学特性电学特性 器件仿真器件仿真 (Device Simulation)(Device Simulation)电路模拟用器件模型参数电路模拟用器件模型参数 ICIC电路仿真电路仿真 (IC Circuit Simulation)(IC Circuit Simulation)IC电路特性电路特性本门课程本门课程重点学习部分重点学习部分 器件模拟参数提取器件模拟参数提取 (Device parameter extraction tools)(Device parameter extraction tools)3. 有什么用？有什么用？一方面，充分认识半导体物理

6、学，半导体器件物理学等这些抽象难懂的理论基础知识在半导体工业中的实际应用。加强理论教学的效果。仿真也可以部分取代了耗费成本的硅片实验，可以降低成本，缩短了开发周期和提高成品率。也就是说，仿真可以虚拟生产并指导实际生产。如前图所表，这个器件仿真在逻辑上是基础于电路仿真的。工艺仿真可以实现离子注入、氧化、刻蚀、光刻等工艺过程的模拟。可以用于设计新工艺，改良旧工艺。器件仿真可以实现电学特性仿真，电学参数提取。可以用于设计新型器件，旧器件改良，验证器件的电学特性。如MOS晶体管，二极管，双极性晶体管等等。提取器件参数，或建立简约模型以用于电路仿真。4.学习这门功课需要哪些准备？学习这门功课需要哪些准备

7、？半导体物理学半导体器件物理学、MOS、BJT、Diode、功率器件等集成电路工艺技术简单的电路基础。5. 学到什么程度？具体学什么？学到什么程度？具体学什么？掌握模拟仿真软件的使用，对半导体器件的特性进行模拟和分析。具体为：1.复习现有以硅为主的超大规模集成电路工艺技术。学习工艺仿真软件的使用方法 （氧化、扩散、离子注入、淀积、刻蚀、光刻等）2. 熟悉并学会使用器件仿真软件（1）学习如何用仿真语句编写器件的结构特征信息（2）学习如何使用atlas器件仿真器进行电学特性仿真3. 对半导体工艺仿真及器件仿真中所用到的模型加以了解4*. 利用工艺器件仿真软件，培养和锻炼工艺流程设计工艺流程设计和新

8、器件新器件开发设计开发设计等方面的技能。6. 半导体器件仿真的历史发展半导体器件仿真的历史发展1949年：半导体器件模拟的概念起源于此年肖克莱（Shockley）发表的论文，这篇文章奠定了结型二级管和晶体管的基础。但这是一种局部分析方法，不能分析大注入情况以及集电结的扩展。1964年：古默尔（H.K.Gummel）首先用数值方法代替解析方法模拟了一维双极晶体管，从而使半导体器件模拟向计算机化迈进。1969年：DPKennedy和R.R.OBrien第一个用二维数值方法研究了JFET。JWSlotboom用二维数值方法研究了晶体管的DC特性。从此以后，大量文章报导了二维数值分析在不同情况和不同器

9、件中的应用。相应地也有各种成熟的模拟软件，如CADDET和MINIMOS等。Avanti: Tsuprem4/ MediciAvanti: Tsuprem4/ MediciTsuprem4/Medici是Avanti公司的二维工艺、器件仿真集成软件包。Tsuprem4是对应的工艺仿真软件，Medici是器件仿真软件。7. 可选择的工艺及器件仿真工具简介可选择的工艺及器件仿真工具简介ISE-TCADISE-TCAD工艺及器件仿真工具ISE-TCAD是瑞士 ISE ( Integrated Systems Engineering ) 公司开发的生产制造用设计（DFM：Design For Manu

10、facturing）软件，是一种建立在物理基础上的数值仿真工具，它既可以进行工艺流程的仿真、器件的描述，也可以进行器件仿真、电路性能仿真以及电缺陷仿真等。基本上是成为行业标准，功能强大，已被收购，升级版为Sentaurus TCAD。Sentaurus TCAD Sentaurus TCAD Sentaurus ProcessSentaurus Process 整合了： Avanti 公司的Tsuprem系列工艺级仿真工具（Tsuprem，Tsuprem，Tsuprem只能进行一维仿真，到了第四代的商业版Tsuprem4能够完成二维模拟）以及Taurus Process 系列工艺级仿真工具；(

11、2)ISE Integrated Systems Engineering公司的ISE TCAD工艺级仿真工具Dios（二维）FLOOPS-ISE（三维）以及Ligament（工艺流程编辑）系列工具，将一维、二维和三维仿真集成于同一平台。Sentaurus DeviceSentaurus Device 整合了(1)Avanti 的Medici和 Taurus Device (2)ISE 的DESSIS 器件物理特性仿真工具, 充实并修正了诸多器件物理模型, 推出新的器件物理特性分析工具Sentaurus Device。Silvaco TCADSilvaco TCAD用来模拟半导体器件电学性能，进

12、行半导体工艺流程仿真，还可以与其它EDA工具组合起来使用(比如spice)，进行系统级电学模拟。SivacoTCAD为图形用户界面，直接从界面选择输入程序语句，非常易于操作。其例子教程直接调用装载并运行，是例子库最丰富的TCAD软件之一。Silvaco TCAD平台包括：工艺仿真(ATHENA)器件仿真(ATLAS)快速器件仿真(Mercury) devedit 结构编辑器结构编辑器材料定义、材料定义、结构定义指令结构定义指令 等价等价 *.str结构文件结构文件 atlas 器件仿真器器件仿真器*.log文件文件包含器件在指定包含器件在指定工作条件下的工工作条件下的工作特性。作特性。*.st

13、r文件文件指定工作条件下的指定工作条件下的结构文件。包含器结构文件。包含器件的载流子分布、件的载流子分布、电势分布、电场分电势分布、电场分布等信息。布等信息。输入端输入端仿真系统仿真系统输出端输出端输出端输出端/输入端输入端 athena工艺仿真器工艺仿真器图形界面操作图形界面操作-简易方便简易方便命令方式输入命令方式输入-复杂费力复杂费力Silvaco 软件介绍软件介绍外部指令外部指令 如偏压等如偏压等工艺指令工艺指令 如扩散等如扩散等输出端输出端仿真系统仿真系统输入端输入端输入端输入端输入端输入端指令的输入通过指令的输入通过deckbuild 软件窗口传送至仿真器软件窗口传送至仿真器*.l

14、og *.str等输出文件通过等输出文件通过tonyplot软件窗口来查看软件窗口来查看athena工艺仿真部分工艺仿真部分Atlas器件仿真部分器件仿真部分Athena概述概述用途：用途：开发和优化半导体制造工艺流程。 功能：模块大致分3类（1） 用来模拟 离子注入、扩散、氧化等以模拟掺杂分布为主 的模块。 （2） 用来模拟 刻蚀、淀积等以形貌为主的模块 （3）用来模拟固有和外来衬底材料参数及/或制造工艺条件参数的扰动对工艺结果影响的所谓IC工艺统计模拟 可迅速和精确地模拟应用在CMOS、双极、SiGe / SiGeC 、SiC、SOI 、III-V、光电子和功率器件技术的所有关键加工步骤

15、athena工艺仿真器工艺仿真器如图所示为一个半导体工艺仿真的结果示意图。如图所示为一个半导体工艺仿真的结果示意图。掺杂浓度掺杂浓度几何结构几何结构 deckbuild deckbuild 的使用的使用（1）deckbuild的调用在终端下使用如下命令：deckbuild-an&注： -an表示当启动deckbuild时，使用athena作为默认仿真器回车，短暂延时后，会出现deckbuild的主窗口，如图：上半部分的文本窗口用来创建和编辑仿真程序的输入窗口。中间是程序控制窗口下半部分的窗口是运行时用来显示仿真器的输出信息。（2 2）程序实例）程序实例为了熟悉为了熟悉deckbuilddeck

16、build下运行下运行athenaathena的机制，我们来打开和运行一些的机制，我们来打开和运行一些程序实例。程序实例。点击菜单点击菜单 Main Control, Main Control, 在下拉菜单中再点击在下拉菜单中再点击 ExamplesExamples，会出现子窗口会出现子窗口Deckbuild:examplesDeckbuild:examples所有实例都列在菜单所有实例都列在菜单”sectionsection”中中根据应用类别分为若干组根据应用类别分为若干组双击文件名来选择实例如双击文件名来选择实例如Mos1ex01.inMos1ex01.in被选中的输入文件的描述将会出现在

17、示例被选中的输入文件的描述将会出现在示例窗口中，如图所示窗口中，如图所示这些描述包括这些描述包括a.a.运行本例所需要的软件模块运行本例所需要的软件模块b.b.提供本例演示概貌提供本例演示概貌c.c.描述本例所使用的仿真命令描述本例所使用的仿真命令d.d.描述本例运行结束后显示出来的结果描述本例运行结束后显示出来的结果点击点击Load exampleLoad example与这个例子相关的输入文件会载入到与这个例子相关的输入文件会载入到deckbuilddeckbuild的文本窗口中的文本窗口中此输入文件以及与之相关的其他文件会此输入文件以及与之相关的其他文件会自动拷贝到你的工作目录中去自动拷

18、贝到你的工作目录中去通过点击中间的程序控制窗口通过点击中间的程序控制窗口中的中的runrun按钮，来运行输入文件。按钮，来运行输入文件。一旦工艺模拟完成，MOS管的结构将会自动显示出来。如图所示，这是MOS管的结构图。接下来会自动传递给器件仿真器 - ATLAS来进行器件仿真。功能功能: :（1）勾画器件。（2）生成网格。(修改网格) 既可以对用devedit画好的器件生成网格，或对athena工艺仿真生成含有网格信息的器件进行网格修改。为什么要重新定义网格？为什么要重新定义网格？ 工艺仿真中所生成的网格是用来形成精确度掺杂浓度分布、结的深度等以适合于工艺级别的网格，这些网格某些程度上不是计算

19、器件参数所必需的。例如在计算如阈值电压、源/漏电阻，沟渠的电场效应、或者载流子迁移率等等。Devedit可以帮助在沟渠部分给出更多更密度网格而降低其他不重要的区域部分，例如栅极区域或者半导体/氧化物界面等等。以此可以提高器件参数的精度。简单说就是重点区域重点给出网格，不重要区域少给网格。和工艺仿真的区别和工艺仿真的区别devedit devedit - 考虑结果 他不考虑器件生成的实际物理过程，生成器件时不需要对时间、温度等物理量进行考虑。athenaathena - 考虑过程 必需对器件生成的外在条件、物理过程进行描述。 devedit 结构编辑器结构编辑器athena之外的另一种可以生成器

20、件信息的工具。之外的另一种可以生成器件信息的工具。结构材料定义：结构材料定义： Mesh(网格网格)Region(区域区域)Electrode(电极电极) Doping(掺杂掺杂) Material(材料材料)材料定义、材料定义、结构定义指令结构定义指令 athena之外的另一种可以生成器件信息的工具。之外的另一种可以生成器件信息的工具。与与devedit类似，用类似，用atlas器件仿真器语言编写器件信息。器件仿真器语言编写器件信息。与与devedit不同的是需要编程操作，没有图形操作界面。不同的是需要编程操作，没有图形操作界面。二、半导体器件仿真软件使用二、半导体器件仿真软件使用 本章介绍

21、ATLAS器件仿真器中所用到的语句和参数。具体包括：语句的语法规则语句名称 语句所用到的参数列表， 包括类型，默认值及参数的描述正确使用了语句的实例学习重点（1） 语法规则 （2）用ATLAS程序语言编写器件结构1. 语法规则语法规则规则1： 语句和参数是不区分大小写的。 A=a 可以在大写字母下或小写字母下编写。abc=Abc=aBc 规则2： 一个语句一般有以下的定义格式： =其中：表示语句名称表示参数名称表示参数的取值。 间隔符号是被用来分离语句中的多个参数。解析：在一个语句后的参数可以是单词或者数字。 单词可由字母和数字所组成的字符串。由空格（space）或回车(carriage re

22、turn)来终止。例： region (OK) reg ion (wrong)数字可以是数字也可以是字符串也是由空格（space）或回车(carriage return)来终止。例: 3.16 (OK) 3.1 6 (wrong)数字的取值范围可以从1e-38 到 1e38 数字可以包含符号 + 或 或 E（十进制） 例： -3.1415 （OK）规则3: 参数有4种类型任何没有逻辑值的参数必须按 PARA=VAL 的形式定义这里PARA表示参数名称，VAL表示参数值。 包括 ：特性型，整数型，实数型参数（Character, Integer， Real）而逻辑型参数必须和其他参数加以区分。例

23、如，在语句：DOPING UNIFORM CONCENTRATION=1E16 P.TYPE 中解析：Doping 是语句名称Uniform 和 p.tpye是两个逻辑型参数，在程序内部对应了逻辑值CONCENTRATION=1E16 对应的是一个实数型参数。每一个语句对应多个参数，这些参数代表了这个语句的某种属性，但都包含在4中参数之中。温馨提示：（1）命令缩减没有必要输入一个语句或参数名的全称。 ATLAS只需要用户输入足够的字符来区分于其他命令或参数。例： 命令语句 DOP 等同于 doping， 可以作为其命令简写。 但建议不要过度简单，以免程序含糊不清，不利于将来调用时阅读。（2）连

24、续行有的语句超过256个字符，为了不出现错误，ATLAS语序定义连续行。将反斜线符号放在一条语句的末尾，那么程序每当遇到都会视下一行为上一行的延续。 2. 通过实例学语句通过实例学语句实例简介：此实例演示了肖特基二极管正向特性。大致分为三个部分（1）用atlas 句法来形成一个二极管结构（2）为阳极设置肖特基势垒高度（3）对阳极正向偏压go atlas 调用调用atlas器件仿真器器件仿真器mesh space.mult=1.0 网格初始化网格初始化#x.mesh loc=0.00 spac=0.5 x方向网格定义方向网格定义x.mesh loc=3.00 spac=0.2x.mesh loc

25、=5.00 spac=0.25x.mesh loc=7.00 spac=0.25x.mesh loc=9.00 spac=0.2x.mesh loc=12.00 spac=0.5#y.mesh loc=0.00 spac=0.1 y方向网格定义方向网格定义y.mesh loc=1.00 spac=0.1y.mesh loc=2.00 spac=0.2y.mesh loc=5.00 spac=0.4region num=1 silicon 定义区域定义区域electr name=anode x.min=5 length=2 定义电极定义电极electr name=cathode bot#. N-

26、epi doping doping n.type conc=5.e16 uniform 定义初始掺杂浓度定义初始掺杂浓度 #. Guardring doping doping p.type conc=1e19 x.min=0 x.max=3 junc=1 rat=0.6 gauss 定义定义p环保护掺杂环保护掺杂doping p.type conc=1e19 x.min=9 x.max=12 junc=1 rat=0.6 gauss#. N+ doping doping n.type conc=1e20 x.min=0 x.max=12 y.top=2 y.bottom=5 uniformsa

27、ve outf=diodeex01_0.strtonyplot diodeex01_0.str -set diodeex01_0.setmodel conmob fldmob srh auger bgn contact name=anode workf=4.97solve initmethod newtonlog outfile=diodeex01.logsolve vanode=0.05 vstep=0.05 vfinal=1 name=anodetonyplot diodeex01.log -set diodeex01_log.setquit解析：（1）第一部分语句用来描述器件，包括网格参

28、数（mesh）, 电极设置（electrode locations）以及掺杂分布（doping distribution） 这是一个具有重掺杂的浮动式环状保护区域的二维n类型器件，它分布在结构的左右两边。肖特基阳极在器件顶端，重掺杂的阴极位于器件底端。（2）在器件描述之后，模型语句被用来定义下列模型：载流子浓度、迁移率、场迁移率、能隙变窄、SRH激发复合模型、Auger复合模型。双载流子模型也有所定义 carriers=2关键语句是设置肖特基接触contact name= (char表示接触的名称，用英文字符来表示比如 anode cathode)work= (val表示变量参数，用来设置功函

29、数大小)这个语句是用来设置肖特基电极的功函数的。在这个例子里面，因为衬底是亲和能为4.17的n类型硅，所指定的功函数为4.97，这样提供了一个肖特基势垒的高度为0.8V. 默认的势垒高度是0. （一个完美的欧姆接触）这个条件是为阴极假定的。（3）电学仿真简单地将阳极电压以间隔为0.05V升至1.0V.3. ATLAS器件仿真器中所用到的语句和参数详解：器件仿真器中所用到的语句和参数详解：#语句语句1 仿真器调用命令语句仿真器调用命令语句 go调用atlas器件仿真器需要用到go语句：go atlas 解析：解析： go 用来退出和重新启动用来退出和重新启动atlas仿真器仿真器注意：注意： 这

30、个命令是通过这个命令是通过 deckbuild来执行的来执行的主要包括三大部分内容主要包括三大部分内容（1）器件编辑语句）器件编辑语句 region、electrode、doping等等（2）模型与环境设置语句）模型与环境设置语句 models method等等（3）电学特性仿真语句）电学特性仿真语句 solve 等等 #语句语句2 设置初始网格均匀分布，为1.0微米 mesh space.mult=1.0 #语句语句3 设置x方向网格，从以0.5间隔的x=0.00的位置渐变过渡到以0.2为间隔的x=3.0的位置。这样可以根据需要设置多个网格x.mesh loc=0.00 spac=0.5 x

31、.mesh loc=3.00 spac=0.2x.mesh loc=5.00 spac=0.25x.mesh loc=7.00 spac=0.25x.mesh loc=9.00 spac=0.2x.mesh loc=12.00 spac=0.5解析：解析：以上建立了一个含有网格信息的以上建立了一个含有网格信息的12微米微米5微米大小的区域。微米大小的区域。.MESH 定义沿着定义沿着方向的网格位置。方向的网格位置。注意：注意： x,y,z 方向上定义是等价的。方向上定义是等价的。语法结构如下：语法结构如下：X.MESH LOCATION= SPACING=Location定义了网格线的位置定义

32、了网格线的位置Spacing定义了网格间隔。定义了网格间隔。#语句语句4设置设置y方向网格信息方向网格信息y.mesh loc=0.00 spac=0.1y.mesh loc=1.00 spac=0.1y.mesh loc=2.00 spac=0.2y.mesh loc=5.00 spac=0.4#语句语句5 区域定义语句区域定义语句 region num=1 silicon解析:region语句定义了材料的位置 每一个三角形都必须定义成一种材料。语法结构如下： REGION NUMBER= Number=定义了一个区域的序号，它可以从1到200. 具有同一个区域序号的多重区域线条可以用来定义

33、一个具有多个矩形特征的区域。是一种或多种材料的名字 如 silicon sio2 polysilicon等。是一个或多个位置参数。region num=1 silicon x.min=1.0 x.max=12 y.min=0.5 y.max=5对于一个区域，可以指定其对于一个区域，可以指定其材料属性和位置坐标材料属性和位置坐标region num=1 silicon x.min=1.0 x.max=12 y.min=0.5 y.max=5region num=2 sio2 x.min=0.0 x.max=1 y.min=0 y.max=5定义多个区域，定义多个区域，可使用多个可使用多个regi

34、on语句来完成。语句来完成。region num=1 silicon x.min=1.0 x.max=12 y.min=0.5 y.max=5region num=2 sio2 x.min=0.0 x.max=1 y.min=0 y.max=5region num=2 sio2 x.min=0.0 x.max=12 y.min=0 y.max=1定义每个区域定义每个区域可以使用多条可以使用多条Region语句，语句，只要保证区域只要保证区域标号一致即可。标号一致即可。Silvaco ATLAS仿真器仿真器中可选的材料。中可选的材料。主要包括主要包括单晶半导体如单晶半导体如 硅、锗、金刚石等硅、

35、锗、金刚石等化合物半导体如化合物半导体如 砷化镓等砷化镓等 III-V族族 II-VI族等族等绝缘体如绝缘体如 二氧化硅，四氮化三硅等二氧化硅，四氮化三硅等导体如导体如 多晶硅、铝、金等多晶硅、铝、金等几大类。几大类。#语句语句6 电极定义语句，其基本格式是电极定义语句，其基本格式是# ELECTRODE NAME= NUMBER= 电极语句 电极名称 电极编号 电极位置 electr name=anode x.min=5 length=2electr name=cathode bot(系统默认是电极位置为 top x.min=0 x.max=x.max)electr name=anode x

36、.min=5 length=2 y.min=0 y.max=0.5electr name=cathode botelectr name=anode x.min=5 length=2 y.min=0 y.max=0.5electr name=cathode y.min=4.5 y.max=5#语句7 掺杂定义语句doping n.type conc=5.e16 uniform掺杂语句 掺杂类型定义 掺杂浓度定义 掺杂形态定义# p type dopingdoping p.type conc=1e19 x.min=0 x.max=3 junc=1 rat=0.6 gaussdoping p.typ

37、e conc=1e19 x.min=9 x.max=12 junc=1 rat=0.6 gauss#. N+ doping doping n.type conc=1e20 x.min=0 x.max=12 y.top=2 y.bottom=5 uniformDoping语句是用来定义器件结构中的掺杂分布。对于一组doping语句，每一个语句都是在之前语句的基础上给出的，有叠加的效果。 Doping语句参数详解：语句参数详解：1. 解析分布类型参数介绍解析分布类型参数介绍这些参数语句定义了Atlas将如何从解析函数中生成一个掺杂分布.（1）Gaussian类型解析分布 Gaussian定义了高斯

38、解析函数的使用来生成一个掺杂分布。 如果Gaussian被定义了，那么下面的参数必须被定义。(i) 极性参数 N.type P.type(ii)下列分布定义之一：concentration和 junction 浓度和结深concenration 和 charactreistic 浓度和特性dose和characteristic 剂量和特性长度（2）Uniform定义了使用常数作为解析函数来生成掺杂分布。掺杂会通过边界参数被定义在一个box中。这个box的默认值是整个区域。同样如果Uniform被定义了，那么N.type P.type以及浓度参数都必须定义。2. 掺杂物类型参数介绍掺杂物类型参数

39、介绍Antimony 锑 Arsenic 砷砷 Boron硼硼 Indium 铟铟 Phosphorus磷磷E.LEVEL 设置了分立陷阱能级的能量。 对于acceptors，是对应于导带边缘的。对于donors，是对应于价带边缘的。N.Type Donor 定义了一个n类型或donor类型的掺杂物。 此参数可以与gaussian或uniform分布类型联合使用。P.Type Acceptor 定义一个p类型或acctoper类型的掺杂物。此参数可以与gaussian或uniform分布类型联合使用。Trap 定义了掺杂浓度被处理为陷阱态密度。OX.Charge 定义了一个固定的氧化物电荷分布

40、。氧化物电荷只能在任何绝缘物区域使用。3. 垂直分布参数垂直分布参数Concentration 浓度浓度 定义了峰值浓度当高斯分布被使用时。 如果此参数未被定义，峰值浓度会从极性参数，边界条件，计量，或电阻率，特征浓度中计算出来。当uniform分布被定义，concentration参数被定义为均匀掺杂浓度的值，浓度必须是正的。Dose 剂量剂量 只适用于高斯分布，定义了高斯分布的总剂量。Junction 结深结深 定义了高斯分布的硅区域内部p-n结的位置。当junction被定义了，characteristic length会通过在常数矩形区域的终点之间的一个迭代中点检测掺杂浓度而计算出来。

41、 Junction的位置只是通过考虑所有前面掺杂语句信息来估算的，这意味着某些情况下，doping语句的顺序是很重要的。doping n.type conc=5.e16 uniformdoping p.type conc=1e19 y.min=0 y.max=0 char=30 gaussdoping n.type conc=1e19 y.min=300 y.max=300 char=30 gaussCHARACTERISTIC 定义了注入物的基本特征长度。如果此参数未被定义，基本特征长度可以从极性参数、边界条件参数、浓度和结参数中获得。go atlasmesh space.mult=1.0x

42、.mesh loc=0.00 spac=5x.mesh loc=12.00 spac=5y.mesh loc=0.00 spac=1y.mesh loc=30 space=5y.mesh loc=270.00 spac=5y.mesh loc=300.00 spac=1region num=1 silicon x.min=0.0 x.max=12 y.min=0.0 y.max=300electr name=anode topelectr name=cathode botdoping n.type conc=5.e16 uniformdoping p.type conc=1e19 y.min=

43、0 y.max=0 char=30 gaussdoping n.type conc=1e19 y.min=300 y.max=300 char=30 gausssave outf=diodeex01_3.strsolve initmethod newtonlog outfile=diodeex01_1.logsolve vanode=0.0 vstep=0.5 vfinal=100 name=anodequitdoping n.type conc=5.e16 uniformdoping p.type conc=1e19 peak=20 char=30 gaussdoping n.type co

44、nc=1e19 peak=280 char=30 gaussPeak 定义了高斯分布中峰值浓度的深度位置。4. 水平方向扩展参数类型水平方向扩展参数类型X.Min X.Max Y.Min Y.max Z.Min Z.Max用以定义矩形边界。用以定义矩形边界。X.Left X.min用以定义左侧边界用以定义左侧边界X.Right X.Max 用以定义右侧边界用以定义右侧边界Y.Top. Y.Min 用以定义上方边界用以定义上方边界Y.Bottom Y.Max 用以定义下方边界用以定义下方边界Z.Back Z.Min 用以定义后方边界用以定义后方边界Z.Front Z.Max 用以定义前方边界用以

45、定义前方边界5. 水平方向分布参数类型水平方向分布参数类型Lat.Char 定义水平（定义水平（x方向）特征长度，如果不定义此长度方向）特征长度，如果不定义此长度则通过下列公式计算则通过下列公式计算Lat.Char = Ratio.Lateral * Char 其中其中Char是是y方向上的特征长度，方向上的特征长度，Ratio.Lateral是是 x方向与方向与y方向的特征长度比例系数）方向的特征长度比例系数）doping n.type conc=5.e16 uniformdoping p.type conc=1e19 x.min=0 x.max=3 char=20 lat.char=0.1

46、 gauss改变改变lat.char 分别为分别为 0.1 、1、 5、 12 对水平方向掺杂分布的影响对水平方向掺杂分布的影响 如图所示如图所示6. Trap （陷阱）（陷阱） 参数参数REGION 指定对哪个区域进行陷阱参数设置，系统默认对所有区指定对哪个区域进行陷阱参数设置，系统默认对所有区域进行设置。域进行设置。E.LEVEL 设置分立陷阱能级，设置分立陷阱能级，对于对于acceptors, E.LEVEL 在导带附近在导带附近对于对于 donors， E.LEVEL 在共价带附近。在共价带附近。DEGEN.FAC 定义了陷阱能级的退化因子，用来计算密度。定义了陷阱能级的退化因子，用来

47、计算密度。SIGN 、 SIGP 定义了对于电子或空穴的陷阱定义了对于电子或空穴的陷阱 捕获横截部分捕获横截部分（capture cross section ）TAUN TAUP定义了陷阱能级中的电子寿命和空穴寿命。定义了陷阱能级中的电子寿命和空穴寿命。# 语句8 输出结构结果保存语句， 其基本格式为SAVE OUTFILE= save outf=diodeex01_0.str# 语句9， 输出文件绘制语句tonyplot diodeex01_0.str -set diodeex01_0.set#语句10 模型选择语句model conmob fldmob srh auger bgn #语句1

48、1 接触设置语句contact name=anode workf=4.97迁移率模型介绍：(1) ANALYTIC 指定了一个硅的随浓度变化的迁移率解析模型，包含了对温度的依赖关系。N 是总掺杂浓度 TL is Kelvin温度。定义conmob和analytic参数都会激活此模型。此模型参数设置要用到mobility语句。缺省值参数值是硅材料和300K(2) ARORA 指定了一个解析的浓度和温度依赖关系的模型，具有以下形式选择conmob和arora参数都会使用此模型。 模型参数设置也是通过mobility语句来实现。模型的默认值也是硅材料和300K。ARORA迁移率模型用户自定义参数表(

49、3) CCSMOB 指定了一个载流子-载流子散射模型。这个模型是基于Dorkel 和 Leturq 的模型。Dorkel 和 Leturq 的模型是适用于低场强的迁移率模型。它包含了对温度、掺杂浓度、载流子-载流子散射的函数关系。通过ccsmob参数语句来激活这个模型。这里这里 Lis 晶格散射，晶格散射， l是离子化掺杂散射是离子化掺杂散射 C是载流子是载流子-载流子散射。载流子散射。 可以看出，选定了可以看出，选定了conmob模型就等同于同时选定了模型就等同于同时选定了analytic 和和arora模型模型ccsmob迁移率模型用户自定义参数表(4) CVT定义了随纵向电场变化的迁移率

50、模型（5） FLDMOB 定义了横向电场迁移率模型。在例子中已经有所介绍，其满足下列关系式：(6) KLA 指定了 Klaassen 迁移率模型此模型整合了多数和少数载流子迁移率模型。包括了晶格散射效应、掺杂散射、载流子-载流子散射相应等。 此模型和实验值吻合的非常好。以施主掺杂浓度为函数的电子多数载流子迁移率可以涵盖从1e14到1e22的广阔范围。以受主掺杂浓度为函数的电子少数载流子迁移率可以涵盖从1e17到1e20的范围。以施主掺杂浓度为函数的空穴少数载流子迁移率可以涵盖从1e17到1e20的范围温度设定范围为70K到500K此模型可在MOS或Bipolar仿真中使用。（7）MIN.SUR

51、F 指定了 WATT, TASCH或 SHI mobility 模型，只能用于少数载流子。迁移率模型总表迁移率模型总表复合模型介绍：复合模型介绍：(1) AUGER 参数语句指定了 Auger 复合模型。Augn和augp是用户自定义材料参数。其缺省值如下（2）AUGGEN指定程序使用指定程序使用Auger 复合模型为激发项和复合项。复合模型为激发项和复合项。（3）CONSRH指定指定Shockley-Read-Hall复合模型，这个模型使用复合模型，这个模型使用 了随浓度变化的载流子寿命。满足下列公式：了随浓度变化的载流子寿命。满足下列公式：n 是总掺杂浓度是总掺杂浓度 TAUN0, TAU

52、P0, NSRHN, 和和 NSRHP 参数可以通参数可以通过过Material语句来设定。语句来设定。（4）SRH指定程序使用恒定载流子寿命的指定程序使用恒定载流子寿命的Shockley-Read-Hall模型模型（5）KLAAUG指定程序优先使用指定程序优先使用 Klaassen模型模型(6) KLASRH（7）TRAP.COULOMBIC 对应于库仑势阱对应于库仑势阱 Poole-Frenkel 势势垒降低模型。垒降低模型。（8）TRAP.TUNNEL 对应于对应于 trap-assisted 跃迁模型跃迁模型（9）TATUN 对应于对应于 Klaassen trap-assisted

53、跃迁模型跃迁模型激发模型介绍：激发模型介绍： 1. 能带间跃迁模型能带间跃迁模型（1）BBT.KL 定义了一个基于定义了一个基于Klaassen的能带间跃迁模型的能带间跃迁模型 （2）BBT.STD 定义了一个标准能带跃迁模型定义了一个标准能带跃迁模型模型（模型（1）（）（2）均满足下列公式：）均满足下列公式：对于对于 BBT.STD对于对于 BBT.KL（4）DEVDEG.H 激活了由热空穴注入所导致的激活了由热空穴注入所导致的 器件退化模型。器件退化模型。此情况下，此情况下，HHI 也要被选定也要被选定（5）DEVDEG.B同时激活了由热电子注入和热空穴注入所导致的同时激活了由热电子注入和

54、热空穴注入所导致的 器件退化模型。此情况下，器件退化模型。此情况下，HEI和和HHI 也要同时被选定。也要同时被选定。（3）DEVDEG.E 激活了由热电子注入所导致的激活了由热电子注入所导致的 器件退化模型。器件退化模型。 此情况下，此情况下， HEI 也要被选定。也要被选定。（6）HEI 指定了注入到氧化物中的热电子。这个参数可以用来仿指定了注入到氧化物中的热电子。这个参数可以用来仿真真MOS栅极电流或栅极电流或EPROM编程过程。编程过程。（7）HHI指定了注入到氧化物中的热空穴。指定了注入到氧化物中的热空穴。2. 热载流子模型：热载流子模型：#语句12 命令执行语句solve语句介绍：

55、solve是命令atlas在一个或多个偏压点（bias point）进行求解的语句solve init解析：init是初始化（initial）参数，表示将所有电压归零。对于指定结构，如果在初始偏置点没有标明这个参数，系统将自动赋予这个参数。#语句13 数值方法选择语句methodmethod newton解析： method是用来设置求解方程或参数的数值方法。#语句14 运行数据结果保存语句 语句介绍：输出结构结果保存语句log是用来将程序运行后所计算的所有结果数据保存到一个以log为扩展名结尾的文件中的一个语句。从solve语句中运算后所得到的结果都会保存在其中。log outfile=di

56、odeex01.log# 语句15 solve 语句solve vanode=0.05 vstep=0.05 vfinal=1 name=anodetonyplot diodeex01.log -set diodeex01_log.setquit语句汇总：语句汇总：Contact 设置接触类型设置接触类型Doping 设置掺杂类型设置掺杂类型Electrode 设置电极设置电极Go 仿真器调用仿真器调用Log 定义输出数据文件语句定义输出数据文件语句Material 定义材料类型定义材料类型Mesh 定义初始化网格信息定义初始化网格信息Method 设置数值方法设置数值方法Mobility 设

57、置迁移率模型设置迁移率模型Models 选取仿真模型选取仿真模型Quit 程序退出语句程序退出语句Region 定义区域语句定义区域语句Save 结构文件保存语句结构文件保存语句Solve 求解语句求解语句Tonyplot 绘图语句绘图语句X.MESH Y.MESH Z.MESH 定义定义x,y,z方向网格语句方向网格语句三、三、 二极管仿真二极管仿真 Diode Simulation二极管简介：二极管简介：为一个由为一个由p型半导体和型半导体和n型半导体形成的型半导体形成的p-n结，在其界面处两侧结，在其界面处两侧形成空间电荷层，并建有自建电场。当不存在外加电压时，由于形成空间电荷层，并建有

58、自建电场。当不存在外加电压时，由于p-n 结两边载流子浓度差引起的扩散电流和自建电场引起的漂移结两边载流子浓度差引起的扩散电流和自建电场引起的漂移电流相等而处于电平衡状态。电流相等而处于电平衡状态。基本特性：单向导电性。基本特性：单向导电性。二极管的应用二极管的应用1、整流二极管、整流二极管 利用二极管单向导电性，可以把方向交替变化的交流电变换成单一利用二极管单向导电性，可以把方向交替变化的交流电变换成单一方向的脉冲直流电。方向的脉冲直流电。 2、开关元件、开关元件 二极管在正向电压作用下电阻很小，处于导通状态，相当于一只接二极管在正向电压作用下电阻很小，处于导通状态，相当于一只接通的开关；在

59、反向电压作用下，电阻很大，处于截止状态，如同一通的开关；在反向电压作用下，电阻很大，处于截止状态，如同一只断开的开关。利用二极管的开关特性，可以组成各种逻辑电路。只断开的开关。利用二极管的开关特性，可以组成各种逻辑电路。 3、限幅元件、限幅元件 二极管正向导通后，它的正向压降基本保持不变（硅管为二极管正向导通后，它的正向压降基本保持不变（硅管为0.7V，锗，锗管为管为0.3V）。利用这一特性，在电路中作为限幅元件，可以把信号）。利用这一特性，在电路中作为限幅元件，可以把信号幅度限制在一定范围内。幅度限制在一定范围内。 4、继流二极管、继流二极管 在开关电源的电感中和继电器等感性负载中起继流作用

60、。在开关电源的电感中和继电器等感性负载中起继流作用。 5、检波二极管、检波二极管 在收音机中起检波作用。在收音机中起检波作用。 6、变容二极管、变容二极管 使用于电视机的高频头中。使用于电视机的高频头中。 7、显示元件、显示元件 用于用于VCD、DVD、计算器等显示器上。、计算器等显示器上。 8、稳压二极管、稳压二极管 反向击穿电压恒定，且击穿后可恢复，利用这一特性可以实现稳压反向击穿电压恒定，且击穿后可恢复，利用这一特性可以实现稳压电路。电路。二极管工作原理：二极管工作原理：晶体二极管为一个由晶体二极管为一个由p型半导体和型半导体和n型半导体形成的型半导体形成的p-n结，在其界结，在其界面处

61、两侧形成空间电荷层，并建有自建电场。面处两侧形成空间电荷层，并建有自建电场。当不存在外加电压时，由于当不存在外加电压时，由于p-n 结两边载流子浓度差引起的扩散电结两边载流子浓度差引起的扩散电流和自建电场引起的漂移电流相等而处于电平衡状态。流和自建电场引起的漂移电流相等而处于电平衡状态。当外界有正向电压偏置时，外界电场和自建电场的互相抑消作用使当外界有正向电压偏置时，外界电场和自建电场的互相抑消作用使载流子的扩散电流增加引起了正向电流。载流子的扩散电流增加引起了正向电流。当外界有反向电压偏置时，外界电场和自建电场进一步加强，形成当外界有反向电压偏置时，外界电场和自建电场进一步加强，形成在一定反

62、向电压范围内与反向偏置电压值无关的反向饱和电流。在一定反向电压范围内与反向偏置电压值无关的反向饱和电流。当外加的反向电压高到一定程度时，当外加的反向电压高到一定程度时，p-n结空间电荷层中的电场强结空间电荷层中的电场强度达到临界值产生载流子的倍增过程，产生大量电子空穴对，产生度达到临界值产生载流子的倍增过程，产生大量电子空穴对，产生了数值很大的反向击穿电流，称为二极管的击穿现象。了数值很大的反向击穿电流，称为二极管的击穿现象。p-n结的反结的反向击穿有齐纳击穿和雪崩击穿之分。向击穿有齐纳击穿和雪崩击穿之分。实例：实例： 一维二极管击穿仿真一维二极管击穿仿真此例子使用自动曲线追踪算法演示了1维二

63、极管击穿仿真，程序内容包括：（1）用atlas语句生成一维二极管结构；（2）为击穿仿真设置模型；（3）曲线追踪参数的设置；（4）自动反向电压曲线追踪仿真。实例详解：实例详解：（1）用）用atlas语句生成一维二极管结构：语句生成一维二极管结构：go atlas #调用atlas仿真器mesh x.m l=0.0 spac=1.0 #定义x方向网格信息x.m l=1.0 spac=1.0y.m l=0 spac=1.0 #定义y方向网格信息y.m l=5.0 spac=0.005y.m l=15 spac=2region num=1 silicon #定义区域1，材料为硅 electrode t

64、op name=emitter #定义电极及名称electrode bottom name=basedoping uniform conc=5e17 p.type #定义p区掺杂doping uniform n.type conc=1.e20 x.l=0. x.r=1 y.t=0.0 y.b=5.0 #定义n区掺杂 save outf=diodeex03_0.str #存储结构信息为文件diodeex03_0.str（2）为击穿仿真设置模型：）为击穿仿真设置模型：models srh conmob bgn auger fldmob #srh对应Shockley-Read-Hall 复合模型，其

65、载流子寿命是固定的。这里ETRAP是陷阱能级和本征费米能级之间的差值。TL是晶格温度。Taun0和Taup0是电子和空穴的寿命。电子和空穴的寿命是可以自定义的，不同材料具有不同的寿命值。#auger模型参数语句对应了auger recombination 模型，它满足下列公式：关于此复合过程目前为止物理学上是解释不清楚的。Augn和augp是用户自定义材料参数。#conmob对应了一个和浓度相关的迁移率模型，可以用于硅和砷化镓。这个模型只在300K时有效。它是一个经验数据模型。#fldmob对应了一个随横向场强变化而变化的迁移率模型。当载流子在电场中加速，随着场强的增加，载流子速度会出现饱和。

66、为了体现此效应就得引入一个随场强增大而减小的迁移率。这是由于漂移速度是迁移率和电场强度的乘积。#bgn 对应了能带变窄模型。这里 E 是横向电场 n0 and p0 分别是低场强下电子和空穴的迁移率。 BETAN 和BETAP 参数是用户自定义参数。impact crowell#Impact语句用来激活Crowell-Sze冲击电离模型。模型出自论文：C.R. Crowell and S. M. Sze, “Current Transport in Metal-Semiconductor Barriers”, Solid State Electronics, 9, 1966, p. 1035-

67、1048在任何空间电荷区，如果有足够高的反偏电压，就会有足够高的电场强度来使载流子加速到一个点，到达这个点以后，载流子就会获得足够的能量在与晶体原子碰撞的过程当中激发出更多的载流子。为了获得足够的能量，必须满足两个基本条件。第一个基本条件是场强要足够强。那么自由载流子之间的碰撞之间的距离必须足够大来使得载流子加速到充分高的速度。或者说载流子必须得到电离能Ei.如果这些自由载流子的激发率足够高的话，这一过程将最终导致雪崩击穿。（3）曲线追踪参数的设置）曲线追踪参数的设置solve init #解初始化solve vemitter=0.1 #设置要进行曲线追踪的电极method newton cl

68、imit=1.e-4 #设置数值方法curvetrace end.val=1e-4 contr.name=emitter curr.cont mincur=1e-13 nextst.ratio=1.2#curvetrace语句用来初始化曲线追踪程序。#end.val语句参数是命令仿真在电流超过这个值的时候终止。#contr.name语句参数定义曲线追踪所对应的电极#curr.cont mincur语句定义将被用来监测的最小电流值 curr.cont mincur=1e-13表示当电流达到1e-13时开始监测#nextst.ratio语句参数是用来定义加大远离转换点的I-V曲线的平 稳部分的电压

69、间隔用的“最大化因子”。这个语句可以在曲线平稳部分增大电压间隔。比如说第一个间隔是0.1V, 那个第二个间隔就是0.12V，依次递增。（4）自动反向电压曲线追踪仿真）自动反向电压曲线追踪仿真log outf=diodeex03.log #设置输出文件solve curvetrace #激活曲线追踪算法tonyplot diodeex03.log -set diodeex03.set # 绘图语句#solve curvetrace语句是用来激活曲线追踪算法的。仿真结果仿真结果四、四、 BJT仿真仿真BJT是双极结型晶体管（Bipolar Junction TransistorBJT）的缩写，又常

70、称为双载子晶体管。它是通过一定的工艺将两个PN结结合在一起的器件，有PNP和NPN两种组合结构。是三端子器件NPN基极基极发射极发射极集电极集电极工作原理工作原理一个一个 npn晶体管可以被认为是共享一个阳极的两个二极管的组合。晶体管可以被认为是共享一个阳极的两个二极管的组合。当发射结正偏，载流子热激发和耗尽区反向电场之间的平衡被打破，当发射结正偏，载流子热激发和耗尽区反向电场之间的平衡被打破，使得热激发电子被注入到基极区域，这些电子穿越基极从浓度较高使得热激发电子被注入到基极区域，这些电子穿越基极从浓度较高的发射极区域附近扩散到集电极。的发射极区域附近扩散到集电极。在基极区域的电子被称为少数

71、载流子，因为基极是在基极区域的电子被称为少数载流子，因为基极是p类型掺杂的。类型掺杂的。为了减少在到达集电极之前载流子被复合的百分比，晶体管的基区为了减少在到达集电极之前载流子被复合的百分比，晶体管的基区必须足够薄以使得载流子可以扩散到集电极。特别是基区厚度必须必须足够薄以使得载流子可以扩散到集电极。特别是基区厚度必须比电子的扩散长度小。比电子的扩散长度小。共享的基极和不对称的集电极和发射极的掺杂是双极结型晶体管与共享的基极和不对称的集电极和发射极的掺杂是双极结型晶体管与两个分立反偏并联二极管的最大区分之处。两个分立反偏并联二极管的最大区分之处。BJT仿真仿真Go atlas 调用atlas器

72、件仿真器mesh 网格mesh初始化x.m l=0 spacing=0.15 定义x方向网格信息x.m l=0.8 spacing=0.15x.m l=1.0 spacing=0.03x.m l=1.5 spacing=0.12x.m l=2.0 spacing=0.15y.m l=0.0 spacing=0.006 定义y方向网格信息y.m l=0.04 spacing=0.006y.m l=0.06 spacing=0.005y.m l=0.15 spacing=0.02y.m l=0.30 spacing=0.02y.m l=1.0 spacing=0.12region num=1 si

73、licon 定义区域信息定义区域信息electrode num=1 name=emitter left length=0.8 定义电极信息定义电极信息electrode num=2 name=base right length=0.5 y.max=0electrode num=3 name=collector bottomdoping reg=1 uniform n.type conc=5e15doping reg=1 gauss n.type conc=1e18 peak=1.0 char=0.2doping reg=1 gauss p.type conc=1e18 peak=0.05 ju

74、nct=0.15 doping reg=1 gauss n.type conc=5e19 peak=0.0 junct=0.05 x.right=0.8doping reg=1 gauss p.type conc=5e19 peak=0.0 char=0.08 x.left=1.5doping reg=1 uniform n.type conc=5e15 doping reg=1 gauss n.type conc=1e18 peak=1.0 char=0.2N-区区N区域区域集电极集电极doping reg=1 uniform n.type conc=5e15 doping reg=1 ga

75、uss n.type conc=1e18 peak=1.0 char=0.2doping reg=1 gauss p.type conc=1e18 peak=0.05 junct=0.15 N-区区N区域区域P区域区域0.15集电极集电极doping reg=1 uniform n.type conc=5e15doping reg=1 gauss n.type conc=1e18 peak=1.0 char=0.2doping reg=1 gauss p.type conc=1e18 peak=0.05 junct=0.15 doping reg=1 gauss n.type conc=5e1

76、9 peak=0.0 junct=0.05 x.right=0.8N-区域区域N区域区域P区域区域N+区域区域0.05集电极集电极发射极发射极doping reg=1 uniform n.type conc=5e15doping reg=1 gauss n.type conc=1e18 peak=1.0 char=0.2doping reg=1 gauss p.type conc=1e18 peak=0.05 junct=0.15 doping reg=1 gauss n.type conc=5e19 peak=0.0 junct=0.05 x.right=0.8doping reg=1 ga

77、uss p.type conc=5e19 peak=0.0 char=0.08 x.left=1.5N-区域区域N区域区域P区域区域N+区域区域P+区域区域集电极集电极发射极发射极基极基极#设置设置BJT仿真所需要用到的物理模型仿真所需要用到的物理模型models conmob fldmob consrh auger print其中其中 conmob fldmob是迁移率模型，是迁移率模型， consrh auger是复合模型，是复合模型， print是打印信息（可选）是打印信息（可选） #设置接触类型设置接触类型contact name=emitter n.poly surf.rec解析：解

78、析：本例中，设置本例中，设置emitter（发射极）的接触类型为（发射极）的接触类型为n型多晶硅型多晶硅（n.poly）, surf.rec是类型参数，表示定义在相应的接触是类型参数，表示定义在相应的接触处使用有限表面回复速度。处使用有限表面回复速度。 #求解初始化求解初始化solve init#保存结构信息文件保存结构信息文件save outf=bjtex04_0.str#用用tonyplot绘图示意结构文件绘图示意结构文件tonyplot bjtex04_0.str -set bjtex04_0.set#数值方法定义数值方法定义method newton autonr trap解析：解析：

79、Newton表示用牛顿法求解表示用牛顿法求解 autonr 和和 trap 是牛顿法的参数语句。是牛顿法的参数语句。Autonr可以减少可以减少newton法中在每个偏压点处的法中在每个偏压点处的LU分解数量。分解数量。Trap是在不收敛的偏压点出减小间隔以求得收敛数据。是在不收敛的偏压点出减小间隔以求得收敛数据。#将将collector(集电极集电极)处的电压增至处的电压增至2Vsolve vcollector=0.025solve vcollector=0.1solve vcollector=0.25 vstep=0.25 vfinal=2 name=collector#将将base(基极

80、基极)处的电压增至处的电压增至0.2Vsolve vbase=0.025solve vbase=0.1solve vbase=0.2log outf=bjtex04_0.log #定义数据输出文件定义数据输出文件solve vbase=0.3 vstep=0.05 vfinal=1 name=base#将将base电压从电压从0.3伏特提升至伏特提升至1伏特，间隔为伏特，间隔为0.05Vtonyplot bjtex04_0.log -set bjtex04_0_log.set#将将V-I曲线图像绘图曲线图像绘图#终止之前的输出信息进行求解初始化终止之前的输出信息进行求解初始化log offso

81、lve init#将将base的电压生至的电压生至0.7伏特伏特solve vbase=0.025solve vbase=0.05solve vbase=0.1 vstep=0.1 vfinal=0.7 name=base# 将边界条件转换至电流边界条件将边界条件转换至电流边界条件contact name=base current# 提升基级电流，保存结构文件提升基级电流，保存结构文件solve ibase=1.e-6save outf=bjtex04_1.str mastersolve ibase=2.e-6save outf=bjtex04_2.str mastersolve ibase=

82、3.e-6save outf=bjtex04_3.str mastersolve ibase=4.e-6save outf=bjtex04_4.str mastersolve ibase=5.e-6save outf=bjtex04_5.str master# 分别载入每一个保存过的结构文件，以此为初值，并在此初值基分别载入每一个保存过的结构文件，以此为初值，并在此初值基础上提升础上提升collector的电压，并将数据结果分别保存在不同的电压，并将数据结果分别保存在不同log文件文件中。中。load inf=bjtex04_1.str masterlog outf=bjtex04_1.log

83、 solve vcollector=0.0 vstep=0.25 vfinal=5.0 name=collectorload inf=bjtex04_2.str masterlog outf=bjtex04_2.logsolve vcollector=0.0 vstep=0.25 vfinal=5.0 name=collectorload inf=bjtex04_3.str masterlog outf=bjtex04_3.logsolve vcollector=0.0 vstep=0.25 vfinal=5.0 name=collectorload inf=bjtex04_4.str mas

84、terlog outf=bjtex04_4.logsolve vcollector=0.0 vstep=0.25 vfinal=5.0 name=collectorload inf=bjtex04_5.str masterlog outf=bjtex04_5.logsolve vcollector=0.0 vstep=0.25 vfinal=5.0 name=collector# 将输出结果用将输出结果用tonyplot重叠绘制并进行对比重叠绘制并进行对比tonyplot -overlay bjtex04_1.log bjtex04_2.log bjtex04_3.log bjtex04_4.

85、log bjtex04_5.log -set bjtex04_1_log.setquitibase=5e-6, Vcollector=0.05, 0.1 0.15, 0.2, 0.5, 1.0 vcollector=5 ibase=1e-9, 1e-8, 1e-7, 1e-6, 1e-5 电子电流密度分布电子电流密度分布空穴电流密度分布空穴电流密度分布电子密度分布电子密度分布空穴密度分布空穴密度分布五、半导体工艺仿真软件使用五、半导体工艺仿真软件使用 重点学习语句包括：网格定义： line初始化语句：initialize离子注入： implant扩散： diffusion刻蚀： etch、 r

86、ate.etch氧化： oxide淀积： deposit外延： expitaxy 本章介绍ATHENA工艺仿真器所用到的语句和参数。语句语句#0 Go athena语句介绍调用athena工艺仿真器。语句语句#1 Line 语句功能：语句功能：Line定义了网格信息。类似于atlas仿真器中的mesh.语法规则：语法规则：LINE X|Y LOCATION= SPACING=TAG=语句解析：语句解析： 此语句定义了网格线的位置和间隔。所有的line语句应在Region（区域定义）和Boundary（边界条件定义）语句之前使用，按照顺序，在Line之后应使用initialize（初始化）语句。

87、参数解析：参数解析： 参数参数#1 X、YX和Y参数语句指定了line网格语句是在水平方向或垂直方向进行。参数参数#2 LocationLocation定义了给定网格线的位置。X坐标从左至右增加。 Y坐标从上至下增加。参数参数#3 SpacingSpacing定义了局部网格间隔（单位为微米）参数参数#4 Tag 为之后的boundary和region语句做标记。它可以是任何单词。 语句实例：语句实例：在下面的定义中，定义了在下面的定义中，定义了3条条x网格线和两条网格线和两条y网格线。网格线。X方向的方向的中间网格线比较稠密而两端比较稀疏。中间网格线比较稠密而两端比较稀疏。Y方向的上方网格线比

88、较方向的上方网格线比较稠密而下方网格线比较稀疏。并在左侧右侧表面底部做了标记。稠密而下方网格线比较稀疏。并在左侧右侧表面底部做了标记。LINE X LOC=0 SPA=1 TAG=LEFTLINE X LOC=1 SPA=0.1LINE X LOC=2 SPA=1 TAG=RIGHTLINE Y LOC=0 SPA=0.02 TAG=SURFLINE Y LOC=3 SPA=0.5 TAG=BACK语句语句#2 Initialize语句功能：语句功能：Initialize(初始化)语句定义了初始化的材料和材料掺杂信息。语法结构：语法结构：Initialize 【材料参数】【掺杂参数】【维度参数

89、】语句解析：语句解析：此命令从矩形定义或之前的结构文件中建立了初始化的网格信息。 此语句也在所有区域初始化了背景掺杂浓度。参数解析：参数解析： 材料参数包括：材料参数包括：（1） 材料类型参数材料类型参数材料类型可以是：SILICON, OXIDE, OXYNITRIDE, NITRIDE, POLYSILICON, ALUMINUM, TUNGSTEN,TITANIUM, PLATINUM, WSIX, TISIX, PTSIX, PHOTORESIST, ALGAAS, INGAAS, SIGE,INP中的任意一种。（2） 材料晶向参数材料晶向参数: Orientation材料晶向参数or

90、entation定义了衬底的晶向。至有100，110，111可被识别。（3）材料成分百分比参数：）材料成分百分比参数：C.Frac材料成分百分比参数C.Frac定义了化合物半导体的组成如 SiGe, AlGaAs等掺杂参数包括：掺杂参数包括：（1）掺杂类型参数：）掺杂类型参数：掺杂类型参数包括Antimony Arsenic, Boron, Phosphorus等。定义了作为背景掺杂所引入的杂质类型。只能用其中之一。如果使用了此参数则必须同时定义浓度或电阻率参数。（2）掺杂浓度参数：）掺杂浓度参数：Concentrat 定义了背景浓度，单位为每立方厘米。（3）电阻率参数：）电阻率参数：电阻率参

91、数定义了初始化衬底材料的电阻率，单位是ohms.cm（4）掺杂浓度参数）掺杂浓度参数C.Antimoy, C.Arsenic, C.Boron, C.Phosphor, C.silicon等参数也可以用来定义衬底材料的初始掺杂浓度，与Concentrat不同的是，它可以多个参数同时使用并以此来定义初始化的补偿掺杂。（5）无杂质语句）无杂质语句No.ImpurityNo.Impurity语句定义了初始化材料中无杂质。此语句用于加快氧语句定义了初始化材料中无杂质。此语句用于加快氧化、刻蚀的分析。化、刻蚀的分析。维度参数包括：维度参数包括：（1） ONE.D 定义定义1维仿真维仿真（2） TWO.D

92、 定义定义2维仿真维仿真一旦选择一旦选择2维仿真，所有计算都将在维仿真，所有计算都将在2维模式下进行。维模式下进行。（3） Auto是默认模式。是默认模式。如果不定义任何维度参数或使用如果不定义任何维度参数或使用auto模式，那么系统将默认在模式，那么系统将默认在1维维模式下进行计算，直至发现有任何需要进行模式下进行计算，直至发现有任何需要进行2维计算的语句出现为维计算的语句出现为止。止。语句实例：语句实例：下面语句定义氧化物为衬底，初始化了网格信息并建立了下面语句定义氧化物为衬底，初始化了网格信息并建立了1e15的的初始掺杂浓度，掺杂材料为硼。初始掺杂浓度，掺杂材料为硼。INITIALIZE

93、 OXIDE C.BORON=1E15 语句语句#3 Implant语句功能：语句功能：implant(离子注入)语句定义了离子注入的工艺过程。语法结构：语法结构：Implant 【杂质参数】【模型选择参数】【注入条件参数】语句解析：语句解析：选择解析模型、蒙特卡洛模型等不同的离子注入模型，来对离子注入工艺过程进行仿真。可以定义注入的杂质类型、并可对离子计量、能量等条件进行设置。参数解析：参数解析： 杂质类型参数杂质类型参数杂质类型可以是：ALUMINUM, ANTIMONY, ARSENIC, BERYLLIUM, BF2, BORON, CHROMIUM, GALLIUM,CARBON,

94、GERMANIUM, INDIUM, MAGNESIUM, PHOSPHORUS, SELENIUM, SILICON,和 ZINC中的任意一种。模型选择参数：模型选择参数：（1 1）解析分布模型参数）解析分布模型参数GaussGauss：这里 是每平方厘米所使用的离子剂量，它可通过dose参数语句来定义。Rp 是设定的范围. Rp 范围的标准误差。（2） 解析分布模型参数解析分布模型参数Pearson ：由于实际的分布情况往往不是对称的，高斯分布有其局限性。对于非对称离子注入分布的计算，最为简单并且被广泛使用的是Pearson分布。特别是Pearson IV函数。Athena使用这个函数来获

95、得纵向离子注入分布。（3） 解析分布模型参数解析分布模型参数Full.Lat ：此模型是Pearson模型的拓展模型。（4） Monte / BCA模型参数模型参数Monte或 BCA模型激活了蒙特卡洛离子注入模块，这是基于Binary Collision Approximation的模型。（5） Crystal和和 Amorphous参数参数指定了离子注入仿真过程中是否考虑硅的晶体结构。此二参数不能同时选定。默认条件下是Crystal模式。某些特定材料中要明确使用Amorphous模式以避免得到错误的仿真结果。注入条件参数注入条件参数（1）Dose定义了单位面积内所使用的杂质剂量。单位是每平

96、方厘米。定义了单位面积内所使用的杂质剂量。单位是每平方厘米。（2）Full.Dose调整了用来补偿倾斜角的剂量。这种定义通常用调整了用来补偿倾斜角的剂量。这种定义通常用于高倾斜角度的离子注入。于高倾斜角度的离子注入。tilt调整后的剂量调整后的剂量=剂量剂量/ cos(tilt), 其中其中cos(tilt)是倾斜角的余弦值。是倾斜角的余弦值。（3）Energy定义了离子的能量，单位是定义了离子的能量，单位是KeV. 注入条件参数注入条件参数（4）Tilt定义了对应于垂直离子注入的倾斜角度，单位是度。默认为定义了对应于垂直离子注入的倾斜角度，单位是度。默认为7度。度。 （5）Rotation定

97、义了相对于仿真平面的旋转角度。定义了相对于仿真平面的旋转角度。离子注入实例离子注入实例（1） 下面的离子定义了具有下面的离子定义了具有100keV能量的剂量为能量的剂量为1e14的磷，的磷， 偏角是偏角是15度。度。IMPLANT PEARSON PHOSPH DOSE=1E14 ENERGY=100 TILT=15（2）两种解析模型的仿真结果对比）两种解析模型的仿真结果对比IMPLANT PEARSON PHOSPH DOSE=1E14 ENERGY=100 TILT=15IMPLANT Gauss PHOSPH DOSE=1E14 ENERGY=100 TILT=15Pearson 模型模

98、型Gauss 模型模型（3）改变偏转角度对注入后分布的影响）改变偏转角度对注入后分布的影响IMPLANT PEARSON PHOSPH DOSE=1E14 ENERGY=100 TILT=15 IMPLANT Gauss PHOSPH DOSE=1E14 ENERGY=100 TILT=75（4）改变偏转角度对注入后分布的影响）改变偏转角度对注入后分布的影响IMPLANT PEARSON PHOSPH DOSE=1E12 ENERGY=100 TILT=15 IMPLANT Gauss PHOSPH DOSE=1E16 ENERGY=100 TILT=15语句语句#3 diffuse语句功能：

99、语句功能：diffuse(扩散)语句用来计算氧化、硅化以杂质的扩散。语法结构：语法结构：diffuse 【条件参数】【环境类型参数】语句解析：语句解析：此语句定义了扩散或氧化的工艺步骤。任何在晶圆中出现的杂质都会扩散。如果晶圆被暴露在气体中，预沉积或氧化就会发生。氧化和扩散的参数被包含在与之相关的Method或Oixde语句中。参数解析：参数解析： 条件参数条件参数（1 1）TemperatureTemperature温度参数温度参数定义了熔炉温度。单位是摄氏度。范围在8001200摄氏度之间。在此温度范围之外的仿真会不精确，甚至出错。（2 2）TimeTime时间参数时间参数定义了扩散的时间

100、。单位可以是Hours(小时)，(minutes)分钟，和seconds（秒）。分别用 Hours, minutes, seconds来定义时间参数的单位，程序默认单位是分钟。（3 3）T.FinalT.Final定义了最终要提升到的终止温度值。定义了最终要提升到的终止温度值。（4 4）T.RateT.Rate为为ramped thermalramped thermal工艺步骤定义了以摄氏度工艺步骤定义了以摄氏度/ /分钟为单位的速率。分钟为单位的速率。环境类型参数环境类型参数（1 1）DRYO2DRYO2，WETO2, NITROGEN, AMMONIA, ARGONWETO2, NITRO

101、GEN, AMMONIA, ARGON定义熔炉中的气体类型，可以是干氧、湿氧、氮气、氨气或氩气。在每个扩散步骤中只允许定义一种气体。目前定义NITROGEN, AMMONIA, ARGON是没区别的，会得到相同结果。（2 2）HCL.PCHCL.PC定义气体中HCL的百分比。（3 3）PRESSUREPRESSURE是局部压力。对于干氧和湿氧情况，默认值是1.（4 4）C.ANTIMONY, C.ARSENIC, C.BORON, C.PHOSPHOR,C.ANTIMONY, C.ARSENIC, C.BORON, C.PHOSPHOR, C.SILICON等定义扩散气体中的杂质浓度。单位是原

102、子/立方厘米 对于气体环境中存在多种杂质的情况，可以设置多个杂质参数。环境类型参数环境类型参数（5 5）F.02, F.H2, F.H20, F.N2, and F.HCL 定义了气体中氧气、氢气、水蒸汽、氮气和氯酸气体成分的流动速率。如果使用这些参数就不能使用干氧DRYO2,湿氧WETO2，Nitrogen或HCL.PC这些参数。数值参数（1 1）CONTINUECONTINUE用于连续扩散步骤，它会调用之前扩散语句中保留的数据定义气体中HCL的百分比。使用此参数要非常谨慎。只有当两次扩散中的气体环境一致的情况下才能使用。语句实例：语句实例：（1 1）预沉积实例：）预沉积实例：下面的例子定义

103、了一个1000摄氏度，30分钟的硼预沉积。DIFFUSE TIME=30 TEMP=1000 C.BORON=1.0E20扩散时间对结果的影响DIFFUSE TIME=1 TEMP=1000 C.BORON=1.0E20DIFFUSE TIME=10 TEMP=1000 C.BORON=1.0E20DIFFUSE TIME=30 TEMP=1000 C.BORON=1.0E20DIFFUSE TIME=100 TEMP=1000 C.BORON=1.0E20扩散温度对结果的影响DIFFUSE TIME=30 TEMP=800 C.BORON=1.0E20DIFFUSE TIME=30 TEMP

104、=1000 C.BORON=1.0E20DIFFUSE TIME=30 TEMP=1200 C.BORON=1.0E20（2）氧化实例：）氧化实例：下例是干氧和湿氧条件下进行了30分钟的氧化物生长的对比.DIFFUSE TIME=30 TEMP=1000 DRYO2DIFFUSE TIME=30 TEMP=1000 WETO2（3）气体流动实例：）气体流动实例：下面的例子进行了混合气体成分条件下的扩散。包括相对比例为10：10：0.1的比例。DIFFUSE TIME=30 TEMP=1000 F.02=10 F.H2=10 F.HCl=.1DryO2WetO2GasFlow对于湿氧情况氢气和氧

105、气的比例是2：1，任何过多的氢气会被视为惰性气体，过多的氧气成分会被视为干氧。语句语句#5 etch 和几何刻蚀和几何刻蚀语句功能：语句功能：etch(刻蚀)语句用来仿真刻蚀工艺过程。语法结构：语法结构：etch 【材料参数】【几何刻蚀参数】语句解析：语句解析：可以定义材料类型如Silicon, Oxide等材料参数来定义将被进行刻蚀工艺操作的材料。如果选定了某种材料，那么即使其他材料包含在其中也不会被刻蚀掉。如果没有定义材料类型，那么程序会自动刻蚀掉定义区域部分的所有类型的材料。参数解析：参数解析：（1 1）ALL ALL 定义了程序将移除选择的材料的所有部分。（2 2）DRYDRY表示生成

106、表面将重新生成被暴露的表面。并自动被降低一个固定的高度。如果Angle和Undercut被定义，Dry刻蚀部分的形状也会有所修正。（3 3）ThicknessThickness定义了dry刻蚀类型中要刻蚀掉的厚度。（4 4）AngleAngle以角度为单位，定义了侧边斜率（默认值为90度的直角）参数解析：参数解析： （5）Undercut定义当定义当dry刻蚀进行时，在一个掩膜下以微米为单位的刻蚀所延刻蚀进行时，在一个掩膜下以微米为单位的刻蚀所延伸的距离。伸的距离。（6 6）LEFT; RIGHT; ABOVE; BELOW P1.X P2.X, P1.Y P2.Y LEFT; RIGHT;

107、ABOVE; BELOW P1.X P2.X, P1.Y P2.Y 提供一个迅捷的刻蚀方式，具有一个梯形的横断面。刻蚀区域将在指定的面进行。（左/右/上/下）P1.X 和 P1.Y P2.X P2.Y 用用来定义刻蚀位置的坐标。如果只定义来定义刻蚀位置的坐标。如果只定义P1.X 或 P1.Y，那么系统默认为垂直刻蚀。对于非垂直刻蚀情况需要定义 P2.X P2.Y 。（7）Start, Continue和和 Done用来定义一个需要刻蚀工艺的杂乱无章的复杂区域。可以组多条用来定义一个需要刻蚀工艺的杂乱无章的复杂区域。可以组多条线来定义多个点。用线来定义多个点。用 X，Y来定义在来定义在 star

108、t/continue和和done模模式下的点。式下的点。参数解析：参数解析：（8）Top.Layer定义了至有顶部层被刻蚀掉。定义了至有顶部层被刻蚀掉。（9）NOEXPOSE定义新的表面不被暴露于刻蚀工艺后面的氧化或淀积工艺当中。定义新的表面不被暴露于刻蚀工艺后面的氧化或淀积工艺当中。此参数应被用来从底部或侧面移除一部分结构。此参数应被用来从底部或侧面移除一部分结构。语句实例：语句实例：（1 1）简单的几何刻蚀例子：）简单的几何刻蚀例子：下面的例子刻蚀掉了坐标x=0.5左侧所有的氧化物。ETCH OXIDE LEFT P1.X=0.5刻蚀前刻蚀前刻蚀后刻蚀后下面的例子进行了梯形刻蚀ETCH O

109、XIDE LEFT P1.X=1.0 P1.Y=-0.15 P2.X=0.5 P2.Y=0.0刻蚀前刻蚀前刻蚀后刻蚀后（2 2）复杂的几何刻蚀例子：）复杂的几何刻蚀例子：下面的例子刻蚀掉了以(0.8,0)(0.8,-0.15)(1.2,-0.15)(1.2,0)为坐标顶点的矩形氧化物区域.ETCH OXIDE START X=0.8 Y=0.0ETCH CONTINUE X=0.8 Y=-0.15ETCH CONTINUE X=1.2 Y=-0.15ETCH DONE X=1.2 Y=0.0刻蚀前刻蚀前刻蚀后刻蚀后语句语句#6 Etch#6 Etch、Rate.EtchRate.Etch和和

110、ELITEELITE模块中的物理刻蚀模块中的物理刻蚀语句功能：语句功能：Rate. Etch语句用来设置刻蚀速率参数。这些参数在后面的Etch语句中被使用。一般参数简介：一般参数简介：（1）Machine是用来为Rate.Etch语句定义刻蚀机“machine”的名称。在之后的Etch语句中可以调用定义好的machine。（2）Wet.etch, Rie, Plasma和和 MC.Plasma用来为“刻蚀机”定义某种特定的模型。 （3）材料定义参数）材料定义参数用来定义刻蚀速率参数所设置的材料类型。可以是Silicon, oxide, nitride, polisilicon, photore

111、sist, aluminum, gaas等材料。Wet.etchWet.etch和和RieRie模型专用参数介绍：模型专用参数介绍：（1）A.H，A.M, A.S U.H, U.M, U.S, 和和N.M用来定义刻蚀速率分别以埃用来定义刻蚀速率分别以埃/小时，小时， 埃埃/分钟，分钟， 埃埃/秒，秒，微米微米/小时，小时， 微米微米/分钟，微米分钟，微米/秒，秒， 和纳米和纳米/分钟为单位。分钟为单位。（2）directional用来定义RIE模型中用到的刻蚀速率的方向组成分量。离子化刻蚀速率是离子对化学刻蚀机制的离子贡献。离子被假定具有一个非等方性的角度分布。（3）Isotropic用来定义

112、RIE和Wet.etch模型中用到的等方向性刻蚀速率。等方向性刻蚀速率是等离子体中出来的热原子，radicals和分子的贡献。（4）chemical, divergence当divergence被竟以为非零时，Chemical是RIE模型中垂直于离子束的刻蚀速率。用于用于Plasma 等离子体刻蚀模型的参数等离子体刻蚀模型的参数（1）Pressure定义等离子体刻蚀原子炉的压强。（2）TGAS定义等离子刻蚀原子炉的气体温度。（3）TION用来定义等离子刻蚀原子炉的离子温度。（4）VPDC用来定义plasma sheath中的直流偏压。（5）VPAC用来定义sheath-buld界面处的交流电压

113、。Rate.EtchRate.Etch语句和语句和EtchEtch语句要配合使用，当用语句要配合使用，当用Rate.etchRate.etch语句设置语句设置好刻蚀机的条件后，要用好刻蚀机的条件后，要用EtchEtch语句来调用。可用参数如下：语句来调用。可用参数如下：（1）Machine=name用来调用定义好的刻蚀机。用来调用定义好的刻蚀机。Name为为rath.etch语句中定义好了的语句中定义好了的刻蚀机名称。刻蚀机名称。（2）Time 模块运行时间。模块运行时间。（3）Hours, Minutes, Seconds用来定义时间单位。用来定义时间单位。实例详解：实例详解：（1 1）RI

114、ERIE物理刻蚀例子：物理刻蚀例子：下面的例子定义了一个以Plasma1为名称的刻蚀机器，执行了活性离子刻蚀。被用来对当前结构进行10分钟的刻蚀。RATE.ETCH MACHINE=PLASMA1 SILICON U.M RIE ISOTROPIC=0.1 DIRECT=0.9ETCH MACHINE=PLASMA1 TIME=10 MINUTES（2）Wet Etch 实例：实例：下面例子定义了具有湿刻蚀特性和刻蚀速率为0.1微米/分钟的轰击硅表面的刻蚀机。RATE.ETCH MACHINE=TEST SILICON WET.ETCH ISOTROPIC=.1 U.M（3）Monte Car

115、lo Plasma Etch 例子例子下面语句定义了蒙特卡洛等离子体刻蚀机的参数以及与之相关的硅刻蚀特性：RATE.ETCH MACHINE=MCETCH SILICON MC.PLASMA ION.TYPES=1 MC.PARTS1=20000 MC.NORM.T1=14.0 MC.LAT.T1=2.0 MC.ION.CU1=15 MC.ETCH1=1e-05 MC.ALB1=0.2 MC.PLM.ALB=0.5 MC.POLYMPT=5000 MC.RFLCTDIF=0.5语句语句#7 Deposit语句功能：语句功能：Deposit（淀积）语句用来淀积一层某种特定的材料。语法结构：语法结

116、构：deposit 【材料参数】【坐标参数】语句解析：语句解析：Name.resist用来定义光刻胶的类型。Thickness用来定义淀积层的厚度，单位是微米。Temperature定义stress.hist模型中所使用的淀积温度。在ELITE淀积中也被用以表面扩散仿真。参数解析：参数解析： 格点控制参数格点控制参数(1)(1)DivisionsDivisions定义了垂直格点间隔。氧化物生长速率参数定义了垂直格点间隔。氧化物生长速率参数语句语句#8 oxide语句功能：语句功能：oxide(氧化)语句用来定义氧化工艺步骤中的各种系数。语法结构：语法结构：oxide 【条件参数】【环境类型参数

117、】语句解析：语句解析：所有与氧化相关的参数都在这里有所介绍。氧化模型是在method语句中定义的。对于氧化模型参数的设定，需要知道氧化的类型和衬底晶向。六、六、MOSFET工艺仿真工艺仿真 （1） 调用调用ATHENA仿真器并生成网格信息仿真器并生成网格信息go athenaline x loc=0.0 spac=0.1 line x loc=0.2 spac=0.006line x loc=0.4 spac=0.006line x loc=0.6 spac=0.01 line y loc=0.0 spac=0.002 line y loc=0.2 spac=0.005line y loc=0

118、.5 spac=0.05line y loc=0.8 spac=0.15 （2）对网格进行初始化，并设定衬底材料参数）对网格进行初始化，并设定衬底材料参数init orientation=100 c.phos=1e14 space.mul=1 two.d程序运行结果如下程序运行结果如下生成了均匀分布生成了均匀分布的杂质，浓度为的杂质，浓度为1e14每立方厘米每立方厘米（3）在）在1000度和度和1个大气压条件下下进行个大气压条件下下进行30分钟的干氧扩散，分钟的干氧扩散，其中氯酸气体含量设定为其中氯酸气体含量设定为3%diffus time=30 temp=1000 dryo2 press=1

119、.00 hcl=3运行结果为在硅片运行结果为在硅片表面生成一层氧化表面生成一层氧化物薄膜物薄膜（4）刻蚀掉厚度为）刻蚀掉厚度为0.02微米的氧化物薄膜微米的氧化物薄膜etch oxide thick=0.02刻蚀前刻蚀前刻蚀后刻蚀后（5）对表面进行）对表面进行B离子注入，离子剂量为离子注入，离子剂量为8e12,能量为能量为100keV（选择（选择pearson解析离子注入模型）解析离子注入模型）implant boron dose=8e12 energy=100 pears （6）对表面进行湿氧处理，温度设定在）对表面进行湿氧处理，温度设定在950度，时间为度，时间为100分钟分钟diffus

120、 temp=950 time=100 weto2 hcl=3（7）再次进行干氧处理，温度在）再次进行干氧处理，温度在50分钟内从分钟内从1000度升高至度升高至1200度度diffus time=50 temp=1000 t.rate=4.000 dryo2 press=0.10 hcl=3（8）在温度在温度1200度下的氮气中进行度下的氮气中进行220分钟的扩散后退火分钟的扩散后退火这样会得到相对均匀分布的这样会得到相对均匀分布的B离子离子diffus time=220 temp=1200 nitro press=1diffus time=90 temp=1200 t.rate=-4.444

121、 nitro press=1（9）将上面步骤生成的氧化物完全蚀刻掉将上面步骤生成的氧化物完全蚀刻掉 etch oxide all（10）生成一层）生成一层“清洁用清洁用”氧化层，用以去除上述步骤中损伤的氧化层，用以去除上述步骤中损伤的 硅表面。硅表面。 diffus time=20 temp=1000 dryo2 press=1 hcl=3（11）再将用于清洁硅表面而生成的氧化物刻蚀掉）再将用于清洁硅表面而生成的氧化物刻蚀掉 etch oxide all（12）在干氧环境下生成用作栅极的氧化层薄膜）在干氧环境下生成用作栅极的氧化层薄膜diffus time=11 temp=925 dryo2

122、press=1.00 hcl=3（13）如果需要调整阈值电压需要再次进行一次）如果需要调整阈值电压需要再次进行一次B离子注入离子注入 implant boron dose=9.5e11 energy=10 pearson 在较低能量下，在较低能量下，B离子会聚集在硅片表面处从而改变阈值电压离子会聚集在硅片表面处从而改变阈值电压（14）为了生成栅极要在氧化物上方淀积一层厚度为为了生成栅极要在氧化物上方淀积一层厚度为200nm的多晶硅，的多晶硅，用用division参数来设置其垂直方向上的网格数量参数来设置其垂直方向上的网格数量 depo poly thick=0.2 divi=10 （15）利用

123、刻蚀语句刻蚀掉左侧不需要的多晶硅）利用刻蚀语句刻蚀掉左侧不需要的多晶硅 etch poly left p1.x=0.35（16）对表面再次进行湿氧扩散处理，以生成氧化物薄膜）对表面再次进行湿氧扩散处理，以生成氧化物薄膜 method语句用以分别调用语句用以分别调用fermi扩散模型和扩散模型和compress氧化模型氧化模型 method fermi compressdiffuse time=3 temp=900 weto2 press=1.0其结果在多晶硅四周生成了起保护作用的氧化物薄膜其结果在多晶硅四周生成了起保护作用的氧化物薄膜（17）对表面进行磷注入）对表面进行磷注入 implant

124、phosphor dose=3.0e13 energy=20 pearson 其结果生成了其结果生成了n-MOSFET结构中需要的源结构中需要的源/漏极的漏极的n+区域区域（18）在表面淀积厚度为）在表面淀积厚度为120nm的氧化物薄膜，的氧化物薄膜，设置垂直方向网格数量为设置垂直方向网格数量为8 depo oxide thick=0.120 divisions=8（19）再在表面用干蚀法刻蚀掉厚度为）再在表面用干蚀法刻蚀掉厚度为120nm的氧化物薄膜，的氧化物薄膜，此二步骤的结果生成了用于隔离多晶硅和未来源此二步骤的结果生成了用于隔离多晶硅和未来源/漏接触的阻挡漏接触的阻挡氧化层。氧化层。

125、etch oxide dry thick=0.120（20）进行）进行As离子注入，以生成离子注入，以生成 n+ 多晶硅栅极多晶硅栅极 implant arsenic dose=5.0e15 energy=50 pearson （21）在氮气环境中进行扩散工艺）在氮气环境中进行扩散工艺method fermi compressdiffuse time=1 temp=900 nitro press=1.0扩散后在源扩散后在源/漏区域的硅片表面会得到相对均匀的漏区域的硅片表面会得到相对均匀的As离子分布离子分布（22）为了生成为了生成s/d 接触金属，刻蚀掉接触金属，刻蚀掉s/d区的氧化物区的氧化

126、物 etch oxide left p1.x=0.2（23）淀积金属铝，并刻蚀掉不需要的部分）淀积金属铝，并刻蚀掉不需要的部分deposit alumin thick=0.03 divi=2etch alumin right p1.x=0.18（24）利用镜像语句，使器件依右侧对称，）利用镜像语句，使器件依右侧对称， 从而得到对称的从而得到对称的MOSFET结构结构 structure mirror right（25）对）对MOSFET进行电极设置进行电极设置electrode name=gate x=0.5 y=0.1electrode name=source x=0.1electrode

127、name=drain x=1.1electrode name=substrate backsideEXTRACT statements are used to measure parameters from both log and solution files. EXTRACT语句用来从语句用来从log和结果文件当中测量参数。和结果文件当中测量参数。注意：注意： 此命令由此命令由deckbuild执行。此语句执行。此语句ATLAS 器件仿真器概述器件仿真器概述可以仿真：可以仿真： atlas 器件仿真器器件仿真器 具有一定物理结构、材料属性及掺杂浓度信息的半导体器件在一定外界条件（如温度、偏压、电流等条件）下的电学、光学、热力学特性（包括载流子分布、电场分布、电势分布、能带分布、电流密度分布、电流与电压关系等）。对器件仿真器输入的信息对器件仿真器输入的信息器件仿真器可以输出的信息器件仿真器可以输出的信息可以在二维或三维网格模式下预测器件的电学物理类量及仿真载流子运输。总的来说ATLAS器件仿真通过定义：1.要仿真的物理结构 ： *.str2.所使用的物理模型 ： 迁移率，功函数，量子跃迁，激发复合模型等3.适用于仿真电学特性的外界偏压条件来进行仿真