MEDICI仿真NMOS器件晶体管语法笔记

MEDICI仿真NMOS器件晶体管

TITLE     TMA MEDICI Example 1 - 1.5 Micron N-Channel MOSFET

给本例子取的标题，对实际的模拟无用

COMMENT语句表示该行是注释

MESH      SMOOTH=1

创建器件结构的第一步是定义一个初始的网表(见图1),在这一步中网表不需要定义得足够精确,只需要能够说明器件的不同区域,在后面我们会对该网表进行优化.网表的生成是由一个MESH语句开始的,MESH语句中还可以对smoothing进行设置(好的smoothing可以把SPREAD语句产生的钝角三角形带来的不利影响减小).

X.MESH    WIDTH=3.0  H1=0.125

X.MESH和Y.MESH语句描述了初始网表是怎样生成的,X.MESH用来描述横向的区域.在此例子中,X.MESH语句中的H1=0.125说明在横向区域0—WIDTH之间垂直网格线水平间隔为0.125微米(均匀分布).

Y.MESH    N=1   L=-0.025

Y.MESH用来描述纵向的区域,在这参数N指第一条水平网格线,L指位于－0.025微米处

Y.MESH    N=3   L=0.

第三条水平线位于0微米处

在这个例子中头三条水平线用来定义厚度为0.025微米的二氧化硅(栅氧).

Y.MESH    DEPTH=1.0  H1=0.125

这条语句添加了一个1微米深(DEPTH)的,垂直向网格线均匀间隔0.125微米(H1)的区域

Y.MESH    DEPTH=1.0  H1=0.250

添加了一个1微米深的,垂直向网格线均匀间隔0.250微米的区域

ELIMIN    COLUMNS  Y.MIN=1.1

该语句将1.1微米(Y.MIN)以下的网格线隔列(COLUMNS)删除,以减小节点数

SPREAD    LEFT   WIDTH=.625  UP=1  LO=3  THICK=.1  ENC=2

SPREAD语句用来对网格线进行扭曲,以便更好的描述器件的边界.这个SPREAD语句将前三条网格线在左边(0-WIDTH之内, WIDTH在这里以过渡区域的中点为准。)的间隔从0.025(栅区氧化层)过渡到0.1微米(源区氧化层).其中UP指要定义的区域的上边界(此处为第一条网格线),LO指要定义的区域的下边界(此处为第三条网格线),THICK定义了这个区域的厚度.

X方向，左边0-0.625um区域，Y方向第1条水平到第3条水平线之间，氧化层厚度从0.025um到0.1um用2个网格过渡

SPREAD    RIGHT  WIDTH=.625  UP=1  LO=3  THICK=.1  ENC=2

这个SPREAD语句将前三条网格线的在右边的间隔从0.025(栅区氧化层)过渡到0.1微米(漏区氧化层).

参数ENC决定了从厚的区域过渡到薄的区域的变化特性.值越大过渡区越平缓,（ENC=2表明只在两格完成过渡）

X方向，左边0-0.625um区域，Y方向第1条水平到第3条水平线之间，氧化层厚度从0.025um到0.1um用2个网格过渡

COMMENT   Use SPREAD again to prevent substrate grid distortion（失真）

COMMENT   line NO.4 move to Y.Lo, >line No.4 will be not affected

SPREAD    LEFT   WIDTH=100   UP=3  LO=4  Y.LO=0.125

这个SPREAD语句将第四条网格线固定在0.125微米处（Y.LO=0.125）,可以使前两条SPREAD语句产生的网格扭曲不影响到0.125微米以下的网格，在这儿WIDTH参数取了一个特别大的值,可以把过渡性的区域放在器件的外面.

REGION    SILICON

REGION是用来定义区域的材料性质,如果不特别说明区域的范围的话,则表示对整个结构进行定义,在这里定义整个区域为硅

REGION    OXIDE    IY.MAX=3

定义第三条网格线以上的区域为二氧化硅

ELECTR    NAME=Gate    X.MIN=0.625  X.MAX=2.375  TOP

ELECTR是用来定义电极位置的,在这里将栅极放在栅极二氧化硅的表面

ELECTR    NAME=Substrate  BOTTOM

将衬底接触电极放在器件的底部

ELECTR    NAME=Source  X.MAX=0.5  IY.MAX=3

将源区的接触电极放在器件的左边

ELECTR    NAME=Drain   X.MIN=2.5  IY.MAX=3

将漏区的接触电极放在器件的右边

PROFILE   P-TYPE  N.PEAK=3E15  UNIFORM

PROFILE语句是用来定义掺杂情况的,P-TYPE表示是P型掺杂, N.PEAK描述峰值浓度.这个语句定义整个衬底的浓度为均匀掺杂(UNIFORM),浓度为P型(P-TYPE)3E15(N.PEAK).

PROFILE   P-TYPE  N.PEAK=2E16  Y.CHAR=.25

这个语句定义沟道阈值调整的掺杂为P型,浓度为2E16，掺杂的特征长度(Y.CHAR)为0.25微米

PROFILE   N-TYPE  N.PEAK=2E20  Y.JUNC=.34  X.MIN=0.0  WIDTH=.5   XY.RAT=.75

PROFILE   N-TYPE  N.PEAK=2E20  Y.JUNC=.34  X.MIN=2.5  WIDTH=.5   XY.RAT=.75

以上两句定义了源(0-0.5微米处)和漏（2.5-3微米处）的掺杂区,他们的结深(Y.JUNC)为0.34微米,横向扩散率为0.75(XY.RAT),为N型(N-TYPE),浓度为2E20(N.PEAK).

INTERFAC  QF=1E10

INTERFAC语句是用来定义界面态的,这个语句说明在整个二氧化硅的表面有浓度一致的固定电荷,浓度为1E10(QF).

PLOT.2D   GRID  TITLE="Example 1 - Initial Grid"   FILL  SCALE

PLOT.2D是用来显示二维图形的语句,

参数GRID表示在图中显示网表，

FILL表示不同的区域用颜色填充，

使用参数SCALE后,可以使显示图形的大小合适.

这个语句本身并不能显示器件的什么特性,只是给器件特性的显示提供一个平台,结合了其他的语句后才能显示所想要的图形,这一点在下面会给出示范.在这里的几个参数都是可有可无的,不妨把他们去掉,看看有什么不同,以加深理解.

该语句所得的图形如下:

到目前为止,器件的结构已经定义了,下面将对该网格进行调整以适应模拟的需要.

REGRID    DOPING   IGNORE=OXIDE  RATIO=2  SMOOTH=1

REGRID语句是用来对网格按要求进行优化的语句.

当节点的掺杂特性超出了RATIO的要求时,该三角形网格将被分割成四个适合的小三角形,但二氧化硅区域不被包含在内(由IGNORE说明).

SMOOTH用来平滑网格的,以减小钝角三角形带来的不利影响,

SMOOTH=1表示平滑网格时,各个区域的边界不变,

SMOOTH=2表示仅仅不同材料的边界保持不变.参数DOPING说明优化网格的标准是基于杂质分布的,杂质分布变化快的区域自动进行调整.

PLOT.2D   GRID  TITLE="Example 1 - Doping Regrid"  FILL  SCALE

该语句生成的图形如下,大家可以仔细比较一下和上图的区别(在网格上有什么不同,尤其是在PN结的边缘.这儿浓度的变化最快).

CONTACT   NAME=Gate  N.POLY

CONTACT语句是用来定义电极相关的一些物理参数，

在这儿栅极(NAME)的材料被定义为N型的多晶硅(N.POLY).

MODELS    CONMOB  FLDMOB  SRFMOB2

MODELS用来描述在模拟中用到的各种物理模型,

模拟时的温度也可以在这里设定(由参数TEMP设定).

除非又使用了该语句,否则该语句定义的模型一直有效.

参数CONMOB表示使用迁移率与杂质分布有关的模型,

参数FLDMOB表示使用迁移率与电场分布有关的模型.

参数SRFMOB2表示表面迁移率降低效应将被考虑.

SYMB      CARRIERS=0

在这儿只选用了Poisson来解方程,

因为在这只需要势能,所以载流子类型为零.

METHOD    ICCG  DAMPED

METHOD语句设置了一个和SYMB语句相关的特定的求解的算法

在大多数的情况下,只需要这两个参数就能够得到最有效的零类型载流子模拟.

SOLVE

该语句用来获得解,在这里初始条件设置为0

REGRID    POTEN  IGNORE=OXIDE  RATIO=.2  MAX=1  SMOOTH=1

该语句可以在势能变化快的地方将网格进一步优化,

PLOT.2D   GRID  TITLE="Example 1 - Potential Regrid"  FILL  SCALE

该语句显示的图形如下：

SYMB      CARRIERS=0

SOLVE     OUT.FILE=MDEX1S

保存零偏压下的解。SYMB语句必须在使用SLOVE语句前定义来获得下次的解。因为上一次获得解之后在网格中的节点已经改变。

PLOT.1D   DOPING  X.START=.25  X.END=.25  Y.START=0  Y.END=2

+         Y.LOG  POINTS  BOT=1E15  TOP=1E21  COLOR=2

+         TITLE="Example 1 - Source Impurity Profile"

PLOT.1D语句是用来显示参数的一维变化的.在这里参数DOPING说明显示的是杂质的分布情况,X.START,X.END,Y.START,Y.END用来定义想要考察的路径（起始坐标是（X.START,Y.START）,终点坐标是（X.END,Y.END））.

Y.LOG表示纵坐标使用对数坐标,最大值为TOP,最小值为BOT.

参数COLOR用来描述该曲线选用的颜色，不妨改变该参数，看看颜色发生了什么变化。

这条语句用来显示从（0.25,0）到（0.25,2）上的一维杂质分布,具体结果见图：

PLOT.1D   DOPING  X.START=1.5  X.END=1.5  Y.START=0  Y.END=2

+         Y.LOG  POINTS  BOT=1E15  TOP=1E17  COLOR=2

+         TITLE="Example 1 - Gate Impurity Profile"

这条语句用来显示从（1.5,0）到（1.5,2）上的一维杂质分布，具体结果见图：

PLOT.2D   BOUND  REGION TITLE="Example 1 - Impurity Contours"  FILL  SCALE

CONTOUR   DOPING  LOG  MIN=16   MAX=20   DEL=.5  COLOR=2

CONTOUR   DOPING  LOG  MIN=-16  MAX=-15  DEL=.5  COLOR=1  LINE=2

在这里PLOT.2D语句搭建了一个显示的平台，两个CONTOUR语句则在这个平台上描绘了所需参数的特性，CONTOUR语句是用来在最近的一个PLOT.2D语句上绘制各种物理参量的二维特性的。

在这里它们都是用来绘制杂质的二维分布（由参数DOPING说明）。

MIN和MAX则指定了参数的显示范围，DEL表示所显示的相邻曲线之间的在参数值上的间隔，负数表示是P型掺杂，正数表示是N型掺杂。

COLOR表示线条的颜色，LINE表示线条的类型。

LOG表示MIN，MAX和DEL都采用对数表示。

上面三条语句产生的图形如下：

SYMB      CARRIERS=0

SOLVE

为了给下面的模拟提供一个起始条件，在这获得了一个零偏置解，因为器件在零偏置的时候，电流很小，所以使用零载流子模型就足够了。

SYMB      CARRIERS=0

METHOD    ICCG  DAMPED

SOLVE     V(Gate)=1.0

在使用SOLVE语句获得下一个解之前，SYMB语句必须再使用一次。因为网表的节点数在上一次求解的时候已经改变。

SYMB      NEWTON  CARRIERS=1  ELECTRON

下面将要求解漏极电压和漏极电流的关系，因为是NMOS器件，所以设置载流子类型为电子

SOLVE     V(Drain)=0.0  ELEC=Drain  VSTEP=.2  NSTEP=15

漏极上加上步长为VSTEP，扫描次数为NSTEP的扫描电压，然后进行模拟。

PLOT.1D   Y.AXIS=I(Drain)  X.AXIS=V(Drain)  POINTS  COLOR=2

+         TITLE="Example 1D - Drain Characteristics"

该语句显示漏极电压（横坐标）和漏极电流（纵坐标）的关系，结果下图：

LABEL     LABEL="Vgs = 3.0v"  X=2.4  Y=0.1E-4

LABEL语句用来在图上适当位置添加标志.

PLOT.2D   BOUND  JUNC  DEPL  FILL  SCALE

+         TITLE="Example 1D - Potential Contours"

E.LINE    X.START=2.3  Y.START=0.02  S.DELTA=-0.3  N.LINES=8

+         LINE.TYPE=3  COLOR=1

E．LINE是用来画电力线的,这条语句必须和PLOT.1D或者是PLOT.2D相结合使用.在这里要求最多画N.LINES条电力线,从(X.START,Y.START)开始画，S .DELTA定义了电力线起点之间的距离,正数表示在上一个条电力线的右边，负数表示在左边。

CONTOUR   POTENTIA  MIN=-1  MAX=4  DEL=.25  COLOR=6

这一条语句是用来绘制势能分布的（由参数POTENTIA决定），绘制的势能曲线从-1伏（MIN）开始，到4伏（MAX），每一条曲线之间电势差为0.25伏（DEL）,共有(MAX-MIN)/DEL条势能曲线。

LABEL     LABEL="Vgs = 3.0v"  X=0.2  Y=1.6

LABEL     LABEL="Vds = 3.0v"

这两条语句在图中加了两个标志，使图形更具有可读性。上面几句绘制的势能曲线如下：

SOLVE     V(Drain)=0  TSTEP=1E-18  TSTOP=1E-10

下面将要显示当漏极电压突然从5伏（上面一个SOLVE语句已经得到了）突然降到0伏（在这一个SOLVE语句中由V(Drain)得到）时的漏极电流瞬态曲线,因为瞬态响应的模拟不同于直流模拟,因而必须重新求解,在这里,设定求解时迭代的步长为TSTEP,模拟结束时间为TSTOP.

PLOT.1D   X.AXIS=TIME  Y.AXIS=I(Drain)   Y.LOG  X.LOG POINTS

这个语句设定纵坐标为漏极电流,横坐标为时间,两个坐标都使用对数坐标。

Tsuprem4仿真NMOS工艺仿真

$ TSUPREM-4 N-channel MOS application

识别图像驱动

FOREACH    LD  ( 3 5 )

loop循环语句，循环5次，给LD赋值，分别为3和5。

MESH       GRID.FAC=1.5

网格乘数因子1.5

MESH       DY.SURF=0.01  LY.SURF=0.04  LY.ACTIV=2.0

Y方向表面层网格间距0.01um，表面层位置0.04um。活性层位置2um。

网格初始化，100晶向，硼掺杂浓度为1e15 cm-3，X方向宽度分别为1、1.1和1.2um。

SELECT     TITLE="Mesh for Delta=0.@{LD}"

PLOT.2D    SCALE  GRID  Y.MAX=3.0  C.GRID=2

绘制初始化网格，添加图标表格，绘制二维网格，保持宽长比。

DEPOSIT    OXIDE  THICKNESS=0.03

初始化垫氧，淀积厚度为0.03um。

IMPLANT    BORON  DOSE=1E12  ENERGY=35

P阱注入，注入硼1E12cm-2，能量为35KeV

METHOD     PD.TRANS

用点缺陷模型仿真OED

DIFFUSE    TEMP=1100  TIME=120  DRYO2  PRESS=0.02

P阱推进,扩散温度为1100℃，时间为120min，使用干氧，压力为0.02个大气压。

SELECT Z=LOG10(BORON)  TITLE="Channel Doping (Delta=0.@{LD})"

PLOT.1D    X.VALUE=0  RIGHT=3.0  BOTTOM=15  TOP=19    LINE.TYP=2  COLOR=2

LABEL  X=1.8  Y=18.5  LABEL="After p-well drive"   LINE.TYP=2  C.LINE=2

P阱掺杂，添加Z变量为硼掺杂浓度的对数，绘制select语句中定义的Z在结构的某一方向上随位置变化的函数图形或电学参数特性。

DEPOSIT    NITRIDE  THICKNESS=0.1

淀积氮化物，厚度为0.1um。

IMPLANT    BORON  DOSE=5E13  ENERGY=80

DIFFUSE    TEMP=1000  TIME=360  WETO2

场区注入和氧化，注入硼，浓度为5e13cm-2,能量为80KeV，在湿氧环境下，扩散温度为1000°，时间360分钟。

ETCH       NITRIDE  ALL

刻蚀所有氮化物

IMPLANT    BORON  ENERGY=100  DOSE=1E12

阈值电压调整注入，注入硼，能量为 100KeV，浓度为 1012cm-2

SELECT     Z=LOG10(BORON)

PLOT.1D    X.VALUE=0  ^AXES  ^CLEAR  COLOR=2

绘制一维图表，绘制坐标轴，清屏

LABEL X=1.8  Y=18.2  LABEL="After Vt implant"  LINE.TYP=1 C.LINE=2

添加Z为硼的对数，绘制select语句中Z在结构的某一方向上随位置变化的函数图形或电学参数特性。

SELECT     Z=1

PRINT.1D   X.VALUE=0.0  LAYERS

打印氧化物和硅的厚度，选择X=0处，打印一维各层信息。

ETCH       OXIDE  TRAP  THICK=0.05

刻蚀氧化物，刻蚀氧化物陷阱，厚度为0.05um

DIFFUSE    TEMP=950  TIME=30  DRYO2

栅极氧化，扩散温度950°，时间30分钟，干氧

DEPOSIT    POLYSILICON  THICKNESS=0.3  DIVISIONS=4

淀积多晶硅，厚度0.3um，网格数4

ETCH       POLY   LEFT  P1.X=0.5

ETCH       OXIDE  TRAP  THICK=0.04

//刻蚀多晶和氧化层，X方向0-0.5um；刻蚀多晶，左边起X方向0.5um；刻蚀氧化层陷阱，厚度0.04um

DEPOSIT    OXIDE  THICKNESS=0.02

淀积一个薄的氧化层；淀积氧化层，厚度0.02um

IMPLANT PHOS ENERGY=50  DOSE=5E13  IMPL.TAB=PHOSPHORUS

LDD注入，注入磷，能量50KeV，浓度5e13cm-2，分布模型为IMPL.TAB= PHOSPHORUS

DEPOSIT    OXIDE  THICK=0.2

低温氧化，淀积厚度为0.2um

ETCH       OXIDE  TRAP  THICK=0.22

建立掩蔽侧墙，刻蚀氧化物陷阱，厚度0.22um

IMPLANT    ARSENIC  ENERGY=100  DOSE=2E15

源漏注入，注入砷，能量100KeV，浓度2e15cm-2

ETCH  OXIDE  LEFT  P1.X=0.5

氧化物刻蚀，刻蚀氧化层，左边起，X方向0.5um处

METHOD     COMPRESS

用一个氧化模型解多晶硅

DIFFUSE    TEMP=900  TIME=30  DRYO2

源漏再氧化（包括多晶硅）；扩散温度900°，时间30分钟，干氧

DEPOSIT    OXIDE  THICK=0.3

ETCH       OXIDE  LEFT  P1.X=0.3

BPSG—刻蚀，打接触孔，铝连接；淀积氧化层，厚度0.3um；刻蚀氧化层，左边起，X方向0.3um

DEPOSIT    ALUMINUM  THICK=0.5  SPACES=3

DEPOSIT    PHOTORESIST THICK=1.0

ETCH       PHOTORESIST RIGHT  P1.X=0.6

ETCH       ALUMINUM  TRAP  ANGLE=85  THICK=0.8

ETCH       PHOTORESIST ALL

金属化，刻蚀源漏接触空；淀积铝，厚度0.5um，网格数3；淀积光刻胶厚度1.0；刻蚀光刻胶，右起X方向0.6，刻蚀铝，角度85°，厚度0.8um；刻蚀所有光刻胶

PLOT.2D    SCALE  GRID  Y.MAX=3.0  C.GRID=2

SAVEFILE   OUT.FILE=S4EX7AS@LD

STRUCTURE  REFLECT  RIGHT

SAVEFILE   OUT.FILE=S4EX7AP@LD  MEDICI

savefile out.f=s4ex7a@{LD}.tif tif

形成完整结构，然后保存，保存文件，结构命令，水平镜像堆成，右边，保存期间仿真文件

END

MEDICI仿真NPN晶体管器件仿真

TITLE TMA MEDICI NPN Transistor Simulation

MESH

创建初始网格

X.MESH WIDTH=6.0 H1=0.250

网格横向宽为6u，间距为0.25u

Y.MESH Y.MIN=-0.25 Y.MAX=0.0 N.SPACES=2

在纵向－0.25和0之间创建两（N.SPACES）行网格

Y.MESH DEPTH=0.5 H1=0.125

纵向添加深度为0.5u的网格，纵向间距为0.125u

Y.MESH DEPTH=1.5 H1=0.125 H2=0.4

纵向再添加深度为1.5u的网格，其纵向间距从0.125u变化到0.4u

REGION NAME=Silicon SILICON

定义整个区域性质为silicon

REGION NAME=Oxide OXIDE Y.MAX=0

定义从－0.25到0的区域都为二氧化硅

REGION NAME=Poly POLYSILI Y.MAX=0 X.MIN=2.75 X.MAX=4.25

再次定义二氧化硅层的中间部分区域为poly

ELECTR NAME=Base X.MIN=1.25 X.MAX=2.00 Y.MAX=0.0

基区电极位置定义

ELECTR NAME=Emitter X.MIN=2.75 X.MAX=4.25 TOP

发射区电极位置定义（在整个器件顶部,TOP）

ELECTR NAME=Collector BOTTOM

集电区电极位置定义（在器件的最底部BOTTOM）

PROFILE N-TYPE N.PEAK=5e15 UNIFORM OUT.FILE=MDEX2DS

定义衬底为n型均匀搀杂，浓度为5e15，并将所有定义的掺杂特性记录在文件MDEX2DS中，在下次网格优化时方便调用

PROFILE P-TYPE N.PEAK=6e17 Y.MIN=0.35 Y.CHAR=0.16

+ X.MIN=1.25 WIDTH=3.5 XY.RAT=0.75

定义基区为p型掺杂，浓度为6e17，掺杂特征长度（Y.CHAR）为0.16，横向扩散率为0.75

PROFILE P-TYPE N.PEAK=4e18 Y.MIN=0.0 Y.CHAR=0.16

+ X.MIN=1.25 WIDTH=3.5 XY.RAT=0.75;

仍旧是定义基区的掺杂特性（和发射区邻接部分浓度较高）

PROFILE N-TYPE N.PEAK=7e19 Y.MIN=-0.25 DEPTH=0.25 Y.CHAR=0.17

+ X.MIN=2.75 WIDTH=1.5 XY.RAT=0.75；

定义n型发射区的掺杂特性

PROFILE N-TYPE N.PEAK=1e19 Y.MIN=2.0 Y.CHAR=0.27；

定义n型集电区的掺杂特性

REGRID DOPING LOG RATIO=3 SMOOTH=1 IN.FILE=MDEX2DS；

读入文件MDEX2DS,对网格进行优化处理，当网格上某节点的搀杂变化率超过3时，对这个网格进行更进一步的划分（分为四个全等的小三角形）

REGRID DOPING LOG RATIO=3 SMOOTH=1 IN.FILE=MDEX2DS；

再次进行同样的优化处理，将网格更加的细化

REGRID DOPING LOG RATIO=3 SMOOTH=1 IN.FILE=MDEX2DS

+ X.MIN=2.25 X.MAX=4.75 Y.MAX=0.50 OUT.FILE=MDEX2MP；

对发射区与基区交界部分的网格进行专门的优化处理。最后将整个完整定义的网格保存在文件MDEX2MP中

PLOT.2D GRID SCALE FILL

+ TITLE=”Example 2P - Modified Simulation Mesh”；

完成的网格如下图

MOBILITY POLYSILI CONC=7E19 HOLE=2.3 FIRST LAST；

在多晶硅的掺杂浓度为7e19

时，空穴的迁移率为2.3（依赖多晶硅的掺杂浓度而变化），不过FIRST和LAST这两个参数的引入表明无论掺杂浓度为多少，空穴的迁移率保持不变

MATERIAL POLYSILI TAUP0=8E-8；

多晶硅中空穴的寿命保持为8e－8

MODEL CONMOB CONSRH AUGER BGN；

定义在模拟中用到的各种物理模型，CONMOB表示使用迁移率与杂质分布有关的模型； AUGER表示使用与俄歇复合有关的模型；BGN表示使用与禁带宽度变窄效应有关的模型。

SYMB CARRIERS=0；

在SYMB语句中如果设置CARRIERS＝0，表示只选用POISSON方程来建模。称之为零载流子模型

METHOD ICCG DAMPED；

一般使用上述两个参数来解决零载流子模型

SOLVE V(Collector)=3.0；

在Vc＝3v时求探索解

SYMB NEWTON CARRIERS=2；

在使用了零载流子模型作初步估计后，我们使用更精确的模型：NEWTON来作进一步求解

SOLVE；

仍旧在Vc＝3v时求解（使用NEWTON模型）

PLOT.2D   GRID  TITLE="Poten REGrid"   FILL  SCALE depl

绘制器件网格

LOG OUT.FILE=MDEX2PI；

将上面模拟的数据保存在LOG文件MDEX2PI中,后面要用到

SOLVE V(Base)=0.2 ELEC=Base VSTEP=0.1 NSTEP=4

+ AC.ANAL FREQ=1E6 TERM=Base；

在频率为1e6HZ，Vb＝0.2v－0.6v（步长为0.1V）的情况下，进行交流小信号的模拟

SOLVE V(Base)=0.7 ELEC=Base VSTEP=0.1 NSTEP=2

+ AC.ANAL FREQ=1E6 TERM=Base OUT.FILE=MDEX2P7；

同样是在频率为1e6HZ，Vb＝0.7－0.9（步长为0.1V）的情况下，进行交流小信号的模拟，并将结果(Vb＝0.7v)保存在文件MDEX2P7中,Vb=0.8v的结果保存在文件MDEX2P8中，Vb=0.9v的结果保存在文件MDEX2P9中

LOAD IN.FILE=MDEX2P9

载入MDEX2P9

PLOT.2D GRID  TITLE="Poten REGrid-Vbe=0.9V"   FILL  SCALE depl

绘制基极电压为0.9V时器件网格

PLOT.1D IN.FILE=MDEX2PI Y.AXIS=I(Collector) X.AXIS=V(Base)

+ LINE=1 COLOR=2 TITLE=”Example 2PP - Ic & Ib vs. Vbe”

+ BOT=1E-14 TOP=1E-3 Y.LOG POINTS；

读取LOG文件，绘制集电极电流和基极电压的关系曲线，其中纵坐标为对数坐标（LOG文件一般与PLOT.1D联合使用）。

PLOT.1D IN.FILE=MDEX2PI Y.AXIS=I(Base) X.AXIS=V(Base)

+ Y.LOG POINTS LINE=2 COLOR=3 UNCHANGE；

绘制基极电流和电压的曲线图，UNCHANGE表明仍旧绘制在上面一条曲线所在的坐标系中。

LABEL LABEL=”Ic” X=.525 Y=1E-8

LABEL LABEL=”Ib” X=.550 Y=2E-10

LABEL LABEL=”Vce = 3.0v” X=.75 Y=1E-13；

上述三句在上面绘制的曲线图上添加标签

EXTRACT NAME=Beta EXPRESS=@I(Collector)/@I(Base)；

使用EXTRACT语句，列出Beta（增益）的表达式

PLOT.1D IN.FILE=MDEX2PI X.AXIS=I(Collector) Y.AXIS=Beta

+ TITLE=”Example 2PP - Beta vs. Collector Current”

+ BOTTOM=0.0 TOP=25 LEFT=1E-14 RIGHT=1E-3

+ X.LOG POINTS COLOR=2；

绘制集电极电流与增益的关系曲线

LABEL LABEL=”Vce = 3.0v” X=5E-14 Y=23；

做标签

EXTRACT NAME=Ft UNITS=Hz

+ EXPRESS=”@G(Collector,Base)/(6.28*@C(Base,Base))”；

列出截止频率的表达式，单位是Hz

PLOT.1D IN.FILE=MDEX2FI X.AXIS=I(Collector) Y.AXIS=Ft

+ TITLE=”Example 2FP - Ft vs. Collector Current”

+ BOTTOM=1 TOP=1E10 LEFT=1E-14 RIGHT=1E-3

+ X.LOG Y.LOG POINTS COLOR=2；

绘制集电极电流与截止频率的关系曲线，横纵坐标均使用对数坐标

LABEL LABEL=”Vce = 3.0v” X=5E-14 Y=1E9；

做标签

MESH IN.FILE=MDEX2MS；

由于要绘制二维图形，为了方便，重新载入前面描述的网格。

LOAD IN.FILE=MDEX2S9；

载入模拟结果文件MDEX2S9(Vbe＝0.9v)

PLOT.2D BOUND JUNC SCALE FILL

+ TITLE=”Example 2FP - Total Current Vectors”

VECTOR J.TOTAL COLOR=2；

绘制二维电流矢量图

LABEL LABEL=”Vbe = 0.9v” X=0.4 Y=1.55

LABEL LABEL=”Vce = 3.0v”；

做标签

PLOT.2D BOUND JUNC DEPL SCALE FILL

+ TITLE=”Example 2FP - Potential Contours”

CONTOUR POTEN MIN=-1 MAX=4 DEL=.25 COLOR=6；

绘制等势能曲线（CONTOUR用来绘制等高线），POTEN指势能，MIN和MAX指定参数的显示范围，DEL表示所显示的相邻曲线在参数值上的间隔，负数表示是p型掺杂，正数表示是n型掺杂

LABEL LABEL=”Vbe = 0.9v” X=0.4 Y=1.55

LABEL LABEL=”Vce = 3.0v”；

做标签

LOAD IN.FILE=MDEX2S7；

载入模拟结果文件MDEX2S7(Vbe＝0.7v)

PLOT.1D DOPING Y.LOG SYMBOL=1 COLOR=2 LINE=1

+ BOT=1E10 TOP=1E20

+ X.STA=3.5 X.END=3.5 Y.STA=0 Y.END=2

+ TITLE=”Example 2FP - Carrier & Impurity Conc.”;

绘制器件的杂质浓度特性曲线，使用第一种标志（SYMBOL=1,方块），起始点为（3.5,0）,终止点为（3.5,2）

PLOT.1D ELECTR Y.LOG SYMBOL=2 COLOR=3 LINE=2 UNCHANGE

+ X.STA=3.5 X.END=3.5 Y.STA=0 Y.END=2；

仍旧在上面曲线的基础上绘制电子的浓度特性曲线

PLOT.1D HOLES Y.LOG SYMBOL=3 COLOR=4 LINE=3 UNCHANGE

+ X.STA=3.5 X.END=3.5 Y.STA=0 Y.END=2；

绘制空穴的浓度特性曲线

LABEL LABEL=”Vbe = 0.7v” X=1.55 Y=4E12

LABEL LABEL=”Vce = 3.0v”

LABEL LABEL=”Doping” SYMBOL=1 COLOR=2

LABEL LABEL=”Electrons” SYMBOL=2 COLOR=3

LABEL LABEL=”Holes” SYMBOL=3 COLOR=4；

添加标签

Stop

Tsuprem4 对NPN工艺仿真

INITIALIZE<100> BORON = 1E15

定义衬底，衬底为100晶向，衬底掺杂为硼，浓度为10¹⁵cm^-3

DIFFUSION TEMP = 1150 TIME = 120 STEAM

ETCH OXIDE ALL

埋层氧化层掩膜的生长，温度为1150℃，时间120分钟，蒸汽氧化，氧化完成后刻蚀整个氧化层

IMPLANT ANTIMONY DOSE = 1E15 ENERGY = 75

DIFFUSION TEMP = 1150 TIME = 30 DRYO2

DIFFUSION TEMP = 1150 TIME = 360

ETCH OXIDE ALL

埋层注入与退火和退结，

注入锑离子(Sb, Antimony，V族元素)，掺杂浓度为10¹⁵cm-2，注入能量为75KeV，

在1150℃干氧氛围下退火30min，

退火，氧化，温度为1150°，时间360分钟，

退火完成后刻蚀整个氧化层

EPITAXY THICKNESS = 1.8 SPACES = 9 TEMP = 1050 TIME = 6 ARSENIC = 5E15

生长N型外延层，厚度为1.8μm，外延层网格数为9，淀积温度为1050℃，淀积时间6分钟，杂质为砷，浓度为5x1015

DIFFUSION TEMP = 1050 TIME = 30 DRYO2

生长垫氧，干氧氧化，温度1050°，时间30分钟

DEPOSITION NITRIDE THICKNESS = 0.12

淀积氮化物。

垫氧生长条件为1050℃以及干氧气氛，生长时间为30分钟

淀积0.12μm厚的氮化物

SAVEFILE OUT.FILE = S4EXAS

保存现有工艺文件

SELECT Z = LOG10(BORON) TITLE = "Active, Epitaxy"

PLOT.1D BOTTOM = 13 TOP = 21 RIGHT = 5 LINE.TYP = 5 COLOR = 2

SELECT Z = LOG10(ARSENIC)

PLOT.1D ^AXES ^CLEAR LINE.TYP = 2 COLOR = 3

SELECT Z = LOG10(ANTIMONY)

PLOT.1D ^AX ^CL LINE.TYP = 3 COLOR = 3

绘制结果，在同一张图上绘制硼，砷，锑的浓度垂直分布，采用对数纵坐标，坐标最小值为10¹³，最大值为10²¹

LABEL X = 4.2 Y = 15.1 LABEL = Boron

LABEL X = -.8 Y = 15.8 LABEL = Arsenic

LABEL X = 2.1 Y = 18.2 LABEL = Antimony

增加标签

SELECT Z = DOPING

PRINT.1D LAYERS

输出LAYERS

联合仿真

初始化网格定义

LINE X LOCATION=0 SPACING=0.2

在0处绘制竖直线，网格间隔为0.2μm

LINE X LOCATION=0.9 SPACING=0.06

LINE X LOCATION=1.8 SPACING=0.2

LINE Y LOCATION=0 SPACING=0.01

LINE Y LOCATION=0.1 SPACING=0.01

LINE Y LOCATION=0.5 SPACING=0.10

LINE Y LOCATION=1.5 SPACING=0.2

LINE Y LOCATION=3.0 SPACING=1.0

X=0.6的垂直线，距离为0.06um

X=1.8的垂直线，距离为0.2um

Y=0的水平线，距离为0.011um

Y=0.5的水平线，距离为0.10um

Y=1.5的水平线，距离为0.2um

Y=3的水平线，距离为1.0um

ELIMIN ROWS X.MIN=0.0 X.MAX=0.7 Y.MIN=0.0 Y.MAX=0.15

清除(0,0)到(0.7,0.15)定义的范围内的水平线

ELIMIN ROWS X.MIN=0.0 X.MAX=0.7 Y.MIN=0.06 Y.MAX=0.20

ELIMIN COL X.MIN=0.8 Y.MIN=1.0

INITIALIZ <100> BORON=1E15

初始化衬底，采用100晶向，硼掺杂P型衬底，杂质浓度1x10¹⁵cm-3

SELECT TITLE=”TSUPREM-4: Initial Mesh”

PLOT.2D GRID

绘制初始化网格图形

DEPOSIT OXIDE THICKNESS=0.03

METHOD VERTICAL

初始化氧化层，

淀积氧化硅厚度为0.03μm，

采用模型VERTICAL，氧化增强扩散工艺，生长方向为垂直方向

IMPLANT BORON DOSE=3E13 ENERGY=45

DIFFUSE TEMP=1100 TIME=500 DRYO2 PRESS=0.02

ETCH OXIDE ALL

P阱注入，注入硼，剂量为3x10¹³cm-2，能量为45keV，注入后退火推阱，温度为1100℃，干氧环境，时间500min，气压为0.02个大气压，然后刻蚀全部氧化层

DIFFUSE TEMP=900 TIME=20 DRYO2

制作垫氧，温度为900摄氏度，干氧环境，氧化20分钟

DEPOSIT NITRIDE THICKNESS=0.1

制作氮化物，厚度为0.1μm

DIFFUSE TEMP=1000 TIME=360 WETO2

制作场氧，温度为1000摄氏度，湿氧氧化360分钟

ETCH NITRIDE ALL

氧化完毕后刻蚀所有氮化物

IMPLANT BORON ENERGY=40 DOSE=1E12

ETCH OXIDE ALL

$Vt调整注入，杂质为硼，注入能量为40KeV，计量为1x10¹²cm^-2，然后刻蚀所有氧化层

DIFFUSE TEMP=900 TIME=35 DRYO2

DEPOSIT POLYSILICON THICKNESS=0.3 DIVISIONS=4

制作栅氧，温度为900℃，干氧环境，氧化35分钟，然后淀积0.3μm厚的多晶硅

ETCH POLY LEFT P1.X=0.8 P1.Y=-0.5 P2.X=0.8 P2.Y=0.5

ETCH OXIDE LEFT P1.X=0.8 P1.Y=-0.5 P2.X=0.8 P2.Y=0.5

DEPOSIT OXIDE THICKNESS=0.02

刻蚀ETCH中：

刻蚀(0.8,-0.5)，(0.8,0.5)两点确定范围内的氧化层和多晶硅，

然后制作侧墙，淀积氧化层厚度为0.02μm

IMPLANT PHOS ENERGY=50 DOSE=5E13

LDD注入，注入磷，能量50KeV，剂量为5x10¹³cm^-2

DEPOSIT OXIDE THICK=0.2 DIVISIONS=10

淀积氧化层，厚度为0.2um,网格数为10

ETCH OXIDE DRY THICK=0.22

干法刻蚀氧化层，厚度为0.22μm

IMPLANT ARSENIC ENERGY=100 DOSE=2E15

注入源漏区，杂质为砷，注入能量100KeV，剂量2x1015cm-2

ETCH OXIDE LEFT P1.X=0.5

DIFFUSE TEMP=950 TIME=30 DRYO2 PRESS=0.02

刻蚀左侧氧化层范围为X=0至X=0.5，

干氧氧化，温度为950摄氏度，干氧环境，0.02个大气压，氧化时间为30分钟

DEPOSIT OXIDE THICK=0.3

ETCH OXIDE LEFT P1.X=0.3 P1.Y=-2 P2.Y=2

制作磷硼玻璃，氧化厚度为0.3μm，刻蚀(0,-2)，(0.3,2)两点确定区域内的氧化硅

SELECT Z=LOG10(DOPING) TITLE=”TSUPREM-4: S/D Doping Profile”

PLOT.1D X.VALUE=0 LINE.TYP=5 BOUNDARY Y.MIN=14 Y.MAX=21

$绘制源漏区掺杂浓度曲线，选择参数Z为掺杂浓度的对数，标题为”S/D Doping Profile”，

绘制一维图表，x=0处，线形为5，调整网表以适应边界的界面，Y轴范围为10¹⁴至10²¹。

DEPOSIT ALUMINUM THICK=0.5 SPACES=3

ETCH ALUMINUM RIGHT P1.X=0.6 P2.X=0.55 P1.Y=-2 P2.Y=2

STRUCTUR REFLECT RIGHT

SAVEFILE MEDICI OUT.FILE=S4EX9BS

$金属化，溅射铝，厚度为0.5μm，刻蚀右侧(0.6,-2)，(0.55,2)定义的铝，然后整个结构向右镜像，储存为S4EX9BS(medici格式)

MEDICI 部分

TITLE Example 9B - TSUPREM-4/MEDICI Interface

MESH IN.FILE=S4EX9BS TSUPREM4 ELEC.BOT POLY.ELEC Y.MAX=3

导入Tsuprem4工艺文件

RENAME ELECTR OLDNAME=1 NEWNAME=Source

RENAME ELECTR OLDNAME=2 NEWNAME=Drain

SAVE MESH OUT.FILE=MDEX9BM

重新定义电极的名称，原Tsuprem4定义的1，2电极改为源漏，然后保存电极设置

CONTACT NUMBER=Gate N.POLY

MODELS CONMOB PRPMOB FLDMOB CONSRH AUGER BGN

多晶硅作为栅极，定义物理模型

PLOT.2D GRID SCALE FILL TITLE=”Structure from TSUPREM-4”

绘制初始网格图形

PLOT.1D DOPING LOG X.START=0 X.END=0 Y.START=0 Y.END=2

+ POINTS BOT=1E14 TOP=1E21 TITLE=”S/D Profile”

绘制源漏杂质浓度分布曲线(同Tsuprem4 图2)，Y轴范围为1¹⁴~1²¹为对数坐标。

PLOT.1D DOPING LOG X.START=1.8 X.END=1.8 Y.START=0 Y.END=2

+ POINTS BOT=1E14 TOP=1E19 TITLE=”Channel Profile”

绘制沟道区杂质浓度分布

PLOT.2D BOUND SCALE FILL L.ELEC=-1 TITLE=”Impurity Contours”

绘制器件杂质的二维分布，左电极-1

CONTOUR DOPING LOG MIN=14 MAX=20 DEL=1 COLOR=2

CONTOUR DOPING LOG MIN=-20 MAX=-14 DEL=1 COLOR=1 LINE=2

Contour（轮廓）描绘各种物理量的轮廓线从 到 对数绘制

SYMB CARR=0

载流子类型为0

METHOD ICCG DAMPED

SOLVE V(Gate)=2

SYMB CARR=1 NEWTON ELECTRON

LOG OUT.FILE=MDEX9BI

分析VG=2V时的源漏I-V特性，定义初始载流子浓度为0，用ICCG和DAMPED两个参数解决零载流子模型，用NEWTON模型继续求解零载流子浓度为1时的器件模型，保存求解结果

SOLVE V(Drain)=0.0 ELEC=Drain VSTEP=0.1 NSTEP=2

SOLVE V(Drain)=0.5 ELEC=Drain VSTEP=0.5 NSTEP=5

COMMENT Plot results

PLOT.1D X.AXIS=V(Drain) Y.AXIS=I(Drain) TOP=2.2E-5

+ TITLE=”Ids vs. Vds” COLOR=2 POINTS

LABEL LABEL=”Vgs = 2V” COLOR=2

求解漏极电压为0V，0.1V，0.2V，0.5V，1V，1.5V，2.0V，2.5V，3.0V时的源漏I-V特性，绘制I-V特性曲线，曲线的Y轴为线形坐标，最大值为2.2x10-5，绘制结果如图8所示，可以很清楚地看到器件工作的线性区和饱和区

离子注入后的Diffusion是退火推结用的

退火在离子注入之后紧接着的步骤

有氧气，diffusion为氧化