微电子器件与工艺模拟实验讲义
高云、杨维明、叶葱、汪宝元
湖北大学物理学与电子技术学院
PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 www.fineprint.cn
实验目录
Experiment 1. Thin Film Resistor: Creating an Thin Film Resistor Using ATHENA 2
Experiment 2. Zener Diode 10
Experiment 3. MS Junction: Creating a M-S Junctiong Using ATLAS 12
Experiment 4. NMOS Device :Creating a NMOS Device using ATHENA 15
Experiment 5. NMOS Device :NMOS Device simulation using ATLAS 30
Experiment 6. NMOS Devise: Creating a NMOS Devise using DEVEDIT 39
Experiment 7. MESFET Device 50
Experiment 8. BJT Device 66
Experiment 9. Solar Cell 79
Experiment 10. TFT 92
Appendix A: ATLAS 中常用 STATEMENTS及其部分参数 100
Appendix B: IC 制造工艺简述 107
1
PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 www.fineprint.cn
Experiment 1. Thin Film Resistor: Creating an Thin Film Resistor Using ATHENA
基础知识
e.g.p 型 Si 上制作一个 n+ poly-Si 型电阻
根据电阻公式:
R
==
r
l
Shw
l
r
(1.1)
进一步,
R
r=
=
(
l
1
)
hw
l
R
0
w
(1.2)
其中,R0 称作方块电阻.也就是说,薄膜电阻为方块电阻乘以长宽比.
控制电阻材料的电阻率和材料厚度,可以得到适度的方块电阻,在平面工艺中,控制长宽比,就可以得
到需要的电阻阻值.
目标结构
图 1.1 完整的薄膜电阻结构
结构参数
衬底: 0.6um×0.8um, Si, p 型, 浓度 1×1014cm-3
氧化层: 厚度 0.04um
2
PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 www.fineprint.cn
多晶硅层: 厚度 0.2um, n 型, 浓度 1×1015cm-3
模拟程序
1. 定义网格
a. 在 DECKBUILD 下运行 ATHENA.
b. 在文本窗口输入如下语句:
c. 打开网格定义窗口:右键点击 Commands—>选 Mesh Define...
d. 在打开的 Mesh Define 界面,Direction 一栏默认为 X, Location 一栏输入 0.00 (输入后切记记
得按回车键.后面的也是如此.不再赘述.),Spacing 一栏输入 0.10,Comment 一栏输入 Non-unifrom
Grid (0.6um×0.8um),如下图:
go athena
图 1.2 定义网格参数
e. 单击 Insert 按钮.
f. 重复上面两步,实现 Location=0.20 时 Spacing=0.01;Location=0.60 时 Spacing=0.01.
g. 现在设置 Y 方向上的网格,在 Direction 一栏单击 Y.其他步骤同 d,e 步骤,实现如下设置:
3
PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 www.fineprint.cn
图 1.3 Y 方向网格定义
h. 单击 View...按钮,即可看到网格分布窗口.(注意总共产生了 1786 个格点和 3404 个三角形.)
i. 单击 WRITE.在 DECKBUILD 中看到的语句将如下所示:
go athena
#Non-unifrom Grid (0.6um ×0.8um)
line x loc=0.00 spac=0.10
line x loc=0.20 spac=0.01
line x loc=0.60 spac=0.01
#
line y loc=0.00 spac=0.008
line y loc=0.2 spac=0.01
line y loc=0.5 spac=0.05
line y loc=0.8 spac=0.15
2. 定义衬底
a. 打开 ATHENA Mesh Initialize菜单:右键点击 Commands—>Mesh Initialize.
b. 在弹出的窗口作出如下选择:
Material: Silicon
Orientation: 100
Impurity: Boron
Concentration: By Concentration
1.0e14
Dimensionality: 2D
Grid scaling factor: 1.0
Comment: Initial Silicon
3. 生成氧化层
接下来,我们将要在硅表面上在 1000℃、3%HCL、1 个大气压条件下采用干氧法持续 30 分钟
成长一层氧化层.
先后选择“Commands—>Process—>Diffuse”打开 ATHENA Diffuse菜单.选择或输入以下:
Time(minutes): 30
Temperature(C):1000
Ambient: Dry O2
Gas pressure (atm): 1.0
Hcl %:3
Comment: Gate Oxidation
4. 提取氧化层厚度
依次选择“Commands—>Extract”进入 ATHENA Extract菜单.选择或输入以下:
Extract: Material thickness
Name: Oxidethick
Material: SiO~2
Extract location: X=0.3
4
PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 www.fineprint.cn
图 1.4 高亮氧化层厚度语句
提取氧化硅的厚度:419.388 埃.
5. 优化氧化层厚度.
先后单击“Main Control—>Optimizer”即进入 DECKBUILD Optimizer 界面.
在 Mode 为 Setup 下,选择最大误差为 1%——“Maximum error(%)=1”(Stop criteria 一栏下).
改 Mode 为 Parameters.在本例中,栅氧厚度 优化参数选择温 度和压强.为此,我们得回到
DECKBUILD 中并高亮“diffuse time=30 temp=1000 dryo2 press=1.00 hcl.pc=3”(如下图).然后再
回到 Optimizer,依次选择“Edit—>Add”,选 temp 和 press 项,单击 Apply.
图 1.5 高亮扩散语句
改 Mode 为 Targets.Optimizer 将用 DECKBUILD 中 Extract 语句定义优化目标.因此,再次回到
DECKBUILD 文本窗口并高亮 extract 一句.在再回到 Optimizer 时,选“Edit—>Add”,在 Target value
栏输入目标值“400”.
5
PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 www.fineprint.cn
接着 Mode 选择 Graphics, 点击 Optimize, 即可从图中看见优化的全过程:
图 1.6 高亮优化目标
1.7 优化过程
接着, Mode 选择 parameters 点击 Edit 菜单选择“copy to Deck”, 优化后的温度和气压值将拷贝
至文本窗口中.
6. 沉积多晶硅层
接下来,用共形沉积法沉积 0.2 微米厚的多晶硅.步骤如下:
a. 首先打开 ATHENA Deposit菜单——依次选“Process—>Deposit—>Deposit...”即可.
6
PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 www.fineprint.cn
b. 选择或输入以下:
Type: Conformal
Thickness (um):0.2
Total number of grid layers: 10
7. 离子注入
a.选“Commands—>Process—>Implant...”打开 ATHENA Implant菜单.
b.选择或输入以下:
Impurity: Arsenic
Dose (ions/cm2): 1.0e15
Energy (KeV): 40
Model: Dual Pealson
Tilt (degrees): 7
Rotation (degrees): 30
Material type: Crystaline
8. 退火处理
先后选择“Commands—>Process—>Diffuse”打开 ATHENA Diffuse 菜单.在时间、温度、环
境气氛、气压、Diffusion 模型栏分别输入或选择 2、1000、氮气、1、Fermi.
9. 提取方块电阻阻值
a. 打开 ATHENA Extract菜单——依次选择“Commnds—>Extract”即可.
b.选择提取参量: Sheet resistance.其他变量选择如下:
图 1.8 提取方块电阻时的参数选择
c.单击 WRITE 及 Cont.可以得出方块电阻为 77.8174ohm/square.(如下图所示.)
7
PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 www.fineprint.cn