天津工业大学毕业实践实习报告N沟道MOS管工艺模拟与器件模拟班级：电科1103学号：***********名：***成绩：2015年4月1日一、实践目的熟练氧化、离子注入与扩散工艺，使用Silvaco软件进行模拟，掌握CMOS 工艺流程。
学会用Silvaco软件提取MOS晶体管的各种参数，掌握用SILVACO 工具对MOS晶体管进行器件模拟二、实践要求1、用Anthena构建一个NMOS管，要求沟道长度不小于0.8微米，阈值电压在-0.5v 至 1V之间。
2、工艺模拟过程要求提取S/D结结深、阈值电压、沟道表面掺杂浓度、S/D区薄层电阻等参数。
3、进行器件模拟，要求得到NMOS输出特性曲线族以及特定漏极电压下的转移特性曲线，并从中提取MOS管的阈值电压和β值。
4、分析各关键工艺步骤对器件性能的影响。
三、操作步骤1、启动silvaco软件。
2、创建一个网格并定义衬底的参数。
3、由于本实验运用了cmos工艺，所以先在衬底上做一个p阱，严格定义p阱的浓度，注入能量，以及阱区的推进。
4、生长栅氧化层，严格控制各参数。
diffus time=10 temp=950 dryo2 press=1.00 hcl.pc=35、淀积多晶硅，其厚度为0.2um。
6、刻蚀掉x=0.35左面的多晶硅，然后低剂量注入磷离子，形成轻掺杂层，剂量为3e13，能量为20kev。
7、淀积氧化层，然后再进行刻蚀，以进行下一步的源漏区注入。
8、进行源漏砷离子的注入，剂量为4e15，能量为40kev。
9、淀积铝，形成S/D金属接触。
10、进行向右镜像操作，形成完整的nmos结构并定义电极。
11、抽取源漏结深，阈值电压，n+区薄层电阻，沟道表面掺杂浓度，轻掺杂源漏区的薄层电阻等参数。
12、描述输出特性曲线并绘出。
13、描述转移特性曲线并绘出，同时从中提取MOS管的阈值电压和β值。
四．测试结果4.1 测试结果分析4.1.1.工艺图4.1.2.获取器件参数在这一部分，我们将提取这半个NMOS结构的一些器件参数,这些参数包括：a.结深b.N++源漏方块电阻c.边墙下LDD区的方块电阻d.长沟阈值电压计算结深计算结深的语句如下：extract name="nxj" xj silicon mat.occno=1 x.val=0.1 junc.occno=1获取N++源/漏极薄层电阻extract name="n++ sheet rho" sheet.res material="Silicon"mat.occno=1 x.val=0.05 region.occno=1测量沟道阈值电压extract name="n1dvt" 1dvt ntype vb=0.0 qss=1e10 x.val=0.49在这条extract语句中，1dvt指测量一维阈值电压；ntype指器件类型；x.val=0.49为器件沟道内一点；qss=1e10指浓度为1e10cm-3的表面态电荷；vb=0.0栅极偏置0V。
沟道表面掺杂浓度extract name="chan surf conc" surf.conc impurity="Net Doping" \ material="Silicon" mat.occno=1 x.val=0.45抽取参数nxj=0.34326 umn++ sheet rho=73.3932 ohm/squaren1dvt=0.607028 Vchan surf conc=6.14477e+016 atoms/cm3 4.1.3. NMOS输出特性曲线族ATLAS> # extract max current and saturation slope ATLAS>EXTRACT> init infile="nmos4.log"EXTRACT> extract name="nidsmax" max(i."drain") nidsmax=0.000442929EXTRACT> extract name="sat_slope"slope(minslope(curve(v."drain",i."drain")))sat_slope=1.47523e-005EXTRACT> quit抽取参数nidsmax=0.000442929sat_slope=1.47523e-0054.1.4. 转移特性曲线4.1.5. 提取MOS管的阈值电压和 值抽取参数nvt=0.583053nbeta=0.000113053nsubvt=0.08681594.2 Silvaco模拟仿真NMOS流程4.2.1.ATHENA的NMOS工艺仿真1. 衬底初始化默认情况下，材料为Silicon并且其晶向为<100>硅材料掺杂质Boron，这样就选择了硼为衬底的掺杂杂质，设置背景掺杂浓度为：1.0x1014atom/cm3。
选择space.mul=2。
这将强制使得仿真在两维中进行初始化信息如下所示。
#InitialSiliconStructurewith<100>Orientationinit silicon c.boron=1.0e14 orientation=100 two.d2 栅氧化将要在硅片的表面生长一层栅氧化层，这个工艺条件为950度下干氧氧化11分钟，环境为3%的HCL，一个大气压语句如下：#GateOxidationDiffu stime=11 temp=950 dryo2 press=1.00 hcl.pc=33 阈值电压调整我们将实现一个阈值电压调节注入的工艺，它是通过能量为10KeV，剂量为2x1011cm-2实现的。
硼杂质的掺杂分布将会如图所示显现出来。
4. 淀积多晶硅栅在NMOS工艺中，多晶硅的厚度约为0.22um。
语句如下：depo poly thick=0.22 divi=10 这里需要10个网络层来仿真杂质在多晶硅层中的传输。
5 多晶硅栅定义在NMOS工艺中，多晶硅的厚度约为0.22um。
语句如下：depo poly thick=0.22 divi=10 这里需要10个网络层来仿真杂质在多晶硅层中的传输。
6多晶氧化接下来定义多晶硅的栅极，将多晶硅栅极网格边缘定义为x=0.35um，中心网格定义为0.8um。
对多晶硅从左边x=0.35um开始刻蚀。
etch poly left p1.x=0.35刻蚀后的图形如下图：7 多晶掺杂在定义好多晶栅后，接下来的步骤是多晶注入前的多晶氧化多晶氧化。
氧化条件是3分钟，900度，1个大气压下的湿法氧化。
fermi模型通常用于没有损伤的衬底，并且掺杂浓度小于1x1020cm-3。
由于氧化是在一个图形化（即非平面）以及没有损伤的多晶上进行的，所以使用的模型将会是fermi以及compress，而compress模型用于模拟非等平面结构和2维的氧化工艺。
语句为：diffuse time=3 temp=900 weto2 press=1.08 侧离氧化层淀积在源极和漏极植入之前，需要进行侧墙隔离氧化层的淀积。
淀积的厚度为0.12um。
depo oxide thick=0.120 divisions=89侧墙氧化隔离的形成为了形成氧化隔离，必须进行干刻蚀。
刻蚀厚度为0.12um。
语句如下：etch oxide dry thick=0.12010源/漏极注入和退火现在，我们来通过注入砷进行源漏的注入，这会形成晶体管的n+源漏。
源漏注入砷注入的剂量使用：3x1015cm-3，注入能量为：50KeV.implant arsenic dose=5.0e15 energy=50 pearson源漏注入后接下来将是快速退火工艺，条件是：氮气气氛，1分钟，900度，1个大气压method fermi compressdiffuse time=1 temp=900 nitro press=1.011 金属化在形成源漏区域以后，下个工艺步骤是金属化这个区域金属化。
金属化工艺步骤是首先在源漏区域形成接触孔窗口。
为了在源漏区域形成接触孔窗口，将氧化层在x=0.2μm的位置刻蚀到左边etch oxide left p1.x=0.212获取器件参数在这一部分，我们将提取这半个NMOS结构的一些器件参数,这些参数包括：a.结深b.N++源漏方块电阻c.边墙下LDD区的方块电阻d.长沟阈值电压计算结深计算结深的语句如下：extract name="nxj" xj silicon mat.occno=1 x.val=0.1 junc.occno=1获取N++源/漏极薄层电阻extract name="n++ sheet rho" sheet.res material="Silicon"mat.occno=1 x.val=0.05 region.occno=1测量沟道阈值电压extract name="n1dvt" 1dvt ntype vb=0.0 qss=1e10 x.val=0.49在这条extract语句中，1dvt指测量一维阈值电压；ntype指器件类型；x.val=0.49为器件沟道内一点；qss=1e10指浓度为1e10cm-3的表面态电荷；vb=0.0栅极偏置0V。
沟道表面掺杂浓度extract name="chan surf conc" surf.conc impurity="Net Doping" \ material="Silicon" mat.occno=1 x.val=0.45抽取参数nxj=0.34326 umn++ sheet rho=73.3932 ohm/squaren1dvt=0.607028 Vchan surf conc=6.14477e+016 atoms/cm313 半个NMOS结构的镜像前面构建了半个NMOS结构，要得到完整的结构，就需要在向器件仿真器输出结构或电极命名之前完成。
语句如下：structure mirror right14保存ATHENA结构文件完成设计之后有必要对结构进行保存及初始化。
点击Save建立新的文件名nmos.str。
在文本编辑区里输入如下语句：structure outfile=nmos.str4.2.2. 使用ATLAS的NMOS器件仿真1 概述在这一部分，我们将对一个NMOS器件结构进行器件仿真1.产生简单的Vds=0.1V偏压下的曲线：Idvs.Vgs2.提取器件参数，例如Vt,Beta和Theta.d13.产生不同Vgs偏置情况下的Idvs.Vds曲线簇2 模型命令集(1) 设置模型对于简单的MOS仿真，推荐使用参数SRH和CVTSRH是ShockleyReadHall复合模型，而CVT模型是来自于Lombardi的反型层模型，这个CVT模型设置了通用的迁移率模型，包括了浓度、温度、平行电场和横向电场的影响。