集成电路实验.docx

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集成电路实验

电子科技大学微固学院

标准实验报告

（实验）课程名称集成电路设计实验

电子科技大学教务处制表

电子科技大学

实验报告

学生姓名：

学号：

指导教师：

实验地点：

实验时间：

一、实验室名称：

集成电路设计中心

二、实验项目名称：

工艺仿真

三、实验学时：

4

四、实验目的与意义

随着IT产业的迅猛发展，微电子集成电路在通讯、计算机及其他消费类电子产品中的重要地位日益突出，而IC的生产和设计技术水平是决定IC芯片性能的两大要素。

目前，IC设计主要沿正向和逆向设计两条技术路线继续发展，该实验为正向设计中的必须环节，使能基本掌握IC工艺仿真。

本实验其目的在于：

根据实验任务要求，综合运用课程所学知识自主完成相应工艺仿真。

通过该实验，使掌握工艺仿真流程，加深对课程知识的感性认识，增强的设计与综合分析能力，进而为今后从事科研、开发工作打下良好基础。

五、实验内容及步骤

第一步：

生长常氧和栅氧

1．如图所示：

$TMATSUPREM4NMOStransistorsimulation

$Parta:

Throughfieldoxidation

$Definethegrid

MESHGRID.FAC=1.5

$METHODERR.FAC=2.0

$Readthemaskdefinitionfile

MASKIN.FILE=s4ex4m.tl1PRINTGRID="Field,Poly"

$Initializethestructure

INITIALIZE<100>BORON=5E15

$Initialoxidation

DIFFUSIONTIME=30TEMP=1000DRYHCL=5

$Nitridedepositionandfieldregionmask

DEPOSITNITRIDETHICKNESS=0.07SPACES=4

DEPOSITPHOTORESISTPOSITIVETHICKNESS=1

EXPOSEMASK=Field

DEVELOP

ETCHNITRIDETRAP

ETCHOXIDETRAPUNDERCUT=0.1

ETCHSILICONTRAPTHICKNES=0.25UNDERCUT=0.1

$Boronfieldimplant

IMPLANTBORONDOSE=5E12ENERGY=50TILT=7ROTATION=30

ETCHPHOTORESISTALL

$Fieldoxidation

METHODPD.TRANSCOMPRESS

DIFFUSIONTIME=20TEMP=800T.FINAL=1000

DIFFUSIONTIME=180TEMP=1000WETO2

DIFFUSIONTIME=20TEMP=1000T.FINAL=800

ETCHNITRIDEALL

$Unmaskedenhancementimplant

IMPLANTBORONDOSE=1E12ENERGY=40TILT=7ROTATION=30

$Savestructure

SAVEFILEOUT.FILE=S4EX4AS

$PlottheinitialNMOSstructure

SELECTZ=LOG10（BORON）TITLE="LDDProcess-NMOSIsolationRegion"

PLOT.2DSCALEGRIDC.GRID=2Y.MAX=2.0

PLOT.2DSCALEY.MAX=2.0

$Colorfilltheregions

COLORSILICONCOLOR=7

COLOROXIDECOLOR=5$Plotcontoursofboron

FOREACHX（15TO20STEP0.5）

CONTOURVALUE=XLINE=5COLOR=2

END

$Replotboundaries

PLOT.2D^AX^CL

$Printdopinginformationunderfieldoxide

SELECTZ=DOPING

PRINT.1DX.VALUE=4.5X.MAX=3

第二步：

局部氧化注入和生长栅极

2．程序如下：

$TMATSUPREM4NMOStransistorsimulation

$Partb:

Throughsource/drainmetallization

$Setgridspacingandaccuracyparameters

MESHGRID.FAC=1.5

$METHODERR.FAC=2.0

$Readstructurefrominitialsimulation

INITIALIN.FILE=S4EX4AS

$Readthemaskdefinitionfile

MASKIN.FILE=s4ex4m.tl1

$Definepolysilicongate

MATERIALMAT=POLY^POLYCRYS

DEPOSITPOLYSILICONTHICK=0.4SPACES=2

DEPOSITPHOTORESISTTHICK=1.0

EXPOSEMASK=Poly

DEVELOPETCHPOLYSILICONTRAPTHICK=0.7ANGLE=79

ETCHPHOTORESISTALL

$Oxidizethepolysilicongate

DIFFUSIONTIME=30TEMP=1000DRYO2

$LDDimplantata7-degreetilt

IMPLANTARSENICDOSE=5E13ENERGY=50TILT=7.0ROTATION=30IMPL.TAB=ARSENIC

$Plotstructure

SELECTZ=LOG10（BORON）TITLE="LDDProcess-AfterLDDImplant"

PLOT.2DSCALEY.MAX=2.0

$Addcolorfill

COLORSILICONCOLOR=7

COLOROXIDECOLOR=5

COLORPOLYCOLOR=3

$Plotcontours

FOREACHX（15TO18STEP0.5）

CONTOURVALUE=XLINE=5COLOR=2

END

SELECTZ=LOG10（ARSENIC）

FOREACHX（16TO20）

CONTOURVALUE=XLINE=2COLOR=4

END

$Replotboundaries

PLOT.2D^AX^CL

$Definetheoxidesidewallspacer

DEPOSITOXIDETHICK=0.4

ETCHOXIDETHICK=0.45TRAP

$HeavyS/Dimplantata7-degreetilt

IMPLANTDOSE=1E15ENERGY=200ARSENICTILT=7.0ROTATION=30

$Annealtoactivatethearsenic

DIFFUSIONTIME=15TEMP=950

$DepositBPSGandcutsource/draincontactholes

DEPOSITOXIDETHICKNES=0.7

DEPOSITPHOTORESISTPOSITIVETHICKNESS=1.0

EXPOSEMASK=Contact

DEVELOP

ETCHOXIDETHICKNESS=1.0TRAPANGLE=75

ETCHPHOTORESISTALL

$Definethemetallization

DEPOSITALUMINUMTHICKNESS=1.0

DEPOSITPHOTORESISTPOSITIVETHICKNESS=1.0

EXPOSEMASK=Metal

DEVELOP

ETCHALUMINUMTRAPTHICKNESS=1.5ANGLE=75

ETCHPHOTORESISTALL$Savethefinalstructure

SAVEFILEOUT.FILE=S4EX4BS

$PlotthehalfNMOSstructure

SELECTZ=LOG10（BORON）TITLE="LDDProcess-HalfofNMOSStructure"

PLOT.2DSCALEY.MAX=2.0GRIDC.GRID=2

PLOT.2DSCALEY.MAX=2.0

$Colorfill

COLORSILICONCOLOR=7

COLOROXIDECOLOR=5

COLORPOLYCOLOR=3

COLORALUMCOLOR=2

$Plotcontours

FOREACHX（15TO18STEP0.5）

CONTOURVALUE=XLINE=5COLOR=2

END

SELECTZ=LOG10（ARSENIC）

FOREACHX（15TO20）

CONTOURVALUE=XLINE=2COLOR=4

END

$Replotboundaries

PLOT.2D^AX^CL

$Printdopingthroughdrain

SELECTZ=DOPING

PRINT.1DLAYERSX.VALUE=2

第三步：

生长金属布线

3.程序如下：

$TMATSUPREM4NMOStransistorsimulation

$Partc:

Formationofcompletestructure

$Readrighthalfofstructure

INITIALIN.FILE=S4EX4BS

$Reflectabouttheleftedgetoformthecompletestructure

STRUCTUREREFLECTLEFT

$PlotthecompleteNMOSstructure

SELECTZ=LOG10（BORON）TITLE="Example4-CompleteNMOSStructure"

PLOT.2DSCALEY.MAX=2.0Y.MIN=-3.0

$Colorfill

COLORSILICONCOLOR=7

LABELX=-4.1Y=-2.5LABEL="Silicon"SIZE=.3C.RECT=7W.RECT=.4H.R=.4

COLORPOLYSILICOLOR=3

LABELX=-1.8Y=-2.5LABEL="Polysilicon"SIZE=.3C.RECT=3W.RECT=.4H.R=.4

COLOROXIDECOLOR=5

LABELX=1.2Y=-2.5LABEL="Oxide"SIZE=.3C.RECT=5W.RECT=.4H.R=.4

COLORALUMINUMCOLOR=2LABELX=3.2Y=-2.5LABEL="Aluminum"SIZE=.3C.RECT=2W.RECT=.4H.R=.4

$Plotcontours

FOREACHX（15161718）

CONTOURVAL=XLINE=5COLOR=2

END

SELECTZ=LOG10（ARSENIC）

FOREACHX（151617181920）

CONTOURVAL=XLINE=3COLOR=4

END

$Replotboundaries

PLOT.2D^AX^CL

SAVEFILEOUT.FILE=S4EX4CS

4.程序如下：

$TSUPREM-4-ElectricalExtraction

$ReadstructurefromExample4

INITIALIN.FILE=S4EX4CS

$PartA:

Thresholdvoltage

$Extractthegatebiasvs.thesheetconductanceinchannelregion

$--VBS=0V

ELECTRICX=0.0THRESHOLDNMOSV="020.1"OUT.FILE=S4EX4DS1

$--VBS=-2.5V

ELECTRICX=0.0THRESHOLDNMOSV="030.05"VB=-2.5+

OUT.FILE=S4EX4DS2

$PlottheVgsvsIds

$--DefinethescaletoconvertthesheetconductancetothecurrentASSIGNNAME=LchN.VAL=1.2

ASSIGNNAME=WchN.VAL=25.0

ASSIGNNAME=VdsN.VAL=0.1

ASSIGNNAME=ScaleN.VAL=（@Vds*@Wch/@Lch）

$--Plot

SELECTTITLE="Vgsvs.Ids"

VIEWPORTX.MAX=0.5

PLOT.1DIN.FILE=S4EX4DS1Y.SCALE=@Scale+

Y.LABEL="I（Drain）（Amps）"X.LABEL="V（Gate）（Volts）"+

TOP=1E-4BOT=0RIGHT=3.5COLOR=2

PLOT.1DIN.FILE=S4EX4DS2Y.SCALE=@Scale^CL^AXCOLOR=3LINE=2

LABELLABEL="Vbs=0"X=1.9Y=8E-5RIGHT

LABELLABEL="Vbs=-2.5"X=2.3Y=0.2E-5LEFT

$PartB:

C-VplotforMOScapacitance

$Extractthecapacitance

$--HighFrequency

ELECTRICX=0.0MOSCAPNMOSV="-550.2"OUT.F=S4EX4DS3

$--LowFrequency

ELECTRICX=0.0MOSCAPNMOSV="-550.2"LOWOUT.F=S4EX4DS4

$--Deepdepletion

ELECTRICX=0.0MOSCAPNMOSV="-550.2"DEEP

$PlottheC-Vcurve

SELECTTITLE="MOSC-V"

VIEWPORTX.MIN=0.5Y.MIN=0.51

PLOT.1DELECTRICCOLOR=2TOP=1E-7BOT=0LEFT=-6RIGHT=6+

X.OFF=1.5^CL

PLOT.1DIN.FILE=S4EX4DS3^CL^AXCOLOR=3LINE=2

PLOT.1DIN.FILE=S4EX4DS4^CL^AXCOLOR=4LINE=3

LABELLABEL="Low"X=3Y=8.3E-8

LABELLABEL="High"X=3Y=3.7E-8

LABELLABEL="Deep"X=3Y=0.7E-8

$PartC:

JunctionCapacitance

$ExtracttheS/D（area）junctioncapacitance

ELECTRICX=2.0JCAPJUNCTION=1V="050.5"

SELECTTITLE="S/DJunctionC"

VIEWPORTX.MIN=0.5Y.MAX=0.49

PLOT.1DELECTRICCOLOR=2+

TOP=2.5E-8BOT=0LEFT=-1

RIGHT=6

X.OFF=1.5^CL

六、实验总结

通过该实验，对工艺流程有了进一步认识，通过对工艺仿真程序的阅读，加深对各个工艺步骤的理解。