Основные команды программы DIOS

В данном разделе приведены основные команды DIOS в порядке их использования в командном файле с описанием важнейших параметров. Интерпретатор DIOS не чувствителен к регистру, т.е. diffuse и DiFFuSe – это одно и то же. Практически все команды можно сокращать, и при описании минимальное сокращение будет выделено заглавными буквами (DIFFuse – можно сократить diff). DIOS считает комментариями строки, начинающиеся со знаков! и #. Как и все программы ISE TCAD, интерпретатор DIOS абсолютно не воспринимает русский алфавит.

 

TITLE(‘name_command_file’) – заголовок командного файла. Эта команда должна быть первой в командном файле.

Пример: Title(‘nmos transistor’)

LOAD(file=’имя_файла’) – данная команда применяется для загрузки ранее смоделированной структуры.

Пример: load(file=’test’)

 

GRID(x=(x_min, x_max), y=(y_min, y_max), nx=number) – определение прямоугольной области моделирования. Здесь x_min, x_max, y_min, y_max – координаты левой, правой, нижней и верхней границ области моделирования, по умолчанию в микронах. DIOS использует следующую систему координат: ось Х направлена слева направо, ось Y направлена снизу вверх. Параметр nx задает количество ячеек начальной расчетной сетки. Вместо него можно использовать параметр dx, определяющий максимальный размер ячейки вдоль оси х. Можно также использовать аналогичные параметры ny и dy.

Примеры:

Grid(x=(0, 50), y=(-100, 0), nx=10)

Grid(x=(-10, 10), y=(-200, 5), dx=50nm)

SUBStrate(ORIentation=100, ELEMent=тип_примеси, CONCentration = концентрация_примеси, ysubs=number) – определение свойств кремниевой подложки: ORIentation задает кристаллографическую ориентацию подложки 100, 110 или 111; ELEMent – тип легирующей примеси подложки (B, P, Sb, As и др.); CONCentration – концентрация легирующей примеси в подложке (по умолчанию в см^-3), при этом вместо концентрации примеси можно задать удельное сопротивление rho (по умолчанию в Ом·см); ysubs – задает координату y верхней границы подложки.

Примеры:

SUBStrate(ORIentation=100, ELEMent=B, CONCentration=1.43e15, ysubs=0.0)

SUBStrate(ORIentation=110, ELEMent=P, rho=10, ysubs=5.0)

REPLace(Control(NGRAphic=number)) – одно из возможных применений команды Control. С помощью этой команды, имеющей большое количество параметров, осуществляется управление ходом моделирования, например, адаптацией расчетной сетки. Параметры Control задаются с помощью команды Replace в любой точке командного файла после команды Title. В приведенном виде команда запускает графический режим работы DIOS. Параметр NGRAphic задает число шагов, через которое содержимое графического окна будет обновляться. Для наглядности целесообразно выбрать ngra=1.

 

GRAPHic(…, Plot) – команда открывает графическое окно DIOS. Если не использовать эту команду, графическое окно все же будет запущено автоматически при условии, что была задана команда Replace(Control(NGRAphic=number)). Параметр Plot, обновляющий содержимое графического окна, обязательный, без него команда не будет работать.

Основные параметры:

SPEcies – задание типа примеси, распределение концентрации которой будет отображаться;

Triangle=On/Off – включение/выключение отображения сетки;

SCale(XLeft, XRight, YBottom, YTop) – определение размеров прямоугольной области просмотра;

Zscale – задает список значений для изолиний в графическом окне.

Примеры:

Graphic(SCale(XLeft=0.1, XR=0.2, YTop=0, YBot=-1), Plot)

Graphic(Zscale=(1e15, 1e16, 1e17, 1e18), SPec(BTot), Plot)

Graphic(Triangle=on, Plot)

Comment('фраза') – задание нового заголовка графического окна. Эту команду удобно использовать для комментирования хода моделирования.

 

Break – приостановка расчета. Возобновление осуществляется кнопкой Go графического окна.

 

IMPLantation(ELEMent=тип_примеси, ENergy=number, Dose=number) – команда для моделирования ионной имплантации. Обязательные параметры:

ELEMent – определяет тип примеси, используемой для легирования;

ENergy – задание энергии имплантируемых ионов (по умолчанию в кэВ);

Dose – доза имплантации (по умолчанию см^-2, для использования дозы в мкКл/см² используется выражение number/1.6e-19).

Дополнительно используются следующие параметры:

Tilt – наклон пучка ионов относительно перпендикуляра к поверхности подложки (по умолчанию 7 градусов);

ROTation – угол поворота подложки при HALO-имплантации, т.е. при вращении подложки относительно оси, перпендикулярной поверхности подложки. Имплантация при этом производится наклонным пучком;

FUNCtion –функция распределения концентрации имплантированных ионов в главном направлении перпендикулярно поверхности подложки. Наиболее часто используемые функции распределения примесей:

Gauss – гауссиана (по умолчанию);

GK – гауссиана с нелинейным экспоненциальным хвостом;

PEarson – распределение Пирсон IV;

P4S – распределение Пирсон IV с линейным экспоненциальным хвостом;

P4К – распределение Пирсон IV с нелинейным экспоненциальным хвостом;

CrystalTrim – распределение, рассчитанное по методу Монте-Карло.

LateralFunction – функция распределения концентрации имплантированных ионов в латеральном направлении (параллельно поверхности подложки), можно использовать только две функции – Gauss (по умолчанию) и PEarson.

Примеры:

implantation(element=B, dose=1e15, energy=60)

impl(elem=P, dose=100/1.6e-19, en=90, tilt=0, func=pe, lateralfunction=pe)

Возможно глобальное задание параметров имплантации, например:

impl: (func=p4k, lateralfunction=pe).

При этом для всех нижеследующих команд имплантации будут использоваться заданные параметры как параметры по умолчанию, если в команде не заданы явно другие параметры;

 

DIFFusion(TEmperature=number, Time=number) – данная команда используется для моделирования всех высокотемпературных операций: диффузии примесей, окисления, эпитаксии. Основные параметры:

TEmperature – температура операции, по умолчанию в градусах Цельсия, возможно задание начальной и конечной температуры (temp1, temp2) или списка температур через заданные интервалы времени (temp1, ..., tempN);

Time – время операции, по умолчанию в минутах, а также возможно задание списка интервалов времени (t1, t2, ..., t(N-1));

TempRate – скорость изменения температуры (в К/мин);

ATMOsphere – определение атмосферы, в которой проводится операция; чаще всего используются:

N2 – инертная атмосфера (по умолчанию);

H2O – окисление во влажном кислороде;

О2 – окисление в сухом кислороде;

НСL – окисление с добавкой хлороводорода (используется совместно с Н2О или О2);

EPI – эпитаксиальное наращивание;

Flow – при использовании потока газов (по умолчанию в л/мин);

Concentration – определение концентрации примеси в газе при моделировании диффузии из газовой фазы или в эпитаксиальном слое при моделировании эпитаксиального наращивания;

ELEMent – определение типа примеси при эпитаксиальном наращивании или диффузии;

GrowthRate – скорость наращивания эпитаксиального слоя (в нм/мин);

ModDiff – задание модели диффузии: PairDiffusion, SemiCoupled, LooselyCoupled, Equilibrium, Conventional; модели перечислены в порядке уменьшения количества учитываемых эффектов и ухудшения точности. Возможно также задание моделей кластеризации бора и фосфора: Si: (B: (ModClust=Equilibrium)), Si: (P: (ModClust=Equilibrium)). Здесь Equilibrium – это одна из моделей кластеризации, удовлетворительная по точности и затратам времени на расчет.

Аналогично параметрам команды IMPLantation моделирования ионной имплантации, можно задать глобальные параметры команды diffusion:

diff: (moddiff=pairdiffusion, Si: (B: (ModClust=Equilibrium)), Si: (P: (ModClust=Equilibrium)))

 

Примеры использования команды diffusion:

diff(temperature=1000, time=10)

diff(te=900degC, time=35s, atmo=H2O)

diff(time=(10, 20, 5), te=(900, 950, 1100, 1000), flow(H2O=1, HCL=2))

diff(time=20, te=(1000, 1100), moddiff=semicoupled)

diff(time=20, atmo=epi, growthrate=300, te=1190, elem=B, conc=2e15)

MASK(MATerial=тип_материала, THickness=number, XLeft=number, XRight=number) – команда для моделирования фотолитографии. В качестве материала маски обычно задается фоторезист (resist), хотя можно использовать и другие материалы. Слой материала маски толщиной THickness наносится между координатами XLeft и XRight (все по умолчанию в микронах). Возможны также некоторые другие параметры.

Например:

mask(material=resist, thickness=2, xleft=0, xright=10)

mask(mat=Al, th=1000nm, xl=-10, xr=2.5)

MASK(MATerial=POLY, ELEM=P, CONC=3e19, THick=180, XLeft=0.2, XRight=0.4)

 

DEPOsit(MATerial=тип_материала, THickness=number) – команда моделирования осаждения какого-либо материала.

Основные параметры:

MATerial – тип осаждаемого материала: Si, po (поликремний), ni (или Si3N4), ox (или SiO2), Al и др.;

THickness – толщина осаждаемого материала, по умолчанию в мкм;

ELEMent – тип примеси, которой легирован осаждаемый материал;

CONCentration – концентрация примеси в осаждаемом материале.

Примеры:

deposit(material=ox, thickness=3)

depo(material=al, thickness=1000nm)

depo(material=po, thickness=450nm, elem=P, conc=1.23e18)

ETCHing(MATerial=тип_материала) – команда моделирования травления. По умолчанию травление изотропное. Травится слой, контактирующий с газовой фазой. Если не указана толщина удаляемого слоя, то удаляется весь заданный материал, контактирующий с газовой фазой. Основные параметры:

MATerial – материал, который будет травиться;

REmove – толщина стравливаемого слоя, по умолчанию в мкм;

STOP – указание границы раздела, при достижении которой на каком-либо участке поверхности травление останавливается (sigas, siox и др.);

Rate – задание типа и скорости травления (по умолчанию скорость травления в нм/мин); тип – изотропное или анизотропное (ISOtropic или ANISOtropic).

Примеры:

etching(material=resist)

etch(mat=ox, stop=(siox), rate(anisotropic=100))

etch(mat=al, remove=400nm, rate(aniso=100, iso=10))

REFLECT(…) – данная команда используется для отражения структуры относительно заданной плоскости. Обычно используется для получения полной структуры в случае моделирования половины симметричной структуры. Основные параметры:

reflect – задание х-координаты вертикальной плоскости отражения (по умолчанию в мкм);

WINdow – задание новых координат левой, правой, верхней и нижней (left, right, top, bottom) границ области моделирования, т.е. обрезка области моделирования.

Примеры:

reflect(reflect=0.0)

reflect(window(left=-4))

reflect(window(left=-10, right=20, top=15, bottom=-2))

1D(….) – команда для сохранения одномерных профилей распределения концентраций примесей. Основные параметры:

file – имя файла, в котором сохраняется профиль;

format – формат сохраняемого файла (по умолчанию с расширением *.plx);

SPEcies – список примесей, для которых будет сохранен концентрационный профиль (названия примесей как в графическом окне);

XSECTion – координата оси х, через которую будет проведено вертикальное сечение;

YSECTion – координата оси у, через которую будет проведено горизонтальное сечение;

FACtor – множитель, определяющий направление и размерность шкалы координатной оси одномерного профиля (удобно использовать -1);

RS – расчет слоевых сопротивлений пересекаемых сечением слоев. Результат при этом запишется в файл протокола, для просмотра в GENESISe – view output.

Примеры:

1d(file=gate, species(netactive), ysection(7.9), factor=-1)

1d(file=test, format=plt, spe(pactive, bactive), xsect(5.0), fac=-1)

1d(rs=on, xsect(0.0))

 

SAVE(file=имя_файла) – команда для сохранения полученной в результате моделирования структуры. По умолчанию, если не указан формат сохранения, результаты сохраняются в файл с расширением *_dio.dmp – это собственный формат DIOS. Файлы в этом формате можно использовать для дальнейшего моделирования в DIOS. По умолчанию файлы сжимаются с помощью архиватора gzip, поэтому обычно добавляется расширение *.gz. Чтобы использовать рассчитанную виртуальную структуру для моделирования электрофизических и других параметров, ее нужно сохранить в формате MDRAW:

 

save(file=structure, type=mdraw, species(……),

contacts(

contact1(name=con1, x1, y1),

......

 

contactN(name=conN, xN, yN)))

Здесь:

type – определяет формат сохранения;

species – указывает, для каких примесей распределения концентраций будут включены в сохраняемую структуру;

contacts – задание контактных областей путем перечисления с указанием названий контактов и координат любой точки в пределах материала контакта. Для использования нижней границы подложки в качестве контакта вместо задания координат используется location=bottom.

 

В качестве имени файла лучше всего использовать стандартное имя из GENESISe n@node@, которое обозначает номер узла в GENESISe. При сохранении в формате MDRAW создаются 4 файла:

*_mdr.cmd – простейший командный файл для MDRAW;

*_mdr.bnd – описание границ областей;

*_dio.grd[.gz] – файл, содержащий расчетную сетку DIOS;

*_dio.dat[.gz] – распределение примесей, привязанное к расчетной сетке.

Примеры:

save(file=final_structure)

Save(File='n@node@', Type=Mdraw, speсies(netactive, bactive, pactive),

Contacts(

contact1(name='gate', 13.25, 8.5)

contact2(name='drain', 20.0, 8.0)

contact3(name='source', 0.0, 8.0)

contact4(name='substrate', location=bottom)

)

)

 

Файл *.dmp можно просмотреть только с помощью DIOS, а пару файлов *.grd + *.dat можно просмотреть в TECPLOT. При этом нужно учитывать, что в TECPLOT используется система координат, в которой ось Y направлена вниз.

 

Пример командного файла DIOS

Ниже приведен пример командного файла DIOS для моделирования планарной технологии создания n-MOS транзистора (рис. 15):

а) выращивание тонкого подзатворного окисла в сухом кислороде;

б) осаждение поликремния;

в) формирование затворной маски с помощью фотолитографии;

г) анизотропное травление поликремния с последующим удалением фоторезиста;

д) ионное легирование примесью n-типа для создания истоковой, стоковой области и легирования поликремния;

е) диффузионная разгонка имплантированной примеси;

ж) нанесение защитных слоев SiO₂, Si₃N₄ и др.;

з) формирование с помощью фотолитографии маски для контактных окон;

и) вскрытие контактных окон и удаление фоторезиста;

к) формирование контактов.

 

 

 

 

Рис. 15. Структура простейшего нормально закрытого n-MOS транзистора.

 

 

Title('n-MOS')

 

! ---------------------------------------------------------

! ---Моделируется правая половина симметричной структуры---

 

! Определение исходной подложки заданием прямоугольной! области:

grid(x=(0.0, 4.0) y=(-10.0, 0.0), nx=10)

 

! Задание свойств кремниевой подложки:

substrate (orientation=100, element=B, conc=1e15, ysubs=0.0)

! ---------------------------------------------------------

 

! Запуск графического окна с установкой частоты! перерисовки:

Replace(Control(ngra=1))

graph(triangle=off, plot)

 

! Задание глобальных моделей имплантации и диффузии:

implantation: (function=p4, lateralfunction=pe)

diffusion: (moddiff=equilibrium, Si: (B: (ModClust=Equilibrium)), Si: (P: (ModClust=Equilibrium)))

 

! ***** Начало моделирования технологических процессов **

 

! Имплантация бора:

implant(element=B, dose=3e12, energy=20keV, tilt=0)

 

comment('Gate oxidation')

 

! Выращивание подзатворного окисла с одновременной! разгонкой бора:

diffusion(time=10, temperature=1100, atmosphere=O2)

 

comment('Polysilicon gate deposition')

 

! Осаждение поликремния:

deposit(material=po, thickness=1000nm)

 

comment('Poly gate pattern')

 

! Создание маски с помощью фотолитографии для травления! поликремния:

mask(material=resist, thickness=1000nm, xleft=0, xright=0.7)

 

comment('Poly gate etch')

 

! Травление незакрытого маской поликремния:

etching(material=po, stop=oxgas, rate(anisotropic=100))

 

! Удаление фоторезиста:

etching(material=resist)

 

comment('Poly oxidation')

 

! Окисление поликремния:

diffusion(time=15, temperature=1100, atmosphere=O2)

 

comment('Phosphorus implantation for source and drain regions')

 

! Фотолитографическое создание маски для имплантации! фосфора при создании истокой области:

mask(material=resist, thickness=1000nm, xleft=0.0, xright=1.2)

 

! Имплантация фосфора:

implant(element=P, dose=1000/1.6e-13, energy=50keV, tilt=0)

 

! Удаление фоторезиста:

etching(material=resist)

 

comment('Diffuse of phosphorus')

 

! Диффузионная разгонка фосфора в окислительной атмосфере:

diffusion(time=2, temperature=1100, atmosphere=O2)

 

comment('N+ implantation and activation of phosphorus')

graphic(plot)

 

! Легирование поликремния и подгонка границы истоковой! области, то есть самосовмещение затвора и истока:

implant(element=P, dose=500/1.6e-13, energy=50keV, tilt=0)

 

! Диффузия фосфора:

diffusion(time=3, temperature=1000, atmosphere=O2)

 

comment('Nitride spacer')

 

! Осаждение защитного слоя из нитрида кремния:

deposit(material=si3n4, thickness=700nm)

 

! Анизотропное травление нитрида для формирования! нитридного спейсера:

etching(material=si3n4, stop=oxgas, rate(anisotropic=100), over=10)

 

comment('Contact windows')

 

! Формирование маски для вскрытия контактных окон:

mask(material=resist, thickness=1000nm, xleft=0.65, xright=2.35)

 

! Вскрытие контактных окон путем травления оксида кремния:

etching(material=ox, remove=200nm, rate(anisotropic=100))

 

etching(material=resist)

 

comment('Deposit Al')

 

! Напыление алюминия:

deposit(material=al, thickness=1000nm)

 

comment('Contacts')

 

! Создание маски для получения контактов:

mask(material=resist, thickness=1000nm, xleft=0.0, xright=0.85)

mask(material=resist, thickness=1000nm, xleft=2.2, xright=4.0)

 

! Травление алюминия:

etch(material=al, remove=1600nm, rate(anisotropic=100, isotropic=10))

 

etch(material=resist)

 

comment('Full device structure')

 

! Отражение относительно вертикальной оси симметрии для! получения полной структуры:

Reflect(Reflect=0.0)

 

! ***Завершение моделирования технологических процессов***

 

Comment('Saving final structure')

 

! Сохранение одномерных сечений:

1d(file=x_channel, spe(netactive), ysect(-0.05), fac=-1)

1d(file=y_channel, spe(netactive), xsect(0.0), fac=-1)

1d(file=source, spe(netactive), xsect(2.0), fac=-1)

 

! Сохранение готовой структуры в разных форматах:

save(file='n@node@_final')

Save(File='n@node@', Type=mdraw, spe(netactive, total, btotal, bactive, ptotal, pactive),

Contacts(

contact1(name='gate', 0.0, 1.5)

contact2(name='source', -3.0, 0.5)

contact3(name='drain', 3.0, 0.5)

contact4(name='substrate', location=bottom)

)

)

end

 

Полученная в результате моделирования структура показана на рисунке 16.

 

 

Рис. 16. Структура рассчитанного в DIOS n-MOS транзистора.

 

 

⇐ Предыдущая123456Следующая ⇒

Поделиться: