777
TCAD Business Unit IMPORTANT NOTICE For Users of TSUPREM-4 Version 2000.2 Enhancements contained in the v2000.2 release of the TSUPREM-4 pro- gram are briefly described in Appendix C. Please read Appendix C before using TSUPREM-4 2000.2 to assure efficient use of this upgrade. This Appendix describes the extent of the version differences for users of the pre- vious version of the code.

IMPORTANT NOTICE For Users of TSUPREM-4 Version …amrel.bioe.uic.edu/docs/TSuprem4.pdf · TCAD Business Unit IMPORTANT NOTICE For Users of TSUPREM-4 Version 2000.2 Enhancements contained

Embed Size (px)

Citation preview

  • TCAD Business Unit

    IMPORTANT NOTICE

    For Users of TSUPREM-4 Version 2000.2

    Enhancements contained in the v2000.2 release of the TSUPREM-4 pro-gram are briefly described in Appendix C. Please read Appendix C beforeusing TSUPREM-4 2000.2 to assure efficient use of this upgrade. ThisAppendix describes the extent of the version differences for users of the pre-vious version of the code.

  • Reader Comments: TSUPREM-4 Version 2000.2 Users Manual

    Avant! TCAD welcomes your comments and suggestions concerning this manual. Please mail thisform (Attn.: Technical Publications Department) to the address on the reverse side of this sheet, or faxa copy to (510) 413-7743, or e-mail your comments to [email protected]. Attach additionalpages if needed

    What model of computer are you using?________________Operating system?________________

    Did you find any errors in this manual? If so, please list the page number and describe the error.

    Have you encountered program features that need to be better described in this manual?

    What additional information should be included?

    How can this document be improved?

    Other comments and suggestions:

  • _______________________________Fold here and tape_________________________________________

    To:Avant! CorporationTCAD Business Unit, Technical Publications46871 Bayside ParkwayFremont, CA 94538USA

    ______________________________Fold here and tape________________________________

    From:(Optional Information)

    Name, Position: ..........................................................................................

    Company....................................................................................................

    Address: .....................................................................................................

    .....................................................................................................

    ......................................................................................................Phone, fax, or e-mail ..................................................................................

  • Avant! Corporation, TCAD Business Unit Fremont, California

    TSUPREM-4

    Two-Dimensional ProcessSimulation Program

    Version 2000.2

    Users Manual

    July 2000

  • Copyright Notice TSUPREM-4 Users Manual

    ii Confidential and Proprietary S4 2000.2

    TSUPREM-4 Users Manual, Release 2000.2 First Printing: July 2000Copyright 2000Avant! Corporation and Avant! subsidiary. All rights reserved.Unpublishedrights reserved under the copyright laws of the United States.

    Avant! software TSUPREM-4 v2000.2 Copyright 2000 Avant! Corporation and Avant! subsidiary.All rights reserved.Unpublishedrights reserved under the copyright laws of the United States.

    Use of copyright notices is precautionary and does not imply publication or disclosure. Use, duplication, ordisclosure by the Government is subject to restrictions as set forth in subparagraph (c) (1) (ii) of the Rights inTechnical Data and Computer Software clause at DFARS 252.227-7013

    DisclaimerAVANT! RESERVES THE RIGHT TO MAKE CHANGES TO ANY PRODUCTS HEREIN WITHOUTFURTHER NOTICE. AVANT! MAKES NO WARRANTY, REPRESENTATION, OR GUARANTEEREGARDING THE FITNESS OF ITS PRODUCTS FOR ANY PARTICULAR PURPOSE AND SPECIFICALLYDISCLAIMS ANY WARRANTY OF MERCHANTABILITY AND ANY WARRANTY OF NON-INFRINGEMENT. AVANT! DOES NOT ASSUME ANY LIABILITY ARISING OUT OF THE APPLICATIONOR USE OF ANY PRODUCT, AND SPECIFICALLY DISCLAIMS ANY AND ALL LIABILITY, INCLUDINGWITHOUT LIMITATION, SPECIAL, INCIDENTAL OR CONSEQUENTIAL DAMAGES. AVANT!'SLIABILITY ARISING OUT OF THE MANUFACTURE, SALE OR SUPPLYING OF THE PRODUCTS ORTHEIR USE OR DISPOSITION, WHETHER BASED UPON WARRANTY, CONTRACT, TORT OROTHERWISE, SHALL NOT EXCEED THE ACTUAL LICENSE FEE PAID BY CUSTOMER.

    Proprietary Rights NoticeThis document contains information of a proprietary nature. No part of this manual may be copied or distributedwithout the prior written consent of Avant! corporation. This document and the software described herein is onlyprovided under a written license agreement or a type of written non-disclosure agreement with Avant! corporationor its subsidiaries. ALL INFORMATION CONTAINED HEREIN SHALL BE KEPT IN CONFIDENCE ANDUSED STRICTLY IN ACCORDANCE WITH THE TERMS OF THE WRITTEN NON-DISCLOSUREAGREEMENT OR WRITTEN LICENSE AGREEMENT WITH AVANT! CORPORATION OR ITSSUBSIDIARIES.

    Trademark/Service-Mark NoticeApollo, Apollo-GA, Aurora, ASIC Synthesizer, AvanTestchip, AvanWaves, ChipPlanner, Columbia, Columbia-CE,Cyclelink, Davinci, DFM Workbench, Discovery, Driveline, Dynamic Model Switcher, Electrically Aware,Evaccess, Hercules, Hercules-Explorer, HotPlace, HSPICE, HSPICE-LINK, LTL, Libra-Passport, Lynx, Lynx-LB,Lynx-VHDL, Mars, Mars-Rail, Mars-Xtalk, MASTER Toolbox, Medici, Michelangelo, Milkyway, OptimumSilicon, Passport, Pathfinder, Planet, Planet-PL, Planet-RTL, Polaris, Polaris-CBS, Polaris-MT, Progen, Prospector,Raphael, Raphael-NES, Saturn, Sirius, Silicon Blueprint, Smart Extraction, Solar, Solar II, Star, Star-Sim, Star-Hspice, Star-HspiceLink, Star-DC, Star-RC, Star-Power, Star-Time, Star-MTB, Star-XP, Taurus, Taurus-Device,Taurus Layout, Taurus-Lithography, Taurus-OPC, Taurus-Process, Taurus-Topography, Taurus Visual, TaurusWorkbench, TimeSlice, and TSUPREM-4 are trademarks of Avant! Corporation. Avant!, Avant! logo, AvanLabs,and avanticorp are trademarks and service-marks of Avant! Corporation. All other trademarks and service-marks arethe property of their respective owners.

    SubsidiariesAnagram, Inc., ArcSys, Inc., Frontline Design Automation, Inc., Galax!, ISS, Inc., Meta-Software, Inc., NexSyn,Inc., and Technology Modeling Associates, Inc. are subsidiaries of Avant! Corporation.

    Contacting Avant! Corporation:

    Telephone: (510) 413-8000(800) 369-0080

    FAX: (510) 413-7743e-mail [email protected]: http://www.avanticorp.com/

    Avant! CorporationTCAD Business Unit46871 Bayside ParkwayFremont, CA 94538

  • Table of Contents

    CONTENTS

    List of Figures xxix

    Introduction to TSUPREM-4 xxxv

    Program Overview . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . xxxvProcessing Steps. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . xxxvSimulation Structure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . xxxvAdditional Features . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . xxxvi

    Manual Overview . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . xxxviTypeface Conventions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . xxxviiRelated Publications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . xxxvii

    Reference Materials . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . xxxviiProblems and Troubleshooting . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . xxxvii

    Chapter 1 Using TSUPREM-4 1-1

    Introduction. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-1Program Execution and Output. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-1

    Starting TSUPREM-4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-1Program Output . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-2

    Printed Output . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-2Graphical Output . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-2

    Errors, Warnings, and Syntax . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-3File Specification . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-3

    File Types. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-3Default File Names . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-3Environment Variables . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-3

    Input Files . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-4Command Input Files. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-4Mask Data Files . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-5

    S4 2000.2 Confidential and Proprietary iii

  • Table of Contents TSUPREM-4 Users Guide

    Profile Files . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-5Other Input Files . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-5

    Output Files. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-5Terminal Output . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-5Output Listing Files . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-6

    Standard Output Files4out . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-6Informational Output Files4inf . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-6Diagnostic Output Files4dia. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-6

    Saved Structure Files . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-6TSUPREM-4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-7TIF . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-7Taurus-Lithography . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-7Medici . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-7MINIMOS 5 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-7Wave. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-7

    Graphical Output . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-8Extract Output Files . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-8Electrical Data Output Files . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-8

    Library Files . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-8Initialization Input Files4init . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-9Ion Implant Data Files4imp0 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-9Plot Device Definition Files4pcap . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-9Key Filess4fky0 and s4uky0 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-10Authorization Files4auth . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-10

    Chapter 2 TSUPREM-4 Models 2-1

    Introduction. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-1Simulation Structure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-1

    Coordinates . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-1Initial Structure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-2Regions and Materials . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-2

    Grid Structure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-2Mesh, Triangular Elements, and Nodes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-2Defining Grid Structure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-3Explicit Specification of Grid Structure. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-3

    The LINE Statement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-3Generated Grid Lines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-3Eliminating Grid Lines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-4

    Automatic Grid Generation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-5Automatic Grid Generation in the X Direction . . . . . . . . . . . . . . . 2-5

    X Grid from WIDTH Parameter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-5X Grid from MASK Statement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-5Column Elimination . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-6

    Automatic Grid Generation in the Y Direction . . . . . . . . . . . . . . . 2-6

    iv Confidential and Proprietary S4 2000.2

  • TSUPREM-4 Users Guide Table of Contents

    S

    Changes to the Mesh During Processing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-7DEPOSITION and EPITAXY . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-7Structure Extension . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-7ETCH and DEVELOP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-8Oxidation and Silicidation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-8

    Removal of Nodes in Consumed Silicon . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-8Addition of Nodes in a Growing Layer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-8Nodes in Regions Where Oxide is Deforming . . . . . . . . . . . . . . 2-9Numerical Integrity. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-9

    Adaptive Gridding . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-10Refinement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-10Unrefinement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-10Usage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-11

    One-Dimensional Simulation of Simple Structures. . . . . . . . . . . . . 2-12Initial Impurity Concentration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-12

    Diffusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-13DIFFUSION Statement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-13

    Temperature . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-14Ambient Gas Pressure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-14Ambient Gas Characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-14Ambients and Oxidation of Materials . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-14Default Ambients . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-15Chlorine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-15

    Example . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-16Coefficient Tables. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-16

    Chemical Predeposition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-16Solution of Diffusion Equations. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-16

    Diffusion of Impurities. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-17Impurity Fluxes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-17Modeling of Diffusivities . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-18Mobile Impurities and Ion Pairing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-18Electric Field . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-19Diffusivities . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-20Polysilicon Enhancement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-21Point Defect Enhancement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-21PD.FERMI Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-21PD.TRANS and PD.FULL Models . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-21Paired Fractions of Dopant Atoms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-22Reaction Rate Constants. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-23

    Activation of Impurities . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-24Physical Mechanisms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-24Activation Models . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-25Model Details . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-25Solid Solubility Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-26

    Solid Solubility Tables . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-26Dopant Clustering Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-27Dopant-Defect Clustering Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-27

    4 2000.2 Confidential and Proprietary v

  • Table of Contents TSUPREM-4 Users Guide

    Segregation of Impurities. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-28Segregation Flux. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-28

    Transport Coefficient . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-28Segregation Coefficient . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-29Moving-Boundary Flux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-29Interface Trap Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-29

    Using the Interface Trap Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-32Diffusion of Point Defects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-32

    Equilibrium Concentrations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-32Charge State Fractions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-33Point Defect Diffusion Equations. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-33Interstitial and Vacancy Diffusivities . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-34Reaction of Pairs with Point Defects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-35Recombination of Interstitials with Vacancies. . . . . . . . . . . . . . . 2-35Absorption by Traps, Clusters, and Dislocation Loops . . . . . . . . 2-37

    Injection and Recombination of Point Defects at Interfaces . . . . . . 2-37Surface Recombination Velocity Models. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-38V.MAXOX Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-38V.INITOX Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-39V.NORM Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-39

    Trapped Nitrogen Dependent Surface Recombination. . . . . . . . . 2-39Injection Rate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-39Moving-Boundary Flux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-41

    Interstitial Traps . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-41Enabling, Disabling, and Initialization. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-42

    Interstitial Clustering Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-42Model Equations. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-42Choosing Model Parameters. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-43Using the Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-44

    Small Clusters of Point Defects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-44Concentration of Defects in Small Clusters . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-44Recombination of Defects in Small Clusters . . . . . . . . . . . . . . . . 2-45

    Oxidation. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-46Theory of Oxidation. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-46Analytical Oxidation Models . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-48

    Overview . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-48Oxide Growth Rate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-48Thin Regime . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-48Linear Rate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-48Parabolic Rate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-49

    Usage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-50The ERFC Model. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-51

    Recommended Usage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-51The ERF1, ERF2, and ERFG Models. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-51

    Parameters. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-51Initial Structure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-51ERF1 Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-52

    vi Confidential and Proprietary S4 2000.2

  • TSUPREM-4 Users Guide Table of Contents

    S

    ERF2 Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-52ERFG Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-53Recommended Usage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-53

    Numerical Oxidation Models. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-54Oxide Growth Rate. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-54

    Concentration Dependence . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-55Thin Regime . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-56Usage. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-56

    The VERTICAL Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-56Recommended Usage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-56

    COMPRESS Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-57Compressible Viscous Flow . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-57Boundary Conditions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-58Model Parameters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-58COMPRESS Model: Recommended Usage . . . . . . . . . . . . . . . . 2-58

    VISCOUS Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-58Incompressible Viscous Flow. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-58Stress Dependence . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-59Recommended Usage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-60

    VISCOELA Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-60Viscoelastic Flow . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-60Model Parameters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-62Recommended Usage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-62

    Polysilicon Oxidation. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-63Surface Tension and Reflow . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-63N2O Oxidation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-63

    Nitrogen Trap and Generation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-63Surface Reaction Rate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-64Thin Oxidation Rate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-64

    Boron Diffusion Enhancement in Oxides . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-65Diffusion Enhancement in Thin Oxides . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-65Diffusion Enhancement Due to Fluorine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-67

    Silicide Models . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-68TiSi2 Growth Kinetics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-68

    Reaction at TiSi2/Si Interface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-68Diffusion of Silicon . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-68Reaction at TiSi2/Si Interface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-69Initialization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-69Material Flow . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-69

    Impurities and Point Defects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-69Specifying Silicide Models and Parameters. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-69

    Materials . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-70Impurities . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-70Reactions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-70Impurities . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-72

    Tungsten and Cobalt Silicide Models . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-72Other Silicides . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-72

    4 2000.2 Confidential and Proprietary vii

  • Table of Contents TSUPREM-4 Users Guide

    Stress Models . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-73Stress History Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-73Thermal Stress Model Equations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-73

    Boundary Conditions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-73Initial Conditions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-73Intrinsic Stress in Deposited Layers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-74Effect of Etching on Stress . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-74Using the Stress History Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-74Limitations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-75

    Modeling Stress with the STRESS Statement . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-75Boundary Conditions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-76

    Ion Implantation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-77Analytic Ion Implant Models . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-77

    Implanted Impurity Distributions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-77Implant Moment Tables . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-78Gaussian Distribution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-80Pearson Distribution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-80Dual Pearson Distribution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-81Dose-dependent Implant Profiles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-81Tilt and Rotation Tables . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-84Multilayer Implants . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-84

    Effective Range Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-84Dose Matching . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-84

    Lateral Distribution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-85Depth-Dependent Lateral Distribution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-85Wafer Tilt and Rotation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-85BF2 Implant . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-86Analytic Damage Model. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-86

    Damage Distribution Calculations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-86Recommended Usage and Limitations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-87

    Monte Carlo Ion Implant Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-87Binary Scattering Theory . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-87

    Energy Loss . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-88Scattering Angle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-88Dimensionless Form . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-88Coulomb Potential . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-89Universal Potential . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-90

    Amorphous Implant Calculation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-91Nuclear Stopping . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-92Electronic Stopping. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-92Electronic Stopping at High Energies. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-93Total Energy Loss and Ion Deflection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-93Ion Beam Width . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-94

    Crystalline Implant Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-94Channeling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-94Lattice Temperature . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-96Lattice Damage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-96

    viii Confidential and Proprietary S4 2000.2

  • TSUPREM-4 Users Guide Table of Contents

    S

    Damage Dechanneling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-96Damage Annealing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-97Number of Ions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-97BF2 Implantation. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-97

    Implant Damage Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-98Damage Produced During Implant . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-98

    +1 and Effective +n Damage Models . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-99Cumulative Damage Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-100Old Damage Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-101Conservation of Total Defect Concentrations . . . . . . . . . . . . . . 2-102Using the Implant Damage Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-102

    Boundary Conditions for Ion Implantation . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-103Polysilicon Monte Carlo Implant Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-103

    Ion Implantation into Silicon Carbide . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-104Epitaxial Growth. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-104

    Layer Thickness . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-105Incorporation of Impurities . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-105Diffusion of Impurities. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-105

    Deposition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-105Layer Thickness . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-106Incorporation of Impurities . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-106Photoresist Type. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-106Polycrystalline Materials . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-106Deposition with Taurus-Topography . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-106

    Masking, Exposure, and Development of Photoresist . . . . . . . . . . . . 2-107Etching . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-107

    Defining the Etch Region. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-107Removal of Material . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-108Trapezoidal Etch Model. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-108

    Parameters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-109Etch Steps . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-109Etch Examples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-109

    Simple Structure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-109Structure with Overhangs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-110Complex Structures. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-111

    Etching with Taurus-Topography . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-111Modeling Polycrystalline Materials . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-112

    Diffusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-112Diffusion in Grain Interiors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-112Grain Boundary Structure. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-113Diffusion Along Grain Boundaries . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-113

    Anisotropic Diffusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-113Segregation Between Grain Interior and Boundaries . . . . . . . . . . 2-114Grain Size Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-115

    Initial Grain Size. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-115Grain Growth . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-116

    Concentration Dependence . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-116

    4 2000.2 Confidential and Proprietary ix

  • Table of Contents TSUPREM-4 Users Guide

    Grain Surface Energy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-117Segregation Drag . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-117

    Interface Oxide Break-up and Epitaxial Regrowth . . . . . . . . . . . . 2-117Oxide Break-Up . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-117Epitaxial Regrowth. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-118

    Using the Polycrystalline Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-119Electrical Calculations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-120

    Automatic Regrid . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-120Poissons Equation. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-120

    Boltzmann and Fermi-Dirac Statistics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-121Ionization of Impurities . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-121Solution Methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-122

    Carrier Mobility . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-123Tabular Form . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-123Arora Mobility Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-123Caughey Mobility Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-124

    Quantum Mechanical Model for MOSFET . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-125Capacitance Calculation. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-125

    DC Method . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-126MOS Capacitances . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-126

    Extended Defects AAM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-126Dislocation Loop Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-126

    Equations for Dislocation Loop Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-127Loop Density Specified by L.DENS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-128Loop Density Specified by L.THRESH. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-128Evolution of Loops . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-128Effects of Dislocation Loops . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-129

    Transient Clustering Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-129References. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-131

    Chapter 3 Input Statement Descriptions 3-1

    Introduction. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-1Input Statements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-1

    Format . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-2Syntax. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-2Specifying Materials and Impurities . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-2

    Parameters. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-3Logical . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-3Numerical. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-3Character . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-3

    Statement Description Format . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-4Parameter Definition Table . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-4Syntax of Parameter Lists . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-4

    Parameter Types < >. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-4

    x Confidential and Proprietary S4 2000.2

  • TSUPREM-4 Users Guide Table of Contents

    S

    Parameter Groups . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-5Optional Parameters [ ]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-5Choices { }, |. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-5Group Hierarchy ( ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-5

    3.1 Documentation and Control. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-7COMMENT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-8

    Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-8Examples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-8Notes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-8

    SOURCE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-9Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-9Reusing Combinations of Statements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-9Generating Templates . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-9Examples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-9

    RETURN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-10Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-10Returning from Batch Mode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-10Exiting Interactive Input Mode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-10Example . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-11

    INTERACTIVE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-12Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-12Interactive Input Mode. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-12Example . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-13

    PAUSE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-14Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-14Example . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-14

    STOP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-15Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-15Example . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-15

    FOREACH/END . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-16Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-16Examples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-16Notes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-17

    LOOP/L.END. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-18Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-19Termination of Optimization Looping. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-19Parameter Sensitivity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-19Dependence and Variability. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-20Example . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-20Advantages. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-21

    L.MODIFY . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-22Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-22

    IF/ELSEIF/ELSE/IF.END . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-23Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-23Conditional Operators . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-24Expression for Condition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-24

    ASSIGN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-25

    4 2000.2 Confidential and Proprietary xi

  • Table of Contents TSUPREM-4 Users Guide

    Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-28Varying During Statement Looping. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-29ASSIGN with Mathematical Expressions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-29ASSIGN and Optimization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-30Expansion of ASSIGNed Variable . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-30Reading the External Data File . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-31Reading the Array from a String . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-31

    INTERMEDIATE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-32Advantages of INTERMEDIATES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-32Value Type. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-33Array Values . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-34

    Getting Array Values . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-35Redefinition of Array Elements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-35Effect Due to Redefinition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-35

    Comparison to ASSIGN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-36ECHO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-38

    Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-38Examples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-38

    OPTION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-39Selecting a Graphics Device . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-40Redirecting Graphics Output . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-40Printed Output . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-40Informational and Diagnostic Output . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-40Echoing and Execution of Input Statements . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-40Version Compatibility . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-41Examples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-41

    DEFINE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-42Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-42Format and Syntax . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-42Examples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-42Usage Notes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-43

    UNDEFINE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-45Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-45Example . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-45Redefined Parameter Names . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-45

    CPULOG . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-46Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-46Examples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-46Limitations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-46

    HELP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-47Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-47Example . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-47Notes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-47

    3.2 Device Structure Specification. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-49MESH . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-50

    Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-51Grid Creation Methods. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-51

    xii Confidential and Proprietary S4 2000.2

  • TSUPREM-4 Users Guide Table of Contents

    S

    Horizontal Grid Generation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-52Vertical Grid Generation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-52Scaling the Grid Spacing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-531D Mode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-53Examples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-54

    LINE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-55Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-55Placing Grid Lines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-55Example . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-56Additional Notes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-56

    Structure Depth and Point Defect Models . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-56Maximum Number of Nodes and Grid Lines. . . . . . . . . . . . . . . . 3-56Default Regions and Boundaries . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-56

    ELIMINATE. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-57Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-57Reducing Grid Nodes. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-58Overlapping Regions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-58Examples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-58

    BOUNDARY . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-60Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-60Limitations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-61Example . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-61

    REGION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-62Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-63Example . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-63

    INITIALIZE. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-64Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-66Mesh Generation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-66Previously Saved Structure Files . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-66Crystalline Orientation. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-66Specifying Initial Doping. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-67Examples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-67

    LOADFILE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-68Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-68TSUPREM-4 Files . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-68

    Older Versions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-69User-Defined Materials and Impurities . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-69Taurus-Lithography Files . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-69Examples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-69

    SAVEFILE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-71Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-74TSUPREM-4 Files . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-74

    Older Versions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-74TIF Files . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-74Medici Files . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-75Taurus-Lithography Files . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-75MINIMOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-76

    4 2000.2 Confidential and Proprietary xiii

  • Table of Contents TSUPREM-4 Users Guide

    Temperature . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-76Examples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-76

    STRUCTURE. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-77Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-79

    Order of Operations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-79Usage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-80

    TSUPREM-4 Version Compatibility . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-80Examples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-80

    MASK . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-82Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-82Examples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-83

    PROFILE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-84Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-84OFFSET Parameter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-85Interpolation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-85IMPURITY Parameter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-86Example . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-86

    ELECTRODE. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-87Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-87Examples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-88Additional ELECTRODE Notes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-88

    3.3 Process Steps . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-89DEPOSITION. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-90

    Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-92Polycrystalline Materials . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-93Photoresist . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-93Deposition with Taurus-Topography . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3-93Examples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-94Additional DEPOSITION Notes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-94

    EXPOSE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-95Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-95Example . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-96

    DEVELOP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-97Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-97Example . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-97

    ETCH . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-98Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-100Removing Regions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-100Etching with Taurus-Topography . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3-101Examples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-102

    IMPLANT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-103Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-108Gaussian and Pearson Distributions. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-109Table of Range Statistics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-109Monte Carlo Implant Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-110Point Defect Generation. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-111Extended Defects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-111

    xiv Confidential and Proprietary S4 2000.2

  • TSUPREM-4 Users Guide Table of Contents

    S

    Channeling Effects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-111Boundary Conditions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-111TSUPREM-4 Version Considerations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-112Examples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-112

    DIFFUSION. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-115Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-118Ambient Gas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-118

    Ambient Gas Parameters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-118Oxidation Limitations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-119Reflow . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-119Examples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-120

    EPITAXY . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-121Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-123Example . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-123

    STRESS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-124Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-124Printing and Plotting of Stresses and Displacements. . . . . . . . . . . 3-124Reflecting Boundary Limitations. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-125Example . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-125

    3.4 Output . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-127SELECT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-128

    Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-128Solution Values . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-128Mathematical Operations and Functions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-130Examples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-131

    PRINT.1D . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-132Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-134

    Layers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-134Interface Values . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-134Saving Profiles in a File . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-134

    Examples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-135PLOT.1D . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-136

    Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-141Line Type and Color . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-142IN.FILE Parameter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-142Examples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-143

    PLOT.2D . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-144Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-146Line Type and Color . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-147Examples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-147

    CONTOUR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-148Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-148Line Type and Color . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-149Example . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-149Additional CONTOUR Notes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-149

    COLOR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-150Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-151

    4 2000.2 Confidential and Proprietary xv

  • Table of Contents TSUPREM-4 Users Guide

    Plot Device Selection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-151Examples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-151

    PLOT.3D . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-152Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-153Line Type and Color . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-154Examples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-154Additional PLOT.3D Notes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-154

    LABEL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-155Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-158Label Placement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-158Line, Symbol, and Rectangle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-158Color. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-159Examples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-159

    EXTRACT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-160Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-165Solution Variables . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-166Extraction Procedure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-166Targets for Optimization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-168

    File Formats . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-168Error Calculation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-168

    Examples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-169Optimization Examples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-171

    ELECTRICAL. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-174Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-179Files and Plotting . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-179Examples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-180

    Optimization Examples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-181Quantum Effect in CV Plot . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-181

    Additional ELECTRICAL Notes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-183VIEWPORT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-184

    Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-184Scaling Plot Size . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-184Examples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-185

    3.5 Models and Coefficients . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-187METHOD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-188

    Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-197Oxidation Models. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-197

    Grid Spacing in Growing Oxide. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-197Rigid vs. Viscous Substrate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-198

    Point Defect Modeling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-198PD.FERMI Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-198PD.TRANS Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-199PD.FULL Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-199Customizing the Point Defect Models . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-199

    Enable/Disable User-Specified Models . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-199Adaptive Gridding . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-200

    Fine Control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-201

    xvi Confidential and Proprietary S4 2000.2

  • TSUPREM-4 Users Guide Table of Contents

    S

    Initial Time Step. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-201Internal Solution Methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-201

    Time Integration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-201System Solutions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-202Minimum-Fill Reordering . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-202Block Solution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-202

    Solution Method . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-202Matrix Structure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-202

    Matrix Refactoring . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-203Error Tolerances . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-203

    Examples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-203EQUATION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-204

    Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-205Additional Information. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-206

    AMBIENT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-207Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-217Oxidation Models. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-217ERFC Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-218ERFG Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-218VERTICAL Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-218COMPRESS Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-218VISCOELA Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-218VISCOUS Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-219

    Stress Dependence . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-219Coefficients . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-220

    Chlorine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-220Examples. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-220

    Parameter Dependencies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-221Orientation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-221Oxidizing Species. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-221Specified Material . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-222Specified Units . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-222

    Examples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-222Additional AMBIENT Notes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-222

    MOMENT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-224Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-226Optional and Required Model Parameters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-226Using the MOMENT Statement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-226Examples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-227Additional Note . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-227

    MATERIAL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-228Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-236Viscosity and Compressibility . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-237

    Stress Dependence . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-237Examples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-237

    IMPURITY . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-239Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-251

    4 2000.2 Confidential and Proprietary xvii

  • Table of Contents TSUPREM-4 Users Guide

    Impurity Type . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-251Solution Options . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-251

    Other Parameters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-251Multiplication to Diffusivity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-252Further Reading . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-252Examples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-252

    REACTION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-254Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-256Defining and Deleting . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-256Insertion of Native Layers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-256Reaction Equation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-257

    Parameters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-257Effects. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-258

    MOBILITY . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-259Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-262Tables and Analytic Models . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-262

    Analytic Models . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-262Tables or Model Selection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-263

    Example . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-263INTERSTITIAL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-265

    Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-274Bulk and Interface Parameters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-274Examples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-275Additional INTERSTITIAL Notes. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-275

    VACANCY . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-276Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-282Bulk and Interface Parameters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-282Examples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-283Additional VACANCY Notes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-283

    ANTIMONY . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-284Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-288Examples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-289Additional ANTIMONY Notes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-289

    ARSENIC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-290Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-294Examples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-295Additional ARSENIC Notes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-295

    BORON . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-296Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-300Examples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-301Additional BORON Notes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-301

    PHOSPHORUS. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-302Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-306Examples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-307Additional PHOSPHORUS Notes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-307

    3.6 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-309

    xviii Confidential and Proprietary S4 2000.2

  • TSUPREM-4 Users Guide Table of Contents

    S

    Chapter 4 Tutorial Examples 4-1

    Overview. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-1Input File Syntax and Format. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-1

    One-Dimensional Bipolar Example . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-2TSUPREM-4 Input File Sequence . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-2Initial Active Region Simulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-2Mesh Generation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-2

    Automatic Mesh Generation. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-3Adaptive Gridding . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-4

    Model Selection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-4Oxidation Model. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-4Point Defect Model. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-4

    Processing Steps. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-5Buried Layer Masking Oxide . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-5Buried Layer. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-5Epitaxial Layer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-5Pad Oxide and Nitride Mask . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-6

    Saving the Structure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-6Plotting the Results . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-6

    Specifying a Graphics Device . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-6The SELECT Statement. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-6The PLOT.1D Statement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-7Labels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-7

    Printing Layer Information . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-8The PRINT.1D Statement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-8Using PRINT.1D LAYERS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-8

    Completing the Active Region Simulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-9Reading a Saved Structure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-9Field Oxidation. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-9

    Final Structure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-11Local Oxidation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-12

    Calculation of Oxide Shape . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-12Mesh Generation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-13Pad Oxide and Nitride Layers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-14Plotting the Mesh . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-14Model Selection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-14Plotting the Results. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-15Plotting Stresses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-16

    Contour Plots . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-17Two-Dimensional Diffusion with Point Defects . . . . . . . . . . . . . . . 4-18

    Automatic Grid Generation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-19Field Implant . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-19Oxidation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-19Grid Plot . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-20Contour of Boron Concentration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-20

    4 2000.2 Confidential and Proprietary xix

  • Table of Contents TSUPREM-4 Users Guide

    Using the FOREACH Statement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-23Vertical Distribution of Point Defects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-24Lateral Distribution of Point Defects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-25Shaded Contours of Interstitial Concentration . . . . . . . . . . . . . . . 4-25

    Local Oxidation Summation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-26Point Defect Models . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-27

    Creating the Test Structure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-29Automatic Grid Generation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-29Outline of Example. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-29

    Oxidation and Plotting of Impurity Profiles . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-29Simulation Procedure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-29PD.FERMI and PD.TRANS Models . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-30PD.FULL Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-30Printing Junction Depth . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-31Doping and Layer Information. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-31

    Point Defect Profiles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-31Commentary. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-32

    Choosing a Point Defect Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-32

    Chapter 5 Advanced Examples 5-1

    Overview. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-1NMOS LDD Process. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-2

    Creating the Initial Structure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-2Setting the Grid Density . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-3Adaptive Gridding . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-4Masking Information . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-4

    Field Isolation Simulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-4Displaying the Plot . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-5

    Active Region Simulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-7Modeling Polysilicon . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-7LDD Implant . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-8Oxide Spacer and Source/Drain Implant . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-9Source/Drain Contacts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-9Plots . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-11

    Formation of the Complete NMOS Transistor . . . . . . . . . . . . . . . . 5-12Electrical Extraction. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-14

    Threshold Voltage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-14MOS Capacitance. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-15Source/Drain Junction Capacitance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-16Plotting Results of Electrical Extraction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-17

    Trench Implant Simulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-18Structure Generation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-18Analytic Implant . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-19Plotting the Results of the Analytic Method . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-20

    xx Confidential and Proprietary S4 2000.2

  • TSUPREM-4 Users Guide Table of Contents

    S

    Monte Carlo Implant . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-23Overview . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-23Using the Monte Carlo Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-23

    Plotting the Results of the Monte Carlo Method . . . . . . . . . . . . . . . 5-23Boron Contours . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-23Vertical Profiles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-24Sidewall Profiles. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-26

    Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-26Poly-Buffered LOCOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-27

    Structure Generation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-27Using the VISCOEL Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-28Plotting the Results . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-28

    CMOS Process . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-30Main Loop . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-32Mesh Generation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-32CMOS Processing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-34

    Models . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-34Channel Doping Plot . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-34Lightly Doped Drain Structure. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-34Contacts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-34Saving the Structure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-35End of Main Loop . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-35

    Plotting the Results . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-350.8 Micron Device . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-37Final Mesh . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-37Arsenic Profiles in Gate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-371.2 Micron Device . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-38

    DMOS Power Transistor. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-39Mesh Generation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .