Silvaco_TCAD_工藝仿真1

1、23:141Silvaco學(xué)習(xí)工藝仿真概述工藝仿真是通過計(jì)算機(jī)軟件，對加工工藝進(jìn)行計(jì)算，以達(dá)到對工藝結(jié)果器件的預(yù)測。通過工藝仿真的器件結(jié)構(gòu)，預(yù)測器件的性能，作為優(yōu)化工藝的輔助，則是器件仿真的內(nèi)容。兩者緊密聯(lián)系，構(gòu)成所謂的TCAD。目前業(yè)界領(lǐng)先的半導(dǎo)體仿真軟件有Silvaco公司的ATHENA和ATLAS，Synopsys公司的Tsuprem及Medici等。Silvaco學(xué)習(xí)2ATHENA工藝仿真軟件ATHENA ATHENA 能幫助工藝開發(fā)工程師開發(fā)和優(yōu)化半導(dǎo)體制造工藝。ATHENAATHENA提供一個易于使用，模塊化的，可擴(kuò)展的平臺?？捎糜谀M離子注入，擴(kuò)散，刻蝕，淀積，以離子注入，擴(kuò)散，

2、刻蝕，淀積，以及半導(dǎo)體材質(zhì)的氧化及半導(dǎo)體材質(zhì)的氧化。它通過模擬取代了耗費(fèi)成本的硅片實(shí)驗(yàn)，可縮短開發(fā)周期和提高成品率。23:143Silvaco學(xué)習(xí)工藝仿真模塊ATHENA工藝仿真軟件SSuprem4二維硅工藝仿真器MC蒙托卡諾注入仿真器硅化物模塊的功能精英淀積和刻蝕仿真器蒙托卡諾沉積刻蝕仿真器先進(jìn)的閃存材料工藝仿真器光電印刷仿真器DeckBuild集成環(huán)境23:144Silvaco學(xué)習(xí)ATHENA工藝仿真軟件所有關(guān)鍵制造步驟的快速精確的模擬，包括CMOS，bipolar，SiGe，SOI，III-V，光電子學(xué)以及功率器件技術(shù)精確預(yù)測器件結(jié)構(gòu)中的幾何結(jié)構(gòu)，摻雜劑量分配，和應(yīng)力有助于IDMs，芯片

3、生產(chǎn)廠商以及設(shè)計(jì)公司優(yōu)化半導(dǎo)體工藝，達(dá)到速度、產(chǎn)量、擊穿、泄漏電流和可靠性的最佳結(jié)合23:145Silvaco學(xué)習(xí)ATHENA工藝仿真軟件分析和優(yōu)化標(biāo)準(zhǔn)的和最新的隔離流程，包括LOCOS，SWAMI，以及深窄溝的隔離在器件制造的不同階段分析先進(jìn)的離子注入方法超淺結(jié)注入，高角度注入和為深阱構(gòu)成的高能量注入支持多層次雜質(zhì)擴(kuò)散，以精確預(yù)測襯底與鄰近材料表面的雜質(zhì)行為23:146Silvaco學(xué)習(xí)ATHENA工藝仿真軟件考慮多重?cái)U(kuò)散影響，包括瞬態(tài)增強(qiáng)的擴(kuò)散，氧化/硅化加強(qiáng)的擴(kuò)散，瞬態(tài)激活作用，點(diǎn)缺陷和簇群構(gòu)造以及材料界面的再結(jié)合，雜質(zhì)分離，和傳輸精確地對幾何刻蝕和共形淀積，以及個別結(jié)構(gòu)和網(wǎng)格處理技術(shù)建

4、模，用以允許進(jìn)行多器件幾何結(jié)構(gòu)的模擬和分析。23:147Silvaco學(xué)習(xí)ATHENA工藝仿真軟件通過MaskViewsMaskViews 的掩模構(gòu)造說明，工程師可以有效地分析在每個工藝步驟和最終器件結(jié)構(gòu)上的掩模版圖變動的影響。與光電平面印刷仿真器和精英淀積和刻蝕仿真器集成，可以在物理生產(chǎn)流程中進(jìn)行實(shí)際的分析。與ATLAS ATLAS 器件模擬軟件無縫集成23:148Silvaco學(xué)習(xí)可仿真的工藝（Features and CapabilitiesFeatures and Capabilities）BakeCMPDepositionDevelopmentDiffusionEpitaxy Etc

5、h Exposure Imaging Implantation Oxidation Silicidation具體描述請參見手冊中 Table1.1 Features and Capabilities23:149Silvaco學(xué)習(xí)ATHENA 的輸入和輸出工藝步驟GDS版圖掩膜層一維和二維結(jié)構(gòu)E-test數(shù)據(jù)(Vt)分析電阻和CV分析涂層和刻蝕外形輸出結(jié)構(gòu)到ATLAS材料厚度，結(jié)深CD外形，開口槽ATHENA工藝模擬軟件23:1410Silvaco學(xué)習(xí)工藝仿真流程1、建立仿真網(wǎng)格2、仿真初始化3、工藝步驟4、抽取特性5、結(jié)構(gòu)操作6、Tonyplot顯示23:1411Silvaco學(xué)習(xí)定義網(wǎng)格網(wǎng)格

6、定義對仿真至關(guān)重要定義方式:網(wǎng)格間距會根據(jù)loc和Spac自動調(diào)整Xy0 x1x2s1s2y1y2s3s423:1412Silvaco學(xué)習(xí)line x location=x1 spacing=s1line x location=x2 spacing=s2line y location=y1 spacing=s3line y location=y2 spacing=s4網(wǎng)格定義的例子Line x loc=0.0 spac=0.1Line x loc=1.0 spac=0.1Line y loc=0.0 spac=0.2Line y loc=2.0 spac=0.2Line x loc=0.0 s

7、pac=0.02Line x loc=1.0 spac=0.10Line y loc=0.0 spac=0.02Line y loc=2.0 spac=0.2023:1413Silvaco學(xué)習(xí)非均勻網(wǎng)格的例子：均勻網(wǎng)格的例子：網(wǎng)格定義需要注意的地方1，疏密適當(dāng)在物理量變化很快的地方適當(dāng)密一些2，不能超過上限（20000）3，仿真中很多問題其實(shí)是網(wǎng)格設(shè)置的問題，要注意查看報(bào)錯的信息和網(wǎng)格定義相關(guān)的命令和參數(shù)還有：命令，Relax；淀積和外延時(shí)的dy,ydy等參數(shù)23:1414Silvaco學(xué)習(xí)仿真初始化工藝仿真中的初始化（initialize）可定義襯底，也可以初始化仿真定義襯底:materia

8、l,orientation,c.impurities,resitivity 初始化仿真：導(dǎo)入已有的結(jié)構(gòu)，infile仿真維度，one.d,two.d 網(wǎng)格和結(jié)構(gòu)，space.mult,scale,flip.y 23:1415Silvaco學(xué)習(xí)初始化的幾個例子23:14Silvaco學(xué)習(xí)16Init infile=test.strInit gaas c.selenium=1e15 orientation=100Init phosphor resistivity=10 Init algaas c.fraction=0.2工藝仿真從結(jié)構(gòu)test.str中開始：GaAs襯底，含硒濃度為1015cm-3

9、，晶向100：硅襯底，磷摻雜，電阻率為10.cmAlGaAs襯底，Al的組分為0.2Init two.d采用默認(rèn)參數(shù)，二維初始化仿真：默認(rèn)參數(shù)初始化的例子23:14Silvaco學(xué)習(xí)17go athenaLine x loc=0.0 spac=0.02Line x loc=1.0 spac=0.10Line y loc=0.0 spac=0.02Line y loc=2.0 spac=0.20init two.dtonyplot quit工藝步驟對具體的工藝進(jìn)行仿真這些工藝包括：Bake，CMP，Deposition，Development，Diffusion，Epitaxy，Etch，Exp

10、osure，Imaging，Implantation，Oxidation，Silicidation先介紹氧化（Oxidation）工藝，其他工藝留待下節(jié)課講解23:1418Silvaco學(xué)習(xí)氧化工藝介紹對硅表面進(jìn)行熱氧化是半導(dǎo)體制造中的一個重要過程。在熱氧化過程中，高溫環(huán)境讓氧分子有足夠的可動性穿過已形成的氧化層，到達(dá)氧化硅-硅表面，產(chǎn)生氧化反應(yīng)。氧化方法除了干氧氧化外，還可以通過濕氧氧化，以加快氧化的速度。但濕氧氧化一般具有較松散的結(jié)構(gòu)、較低的折射率和其他問題，并不能在某些關(guān)鍵氧化層中應(yīng)用。23:14Silvaco學(xué)習(xí)19另外，通過HCL或Cl2有助于清潔氧化爐中的金屬雜質(zhì)，同時(shí)也有增快氧化

11、速率的作用。氧化過程通常以費(fèi)克定律方程及氣流平衡方程描述。對于特定溫度下，氧化層厚度和氧化時(shí)間的關(guān)系有兩個極限形式： 1）在氧化層的厚度足夠薄的時(shí)候，氧化速率是線性的； 2）在氧化層足夠厚的時(shí)候，其速率為拋物線的。23:14Silvaco學(xué)習(xí)20氧化工藝得到氧化層的辦法可以是擴(kuò)散（diffuse）和淀積（deposit）,這節(jié)課稍微介紹哈diffuseDiffuse做氧化主要參數(shù)有：擴(kuò)散步驟的參數(shù)，time,temperature,t.final,t.rate擴(kuò)散氛圍的參數(shù)，dryo2|weto2|nitrogen|inert, hcl.pc, pressure,f.o2|f.h2|f.h2o

12、|f.n2|f.hcl,c.impurity模型參數(shù)，b.mod|p.mod|as.mod,ic.mod|vi.mod混雜參數(shù)，no.diff,reflow23:14Silvaco學(xué)習(xí)21Diffuse做氧化的例子23:14Silvaco學(xué)習(xí)22Diffuse time=30 temp=1000 f.o2=10Diffuse time=30 temp=1200 dryo2氧化時(shí)間30分鐘，1200度，干氧。氧化時(shí)間30分鐘，1000度，氧氣流速10sccm。go athenaLine x loc=0.0 spac=0.02Line x loc=1.0 spac=0.10Line y loc=0

13、.0 spac=0.02Line y loc=2.0 spac=0.20init two.dDiffuse time=30 temp=1200 dryo2tonyplot quit干氧氧化的完整語法：結(jié)果：抽取特性Deckbuild有內(nèi)建的抽取功能，在ATHENA中某一步工藝之后抽?。翰牧虾穸?，結(jié)深，表面濃度，濃度分布，方塊電阻等特性由QUICKMOS和QUICKBIP可以得到一維時(shí)的器件特性，如閾值電壓、一維結(jié)電容等等。23:1423Silvaco學(xué)習(xí)自動得到抽取語句23:14Silvaco學(xué)習(xí)24抽取氧化層厚度23:14Silvaco學(xué)習(xí)25go athenaLine x loc=0.0

14、spac=0.02Line x loc=1.0 spac=0.10Line y loc=0.0 spac=0.02Line y loc=2.0 spac=0.20init two.dDiffuse time=30 temp=1200 dryo2extract name=“Tox” thickness oxide mat.occno=1 x.val=0tonyplot 在菜單欄中自動生成抽取命令時(shí)得到的語句：EXTRACT init infile=AIa02224EXTRACT extract name=Tox thickness oxide mat.occno=1 x.val=0WARNING

15、: specified cutline may give inaccurate values resulting from proximity to structure edge, (min=0, max=1)Tox=1378.95 angstroms (0.137895 um) X.val=0EXTRACT quit輸出窗口顯示的結(jié)果：注意警告信息結(jié)構(gòu)操作命令structure可以保存和導(dǎo)入結(jié)構(gòu)，對結(jié)構(gòu)做鏡像或翻轉(zhuǎn)參數(shù)：infile,outfile,flip.y,mirror left|right|top|bottom在仿真到一定步驟時(shí)可適當(dāng)保存結(jié)構(gòu)23:1426Silvaco學(xué)習(xí)go at

16、henaLine x loc=0.0 spac=0.02Line x loc=1.0 spac=0.10Line y loc=0.0 spac=0.02Line y loc=2.0 spac=0.20init two.dDiffuse time=30 temp=1200 dryo2structure outfile=oxide.strextract name=Tox thickness oxide mat.occno=1tonyplot Tonyplot顯示Tonyplot可以顯示仿真得到的結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)工具多（cutline,ruler,probe,movie）使用靈活（set,方便的Displ

17、ay（2D Mesh）可以導(dǎo)出數(shù)據(jù)23:1427Silvaco學(xué)習(xí)怎樣組織工藝仿真？1、建立仿真網(wǎng)格2、仿真初始化3、工藝步驟4、抽取特性5、結(jié)構(gòu)操作6、Tonyplot顯示工藝仿真流程：23:1428Silvaco學(xué)習(xí)工藝優(yōu)化尋找合適的工藝參數(shù)工藝優(yōu)化工藝優(yōu)化工具Optimizer啟動方式：CommandOptimizer可以對多個參數(shù)同時(shí)優(yōu)化優(yōu)化不限于工藝23:1429Silvaco學(xué)習(xí)優(yōu)化設(shè)置23:1430Silvaco學(xué)習(xí)優(yōu)化設(shè)置界面，誤差范圍，尋找次數(shù)待優(yōu)化的參數(shù)選擇23:1431Silvaco學(xué)習(xí)go athenaLine x loc=0.0 spac=0.02Line x loc

18、=1.0 spac=0.10Line y loc=0.0 spac=0.02Line y loc=2.0 spac=0.20init two.dDiffuse time=30 temp=1200 dryo2extract name=Tox thickness oxide mat.occno=1 x.val=0tonyplot 框住待優(yōu)化的工藝（此處是diffuse）參數(shù)那一行，在OptimizerMode框中選擇Parameter。然后EditAdd,即彈出參數(shù)選擇面板可改變參數(shù)掃描范圍優(yōu)化目標(biāo)設(shè)置23:1432Silvaco學(xué)習(xí)go athenaLine x loc=0.0 spac=0.02Line x loc=1.0 spac=0.10Line y loc=0.0 spac=0.02Line y loc=2.0 spac=0.20init two.dDiffuse time=30 temp=1200 dryo2extract name=Tox thickness oxide mat.occno=1 x.val=0tonyplot