SilvacoTCAD工藝仿真1課件

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工藝仿真（一）Tangshaohua,SCU*1Silvaco學(xué)習(xí)mailto:shaohuachn@126.com

ATHENA工藝仿真軟件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。ATHENA提供一個易于使用，模塊化的，可擴(kuò)展的平臺。可用于模擬離子注入，擴(kuò)散，刻蝕，淀積，以及半導(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。*2Silvaco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*3Silvaco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*5Silvaco學(xué)習(xí)ATHENA工藝仿真軟件考慮多重擴(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)建模，用以允許進(jìn)行多器件幾何結(jié)構(gòu)的模擬和分析。*6Silvaco學(xué)習(xí)ATHENA工藝仿真軟件通過MaskViews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器件模擬軟件無縫集成*7Silvaco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*9Silvaco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*10Silvaco學(xué)習(xí)定義網(wǎng)格網(wǎng)格定義對仿真至關(guān)重要定義方式:

網(wǎng)格間距會根據(jù)loc和 Spac自動調(diào)整Xy0x1x2s1s2y1y2s3s4*11Silvaco學(xué)習(xí)linexlocation=x1spacing=s1linexlocation=x2spacing=s2lineylocation=y1spacing=s3lineylocation=y2spacing=s4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；淀積和外延時的dy,ydy等參數(shù)*13Silvaco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: material,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…*14Silvaco學(xué)習(xí)初始化的幾個例子*Silvaco學(xué)習(xí)15InitinInitgaasc.selenium=1e15orientation=100Initphosphorresistivity=10

Initalgaasc.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，晶向[100]：硅襯底，磷摻雜，電阻率為10Ω.cmAlGaAs襯底，Al的組分為0.2Inittwo.d采用默認(rèn)參數(shù)，二維初始化仿真：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，Exposure，Imaging，Implantation，Oxidation，Silicidation先粗略介紹氧化（Oxidation）工藝，其他工藝留待下節(jié)課講解*17Silvaco學(xué)習(xí)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|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,reflow*Silvaco學(xué)習(xí)18Diffuse做氧化的例子*Silvaco學(xué)習(xí)19Diffusetime=30temp=1000f.o2=10Diffusetime=30temp=1200dryo2氧化時間30分鐘，1200度，干氧。氧化時間30分鐘，1000度，氧氣流速10sccm。goathenaLinexloc=0.0spac=0.02Linexloc=1.0spac=0.10Lineyloc=0.0spac=0.02Lineyloc=2.0spac=0.20inittwo.dDiffusetime=30temp=1200dryo2tonyplotquit干氧氧化的完整語法：結(jié)果：自動得到抽取語句*Silvaco學(xué)習(xí)21抽取氧化層厚度*Silvaco學(xué)習(xí)22goathenaLinexloc=0.0spac=0.02Linexloc=1.0spac=0.10Lineyloc=0.0spac=0.02Lineyloc=2.0spac=0.20inittwo.dDiffusetime=30temp=1200dryo2extractname=“Tox”thickness\oxidemat.occno=1x.val=0tonyplot在菜單欄中自動生成抽取命令時得到的語句：EXTRACT>initinfile="AIa02224"EXTRACT>extractname="Tox"thicknessoxidemat.occno=1x.val=0WARNING:specifiedcutlinemaygiveinaccuratevaluesresultingfromproximitytostructureedge,(min=0,max=1)Tox=1378.95angstroms(0.137895um)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)：in[left|right|top|bottom]在仿真到一定步驟時可適當(dāng)保存結(jié)構(gòu)*23Silvaco學(xué)習(xí)goathenaLinexloc=0.0spac=0.02Linexloc=1.0spac=0.10Lineyloc=0.0spac=0.02Lineyloc=2.0spac=0.20inittwo.dDiffusetime=30temp=1200dryo2structureoutextractname="Tox"thickness\oxidemat.occno=1tonyplot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顯示思考1：到現(xiàn)在是否加深了理解？思考2：這是唯一的模式嗎？工藝仿真流程：*25Silvaco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：Command>Optimizer…可以對多個參數(shù)同時優(yōu)化優(yōu)化不限于工藝*26Silvaco學(xué)習(xí)優(yōu)化目標(biāo)設(shè)置*29Silvaco學(xué)習(xí)goathenaLinexloc=0.0spac=0.02Linexloc=1.0spac=0.10Lineyloc=0.0spac=0.02Lineyloc=2.0spac=0.20inittwo.dDiffusetime=30temp=1200dryo2extractname="Tox"thicknessoxide\mat.occno=1x.val=0tonyplotquit框住待優(yōu)化的目標(biāo)（通常是extract）那一行，在Optimizer>Mode框中選擇Targets。然后Edit>Add即彈出優(yōu)化目標(biāo)（Tox）的面板，將目標(biāo)設(shè)置設(shè)置為2000優(yōu)化進(jìn)行時*30Silvaco學(xué)習(xí)當(dāng)待優(yōu)化的參數(shù)，優(yōu)化的目標(biāo)設(shè)置好后，在Optimizer>Mode框中選擇Results，然后點(diǎn)右側(cè)的Optimizer即