8 Silvaco TCAD工艺仿真工艺优化及工艺参数校准
8 Silvaco TCAD工艺仿真工艺优化及工艺参数校准

• 继续校准以使计算值和实验值更接近
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2.3 薄层氧化参数校准的例子
默认参数 #---------- thin dry coeffs
oxide silicon dryo2 orient=111 thinox.0 =5.87e6 thinox.e =2.32 \ thinox.l=0.0078 thinox.p=1.0 th in o:e x0 kt th in ox :l thinox:p
Time (min)
#---------- thin dry coeffs oxide silicon dryo2 orient=111 thinox.0 =x1\ thinox.e =x2 thinox.l=x3 thinox.p=x4
时间和氧化层厚度曲线 (黑线为实际曲线)
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2.3 薄层氧化参数校准的例子(续)
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1.4.1 VWF 对节点进行展开
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1.4.2 运行后结果分析
• SPAYN(Statistical Parameter And Yield aNalysis)对 VWF仿真得到的多组数据进行后处理,比如回归分 析、相关分析、多维数据分析、直方图和散点图等 • SPAYN还可以画SPC(统计过程控制)图表和Wafer Map
oxide silicon dryo2 orient=111 thinox.0=7e6 thinox.e=2.32 \ thinox.l=0.0078 thinox.p=1.0 diffuse time=30 temperature=1000 dryO2 press=1 extract name="tox" thickness material="SiO~2" mat.occno=1 x.val=0.1
Silvaco TCAD 工艺仿真2

快速热退火(RTA): Diffuse time=1 temp=1000 nitro press=1.5
高级的扩散模型:
Method pls
Diffuse time=1 hour temp=950 nitro c.phos=1e20 \
tsave=1 tsave.mult=10 dump.predep=predep
Method pls Diffuse time=1 hour temp=950 nitro \
c.phos=1e20 tsave=1 tsave.mult=10 \ dump.prefix=predep
tonyplot predep*.str tonyplot -overlay predep*.str
淀积,网格控制:
Rate.depo machine=MOCVD cvd dep.rate=0.1 u.m \
step.cov=0.75 tungsten
Deposit machine=MOCVD time=1 minute
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淀积的例子(网格)
go athena
Line x loc=0.0 spac=0.02 Line x loc=1.0 spac=0.10 Line y loc=0.0 spac=0.02 Line y loc=2.0 spac=0.20
Diffuse time=30 temp=1200 weto2
变温扩散:
Diffuse time=2 temp=800 t.final=1200 nitro press=2 Diffuse time=20 temp=1200 nitro press=2 Diffuse time=2 temp=1200 t.final=800 nitro press=2
Silvaco TCAD 工艺仿真2资料讲解

Implant boron dose=1e13 energy=50 tilt=0 s.oxide=0.005
Monte Carlo注入:
Implant boron dose=1e13 energy=300 bca tilt=0 rotation=0
注入损伤:
优化
*
extract name="Tox" thickness oxide \ mat.occno=1 x.val=0
tonyplot quit
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这一讲的安排
介绍各个工艺的参数及其意义 举例说明 这些工艺有:
离子注入,扩散,淀积,刻蚀,外延和抛 光
*
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离子注入
Implant boron dose=1e14 energy=50 unit.damage dam.factor=0.1
*
6ห้องสมุดไป่ตู้
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离子注入的例子
go athena Line x loc=0.0 spac=0.02 Line x loc=1.0 spac=0.10 Line y loc=0.0 spac=0.02 Line y loc=2.0 spac=0.20 init silicon c.boron=1e16 two.d
命令implant,参数及说明如下:
*
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离子注入的参数及说明
离子注入的几何说明:
注入面:α 表面:∑
仿真面:β Tilt angle:θ Rotation angle:φ
*
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Silvaco_TCAD_工艺仿真1解读

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ATHENA工艺仿真软件
通过MaskViews 的掩模构造说明,工程师可 以有效地分析在每个工艺步骤和最终器件 结构上的掩模版图变动的影响。
与光电平面印刷仿真器和精英淀积和刻蚀
仿真器集成,可以在物理生产流程中进行 实际的分析。
与ATLAS 器件模拟软件无缝集成
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可仿真的工艺 (Features and Capabilities)
Bake CMP Deposition Development Diffusion Epitaxy
• Etch • Exposure • Imaging • Implantation • Oxidation • Silicidation
采用默认参数,二维初始化仿真: Init two.d
工艺仿真从结构test.str中开始: Init infile=test.str
GaAs衬底,含硒浓度为1015cm-3,晶向[100]: Init gaas c.selenium=1e15 orientation=100
硅衬底,磷掺杂,电阻率为10Ω.cm Init phosphor resistivity=10
定义衬底: material,orientation,c.impurities,resitivity …
初始化仿真: 导入已有的结构,infile… 仿真维度,one.d,two.d … 网格和结构,space.mult,scale,flip.y …
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初始化的几个例子
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Silvaco学习
工艺仿真流程
1、建立仿真网格 2、仿真初始化 3、工艺步骤 4、抽取特性 5、结构操作 6、Tonyplot显示
Silvaco_TCAD_工艺仿真1.

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仿真初始化
工艺仿真中的初始化(initialize)可定义衬 底,也可以初始化仿真 定义衬底: material,orientation,c.impurities,resitivit y… 初始化仿真: 导入已有的结构,infile… 仿真维度,one.d,two.d … 网格和结构,space.mult,scale,flip.y …
具体描述请参见手册中 Table1.1 Features and Capabilities
17:08 9 Silvaco学习
ATHENA 的输入和输出
一维和二维结构 工艺步骤 GDS版图 掩膜层 电阻和CV分析
ATHENA
工艺模拟软件
E-test数据(Vt)分析 涂层和刻蚀外形 输出结构到ATLAS 材料厚度,结深 CD外形,开口槽
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工艺仿真流程
1、建立仿真网格 2、仿真初始化 3、工艺步骤 4、抽取特性 5、结构操作
6、Tonyplot显示
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定义网格
网格定义对仿真至关重要 定义方式:
line x location=x1 spacing=s1 line x location=x2 spacing=s2 line y location=y1 spacing=s3 line y location=y2 spacing=s4
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ATHENA工艺仿真软件
分析和优化标准的和最新的隔离流程,包 括LOCOS,SWAMI,以及深窄沟的隔离 在器件制造的不同阶段分析先进的离子注 入方法——超浅结注入,高角度注入和为 深阱构成的高能量注入
SilvacoTCAD工艺仿真 ppt课件

Implant boron dose=1e14 energy=50 unit.damage dam.factor=0.1
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离子注入的例子
go athena Line x loc=0.0 spac=0.02 Line x loc=1.0 spac=0.10 Line y loc=0.0 spac=0.02 Line y loc=2.0 spac=0.20 init silicon c.boron=1e16 two.d
淀积BPSG: Deposit material=BPSG thick=.1 c.boron=1e20 c.phos=1e20
淀积,网格控制:
Rate.depo machine=MOCVD cvd dep.rate=0.1 u.m \ step.cov=0.75 tungsten
Deposit machine=MOCVD time=1 minute
抽取得到结深 Xj=0.267678μm
把spac=0.02 换成0.1看有什么不同
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扩散
命令diffuse,参数及说明如下:
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扩散的例句
磷的预沉积: Diffuse time=1 hour temp=1000 c.boron=1e20
Implant phosph dose=1e13 energy=50 \ tilt=7 unit.damage dam.factor=0.05
extract name="xj" xj material="Silicon” \ mat.occno=1 x.val=0.05 junc.occno=1
Silvaco TCAD工艺仿真模块及工艺仿真流程
能功的块模物化硅 ATHEN件A 软 真 仿 艺 工 器真仿艺工料材存闪的进先
1.1.1 ATHENA
• 分析和优化标准的和最新的隔离流程,包括 LOCOS, SWAMI,以及深窄沟的隔离
• 在器件制造的不同阶段分析先进的离子注入方法——超浅 结注入,高角度注入和为深阱构成的高能量注入
• 以物理为基础的刻蚀和淀积模型 • 带有各向异性性和各向同性刻蚀率的材质回流模型 • 干法刻蚀模式的光束扩散 • 微加载影响 • 由单向的,双向的,半球状的,轨道式的,以及圆锥形源引起
的淀积作用
.
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1.1.6 光刻仿真器
• 投射,接近,和接触系统
• 模拟非平面的基础构造
• 相位移位,二元以及局部传动的掩模
.
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2.3 工艺步骤
• 对具体的工艺进行仿真 • 这些工艺包括
Bake,CMP,Deposition,Development,Diffusion, Epitaxy,Etch,Exposure,Imaging,Implantation, Oxidation,Silicidation
• 本节课先简单介绍氧化(Oxidation)工艺
模型参数,b.mod|p.mod|as.mod, ic.mod|vi.mod
混杂参数,no.diff, refl. ow
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2.3.2 Diffuse做氧化的例子
氧化时间30分钟,1200度,干氧
diffuse time=30 temp=1200 dryo2
氧化时间30分钟,1000度,氧气流速10sccm
• 命令:extract
.
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2.4.1 自动生成提取语句
半导体工艺及器件仿真工具SILVACO-TCAD教程
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– 为了预览所定义的网格,在网格定义菜单中选择View键, 则会显示View Grid窗口。
– 最后,点击菜单上的WRITE键从而在文本窗口中写入网 格定义信息。
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定义初始衬底
由网格定义菜单确定的LINE语句只是为ATHENA仿真结
介绍网格定义的方法。
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• 在0.6μm×0.8μm的方形区域内创建非均匀网格 − 在网格定义菜单中,Direction栏缺省为X方向;点击 Location栏,输入值0,表示要插入的网格线定义点在位置0; 点击Spacing栏,输入值0.1,表示相邻网格线定义点间的网格 线间距为0.1。当两个定义点所设定的网格线间距不同时,系统 会自动将网格间距从较小值渐变到较大值。 − 在Comment栏,键入注释行内容“Non-Uniform Grid (0.6um x 0.8um)”,如图所示;
② 点击WRITE键,Extract语句将会出现在文本窗口中。在 这个Extract语句中,mat.occno(=1)为说明层数的
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参数。由于这里只有一个二氧化硅层,所以这个参数 是可选的。然而当存在有多个二氧化硅层时,则必须 指定出所定义的层。
③ 点击Deckbuild控制栏上的Cont键,继续进行ATHENA 仿真。Extract语句运行时的输出如图所示;从运行输出 可以看到,我们测量的栅极氧化层厚度为131.347Å。
⑤ 检查temp=<variable>和press=<variable>这两项。 然后,点击Apply。添加的最优化参数将如下右图所示 被列出 ;
silvaco TCAD 仿真速成手册
silvaco TCAD 仿真速成手册排行榜收藏打印发给朋友举报发布者:kongfuzi热度4票浏览33次时间:2010年2月26日09:01 silvaco TCAD 仿真速成手册第1章: 简介该指南手册针对首次应用SILVACO TCAD软件的新用户。
它旨在帮助新用户在几分钟时间内快速并成功安装和运行该软件。
该指南也演示如何快速有效查看手册,查找仿真器中使用的所有参数的解释和定义。
它也参照相应章节,来理解等式以及其使用的根本规则。
关于进一步的阅读和参考,用户可参照SILVACO网站的技术支持部分,那里有丰富的技术材料和发表文献。
第2章: 快速入门2.1: DeckBuild运行时间环境窗口"DeckBuild"是富含多样特征的运行时间环境,它是快速熟悉SILVACO的TCAD软件的关键。
Deckbuild 主要特征包括:自动创建输入文件、编辑现有输入文件,创建DOE,强大的参数提取程序和使得输入文件中的参数变量化。
更重要的是,DeckBuild包含好几百个范例,涵盖多种电学、光学、磁力工艺类型,便于首次使用该工具的用户。
使用入门用户可打开一个控制窗口,创建一个目录,用于保存该指南范例将创建的临时文件。
例如,要创建或重新部署一个名为"tutorial," 的目录,在控制窗口键入:mkdir tutorial cd tutorial然后键入下列命令开启deckbuild运行环境:deckbuild屏幕上将出现类似于图2.1的DeckBuild运行时间环境。
GUI界面包括两部分:上部窗口显示当前输入文件,而下部显示运行输入文件时创建的输出。
图2.1 DeckBuild 运行时间界面GUI2.2: 载入和运行范例输入文件可以由用户创建或者从范例库中加载。
为了熟悉软件语法,最好载入第一个实例中范例。
要从deckbuild运行时间环境的GUI载入范例,可点击:Main Control... Examples(范例)...屏幕将弹出一个窗口显示一列47个类别的范例。
高频npn双极型晶体管Silvaco TCAD仿真
高频npn双极型晶体管Silvaco TCAD仿真一、npn晶体管器件物理1.npn晶体管的基本结构和制造工艺(1)npn晶体管的基本结构双极型晶体管由两个“背靠背”的pn结组成,一种基本结构如图1所示,晶体管中两种载流子都参与导电。
双极型晶体管按照导电类型和极性可划分为npn 晶体管和pnp晶体管,按照制作工艺可划分为合金管、平面管和台面管。
图 1 双极型晶体管基本结构(2)npn晶体管的制造工艺1948年,美国贝尔实验室的肖克莱、巴丁和布拉顿利用合金烧结法制作了第一个锗基双极型晶体管分立器件,奠基了现代电子技术的基础[1]。
npn晶体管制造的平面外延工艺在上世纪70年代一度成为主流,随着各种先进工艺和材料的引进,npn晶体管普遍使用多晶硅发射极的结构以提升注入效率,通过异质外延、离子注入、极紫外光刻等技术,npn晶体管尺寸更小、掺杂浓度更高更精确,性能也更出色。
2.npn晶体管的输出特性和击穿特性(1)npn晶体管的电流放大功能当处于放大工作状态时,npn晶体管的电流输运分为以下三个步骤:发射区发射载流子→基区输运载流子→集电区收集载流子,由于两种载流子都参与晶体管的电流输运,故得名“双极型晶体管”,三个过程定量描述载流子输运的系数分别是注入效率、基区输运系数和集电区雪崩倍增因子。
当npn型双极型晶体管发射结正偏、集电结反偏时,晶体管的基极电流将与集电极电流呈现近似比例关系,即I C=βI B(β>>1),呈现出“电流放大”的功能,其中β称为npn晶体管的电流放大系数。
npn晶体管的输出特性曲线如图2所示,图中虚线代表V BC=0,即V CE=V BE 的情形,是放大区和饱和区的分界线。
(2)npn晶体管的击穿特性当双极型晶体管一个电极开路,在另外两个电极外加反向偏压时,npn晶体管将发生雪崩倍增效应,产生类似于pn结的击穿现象,基极开路时,使I CEO→∞的V CE称为BV CEO,npn晶体管的BV CEO曲线表示如图3所示。
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• TCAD中的工艺参数来源于
物理化学理论 Fab厂的经验数据
• 仿真和实验难免存在偏差!
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2.2 参数校准的思路
• 寻找实际生产中可测试的工艺结果及影响结果的 工艺参数 • 找出工艺仿真的模型方程 • 实际工艺的参数和结果按照模型方程的形式进行 拟合 • 拟合的参数替换模型中默认参数
• 继续校准以使计算值和实验值更接近
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2.3 薄层氧化参数校准的例子
默认参数 #---------- thin dry coeffs
oxide silicon dryo2 orient=111 thinox.0 =5.87e6 thinox.e =2.32 \ thinox.l=0.0078 thinox.p=1.0 th in o:e x0 kt th in ox :l thinox:p
参数校准→系数 工艺优化 → 条件
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1.2.1 Optimizer的优化设置
• 误差范围,寻找次数
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1.2.2 Optimizer的待优化参数
步骤:
go athena
line x loc=0.0 spac=0.02 line x loc=1.0 spac=0.10 line y loc=0.0 spac=0.02 line y loc=2.0 spac=0.20 init two.d diffuse time=30 temp=1200 dryo2 extract name="Tox" thickness oxide \ mat.occno=1 x.val=0
步骤:
1、框住待优化的目标(通常是extract) 那一行, 2、在Optimizer>Mode框中选择Targets 3、Edit>Add 4、弹出优化目标(Tox)的面板 5、设置目标值
extract name="Tox" thickness \
oxide mat.occno=1 x.val=0
Time (min)
#---------- thin dry coeffs oxide silicon dryo2 orient=111 thinox.0 =x1\ thinox.e =x2 thinox.l=x3 thinox.p=x4
时间和氧化层厚度曲线 (黑线为实际曲线)
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2.3 薄层氧化参数校准的例子(续)
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1.4.1 VWF 对节点进行展开
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1.4.2 运行后结果分析
• SPAYN(Statistical Parameter And Yield aNalysis)对 VWF仿真得到的多组数据进行后处理,比如回归分 析、相关分析、多维数据分析、直方图和散点图等 • SPAYN还可以画SPC(统计过程控制)图表和Wafer Map
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1.4.3 VWF的分析
• 统计分析 • 目标结果和参数的自动拟合
VWF只有Linux版本!
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2 工艺参数校准
第一部分 第二部分 第三部分
工艺优化 工艺参数校准
总结
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2.1 为什么要对工艺参数进行校准
• 工艺偏差的来源
设备类型不同 设备状态改变 人员操作
扫描方式可控性差 只能得到一种组合
工艺步骤
(需要优化工艺条件)
提取结果
(优化目标)
改 变 工 艺 条 件 NO
满足要求? YES 优化完成
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1.4 VWF简单介绍
• Virtual Wafer Fab
VWF可以在从工艺仿真到SPICE电路性能仿真的整个流程中使用, 也可以在其中的一部分使用 灵活的系统允许自定义实验;实验中的掩模、工艺参数、器件 参数、电路参数或调整系数的任意组合均可定义为输入变量
定义实验时,可通过DOE实验设计(如Box Behnken)来自动修改输 入参数,或通过优化算法(如Levenberg-Marquardt算法)来手工 修改输入参数 可在整个流程中测量输出响应值,包括工艺特性(如氧化厚 度)、器件特性(如阈值电压)或者电路特性(如上升时间)等
一份完整的输入响应和实测输出响应工作表可导出至SPAYN,用 于额外的统计分析,或导出至TonyPlot用于查看
go athena line x loc = 0.0 sapcing=0.25 line x loc = 0.25 spacing=0.25 line y loc = 0 spacing = 0.001 line y loc = 0.50 spacing = 0.02
init silicon c.phos=1.0e14 orient=111
1、框住待优化的工艺(此处是diffuse) 参数那一行 2、在Optimizer>Mode框中选择Parameter, 3、Edit>Add即弹出参数选择面板 4、设置参数的扫描范围
tonyplot
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1.2.3 Optimizer的优化目标
go athena line x loc=0.0 spac=0.02 line x loc=1.0 spac=0.10 line y loc=0.0 spac=0.02 line y loc=2.0 spac=0.20 init two.d diffuse time=30 temp=1200 dryo2
主要内容
第一部分 第二部分 第三部分
工艺优化 工艺参数校准 总结
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1 工艺优化
第一部分 第二部分 第三部分
工艺优化 工艺参数校准 总结
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1.1 优化工具Optimizer
• 寻找合适的工艺参数——工艺优化 • 工艺优化工具Optimizer • 启动方式:Command>Optimizer… • 可以对多个参数同时优化 • 优化不限于工艺 • Y=A * X + B * X^2 …
方程形式
400 350
Tox (angstroms)
R = thi0 200 150 100 50 0 5 10 15 20 25 30
实验结果拟合后的参数
R = thinox:0 ¢e
th in o:e kt
e
x0 th in ox :l
P thinox:p
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3 总结
第一部分 第二部分 第三部分
工艺优化 工艺参数校准 总结
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3 总结
• 本课的主要内容
工艺优化Optimizer和VWF
工艺参数校准
• 下一课主要内容
器件仿真器 器件仿真流程
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欢迎提问
谢谢!
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oxide silicon dryo2 orient=111 thinox.0=7e6 thinox.e=2.32 \ thinox.l=0.0078 thinox.p=1.0 diffuse time=30 temperature=1000 dryO2 press=1 extract name="tox" thickness material="SiO~2" mat.occno=1 x.val=0.1
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1.2.4 优化…
当待优化的参数,优化的目标设置好后, 在Optimizer>Mode框中选择Results, 点击Optimizer即开始优化 OK! (^_^)
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1.3 Optimizer的优点及不足
• Optimizer可以扫描特定参数以得到满意的结果
目标结果 工艺参数
• Optimizer的不足: