《教学分析》-SilvacoTCAD工艺仿真
7 Silvaco TCAD工艺仿真外延、抛光和光刻
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1.3.5 Projection的命令、参数及例句
• Projection光学投影系统的定义 参数只有na(光学投影系统的孔隙数)和flare(成像 时出现的耀斑数)
例句：
projection na=.5 flare=1
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1.3.6 Filter的命令、参数及例句
• Filter定义发射孔(pupil)的类型和光源形状及其滤 波特性。 • 主要参数及其说明如下（illum.filter也类似）
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曝光区域
光刻掩膜图案
1.3.11 光刻仿真的完整例子（续）
line x loc=-2 spac=0.05 line x loc=0 spac=0.05 line x loc=2 spac=0.05 line y loc=0 spac=0.05 line y loc=2 spac=0.2 init silicon orient=100 c.boron=1e15 two.d
• Develop（显影），主要参数及说明如下：
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1.3.10.2 Develop的例句
develop kim dump=1 time=30 steps=10
develop mack time=30 steps=5 substeps=30
rate.develop name.resist=my e1.dill=1 e2.dill=0.5 e3.dil=0.003
polish machine=CMP time=3 min
structure outfile=polish.str tonyplot pre_polish.str polish.str
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9SilvacoTCAD器件仿真模块及器件仿真流程
9SilvacoTCAD器件仿真模块及器件仿真流程Silvaco TCAD是一种广泛使用的集成电路（IC）设计和仿真工具，用于开发和研究半导体器件。
它提供了一套完整的器件仿真模块，可以帮助工程师设计、优化和验证各种半导体器件的性能。
本文将介绍几个常用的Silvaco TCAD器件仿真模块，并提供一个简要的器件仿真流程。
1. ATHENA模块：ATHENA是Silvaco TCAD的物理模型模拟引擎，用于模拟器件的结构和物理特性。
它可以通过解决泊松方程、电流连续性方程和能带方程等来计算电子和空穴的分布、电场和电势等物理量。
ATHENA支持多种材料模型和边界条件，可以准确地模拟各种器件结构。
2. ATLAS模块：ATLAS是Silvaco TCAD的设备模拟引擎，用于模拟半导体器件的电学和光学特性。
它可以模拟器件的电流-电压特性、载流子分布、能量带结构和光电特性等。
ATLAS支持各种器件类型，如二极管、MOSFET、BJT和太阳能电池等。
3. UTILITY模块：UTILITY是Silvaco TCAD的实用工具模块，用于处理和分析仿真结果。
它提供了各种数据可视化、数据处理和数据导出功能，帮助工程师分析和优化器件性能。
UTILITY还可以用于参数提取和模型校准，以改进模拟的准确性。
接下来是一个简要的Silvaco TCAD器件仿真流程：2. 设置模拟参数：在进行仿真之前，需要设置模拟所需的参数，如材料参数、边界条件、物理模型和仿真选项等。
可以使用Silvaco TCAD的参数设置工具来设置这些参数。
3. 运行ATHENA模拟：使用ATHENA模块进行结构模拟，通过求解泊松方程和连续性方程，计算出电子和空穴的分布、电场和电势等物理量。
可以使用Silvaco TCAD的命令行界面或图形用户界面来运行ATHENA模拟。
4. 运行ATLAS模拟：使用ATLAS模块进行设备模拟，模拟器件的电学和光学特性。
ATLAS模块可以计算器件的电流-电压特性、载流子分布、能量带结构和光电特性等。
SilvacoTCAD半导体仿真工具培训教程_资料手册
SilvacoTCAD半导体仿真工具培训教程_资料手册Silvaco TCAD 半导体仿真工具培训教程_资料手册Silvaco TCAD 2014.00 Win32 1DVD半导体仿真工具Synopsys.Tcad.Sentaurus.vH-2013.03.Linux64 3CDSilvaco的TCAD 建模服务提供解决方案给那些有特别半导体器件建模需求而内部又没有时间和资源运行TCAD软件的客户。
使用TCAD 建模服务，可运用Silvaco在半导体物理和TCAD软件操作方面的专长，提供完全、快速和精确的即可使用的解决方案。
Silvaco AMS v2010.00 Win32 1CDSilvaco AMS 2008.09 Linux32 64Silvaco AMS 2008.09 Solaris 1CDSilvaco AMS 2008.09 Manual 1CDSilvaco Iccad 2008.09 1CDSilvaco Iccad 2008.09 Linux32 64Silvaco Iccad 2008.09 Solaris 1CDSilvaco Iccad 2008.09 Manual 1CDSilvaco Logic 2008.09 1CDSilvaco Logic 2008.09 Linux32 64Silvaco Logic 2008.09 Solaris 1CDSilvaco Logic 2008.09 Manual 1CD Silvaco TCAD 2012.00 Win32_64 1DVD Silvaco TCAD 2010.00 Linux 1CD Silvaco TCAD 2012 Linux64 1DVD Silvaco TCAD 2008.09 Solaris 1CD Silvaco TCAD 2008.09 Manual 1CD Silvaco Catalyst 2008.09 Linux32 64 Silvaco Catalyst 2008.09 Solaris 1CD Silvaco Char 2008.09 Linux32 64 Silvaco Char 2008.09 Solaris 1CD Silvaco Firebird 2008.09 Linux32 64 Silvaco Firebird 2008.09 Solaris 1CD Silvaco Mode 2008.09 Linux32 64 Silvaco Mode 2008.09 Solaris 1CD Silvaco Parasitic 2008.09 Linux32 64Silvaco Parasitic 2008.09 Solaris 1CDSilvaco UT 2007.04 Linux32 64Silvaco UT 2007.04 Solaris 1CDSilvaco VWF 2007.04 Linux32 64Silvaco VWF 2007.04 Solaris 1CDParallel SmartSpice 1.9.3.E 1CD■□■□■□■□■□■□■□■□■□■□■□■□■□■□■□■□■□■□+ 诚信合作，保证质量长期有效:+ 电话TEL：189******** 客服 QQ：1140988741■□■□■□■□■□■□■□■□■□■□■□■□■□■□■□■□■□■□Pinnacle产品:FracproPT.2007.v10.4.52 1CD（石油工业界的先进压裂软件工具，它提供支撑剂和酸液压裂处理的设计、模拟、分析、执行和优化功能。
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
20:55
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Silvaco学习
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
2
Silvaco学习
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
*
3
Silvaco学习
离子注入
Implant boron dose=1e14 energy=50 unit.damage dam.factor=0.1
*
6ห้องสมุดไป่ตู้
Silvaco学习
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：
*
4
Silvaco学习
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
*
5
Silvaco学习
第三讲 Silvaco TCAD 器件仿真01
#y方向网格定义
y.mesh loc=0.00 spac=0.1
y.mesh loc=1.00 spac=0.1
y.mesh loc=2.00 spac=0.2
y.mesh loc=5.00 spac=0.4
#定义区域
region num=1 silicon
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#定义电极 electr name=anode x.min=5 length=2 electr name=cathode bot
x.mesh loc=3.00 spac=0.2
x.mesh loc=5.00 spac=0.25
x.mesh loc=7.00 spac=0.25
x.mesh loc=9.00 spac=0.2
x.mesh loc=12.00 spac=0.5
29
mesh
#例3 设置y方向网格信息 y.mesh loc=0.00 spac=0.1 y.mesh loc=1.00 spac=0.1 y.mesh loc=2.00 spac=0.2 y.mesh loc=5.00 spac=0.4
#定义接触电极类型 contact name=anode workf=4.97
#偏压初始化 solve init
#数值计算方法 method newton
log out
#设置偏压求解 solve vanode=0.05 vstep=0.05 vfinal=1 name=anode tonyplot diodeex01.log -set diodeex01_log.set quit
Silvaco TCAD 工艺仿真3
例句
Expose z.cross cross.val=.1 Expose dose=200 num.refl=5 all.mats
14:14 13 Silvaco学习
Bake
Bake定义对光阻的后曝光和后坚膜时的烘烤
例句
Bake time=25 temp=150 reflow Bake time=10 temp=150 reflow dump dump.prefix=bake
光源波长强度成像系统透镜滤波掩膜结构曝光烘烤显影依此即可大体确定光刻仿真的流程optolith模块optolith模块可对成像imaging光阻曝光exposure光阻烘烤bake和光阻显影development等工艺进行精确定义
Silvaco TCAD 工艺仿真（三）
Tang shaohua, SCU
本讲希望大家体会的
熟悉工艺仿真流程 Set的使用 写语法时注意养成好习惯 适时地Tonyplot一下
14:14
26
Silvaco学习
谢谢！
14:14
27
Silvaco学习
交流时间
14:14
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Silvaco学习
19 Silvaco学习
14:14
从版图看Al栅CMOS的制作流程
纵向视图：
图例说明：
P型衬底 P型外延层 N-Well P型有源层 N型有源层 栅氧化层 接触金属
剖面图： G S
D
S
G
D 各光刻包括： N阱光刻 P型有源层光刻 N型有源层光刻 栅氧光刻 氧化隔离光刻(视工艺所需) 金属电极光刻
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14:14
10
Silvaco学习
SilvacoTCAD器件仿真优秀课件
Tang shaohua, SCU
*
1
Silvaco学习
这一讲主要内容
材料特性设置 物理模型设置 特性获取 结果分析 从例子hemtex01.in看整个流程
*
2
Silvaco学习
材料参数
状态Material，设置材料参数 材料参数和物理模型的选取有关，常用的
Silvaco学习
特性获取Biblioteka CE击穿特性：impact selb
method trap climit=1e - 4 maxtrap=10
#
solve init
solve vbase=0.025
solve vbase=0.05
solve vbase=0.2
#
contact name=base current
tmun
p0
mup
Tl 300
tmup
*
状态 Mobility Mobility Mobility Mobility
低场迁移率模型中可用户定义的参数
参数
默认值
Mun
1000
Mup
500
Tmun
1.5
Tmup
1.5
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单位 cm2/Vs cm2/Vs
Silvaco学习
物理模型
推荐的模型 MOSFETs类型：srh，cvt，bgn BJT，thyristors等：Klasrh，klaaug，kla，bgn 击穿仿真：Impact，selb
Solve vgate=0.05 vstep=0.05 vfinal=1.0 name=gate
Solve ibase=1e-6
*
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命令，Relax；淀积和外延时的dy,ydy等参数
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,res itivity …
Silvaco TCAD 工艺仿真（一）
Tang shaohua, SCU
E-Mail: shaohuachn@ shaohuachn@
ATHENA工艺仿真软件
ATHENA 能帮助工艺开发工程师开发和优化半 导体制造工艺。
ATHENA提供一个易于使用，模块化的，可扩展 的平台。
精确地对几何刻蚀和共形淀积，以及个别 结构和网格处理技术建模，用以允许进行 多器件几何结构的模拟和分析。
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
可仿真的工艺 （Features and Capabilities）
Bake CMP Deposition Development Diffusion Epitaxy
• Etch • Exposure • Imaging • Implantation • Oxidation • Silicidation
先粗略介绍氧化（Oxidation）工艺，其他 工艺留待下节课讲解
init two.d tonyplot quit
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
非均匀网格的例子：
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
网格定义需要注意的地方
1，疏密适当 在物理量变化很快的地方适当密一些
2，不能超过上限（20000） 3，仿真中很多问题其实是网格设置的问题，
硅衬底，磷掺杂，电阻率为10Ω.cm Init phosphor resistivity=10
AlGaAs衬底，Al的组分为0.2 Init algaas c.fraction=0.2
默认参数初始化的例子
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
光电印刷仿真器
ATHENA工艺仿真软件
所有关键制造步骤的快速精确的模拟，包括 CMOS，bipolar，SiGe，SOI，III-V，光电子 学以及功率器件技术
精确预测器件结构中的几何结构，掺杂剂量分 配，和应力
有助于IDMs，芯片生产厂商以及设计公司优化 半导体工艺，达到速度、产量、击穿、泄漏电 流和可靠性的最佳结合
具体描述请参见手册中 Table1.1 Features and Capabilities
ATHENA 的输入和输出
工艺步骤 GDS
一维和二维结构 电阻和CV分析 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
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 …
初始化的几个例子
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 in GaAs衬底，含硒浓度为1015cm-3，晶向[100]： Init gaas c.selenium=1e15 orientation=100
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
支持多层次杂质扩散，以精确预测衬底与 邻近材料表面的杂质行为
ATHENA工艺仿真软件
考虑多重扩散影响，包括瞬态增强的扩散， 氧化/硅化加强的扩散，瞬态激活作用，点 缺陷和簇群构造以及材料界面的再结合， 杂质分离，和传输
可用于模拟离子注入，扩散，刻蚀，淀积，以 及半导体材质的氧化。它通过模拟取代了耗费 成本的硅片实验，可缩短开发周期和提高成品 率。
工艺仿真模块
DeckBuild 集成环境
ATHENA工艺仿真软件 SSuprem4二维硅工艺仿真器
MC蒙托卡诺注入仿真器 硅化物模块的功能
精英淀积和刻蚀仿真器 蒙托卡诺沉积刻蚀仿真器 先进的闪存材料工艺仿真器
y1
line y location=y2 spacing=s4
s1 x1
网格间距会根据loc和 s4 y2
Spac自动调整
y
s2 x2
X
网格定义的例子
均匀网格的例子：
Line x loc=0.0 spac=0.1 Line x loc=1.0 spac=0.1 Line y loc=0.0 spac=0.2 Line y loc=2.0 spac=0.2
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
定义网格
网格定义对仿真至关重要
定义方式:
0
line x location=x1 spacing=s1
line x location=x2 spacing=s2 s3
line y location=y1 spacing=s3