Silvaco-TCAD交互式工具的界面及基本操作教学提纲
Silvaco操作指南
第二篇半导体工艺及器件仿真软件Silvacｏ操作指南主要介绍了半导体器件及工艺仿真软件Silvaｃｏ得基本使用。
书中通过例程引导学习工艺仿真模块Athenａ与器件仿真模块Atlａs,通过这两部分得学习可以使学习人员深入了解半导体物理得基本知识,半导体工艺得流程,以及晶体管原理得基本原理，设计过程，器件得特性。
对于学习集成电路得制备及后道工序有一定得帮助。
第一章ＳIＬVACO软件介绍ﻩ错误!未定义书签。
1、1程序启动............................... 错误!未定义书签。
1、2选择一个应用程序例子ﻩ错误!未定义书签。
1、3工艺模拟ﻩ错误!未定义书签。
1、3、１运行一次模拟 .................... 错误!未定义书签。
１、3、2 渐进学习模拟ﻩ错误!未定义书签。
1、3、３绘制结构 ........................ 错误!未定义书签。
1、３、4 使用Tonypｌot进行绘图ﻩ错误!未定义书签。
1、3、5 修正绘图得外观ﻩ错误!未定义书签。
1、3、6 缩放及在图上进行平移ﻩ错误!未定义书签。
1、３、7 打印图形ﻩ错误!未定义书签。
1、４使用H ISTＯRＹ功能..................... 错误!未定义书签。
１、5明确存贮状态ﻩ错误!未定义书签。
1、6创建用于比较得两个结构文件 ............ 错误!未定义书签。
1、6、1 存贮文件创建 ..................... 错误!未定义书签。
1、6、2 文件交叠 ......................... 错误!未定义书签。
1、7运行ＭOS工艺程序得第二部分 ........... 错误!未定义书签。
1、７、1 `Stop Ａt’ 功能ﻩ错误!未定义书签。
１、７、2 使用Ｔｏnｙploｔ用于2-Ｄ结构.. 错误!未定义书签。
１、7、3 使用Ｔoｎyplｏt来制备一轮廓图ﻩ错误!未定义书签。
silvaco教程
ATHENA：MOSFET
ATHENA模擬器計算顯影光阻層。光阻曝光劑量為200 mJ cm-2，曝光後在115℃ 下烘烤45 分鐘，然後圖案顯影60 秒，以上全部是正規參數。其中使用了Dill 顯影 模型。上面的影像顯示在曝光和烘烤後的PAG 濃度。左下的模擬顯示顯影到中途 的光阻圖形，右下的模擬顯示完全顯影的光阻圖形
• 半導體元件模擬軟體：Silvaco公司的ATLAS 模擬器
Athena製程模擬軟體可搭配Atlas元件模擬軟體使用，其功 能之齊全涵蓋了元件設計、製作程序、以及製程完成後的元 件特性分析
ATHENA主要模組
•Ssuprem4 •Flash •Elite •Optolith Ssuprem4以及Flash兩個模組分別用以模擬 「矽」和「III-V族化合物」之摻雜、氧化、 磊晶等製程，Elite模組則用以模擬蝕刻和薄 膜成長製程，至於光罩微影製程則以Optolith 模組模擬
電腦模擬矽晶片製造的技術
在製程上模擬主要應用在: • 區域氧化技術 • 沉積 • 蝕刻 • 植入 • 光阻曝光 模擬軟體中使用的製程仍落後目前工業上使用的製 程，如設備模型的建立
TCAD
• 半導體製程模擬軟體：Silvaco公司的 ATHENA模擬器
模擬各項積體電路製程如擴散摻雜 、離子植入、熱氧化、薄 膜沉積、光微影、蝕刻、金屬化、絕緣等並可整合所有製程 以2-D圖示呈現結果
9
Grid specification
•沉積層中並未設定格子層，先前指令line x 將自動 延伸至沉積層 •Total number of grid layers :在沉積層中設定格子 層 Divisions=<n> default值為1，此指令相當於uniform的line y •Norminal grid spacing (μm): DY=<n> •Grid location spacing (μm): YDY=<n> •上述DY、YDY相當non-uniform line y 中的 spacing、loc •Minimum edge spacing : 指定最小間隔 mim.space=<n>
Silvaco操作指南教学提纲
Silvaco操作指南教学提纲S i l v a c o操作指南第二篇半导体工艺及器件仿真软件Silvaco操作指南主要介绍了半导体器件及工艺仿真软件S il vaco的基本使用。
书中通过例程引导学习工艺仿真模块At hena和器件仿真模块At l as，通过这两部分的学习可以使学习人员深入了解半导体物理的基本知识，半导体工艺的流程，以及晶体管原理的基本原理，设计过程，器件的特性。
对于学习集成电路的制备及后道工序有一定的帮助。
第一章SILVACO软件介绍 (4)1.1程序启动 (4)1.2选择一个应用程序例子 (5)1.3工艺模拟 (7)1.3.1 运行一次模拟 (7)1.3.2 渐进学习模拟 (7)1.3.3 绘制结构 (8)1.3.4 使用Tonyplot进行绘图 (9)1.3.5 修正绘图的外观 (9)1.3.6 缩放及在图上进行平移 (10)1.3.7 打印图形 (11)1.4使用H I S T O R Y功能 (11)1.5明确存贮状态 (12)1.6创建用于比较的两个结构文件 (12)1.6.1 存贮文件创建 (12)1.6.2 文件交叠 (13)1.7运行MOS工艺程序的第二部分 (15)1.7.1 `Stop At' 功能 (15)1.7.2 使用Tonyplot用于2-D结构 (17)1.7.3 使用Tonyplot来制备一轮廓图 (17) 1.7.4 产生交互式图例 (19)1.8工艺参数的抽取 (20)1.8.1 源漏结深 (20)1.8.2 器件阈值电压 (21)1.8.3 电导及偏压曲线 (22)1.8.4 一些薄层电阻 (23)1.8.5 沟道表面掺杂浓度 (24)1.9器件模拟 (25)1.9.1 器件模拟界面工艺 (25)1.9.2 建立器件模拟 (25)1.9.3 执行器件模拟 (26)1.9.4 抽取器件参数 (26)第二章电阻仿真及阻值抽取 (28)第三章扩散二极管仿真 (38)2.1硼扩散 (38)2.2进行M E S H的实验 (43)2.3绘制杂质掺杂轮廓曲线 (44)2.4查看抽取结果 (45)第四章NMOS电学特性仿真 (47)3.1NMOS例子加载 (47)3.2T O N Y P L O T操作 (48)3.3查看电学仿真结果 (52)第五章工艺流程的横断面观察 (55)4.1初始化衬底 (55)4.2氧化层屏蔽 (55)4.3NWELL注入 (56)4.4PWELL注入 (56)4.5场氧化层生长 (57)4.6 阱推进58第一章 Silvaco软件介绍本章将介绍下面两个VWF（虚拟wafer制备）交互工具的基本使用：Deckbuild：VWF运行时控制应用程序。
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
SilvacoTCAD器件仿真3讲解说课材料
material region=1 taun0=5.0e-10 taup0=1.0e-9 vsatn=2.5e7 \ mun0=4000 mup0=200
Material taun0=1.e-9 taup0=1.e-9 f.conmun=hemtex01_interp.lib material align=0.6
Silvaco学习
特性获取
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
*
8
Silvaco学习
C解释器
可通过C解释器编辑函数来描述材料参数 C解释器模板路径
X:\sedatools\lib\Atlas\5.14.0.R\common\template 例子
hemtex01.in 中 “f.conmun=hemtex01_interp.lib”
*
9
Silvaco学习
例句：
Model bgn fldmob srh
Models conmob fldmob srh auger temp=300 print
Impact selb
*
11
Silvaco学习
界面特性
Interface定义界面态电荷（密度cm-2），s.n和s.p 分别为电子和空穴的表面复合速率
Silvaco中文学习手册样本
§4 工艺及器件仿真工具SILVACO-TCAD 本章将向读者简介如何使用SILVACO 公司TCAD 工具ATHENA 来进展工艺仿真以及ATLAS 来进展器件仿真。
假定读者已经生疏了硅器件及电路制造工艺以及MOSFET 和BJT 根本概念。
4.1使用ATHENANMOS 工艺仿真4.1.1概述本节简介用ATHENA 创立一种典型MOSFET 输入文献所需根本操作。
涉及：a.创立一种好仿真网格b.演示淀积操作c.演示几何刻蚀操作d.氧化、集中、退火以及离子注入e.构造操作f.保存和加载构造信息4.1.2创立一种初始构造1定义初始直角网格a.输入UNIX 命令：deckbuild-an&，以便在deckbuild 交互模式下调用ATHENA。
在短暂延迟后，deckbuild 主窗口将会消灭。
如图4.1 所示，点击File 名目下Empty Document，清空DECKBUILD 文本窗口；图 4.1 清空文本窗口b.在如图4.2 所示文本窗口中键入语句go Athena ；图 4.2 以“go athena”开头接下来要明确网格。
网格中结点数对仿真精准度和所需时间有着直接影响。
仿真构造中存在离子注入或者形成PN 结区域应当划分更加细致网格。
c.为了定义网格，选取Mesh Define 菜单项，如图4.3 所示。
下面将以在0.6μm×0.8μm 方形区域内创立非均匀网格为例简介网格定义方法。
图 4.3 调用 ATHENA 网格定义菜单2 在0.6μm×0.8μm方形区域内创立非均匀网格a.在网格定义菜单中，Direction〔方向〕栏缺省为X；点击Location〔位置〕栏并输入值0；点击Spacing〔间隔〕栏并输入值0.1；b.在Comment〔注释〕栏，键入“Non-Uniform Grid(0.6um x 0.8um)”,如图4.4 所示；c.点击insert 键，参数将会出当前滚动条菜单中；图4.4定义网格参数图 4.5 点击Insert 键后d.连续插入X 方向网格线，将其次和第三条X 方向网格线分别设为0.2 和0.6，间距均为0.01。
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。
工艺及器件仿真工具SILVACO-TCAD教程-5
4.2 使用ATLAS的NMOS器件仿真4.2.1 ATLAS概述A TLAS是一个基于物理规律的二维器件仿真工具，用于模拟特定半导体结构的电学特性，并模拟器件工作时相关的内部物理机理。
ATLAS可以单独使用，也可以在SILVACO’s VIRTUAL WAFER FAB仿真平台中作为核心工具使用。
通过预测工艺参数对电路特性的影响，器件仿真的结果可以与工艺仿真和SPICE 模型提取相符。
1 A TLAS输入与输出大多数ATLAS仿真使用两种输入文件：一个包含ATLAS执行指令的文本文件和一个定义了待仿真结构的结构文件。
ATLAS会产生三种输出文件：运行输出文件(run-t i m e output)记录了仿真的实时运行过程，包括错误信息和警告信息；记录文件(log files)存储了所有通过器件分析得到的端电压和电流；结果文件(s o l ut i on fil es)存储了器件在某单一偏置点下有关变量解的二维或三维数据。
2 A TLAS命令的顺序在ATLAS中，每个输入文件必须包含按正确顺序排列的五组语句。
这些组的顺序如图4.52所示。
如果不按照此顺序，往往会出现错误信息并使程序终止，造成程序非正常运行。
图4.52 ATLAS命令组以及各组的主要语句3 开始运行A TLAS要在DECKBUILD下开始运行A TLAS，需要在UNIX系统命令提示出现时输入：deckbuild -as&命令行选项-as指示DECKBUILD将A TLAS作为默认仿真工具开始运行。
在短暂延时之后，DECKBUILD将会出现，如图4.53所示。
从DECKBUILD输出窗口可以看出，命令提示已经从A THENA变为了A TLAS。
图4.53 ATLAS的DECKBUILD窗口4 在A TLAS中定义结构在ATLAS中，一个器件结构可以用三种不同的方式进行定义：1.从文件中读入一个已经存在的结构。
这个结构可能是由其他程序创建的，比如ATHENA或DEVEDIT；2.输入结构可以通过DECKBUILD自动表面特性从ATHENA或DEVEDIT转化而来；3.一个结构可以使用ATLAS命令语言进行构建。
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DeckBuild，Maskviews，DevEdit，Tonyplot，Tonyplot3D；
• Virtual Wafer Fab
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1.2 Silvaco TCAD的主要交互工具
• 集成环境 DeckBuild
仿真控制 进行仿真语法输入和编辑； 仿真的实时输出； 各仿真器通过DeckBuild调用；
Stop（Shift + F5）：执行完当前行就停 止；
Next（F10）：运行完下一行就停止； Continue（F5）：在之前停止运行的行 开始往下运行；
Initialize：从仿真历史初始化； Kill（Ctrl + K）：强制立即结束； Line（Ctrl + L）：重置当前行为选择的 行；
• 对一维曲线进行积分 • Cutline得到一维分布或器件仿真得到的特性曲线
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4 总结
• 本课的主要内容
Silvaco TCAD框架 交互工具DeckBuild及主要操作 交互工具Tonyplot及主要操作
• 下一课主要内容
TCAD仿真流程 语法规则
• 显示结构和仿真曲线
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3.1.1 Tonyplot－Plot菜单
• Display：显示方式设置
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3.1.2 Tonyplot－Plot>Display
Mesh：显示结构中的网格分布
Edges：显示结构的边界
Regions：显示材料区域
EMCEJRudloeengngscehritosrionudnsrses
Stop at line（Ctrl + B）：设置断点。
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2.4 DeckBuild输入
• 仿真程序输入
go athena line x loc=0 spac=0.1 line x loc=1 spac=0.1 line y loc=0 spac=0.02 line y loc=10 spac=0.2 init c.phos=2e13 oreit=111 two.d tonyplot
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2.5 DeckBuild实时输出
• 程序运行时实时显示运行进度和结果
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3 Tonyplot界面及主要操作
第一部分 第二部分 第三部分
Silvaco TCAD框架 DeckBuild 界面及主要操作 Tonyplot 界面及主要操作
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3 Tonyplot界面
Contours：显示器件结构内部的物理量
Vectors：显示器件内部的矢量信息
Light：显示光线在器件内部的特性
Junction：显示器件结构中结的边界
Electrodes：显示电极的名称
3D：显示三维信息
Lines：按照颜色来显示
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3.2.1 Tonyplot－Tools>Cutline
• 显示工具Tonyplot
Hale Waihona Puke 示器件结构 显示特性曲线 导出数据
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1.3 Silvaco TCAD启动方式
• 快捷方式文件夹路径 X:\sedatools\shortcuts • 或 启动>所有程序>S.EDA Tools>DeckBuild
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2 DeckBuild界面及主要操作
• 在二维结构中划“线”（直线或折线）以显示一 维信息
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3.2.1 Tonyplot －Tools>Cutline
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3.2.2 Tonyplot－Tools>Ruler
• 测量两点的距离、连线和水平线的夹角angle以及 斜率
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3.2.3 Tonyplot－Tools>Integrate
Silvaco TCAD框架，交互式工具的界面及基本操作
主要内容
第一部分 第二部分 第三部分
Silvaco TCAD框架 DeckBuild 界面及主要操作 Tonyplot 界面及主要操作
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1.1 Silvaco TCAD 框架
• Process Simulation
3D-VICTORY PROCESS，VICTORY CE 2D-ATHENA，SSuprem4，MC Implant/Deposit/Etch，Elite，Optolith； 1D-ATHENA 1D，SSuprem3；
2.2.4 DeckBuild菜单栏——Execution
• 进度控制（运行、结束、暂停、设置“断点”、 运行到“断点”暂停、初始化、退出、强制结束）
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2.2.5 DeckBuild菜单栏——Help
• 导入示例
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2.3 DeckBuild进度控制
• 仿真控制
Run（Ctrl + R）：从上致下执行到“断 点”（即“Stop at line”的“line”） 时结束；
第一部分 第二部分 第三部分
Silvaco TCAD框架 DeckBuild 界面及主要操作 Tonyplot 界面及主要操作
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2.1 DeckBuild界面
菜单栏 控制条 仿真输入
实时输出
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2.2.1 DeckBuild菜单栏——File
打开/保存输入文件，保存实时输出信息
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2.2.2 DeckBuild菜单栏——Edit
• 输入程序的编辑，设置DeckBuild特性(保存历史文 件、工作路径，默认仿真器、实时输出…)
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2.2.3 DeckBuild菜单栏——Command
• 快速提取（材料厚度、结深、方块电阻…），显 示当前结构，工艺优化
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• Device Simulation
3D-VICTORY DEVICE，Device 3D，Giga3D，Luminous3D，Quantum3D， TFT3D，Magnetic3D，Thermal3D，MixedMode3D
2D-ATLAS，S-pisces，Blaze，MC Device，Giga，MixedMode，Quantum， Ferro，Magnetic，TFT，LED，Luminous，Laser，VCSEL，Organic Display， Organic Solar，Noise，Mercury；