第3章-工艺及器件仿真工具SILVACO-TCAD教程文件
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− 点击insert键，网格定义的参数将会出现在滚动条菜单中，见 下图；
− 在X=0.2和X=0.6处，分别插入第二和第三个网格线定义点，
并将网格间距均设为0.01。这样在X轴右边区域内就定义了一
个非常精密的网格，作为NMOS晶体管的有源区；
− 接下来，我们继续在Y轴上建立网格。在Direction栏中选择Y
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；
1.0 ， 而 在 Exp 栏 中 选 择 指 数 的 值 为 14 。 这 就 确 定 了 背 景 浓 度 为 1.0×1014原子数/cm3（也可以通过以Ohm·cm为单位的电阻系数来确 定背景浓度）。
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④ 对于Dimensionality一栏，选择2D。在二维情况下进行 仿真；
方向；点击Location栏并输入定义点的位置为0。然后，点击
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
Spacing栏并输入网格间距值0.008；
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− 在网格定义窗口中点击insert键，并继续插入第二、第三和 第四个Y方向的网格定义点，位置分别设为0.2、0.5和0.8， 网格间距分别设 0.01，0.05和0.15，如图所示。
第3章-工艺及器件仿真工具 SILVACO-TCAD
本章内容
• 使用ATHENA的NMOS工艺仿真 • 使用ATLAS的NMOS器件仿真
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本章内容
• 使用ATHENA的NMOS工艺仿真 • 使用ATLAS的NMOS器件仿真
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使初始结构可视化的步骤如下：
① 选中文件“.history01.str” （目前仅有尺寸和材料方面 的信息），点击Tools菜单项，并依次选择Plot和Plot
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Structure…，如图所示，将会出现TONYPLOT（绘图工 具软件）。在TONYPLOT中，依次选择Plot和Display…；
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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
− 在UNIX或LINUX系统提示符下，输入命令：deckbuild-an&，以 便进入deckbuild交互模式并调用ATHENA程序。这时会出现如下 图所示deckbuild主窗口，点击File目录下的Empty Document， 清空Deckbuild文本窗口；
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接下来，我们通过干氧氧化在硅表面生成栅极氧化 层，条件是1个大气压，950°C，3%HCL, 11分钟。为 了完成这个任务，可以在ATHENA的Commands菜单 中依次选择Process和Diffuse …，ATHENA Diffuse菜 单将会出现。
构建立了一个直角网格系基础。接下来就是衬底区的初始化。
对仿真结构进行初始化的步骤如下：
① 在ATHENA Commands菜单中选择Mesh Initialize…选项。ATHENA 网格初始化菜单将会弹出。在缺省状态下，硅材料为<100>晶向；
② 点击Boron杂质板上的Boron键，这样硼就成为了背景杂质； ③ 对于Concentration栏，通过滚动条或直接输入，选择理想浓度值为
− 在如图所示的文本窗口中键入语句go Athena ；
接下来要明确网格。网格中的结点数对仿真的精确度和 所需时间有着直接的影响。仿真结构中存在离子注入或者形 成PN结的区域应该划分更加细致的网格。
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− 为了定义网格，选择Mesh Define菜单项，如下图所示。 下面将以在0.6μm×0.8μm的区域内创建非均匀网格为例
概述
用ATHENA创建一个典型的MOSFET输入文件所需的 基本操作包括： a. 创建一个好的仿真网格 b. 演示淀积操作 c. 演示几何刻蚀操作 d. 氧化、扩散、退火以及离子注入 e. 结构操作 f. 保存和加载结构信息
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创建一个初始结构
• 定义初始直角网格
⑤ 对于Comment栏，输入“Initial Silicon Structure with <100> Orientation”，如下图所示；
⑥ 点击WRITE键以写入网格初始化的有关信息。
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运行ATHENA并且绘图
现在，运行ATHENA以获得初始结构。点击Deckbuild 控制栏里的run键，输出将会出现在仿真器子窗口中。语句 Struct outfile=.history01.str是Deckbuild通过历史记录功 能自动产生的，便于调试新文件等。
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② 出现Display（二维网格）菜单项，在缺省状态下，
Edges和Regions图象已选。把Mesh图象也选上， 并点击Apply。将出现初始的三角型网格，如图所示。
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现在，先前的INIT语句创建了一个0.6μm×0.8μm大小 的、杂硼浓度为1.0×1014原子数/cm3、掺杂均匀的<100>晶 向的硅片。这个仿真结构已经可以进行任何工艺处理步骤了 （例如离子注入，扩散，刻蚀等）。
Silvaco TCAD 器件仿真3
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计算方法
Method，仿真时的数值计算方法 主要的方法有newton，gummel，block
（1M~1.024GHz）
solve vbase=0.7 ac freq=1e6 fstep=2 mult.f nfstep=10 solve prev ac freq=1e6 fstep=2 mult.f nfstep=10
直流偏置和交流频率都改变：
solve vgate=0 vstep=0.05 vfinal=1 name=gate ac freq=1e6 \ fstep=2 mult.f nfsteps=10
例句：
Model bgn fldmob srh Models conmob fldmob srh auger temp=300 print Impact selb
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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
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特性获取
电压控制型器件的输出性：
solve init solve vgate=1.1 outf=solve_tmp1 solve vgate=2.2 outf=solve_tmp2 # load infile=solve_tmp1 log outf=mos_ids_1.log solve name=drain vdrain=0 vstep=0.3 vfinal=3.3 # load infile=solve_tmp2 log outf=mos_ids_2.log solve name=drain vdrain=0 vstep=0.3 vfinal=3.3
9 Silvaco TCAD器件仿真模块及器件仿真流程
tonyplot Vt.log
2.2 二极管的例子
• 生成结构
定义网格 go atlas mesh space.mult=1.0 x.mesh loc=0.00 spac=0.5 x.mesh loc=10.00 spac=0.5 y.mesh loc=0.00 spac=0.1 y.mesh loc=5.00 spac=0.1 region num=1 silicon electr name=anode top electr name=cathode bot doping n.type conc=5e13 uniform doping p.type conc=1e19 junc=1 rat=0.6 gauss save outf=diode_0.str tonyplot diode_0.str
• 参数文件
X:\ sedatools\ lib\ Atlas\<version_number>.R\ common
• C解释器的模板、数学符号等文件
X:\sedatools\lib\Atlas\<version_number>.R\common\SCI
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3 总结
第一部分
器件仿真模块
第二部分
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impact selb
2.1.4 数值计算方法
• 在求解方程时所用的计算方法 • 参数包括计算步长、迭代方法、初始化策略、迭 代次数等 • 计算不收敛通常是网格引起的
晶格加热时的漂移扩散：
method block newton
迭代次数的设置：
method gummel newton trap maxtrap=10
主要内容
Cadence 实验系列_器件模拟_Silvaco TCAD
定义材料特性
material ni.min=1e-10 taun0=1e-9 taup0=1e-9 mobility fmct.n GaNsat.n
选定物理模型
models
srh fermi print
定义接触类型
contact contact contact
name=gate name=source name=drain
x.min=0 x.min=3 x.min=6
x.max=1 y.min=-0.005 y.max=0 x.max=4 y.min=-0.005 y.max=0 x.max=7 y.min=-0.005 y.max=0
定义掺杂
doping n.type concentration=5e16 uniform y.min=0 y.max=0.03 doping n.type concentration=1e13 uniform y.min=0.03 y.max=1
用Atlas语法直接进行器件描述，然后进行器件性能仿真。
Atlas器件仿真步骤 器件仿真步骤
• 启动Atlas软件 • 网格的定义 • 材料区域的定义 • 电极、掺杂、材料特性和模型特性等的定义 • 器件输出特性（I-V曲线）的仿真 • 用tonyplot输出仿真结果
启动Atlas软件 软件 启动
材料区域的定义
材料区域的定义
region number=1 material=oxide y.max=0 region number=2 material=AlGaN y.min=0 y.max=0.03 polarization calc.strain region number=3 material=GaN y.min=0.03 position=0.3 polarization substrate
第三讲 Silvaco TCAD 器件仿真 PPT
大家应该也有点累了，稍作休息
大家有疑问的，可以询问和交流
材料特性
材料的参数有工艺参数和器件参数 材料参数是和物理模型相关联的 软件自带有默认的模型和参数 可通过实验或查找文献来自己定义参数
物理模型
物理量是按照相应的物理模型方程求得的 物理模型的选择要视实际情况而定 所以仿真不只是纯粹数学上的计算
工艺级别的网格，这些网格某些程度上不是计算器件参数所必需的。例如在计算如 阈值电压、源/漏电阻，沟渠的电场效应、或者载流子迁移率等等。Devedit可以帮 助在沟渠部分给出更多更密度网格而降低其他不重要的区域部分，例如栅极区域或 者半导体/氧化物界面等等。以此可以提高器件参数的精度。简单说就是重点区域重 点给出网格，不重要区域少给网格。
二、半导体器件仿真软件使用
本章介绍ATLAS器件仿真器中所用到的语句和参数。 具体包括：
1.语句的语法规则 2.语句名称 3.语句所用到的参数列表， 包括类型，默认值及参数的描述 4.正确使用语句的实例
学习重点（1） 语法规则 （2）用ATLAS程序语言编写器件结构
1. 语法规则
规则1： 语句和参数是不区分大小写的。 A=a 可以在大写字母下或小写字母下编写。abc=Abc=aBc
计算方法
在求解方程时所用的计算方法 计算方法包括计算步长、迭代方法、初始化
策略、迭代次数等
计算不收敛通常是网格引起的
特性获取和分析
不同器件所关注的特性不一样，需要对 相应器件有所了解
不同特性的获取方式跟实际测试对照来 理解
从结构或数据文件看仿真结果
了解一下ATLAS
ATLAS仿真框架及模块 仿真输入和输出 Mesh 物理模型 数值计算
例： 命令语句 DOP 等同于 doping， 可以作为其命令简写。 但建议不要过度简单，以免程序含糊不清，不利于将来调用时阅读。
SilvacoTCAD器件仿真
Solve vgate=0.05 vstep=0.05 vfinal=1.0 name=gate
Solve ibase=1e-6
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特性获取
I-V 特性：
solve vdrain=0.1 solve vdrain=0.2
… solve vdrain=2.0
转移特性：
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单位 cm2/Vs cm2/Vs
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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
例句：
Model bgn fldmob srh
Models conmob fldmob srh auger temp=300 print
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特性获取
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电流控制性器件的输出特性：
solve init solve vbase=0.05 vstep=0.05 vfinal=0.8 name=base contact name=base current
#
solve ibase=2.e - 6 save outf=bjt_ib_1.str master solve ibase=4.e - 6 save outf=bjt_ib_2.str master
报错信息：
“trap times more than 4 times” 指计算不收敛。
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特性获取
加偏执是用solve状态 先需要设置数据保存在日志文件，之后才
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
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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
*
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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”
*
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例句：
Model bgn fldmob srh
Models conmob fldmob srh auger temp=300 print
Impact selb
*
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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-TCAD交互式工具的界面及基本操作教学提纲
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。
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
SilvacoTCAD半导体仿真工具培训教程资料手册
Silvac o TCA D 半导体仿真工具培训教程_资料手册S ilvac o TCA D 2014.00Win32 1DVD半导体仿真工具Sy nopsy s.Tca d.Sen tauru s.vH-2013.03.Li nux64 3CDSilva co的TC AD 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TC AD建模服务，可运用Silva co在半导体物理和T CAD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。
Silva co AM S v2010.00 Win32 1CDSil vacoAMS 2008.09 Lin ux3264S ilvac o AMS 2008.09 S olari s 1CDSil vacoAMS 2008.09 Man ual 1CDS ilvac o Icc ad 2008.09 1CDSilv aco I ccad2008.09 Li nux32 64Silva co Ic cad 2008.09 Sol aris1CDSilva co Ic cad 2008.09 Man ual 1CDS ilvac o Log ic 2008.09 1CDSilv aco L ogic2008.09 Li nux32 64Silva co Lo gic 2008.09 Sol aris1CDSilva co Lo gic 2008.09 Man ual 1CDS ilvac o TCA D 2012.00Win32_64 1DVDSilva co TC AD 2010.00 Linu x 1CDSil vacoTCAD2012Linux64 1D VDS ilvac o TCA D 2008.09Solar is 1C DSi lvaco TCAD 2008.09 M anual 1CDSilv aco C ataly st 2008.09 Linu x32 64Si lvaco Cata lyst2008.09 So laris 1CDSilv aco C har 2008.09 Lin ux3264S ilvac o Cha r 2008.09Solar is 1C DSi lvaco Fire bird2008.09 Li nux32 64Silva co Fi rebir d 2008.09Solar is 1C DSi lvaco Mode 2008.09 L inux32 64Silv aco M ode 2008.09 Sol aris1CDSilva co Pa rasit ic 2008.09 Linu x32 64Si lvaco Para sitic 2008.09 S olari s 1CDSil vacoUT 2007.04 Linu x32 64S ilvac o UT2007.04 So laris 1CDSilv aco V WF 2007.04 Linu x32 64S ilvac o VWF 2007.04 S olari s 1CDPar allel Smar tSpic e 1.9.3.E1CD■□■□■□■□■□■□■□■□■□■□■□■□■□■□■□■□■□■□+ 诚信合作，保证质量！！！长期有效: +电话TE L：18980583122 客服 QQ：1140988741■□■□■□■□■□■□■□■□■□■□■□■□■□■□■□■□■□■□Pin nacle产品:Fracp roPT.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工艺及器件仿真3
4.1.10多晶硅栅的淀积淀积可以用来产生多层结构。
共形淀积是最简单的淀积方式，并且在各种淀积层形状要求不是非常严格的情况下使用。
NMOS工艺中，多晶硅层的厚度约为2000 Å，因此可以使用共形多晶硅淀积来完成。
为了完成共形淀积，从ATHENA Commands菜单中依次选择Process、Deposit和Deposit…菜单项。
ATHENA Deposit菜单如图4.30所示；a.在Deposit菜单中，淀积类型默认为Conformal；在Material菜单中选择Polysilicon，并将它的厚度值设为0.2；在Grid specification参数中，点击Total number of layers并将其值设为10。
（在一个淀积层中设定几个网格层通常是非常有用的。
在这里，我们需要10个网格层用来仿真杂质在多晶硅层中的传输。
）在Comment一栏中添加注释Conformal Polysilicon Deposition，并点击WRITE键；b.下面这几行将会出现在文本窗口中：#Conformal Polysilicon Deposition图4.30 ATHENA 淀积菜单deposit polysilicon thick=0.2 divisions=10c.点击DECKBUILD控制栏上的Cont键继续进行A THENA仿真；d.还是通过DECKBUILD Tools菜单的Plot和Plot structure…来绘制当前结构图。
创建后的三层结构如图4.31所示。
图4.31 多晶硅层的共形淀积4.1.11简单的几何图形刻蚀接下来就是多晶硅的栅极定义。
这里我们将多晶硅栅极的左边边缘定为x=0.35μm，中心定为x=0.6μm。
因此，多晶硅应从左边x=0.35μm开始进行刻蚀，如图4.32所示。
图4.32 ATHENA Etch菜单a.在DECKBUILD Commands菜单中依次选择Process、Etch和Etch…。