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1、Silvaco TCAD 工艺仿真（一）,Tang shaohua,SCU,21:31,1,Silvaco学习,E-Mail:,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。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。,21:31,2,Silvaco学习,工艺仿真模块,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
2、存材料工艺仿真器,光电印刷仿真器,DeckBuild集成环境,21:31,3,Silvaco学习,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,21:31,4,Silvaco学习,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
3、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,21:31,5,Silvaco学习,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。,21:31,6,Silvaco学习,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，
4、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,21:31,7,Silvaco学习,可仿真的工艺（Features and Capabilities）,BakeCMPDepositionDevelopmentDiffusionEpitaxy,EtchExposureImagingImplantationOxidationSilicidation,具体描述请参见手册中 Table1.1 Features and Capabilities,21:31,8,Silvaco学习,ATHENA 的输入和输出,工艺步骤,GDS版图,掩膜层,一维和二维结构,E-test数据(Vt)分
5、析,电阻和CV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,ATHENA工艺模拟软件,21:31,9,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,21:31,10,Silvaco学习,定义网格,网格定义对仿真至关重要定义方式:网格间距会根据loc和Spac自动调整,21:31,11,Silvaco学习,line x location=x1 spacing=s1line x location=x2 spacing=s2line y location=y1 spacing=s3line
6、 y location=y2 spacing=s4,网格定义的例子,Line x loc=0.0 spac=0.1Line x loc=1.0 spac=0.1Line y loc=0.0 spac=0.2Line y loc=2.0 spac=0.2,Line x loc=0.0 spac=0.02Line x loc=1.0 spac=0.10Line y loc=0.0 spac=0.02Line y loc=2.0 spac=0.20,21:31,12,Silvaco学习,非均匀网格的例子：,均匀网格的例子：,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
7、超过上限（20000）3，仿真中很多问题其实是网格设置的问题，要注意查看报错的信息和网格定义相关的命令和参数还有：命令，Relax；淀积和外延时的dy,ydy等参数,21:31,13,Silvaco学习,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,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,21:31,14,Silvaco学习,初始化的几个例子,21:31,Silvac
8、o学习,15,Init infile=test.str,Init gaas c.selenium=1e15 orientation=100,Init phosphor resistivity=10,Init algaas c.fraction=0.2,工艺仿真从结构test.str中开始：,GaAs衬底，含硒浓度为1015cm-3，晶向100：,硅衬底，磷掺杂，电阻率为10.cm,AlGaAs衬底，Al的组分为0.2,Init two.d,采用默认参数，二维初始化仿真：,默认参数初始化的例子,21:31,Silvaco学习,16,go athenaLine x loc=0.0 spac=0.0
9、2Line x loc=1.0 spac=0.10Line y loc=0.0 spac=0.02Line y loc=2.0 spac=0.20init two.dtonyplot 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先粗略介绍氧化（Oxidation）工艺，其他工艺留待下节课讲解,21:31,17,Silvaco学习,氧化工艺,得到氧化层的办法可以是扩散（dif
10、fuse）和淀积（deposit）,这节课稍微介绍哈diffuseDiffuse做氧化主要参数有：扩散步骤的参数，time,temperature,t.final,t.rate扩散氛围的参数，dryo2|weto2|nitrogen|inert,hcl.pc,pressure,f.o2|f.h2|f.h2o|f.n2|f.hcl,c.impurity模型参数，b.mod|p.mod|as.mod,ic.mod|vi.mod混杂参数，no.diff,reflow,21:31,Silvaco学习,18,Diffuse做氧化的例子,21:31,Silvaco学习,19,Diffuse time=30
11、 temp=1000 f.o2=10,Diffuse time=30 temp=1200 dryo2,氧化时间30分钟，1200度，干氧。,氧化时间30分钟，1000度，氧气流速10sccm。,结果：,抽取特性,Deckbuild有内建的抽取功能，在ATHENA中某一步工艺之后抽取：材料厚度，结深，表面浓度，浓度分布，方块电阻等特性由QUICKMOS和QUICKBIP可以得到一维时的器件特性，如阈值电压、一维结电容等等。,21:31,20,Silvaco学习,自动得到抽取语句,21:31,Silvaco学习,21,抽取氧化层厚度,21:31,Silvaco学习,22,go athenaLine
12、 x loc=0.0 spac=0.02Line x loc=1.0 spac=0.10Line y loc=0.0 spac=0.02Line y loc=2.0 spac=0.20init two.dDiffuse time=30 temp=1200 dryo2extract name=“Tox”thickness oxide mat.occno=1 x.val=0tonyplot,在菜单栏中自动生成抽取命令时得到的语句：,结构操作,命令structure可以保存和导入结构，对结构做镜像或翻转参数：infile,outfile,flip.y,mirror left|right|top|bo
13、ttom在仿真到一定步骤时可适当保存结构,21:31,23,Silvaco学习,go athenaLine x loc=0.0 spac=0.02Line x loc=1.0 spac=0.10Line y loc=0.0 spac=0.02Line y loc=2.0 spac=0.20init two.dDiffuse time=30 temp=1200 dryo2structure outfile=oxide.strextract name=Tox thickness oxide mat.occno=1tonyplot,Tonyplot显示,Tonyplot可以显示仿真得到的结构和数据工
14、具多（cutline,ruler,probe,movie）使用灵活（set,方便的Display（2D Mesh）可以导出数据,21:31,24,Silvaco学习,怎样组织工艺仿真？,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,思考1：到现在是否加深了理解？思考2：这是唯一的模式吗？,工艺仿真流程：,21:31,25,Silvaco学习,工艺优化,寻找合适的工艺参数工艺优化工艺优化工具Optimizer启动方式：CommandOptimizer可以对多个参数同时优化优化不限于工艺,21:31,26,Silvaco学习,优化设置,21:31,27
15、,Silvaco学习,优化设置界面，误差范围，寻找次数,待优化的参数选择,21:31,28,Silvaco学习,框住待优化的工艺（此处是diffuse）参数那一行，在OptimizerMode框中选择Parameter。然后EditAdd,即弹出参数选择面板,可改变参数扫描范围,优化目标设置,21:31,29,Silvaco学习,框住待优化的目标（通常是extract）那一行，在OptimizerMode框中选择Targets。然后EditAdd即弹出优化目标（Tox）的面板，将目标设置设置为2000,优化进行时,21:31,30,Silvaco学习,当待优化的参数，优化的目标设置好后，在OptimizerMode框中选择Results，然后点右侧的Optimizer即可开始优化。,本讲回顾,工艺仿真流程建立仿真网格，仿真初始化，工艺步骤，抽取特性，结构操作，Tonyplot显示优化优化设置，待优化参数选择，优化目标工艺步骤氧化（diffuse）,21:31,31,Silvaco学习,下一讲的安排,主要介绍具体的工艺步骤（开枝散叶）可能较多地关注刻蚀，光刻工艺仿真的答疑释惑,21:31,32,Silvaco学习,谢谢！,21:31,33,Silvaco学习,交流时间,21:31,34,Silvaco学习,
