SilvacoTCAD工藝仿真

1、Tang shaohua, SCU*1Silvaco學習E-Mail: ATHENA工藝仿真軟件ATHENA ATHENA 能幫助工藝開發(fā)工程師開發(fā)和優(yōu)化半導體制造工藝。ATHENAATHENA提供一個易于使用，模塊化的，可擴展的平臺?？捎糜谀M離子注入，擴散，刻蝕，淀積，以離子注入，擴散，刻蝕，淀積，以及半導體材質的氧化及半導體材質的氧化。它通過模擬取代了耗費成本的硅片實驗，可縮短開發(fā)周期和提高成品率。*2Silvaco學習工藝仿真模塊ATHENA工藝仿真軟件SSuprem4二維硅工藝仿真器MC蒙托卡諾注入仿真器硅化物模塊的功能精英淀積和刻蝕仿真器蒙托卡諾沉積刻蝕仿真器先進的閃存材料工藝仿真

2、器光電印刷仿真器DeckBuild集成環(huán)境*3Silvaco學習ATHENA工藝仿真軟件所有關鍵制造步驟的快速精確的模擬，包括CMOS，bipolar，SiGe，SOI，III-V，光電子學以及功率器件技術精確預測器件結構中的幾何結構，摻雜劑量分配，和應力有助于IDMs，芯片生產廠商以及設計公司優(yōu)化半導體工藝，達到速度、產量、擊穿、泄漏電流和可靠性的最佳結合*4Silvaco學習ATHENA工藝仿真軟件分析和優(yōu)化標準的和最新的隔離流程，包括LOCOS，SWAMI，以及深窄溝的隔離在器件制造的不同階段分析先進的離子注入方法超淺結注入，高角度注入和為深阱構成的高能量注入支持多層次雜質擴散，以精確預

3、測襯底與鄰近材料表面的雜質行為*5Silvaco學習ATHENA工藝仿真軟件考慮多重擴散影響，包括瞬態(tài)增強的擴散，氧化/硅化加強的擴散，瞬態(tài)激活作用，點缺陷和簇群構造以及材料界面的再結合，雜質分離，和傳輸精確地對幾何刻蝕和共形淀積，以及個別結構和網(wǎng)格處理技術建模，用以允許進行多器件幾何結構的模擬和分析。*6Silvaco學習ATHENA工藝仿真軟件通過MaskViews MaskViews 的掩模構造說明，工程師可以有效地分析在每個工藝步驟和最終器件結構上的掩模版圖變動的影響。與光電平面印刷仿真器和精英淀積和刻蝕仿真器集成，可以在物理生產流程中進行實際的分析。與ATLAS ATLAS 器件模擬

4、軟件無縫集成*7Silvaco學習可仿真的工藝（Features and CapabilitiesFeatures and Capabilities）BakeCMPDepositionDevelopmentDiffusionEpitaxy Etch Exposure Imaging Implantation Oxidation Silicidation具體描述請參見手冊中 Table1.1 Features and Capabilities*8Silvaco學習ATHENA 的輸入和輸出工藝步驟GDS版圖掩膜層一維和二維結構E-test數(shù)據(jù)(Vt)分析電阻和CV分析涂層和刻蝕外形輸出結構到AT

5、LAS材料厚度，結深CD外形，開口槽ATHENA工藝模擬軟件*9Silvaco學習工藝仿真流程1、建立仿真網(wǎng)格2、仿真初始化3、工藝步驟4、抽取特性5、結構操作6、Tonyplot顯示*10Silvaco學習定義網(wǎng)格網(wǎng)格定義對仿真至關重要定義方式:網(wǎng)格間距會根據(jù)loc和Spac自動調整Xy0 x1x2s1s2y1y2s3s4*11Silvaco學習line x location=x1 spacing=s1line x location=x2 spacing=s2line y location=y1 spacing=s3line y location=y2 spacing=s4網(wǎng)格定義的例子Li

6、ne 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=0.2Line 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*12Silvaco學習非均勻網(wǎng)格的例子：均勻網(wǎng)格的例子：網(wǎng)格定義需要注意的地方1，疏密適當在物理量變化很快的地方適當密一些2，不能超過上限（20000）3，仿真中很多問題其實是網(wǎng)格設置的問題，要注意查看報錯的信息和網(wǎng)格定義相關

7、的命令和參數(shù)還有：命令，Relax；淀積和外延時的dy,ydy等參數(shù)*13Silvaco學習仿真初始化工藝仿真中的初始化（initialize）可定義襯底，也可以初始化仿真定義襯底:material,orientation,c.impurities,resitivity 初始化仿真：導入已有的結構，infile仿真維度，one.d,two.d 網(wǎng)格和結構，space.mult,scale,flip.y *14Silvaco學習初始化的幾個例子*Silvaco學習15Init infile=test.strInit gaas c.selenium=1e15 orientation=100Init

8、 phosphor resistivity=10 Init algaas c.fraction=0.2工藝仿真從結構test.str中開始：GaAs襯底，含硒濃度為1015cm-3，晶向100：硅襯底，磷摻雜，電阻率為10.cmAlGaAs襯底，Al的組分為0.2Init two.d采用默認參數(shù)，二維初始化仿真：默認參數(shù)初始化的例子*Silvaco學習16go 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.dtonypl

9、ot quit工藝步驟對具體的工藝進行仿真這些工藝包括：Bake，CMP，Deposition，Development，Diffusion，Epitaxy，Etch，Exposure，Imaging，Implantation，Oxidation，Silicidation先粗略介紹氧化（Oxidation）工藝，其他工藝留待下節(jié)課講解*17Silvaco學習氧化工藝得到氧化層的辦法可以是擴散（diffuse）和淀積（deposit）,這節(jié)課稍微介紹哈diffuseDiffuse做氧化主要參數(shù)有：擴散步驟的參數(shù)，time,temperature,t.final,t.rate擴散氛圍的參數(shù)，dryo

10、2|weto2|nitrogen|inert, hcl.pc, pressure,f.o2|f.h2|f.h2o|f.n2|f.hcl,c.impurity模型參數(shù)，b.mod|p.mod|as.mod,ic.mod|vi.mod混雜參數(shù)，no.diff,reflow*Silvaco學習18Diffuse做氧化的例子*Silvaco學習19Diffuse time=30 temp=1000 f.o2=10Diffuse time=30 temp=1200 dryo2氧化時間30分鐘，1200度，干氧。氧化時間30分鐘，1000度，氧氣流速10sccm。go athenaLine x loc=0

11、.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 dryo2tonyplot quit干氧氧化的完整語法：結果：抽取特性Deckbuild有內建的抽取功能，在ATHENA中某一步工藝之后抽取：材料厚度，結深，表面濃度，濃度分布，方塊電阻等特性由QUICKMOS和QUICKBIP可以得到一維時的器件特性，如閾值電壓、一維結電容等等。*20Silvaco學習自動得到抽取語句*Silvaco學習21抽取氧化層厚度

12、*Silvaco學習22go 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 dryo2extract name=“Tox” thickness oxide mat.occno=1 x.val=0tonyplot 在菜單欄中自動生成抽取命令時得到的語句：EXTRACT init infile=AIa02224EXTRACT extract name=Tox thickn

13、ess oxide mat.occno=1 x.val=0WARNING: specified cutline may give inaccurate values resulting from proximity to structure edge, (min=0, max=1)Tox=1378.95 angstroms (0.137895 um) X.val=0EXTRACT quit輸出窗口顯示的結果：注意警告信息結構操作命令structure可以保存和導入結構，對結構做鏡像或翻轉參數(shù)：infile,outfile,flip.y,mirror left|right|top|bottom在

14、仿真到一定步驟時可適當保存結構*23Silvaco學習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顯示Tonyplot可以顯示仿真得到的結構和數(shù)據(jù)工具多（cutline,rul

15、er,probe,movie）使用靈活（set,方便的Display（2D Mesh）可以導出數(shù)據(jù)*24Silvaco學習怎樣組織工藝仿真？1、建立仿真網(wǎng)格2、仿真初始化3、工藝步驟4、抽取特性5、結構操作6、Tonyplot顯示思考1：到現(xiàn)在是否加深了理解？思考2：這是唯一的模式嗎？工藝仿真流程：*25Silvaco學習工藝優(yōu)化尋找合適的工藝參數(shù)工藝優(yōu)化工藝優(yōu)化工具Optimizer啟動方式：CommandOptimizer可以對多個參數(shù)同時優(yōu)化優(yōu)化不限于工藝*26Silvaco學習優(yōu)化設置*27Silvaco學習優(yōu)化設置界面，誤差范圍，尋找次數(shù)待優(yōu)化的參數(shù)選擇*28Silvaco學習go

16、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 dryo2extract name=Tox thickness oxide mat.occno=1 x.val=0tonyplot 框住待優(yōu)化的工藝（此處是diffuse）參數(shù)那一行，在OptimizerMode框中選擇Parameter。然后EditAdd,即彈出參數(shù)選擇面板可改變參數(shù)掃描范圍優(yōu)化目標設置*29Silvaco學習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 dryo2extract name=Tox thickness oxide mat.occno=1 x.val=0tonyplot quit框住待優(yōu)化的目標（通常是extract）那一行，在OptimizerMode框中選擇Targets。然后EditAdd即彈出優(yōu)化目標（Tox）的面板，將目標設置