第4章 工藝及器件仿真工具ISETCAD

第4章

工藝及器件仿真工具

ISE-TCAD2023/1/312/102本章內(nèi)容ISE-TCAD簡介工具流程平臺GENESISe工藝仿真以及網(wǎng)格優(yōu)化工具2D工藝仿真工具DIOS2D網(wǎng)格優(yōu)化工具MDRAW器件仿真工具2D&3D器件仿真工具DESISS浙大微電子2023/1/313/102本章內(nèi)容ISE-TCAD簡介工具流程平臺GENESISe工藝仿真以及網(wǎng)格優(yōu)化工具2D工藝仿真工具DIOS2D網(wǎng)格優(yōu)化工具MDRAW器件仿真工具2D&3D器件仿真工具DESISS浙大微電子2023/1/314/102ISE-TCAD簡介工藝和器件仿真工具ISE-TCAD是瑞士ISE（IntegratedSystemsEngineering）公司（2004年被Synopsys公司收購）開發(fā)的DFM（DesignForManufacturing）軟件。ISE-TCAD是一種建立在物理基礎上的數(shù)值仿真工具，它既可以進行工藝流程仿真和器件描述，也可以進行器件仿真、電路性能仿真以及電缺陷仿真等，其產(chǎn)品包括完整的工藝及器件模擬工具。浙大微電子2023/1/315/102ISE-TCAD特點具有友好的圖形交互界面，容易上手；可以準確快捷地仿真?zhèn)鹘y(tǒng)半導體工藝流程和

相應器件；對于各種新興及特殊器件（如深亞微米器件、

絕緣硅SOI、SiGe器件、應力硅器件、異質(zhì)

結(jié)、光電子器件、量子器件及納米器件等）

也可以進行精確有效的仿真模擬。浙大微電子2023/1/316/102平臺整合工具－GENESISe，OptimISE，LIGAMENT工藝仿真工具－DIOS，F(xiàn)lOOPS-ISE器件創(chuàng)建與網(wǎng)格優(yōu)化工具－MDRAW，MESH，DEVISE，DIP器件模擬工具－DESSIS，CompactModels數(shù)據(jù)輸出與顯示工具－INSPECT，Tecplot-ISE電磁模擬工具－EMLAB，TED浙大微電子2023/1/317/102工藝及器件仿真流程典型器件設計流程（GENESISe工具流程平臺）：利用工藝仿真（DIOS）創(chuàng)建器件結(jié)構(gòu)使用MDRAW等軟件進行器件網(wǎng)格和摻雜的定義與細化使用器件仿真軟件（DESSIS）進行器件特性仿真使用Tecplot-ISE軟件觀察仿真輸出結(jié)果，二維、三維繪圖及參數(shù)提取使用INSPECT軟件顯示電學參數(shù)曲線繪制與分析注：不使用工藝仿真，直接利用MDRAW等工具創(chuàng)建器件結(jié)構(gòu)（摻雜和網(wǎng)格）也是可以的。浙大微電子2023/1/318/102典型工藝與器件仿真流程圖**_dio.cmd**.tl1DIOS**_dio.out**_dio.dat.gz**_dio.grd.gz**_mdr.bnd**_mdr.cmd浙大微電子2023/1/319/102本章內(nèi)容ISE-TCAD簡介工具流程平臺GENESISe工藝仿真以及網(wǎng)格優(yōu)化工具2D工藝仿真工具DIOS2D網(wǎng)格優(yōu)化工具MDRAW器件仿真工具2D&3D器件仿真工具DESISS浙大微電子2023/1/3110/102工具平臺GENESISe簡介GENESISe是ISE-TCAD模擬工具的用戶圖形界面，為設計、組織和運行ISE-TCAD工具模擬項目提供一個良好的模擬環(huán)境。通過GENESISe可以將眾多工具良好銜接起來，然后自動執(zhí)行參數(shù)化的模擬項目，從而免除了用戶進行命令行輸入等繁瑣步驟。運行啟動：用自己的帳號登錄到10.13.83.131\134\136\137

運行命令：source/opt/demo/tcad.env

運行命令：GENESISe&浙大微電子2023/1/3111/102浙大微電子2023/1/3112/102本章內(nèi)容ISE-TCAD簡介工具流程平臺GENESISe工藝仿真以及網(wǎng)格優(yōu)化工具2D工藝仿真工具DIOS2D網(wǎng)格優(yōu)化工具MDRAW器件仿真工具2D&3D器件仿真工具DESISS浙大微電子2023/1/3113/102DIOS簡介DIOS能使用各種工藝模型仿真完整的制造工藝步驟，包括刻蝕、淀積、離子注入、擴散和氧化，既有一維的，也有二維的。它的有些模塊功能還支持三維。

DIOS軟件的輸入既可以在命令窗口鍵入命令，也可以寫在一個命令描述文件中。另外一個特殊的輸入還包括PROLYT版層次的文件。其中包括詳細的不同版層的幾何信息。提供一些可以選擇的控制命令，比如物理模型、參數(shù)、網(wǎng)格布局和圖形輸出參數(shù)選擇。注：DIOS命令文件的輸入語言不區(qū)分字母的大小寫，不過，文件名和電極接觸點名是區(qū)分大小寫的。浙大微電子2023/1/3114/102DIOS仿真命令初始化命令工藝仿真命令文件保存與輸出命令END浙大微電子2023/1/3115/102初始化命令Title(…)命令Title命令是總是出現(xiàn)在DIOS輸入文件的最開始的地方，用來對仿真進行初始化。必須！

Title(“simplenmos”，MAXV，NewDiff，SiDiff)這條命令對仿真進行了初始化，并把圖形窗口命名為“simplenmos”其中MAXV定義仿真中網(wǎng)格點最大數(shù)，一般不定義NewDiff=1/on（default）表示所有層次都定義網(wǎng)格和摻雜SiDiff=1/on（default）表示僅在硅中進行擴散，多晶硅摻雜是均的，以節(jié)約仿真時間。如果涉及鈍化過程中有偏析效應，則應選SiDiff=0/off。浙大微電子2023/1/3116/102Grid（）定義器件的結(jié)構(gòu)初始化網(wǎng)格

GRID(X(0.0,0.4),Y(-10.0,0.0),Nx=2)定義網(wǎng)格點和區(qū)域，參數(shù)Nx=2定義了所包含三角形為2個浙大微電子2023/1/3117/102Replace（）對定義的網(wǎng)格進行調(diào)整，指定網(wǎng)格的調(diào)整標準

Replace(Control(MaxTrl=6,RefineBoundary=-6，RefineGradient=-5,RefineMaximum=0,RefineJunction=-3))MaxTrl=<n>：表示三角形最大的優(yōu)化級別，默認值：4RefineBoundary=<n>：表示邊界網(wǎng)格最大的優(yōu)化級別RefineGradient=<n>：表示最大的摻雜梯度優(yōu)化級別RefineMaximum=<n>：表示摻雜濃度最大處的優(yōu)化級別RefineJunction=<n>：表示PN結(jié)處網(wǎng)絡的優(yōu)化級別浙大微電子以上四個參數(shù)中<n>值為負表示以MaxTrl參數(shù)的值為參照標準，<n>值為正表示不受MaxTrl參數(shù)的限制。2023/1/3118/102Substrate(...)定義硅襯底的晶向和摻雜Substrate(ELEM=B,CONC=5.0e15,ORIEN=100，YS=0.0)該命令定義了硅襯底的摻雜劑ELEMent為B（default）；摻雜濃度CONCentration為5.0E15atoms/cm3；如用襯底的電阻率數(shù)據(jù)可用參數(shù)RHO（單位：Ω·cm）。Y軸方向襯底表面YSubs的坐標0.0（default）；襯底表面晶向ORIENtation是（100）（default）浙大微電子2023/1/3119/102工藝仿真命令Mask(...)仿真中所要用到的掩膜板進行仿真，以及完成掩膜板形成圖案的沉積。

Mask(Material=Resist,Thickness=800nm,XLeft=0.1,XRight=0.3)Mask(Material=Po,Element=P,Concentration=3e19,Thickness=180nm,X(0.2,0.4))Mask定義的另外一種方式是通過mask文件

Mask(Material=Resist,Thickness=1.0um,File=ggnmos.pl1,mask=STI)浙大微電子2023/1/3120/102Implant(...)對離子注入進行仿真

在命令中注入的雜質(zhì)類型、注入能量和注入劑量必須用相關參量詳細指定。Implant(Element=As,Dose=1.0e14,Energy=300kev,Tilt=0°,Rotation=-90°,Function=CrystalTrim)默認Tilt=7°,Rotation=-90°Function參數(shù)定義注入后垂直方向的分布函數(shù)。允許用戶選擇使用“分析注入”還是“MonteCarlo注入”分析注入：Function=Guass｜Pearson｜P4｜JHG｜GK｜…MonteCarlo注入：Function=CrystalTrim｜NewCrystalTrim｜PointResponse浙大微電子2023/1/3121/102Diffusion(...)用來對器件制做工藝中所有高溫步驟進行仿真的命令。包括：熱退火、氧化、外延層的生長和硅化物的生長。

DIFFusion(ModDiff=……)其中：ModDiff是選擇擴散模型，可以選擇的有：Conventional、Equilibrium

、LooselyCoupled、SemiCoupled、PairDiffusion等。對于退火工藝的話,在Diffusion命令中的參數(shù)還應包括:擴散時間(Time),擴散溫度(Temperature);浙大微電子2023/1/3122/102對于氧化工藝步驟的話,在Diffusion命令中的參數(shù)還應包括:通入的氣體種類(Atom),溫度,時間,速率等可調(diào)節(jié)的參數(shù)。Diffusion(Atmosphere=Epitaxy,Time=1.0,Temperature=1050℃,GrowthRate=1000nm/s,Element=Ge,Concentration=1.0e20）浙大微電子2023/1/3123/102Deposit(...)該命令是用來沉積物質(zhì)層的。用于各向同性或異性沉積、表面平整化、選擇性沉積以及化學機械拋光。Deposit(Material=Po,Thickness=0.2um,Element=P,Conc=3.0e19)(defaultLPCVDisotropic600℃)Deposit(Material=OX,DType=Fill，YFill=2.0um)該命令用以仿真化學機械拋光?！癋ill”表示平整化，Deposit(Material=Si,Selection=OnlySiPo,THick=50nm,ELEM=P,CONC=1E14)浙大微電子2023/1/3124/102該命令用以仿真選擇性沉積Selection=AllSiPoDepositcrystallineSioncrystallineSi;Polysilicononallothermaterials.Selection=OnlySiPoDepositcrystallineSionSi,PoonPo,andnodepositiononallothermaterials.Selection=AllDepoMat(default)浙大微電子2023/1/3125/102Etching(...)用來仿真刻蝕

Etching(Material=<n>,Time=<n>,Remove=<n>,Rate(Iso/Aniso=<n>)，over=<n>,stop=<n>)Etching(Material=OX,Remove=0.08,Over=0)濕法刻蝕SiO20.08um過刻蝕率為0（default10%）Etching(Material=Po,stop=oxgas,rate(aniso=100))各向異性刻蝕Poly刻蝕停止在SiO2界面處刻蝕速率為100nm/min，嚴格地垂直向下刻蝕。

浙大微電子2023/1/3126/102文件保存與輸出Save(...)保存器件的最終結(jié)構(gòu)

save(file='process3',type=MDRAW,synonyms(po=metal,al=metal)

contacts(

contact1(name=pwell,1,0.5) contact2(name=source,2.5,0.5) contact3(name=gate,3.3,0.2) contact4(name=anode,4.1,0.2) contact5(name=sub,location=bottom)

)

浙大微電子2023/1/3127/102 species(netactive,btotal,astotal,ptotal), MinElementWidth=0.001,MaxElementWidth=0.10, MinElementHeight=0.001,MaxElementHeight=0.10, )1D(...)保存仿真后的DIOS變量的一維分布。APPend=on(default)保存并替換已經(jīng)存在的文件。FACTor=-1000

(default)座標縮放的比例因子。反向縮

放尺寸，從um到nm。浙大微電子2023/1/3128/102File

輸出的文件名(defaultextensionplx)。RS=off(default)計算方塊電阻;使用這個參數(shù)摻雜剖面

就不會保存在文件中。Species

選擇寫入文件的變量名。XSection

垂直的一維橫截面所在的X軸座標位置。YSection

水平的一維橫截面所在的Y軸座標位置。浙大微電子2023/1/3129/102文件輸出和交互圖形界面當單獨運行dios之后，*.log文件會自動產(chǎn)生。當dios運行

的命令文件為<root_filename>.cmd，輸出文件的名稱就為<root_filename>.log。當DIOS軟件是在GENESISe平臺中運行，則不會產(chǎn)生log

文件，而產(chǎn)生另外一個文件為<root_filename>_dio.out。在DIOS程序運行中及運行完成后，都可以通過查看<root_filename>_dio.out這一文件來確認DIOS的運行狀況。浙大微電子2023/1/3130/102例子：2DNMOS仿真

給出了一個0.18um的NMOS器件工藝流程的例子，從中介紹基本的工藝和控制命令。這個器件進行二維仿真，同時不考慮隔離。給出最簡單的描述文件（默認模型和網(wǎng)格），然后進行仿真。參數(shù)缺省的單位：長度厚度單位為um；時間單位為min；溫度單位為℃；濃度單位為atoms/cm3；劑量單位/cm2

；生長速率nm/min。浙大微電子2023/1/3131/102例子語句及仿真結(jié)果

Title('simplenmosexample')Title命令是DIOS輸入文件的第一個命令Grid(x=(0.0,0.4)y=(-10.0,0.0),nx=2)

建立網(wǎng)格點和區(qū)域，nx=2在X方向上包括三角形的個數(shù)Substrate(orientation=100,element=B,conc=5.0e14,ysubs=0.0)

定義襯底晶向100，摻雜為硼，濃度5.0E14，襯底頂點坐標為0.0浙大微電子2023/1/3132/102!startthegraphicaloutput,settoupdateevery10timesteps:Replace(Control(ngra=10))

圖形模式下，ngra=10表示每十步仿真工藝步驟刷新圖形Graphic(triangle=on,plot)

開始顯示和控制DIOS圖形輸出，triangle=on表示顯示網(wǎng)格浙大微電子2023/1/3133/102仿真開始時輸出顯示網(wǎng)格圖浙大微電子2023/1/3134/102Comment(‘p-well,anti-punchthrough&Vtadjustmentimplants')Comment語句中的內(nèi)容會在輸出圖形的上方顯示Implant(element=B,dose=2.0e13,energy=300keV,tilt=0)

注入，摻雜為硼，注入劑量為2.0E13/cm2，能量為300keV，

傾斜角0度Implant(element=B,dose=1.0e13,energy=80keV,tilt=7)

注入，摻雜為硼，注入劑量為1.0E13/cm2，能量為80keV，

傾斜角7度Implant(element=BF2,dose=2.0e12,energy=25keV,tilt=7)

注入，摻雜為BF2，注入劑量為2.0E12/cm2，能量為25keV，

傾斜角7度浙大微電子2023/1/3135/102三次溝道注入之后硼分布圖浙大微電子2023/1/3136/102Break

中斷仿真Diffusion(time=10sec,temperature=1050)

快速熱退火（RTA），時間為10秒，溫度為1050℃1d(file=channel,xsection(0.0),species(btotal),fac=-1,append=on)Diffusion(time=10,temperature=900,atmosphere=O2)

退火氧化，時間為10min，溫度為900℃，氣體為O2浙大微電子2023/1/3137/102Deposit(material=po,thickness=180nm)LPCVD（default）淀積，材料為多晶硅，厚度為180nmMask(material=resist,thickness=800nm,xleft=0,xright=0.09)

光刻掩模，材料為光刻膠，厚度為800nm，左邊坐標為0，

右邊坐標為0.09um浙大微電子2023/1/3138/102掩模層之后器件結(jié)構(gòu)和網(wǎng)格分布浙大微電子2023/1/3139/102Etching(material=po,stop=oxgas,rate(anisotropic=100))

刻蝕，材料為多晶硅，截止面為二氧化硅，刻蝕各向異性，刻蝕速率為100nm/minEtching(material=ox,Time=0.5,Rate(Aniso=100))

刻蝕，材料為二氧化硅，時間為0.5min，刻蝕各向異性，刻蝕速率為100nm/minEtching(material=resist)

刻蝕掩模層diffusion(time=20,temperature=900,atmosphere=O2,po2=0.5)

退火氧化，時間為20分鐘，溫度為900℃，氣體為O2，氧分壓為0.5atm.浙大微電子2023/1/3140/102多晶硅氧化之后柵氧化層的變化浙大微電子2023/1/3141/102implant(element=As,dose=4.0E14,energy=10keV,tilt=0)NLDD注入，摻雜為砷，注入劑量4.0E14，能量10keV，傾斜角0度。Impl(element=B,dose=0.25e13,energy=20keV,rotation=90,tilt=30)注入，摻雜為硼，注入劑量0.25E13，能量20keV，角度為90度。Impl(element=B,dose=0.25e13,energy=20keV,rotation=180,tilt=30)注入，摻雜為硼，注入劑量0.25E13，能量20keV，角度為180度。Impl(element=B,dose=0.25e13,energy=20keV,rotation=270,tilt=30)注入，摻雜為硼，注入劑量0.25E13，能量20keV，角度為270度。浙大微電子2023/1/3142/102Impl(element=B,dose=0.25e13,energy=20keV,rotation=360,tilt=30)

注入，摻雜為硼，注入劑量0.25E13，能量20keV，角度360度以上四個注入命令可并成一步：Impl(Elem=B,dose=1E13,energy=20keV,tilt=30,NumSplits=4)Halo注入Diffusion(Time=5sec,TEmperature=1050degC)

快速退火，時間為5秒，溫度為1050℃浙大微電子2023/1/3143/102注入分布圖浙大微電子2023/1/3144/102Deposit(material=ni,thickness=60nm)淀積氮化物作為側(cè)墻，厚度為60nmEtch(material=ni,remove=60nm,rate(a1=100),over=40)刻蝕氮化物,厚度60nm,各向異性刻蝕速率100nm/min,過刻蝕40%Etch(material=ox,stop=(pogas),rate(aniso=100))刻蝕二氧化硅，截止層為多晶硅，各向異性刻蝕速100nm/min浙大微電子2023/1/3145/102Impl(element=As,dose=5e15,energy=40keV,tilt=0)

注入，雜質(zhì)為砷，注入劑量為5E15，能量為50keV，斜向角為0Diff(time=10s,temperature=1050,atmo=N2)

退火，時間為10秒，溫度為1050℃，退火氣氛為N2(default)Reflect(reflect=0.0)

設置鏡像的坐標為0.0Mask(material=al,thick=0.03,x(-0.5,-0.2,0.2,0.5))

光刻版，材料為鋁，厚度為0.03mm，設定四邊的坐標浙大微電子2023/1/3146/102最后生成的器件結(jié)構(gòu)浙大微電子2023/1/3147/102Save(file='simple_nmos',type=MDRAW,synonyms(po=metal,al=metal)保存工藝仿真結(jié)果成MDRAW軟件適用的四個文件,把Poly和鋁都歸類為金屬contacts(contact1(name='source',-0.3,0.005)contact2(name='gate',0.0,0.05)contact3(name='drain',0.3,0.005)contact4(name='subs',location=bottom)

設定器件的四個電極。浙大微電子2023/1/3148/102保存的相同根文件名的四個文件：simple_nmos_mdr.bnd

包含最終的器件邊界描述的文件；simple_nmos_mdr.cmd

包含一系列給MDRAW的命令文件；simple_nmos_dio.grd.gz

包含工藝仿真形成的網(wǎng)格文件；simple_nmos_dio.dat.gz

包含工藝仿真形成的數(shù)據(jù)文件。浙大微電子2023/1/3149/102本章內(nèi)容ISE-TCAD簡介工具流程平臺GENESISe工藝仿真以及網(wǎng)格優(yōu)化工具2D工藝仿真工具DIOS2D網(wǎng)格優(yōu)化工具MDRAW器件仿真工具2D&3D器件仿真工具DESISS浙大微電子2023/1/3150/102MDRAW簡介MDRAW軟件提供靈活的二維器件結(jié)構(gòu)的編輯，包括結(jié)構(gòu)的邊界條件、摻雜及其網(wǎng)格細化等的定義。它主要和ISETCAD的其它軟件組結(jié)合在一起進行運用，采用統(tǒng)一的DF-ISE數(shù)據(jù)格式。由于2D網(wǎng)格軟件可集成于MDRAW中，因此不需要額外的文件輸入和輸出。

MDRAW還提供一種腳本語言（Tcl語法），允許用戶可以不用圖形用戶界面（GUI）也可以定義器件結(jié)構(gòu)。浙大微電子2023/1/3151/102MDRAW軟件作為ISE-TAD環(huán)境中的一部分，包括以下功能：界面編輯摻雜及其細化編輯腳本插件（Tcl語法）網(wǎng)格插件

MDRAW軟件包括兩部分單獨的內(nèi)容：邊界編輯和摻雜及其細化編輯，兩者使用同一個圖形用戶界面。圖形用戶界面會自動反映所選擇的界面內(nèi)容，并通過環(huán)境選擇的按扭進行切換。浙大微電子2023/1/3152/102MDRAW的圖形用戶界面浙大微電子2023/1/3153/102MDRAW軟件的邊界編輯邊界編輯器主要用于生成、修改和實現(xiàn)器件的結(jié)構(gòu)。它提供了用來保護器件結(jié)構(gòu)正確拓撲的運算法則。通過選擇環(huán)境選擇區(qū)的邊界選項可以打開邊界編輯器。浙大微電子MDRAW軟件的基本使用流程（1）精確坐標模式在MDRAW中，默認的繪圖方式是徒手作圖，但是在實際應用中常常需要精確地定義每個點，這時，可以將Preference下的ExactCoordinate選項勾選上。（2）設置紙張大小根據(jù)需要設置紙張大?。ㄔ撨x項在View菜單下）。（3）設置材料設置當前的材料（該選項在Materials菜單下）。2023/1/3154/102浙大微電子（4）描述器件按照需要描述器件（右圖中為SOI工藝下PMOS為例）。（5）形成矩形區(qū)域選擇AddRectangle后拖動鼠標，在彈出的對話框中設置新建矩形的四個邊的位置（右圖）。2023/1/3155/102浙大微電子（6）增加柵氧增加40的柵氧。材料中選擇SiO2，增加一個矩形區(qū)域，如右圖所示。（7）增加多晶硅過程同上，材料選擇PolySilicon，位置右圖所示2023/1/3156/102浙大微電子（8）建立非矩形的Spacer區(qū)域建立非矩形區(qū)域有兩種方式：①建立矩形區(qū)域增加節(jié)點后移動節(jié)點；②用Multiline工具建立多邊形。（9）建立中間氧化層此操作是要在Silicon中間建立絕緣層。操作方法如下（操作方

法有多種，下面以用Multiline工具為例進行說明）：選擇Multiline工具，分別定義絕緣層上邊界和下邊界。勾選ExactCoordinates，再通過MovePoint工具來精確校

正各個節(jié)點，將絕緣層位置定義出來。然后選擇ChangeMaterial，將中間的Silicon改成SiO2即可。2023/1/3157/102浙大微電子（10）為各區(qū)域命名單擊Information，再單擊各個區(qū)域，可以重新為各區(qū)域命名。以上工作完成后建立的器件如右圖所示。（11）定義接觸可以將邊界或邊界的一部分定義為電極接觸。單擊AddContact，輸入接觸的名稱，在Contact的下拉菜單中選擇所需接觸，再單擊Set/UnsetContact，選擇需要設置的邊界即可，如右圖所示。2023/1/3158/102浙大微電子（12）器件的邊界定義基本完成保存文件名為*.bnd。（13）定義體區(qū)、外延層、多晶硅等的摻雜

濃度（常量摻雜）選擇AddConstantP.，拖動鼠標，畫出

需定義的大致區(qū)域，按照如右上圖所示的

對話框進行設置，以外延層為例。（14）進行解析摻雜源、漏區(qū)是通過擴散得到的，要用解析摻

雜對其進行描述。選擇AddAnalyticalP.，

操作同上，以源摻雜為例，設置過程如右

圖所示。2023/1/3159/102浙大微電子（15）定義優(yōu)化標準在正式生成網(wǎng)格之前需要先定義優(yōu)化標準：①全局優(yōu)化標準的定義②局部優(yōu)化標準的定義③可變優(yōu)化標準區(qū)域（16）查看結(jié)果至此，器件的摻雜描述已經(jīng)全部完成，可以通過工具選擇區(qū)中的Sample來讀出各點的濃度值，并且通過對Parameter中某些選項的選擇，可以使某些參數(shù)（如摻雜、圖例、網(wǎng)格等）顯示或不顯示。2023/1/3160/102浙大微電子2023/1/3161/102MDRAW軟件的邊界編輯GUI浙大微電子2023/1/3162/102MDRAW軟件的摻雜和優(yōu)化編輯摻雜和優(yōu)化編輯器主要功能是產(chǎn)生、修改和實現(xiàn)器件的摻雜。它也允許用戶定義特定的摻雜細化信息，定義網(wǎng)格尺寸，從而影響網(wǎng)格組件的產(chǎn)生。摻雜和優(yōu)化編輯器功能包括產(chǎn)生摻雜描述、描述細化狀況、建立符合器件模擬的網(wǎng)格。打開摻雜和細化編輯器，可以通過在環(huán)境選擇區(qū)選擇Doping選項。浙大微電子2023/1/3163/102MDRAW軟件的摻雜和細化編輯GUI浙大微電子2023/1/3164/102器件網(wǎng)格的建立細化條件設置過之后的下一個步驟就是建立網(wǎng)格。點擊BuildMesh就可以建立，MDRAW會自動按照最適合的方式建立，如果建立的時間太長，那么有可能是現(xiàn)有的網(wǎng)格形態(tài)有問題或定義的網(wǎng)格過密。MDRAW將會自動的將與器件名稱相同的內(nèi)部、

外部命令文件調(diào)入，通過BuildMesh建立默認網(wǎng)

格，最后將網(wǎng)格保存，為器件仿真提供所需求的

網(wǎng)格。浙大微電子2023/1/3165/102MDRAW產(chǎn)生的網(wǎng)格圖浙大微電子2023/1/3166/102本章內(nèi)容ISE-TCAD簡介工具流程平臺GENESISe工藝仿真以及網(wǎng)格優(yōu)化工具2D工藝仿真工具DIOS2D網(wǎng)格優(yōu)化工具MDRAW器件仿真工具2D&3D器件仿真工具DESISS浙大微電子2023/1/3167/102DESSIS簡介DESSIS軟件是支持一維、二維、三維半導體器件的多維、

電熱、混合模型的器件和電路仿真器；它能夠仿真從深亞微米MOSFET到大功率雙極型器件等多

種半導體器件，同時支持多種高級物理模型和數(shù)學解析方法；DESSIS軟件還支持SiC和III-V族混合結(jié)構(gòu)的同質(zhì)和異質(zhì)結(jié)器件的仿真；DESSIS軟件既可以仿真單獨一個半導體器件的電學特性，

也可以幾個器件合成一個電路的電學特性。終端電流[A]、電壓[V]、電荷[C]可以通過解物理器件方程

組得到最終的結(jié)果，這些方程包括載流子分布方程也有電導機制方程。浙大微電子2023/1/3168/102DESSIS特性：具有豐富多樣的半導體器件物理和影響模型（漂移－擴散的、熱力學的和流體動力學的模型）;支持不同的器件結(jié)構(gòu)（一維、二維、三維和二維圓柱）;具有多種非線性仿真解決辦法;支持混合模式仿真，其電熱的網(wǎng)表可以有基于網(wǎng)格模擬的器件模型，也可以有SPICE電路模型（三種類型的仿真：單器件仿真、單器件和電路網(wǎng)表的仿真、多器件和電路網(wǎng)表的仿真）。浙大微電子2023/1/3169/102三種仿真類型：浙大微電子2023/1/3170/102器件仿真所需文件網(wǎng)格文件包括整個器件每一區(qū)域的詳細定義，即邊界、材料類型、電接觸位置等等。網(wǎng)格文件還描述器件區(qū)域的網(wǎng)格和網(wǎng)格之間的連接關系。摻雜文件主要是器件屬性的定義，包括摻雜分布、網(wǎng)格點的數(shù)據(jù)格式等。浙大微電子2023/1/3171/102標準MOSFET結(jié)構(gòu)的仿真文件圖示

邊界和網(wǎng)格

二維摻雜分布浙大微電子2023/1/3172/102器件網(wǎng)格的創(chuàng)建

對于最優(yōu)化的仿真，最理想的結(jié)果是：產(chǎn)生的網(wǎng)格必須在允許的精度下具有最小數(shù)量的網(wǎng)格節(jié)點。同時，還要依據(jù)仿真的類型確定優(yōu)化的網(wǎng)格。為了產(chǎn)生最合適的網(wǎng)格，以下這些區(qū)域的網(wǎng)格必須密集化：高電流密度（MOSFET溝道、雙極型晶體管基區(qū)）高電場強度（MOSFET溝道、MOSFET漏區(qū)、耗盡區(qū)）高電荷產(chǎn)生區(qū)（SEUalpha粒子、光束）浙大微電子2023/1/3173/102器件仿真物理基礎泊松方程:

（該方程決定了半導體器件的電特性)電流連續(xù)性方程:電流方程:熱流方程：（在ESD條件下需要考慮）浙大微電子2023/1/3174/102DESSIS的器件仿真流程浙大微電子2023/1/3175/102器件仿真文件結(jié)構(gòu)工藝仿真結(jié)果導入電極定義物理模型定義數(shù)學算法定義輸出內(nèi)容定義電壓掃描（電流掃描）定義浙大微電子2023/1/3176/102DESSIS文件構(gòu)成“File”部分主要定義器件結(jié)構(gòu)的輸入文件和輸出文件的名稱；“Electrode”部分定義器件的電極相關信息?！癙hysics”部分定義器件過程中使用的物理模型?！癙lot”部分定義所有的計算變量，DESSIS能仿真的變量都將被存入plot文件。“Math”部分定義DESSIS仿真時算法的設置，包括仿真器類型、仿真誤差標準的設置?！癝olve”部分定義電壓掃描，仿真電學特性。浙大微電子2023/1/3177/102FILEFile{#輸入文件

Grid=<n>Doping=<n>Lifetime=<n>Parameter=<n>#輸出文件

Output=“n3_des.log”輸出日志文件，記錄運行情況

Current=“n3_des.plt”用于Inspect觀察I_V曲線等

Plot=“n3_des.dat“保存器件仿真的計算變量

ACExtract=“ac_des.dat”保存交流小信號仿真結(jié)果

}浙大微電子2023/1/3178/102ELECTRODEElectrode{ {Name="anode"Voltage=0.1} {Name=“cathode”Voltage=0.0} {Name=“gate"Voltage=0.0barrier=-0.55}}Current=<float>定義電流的初始條件(A/μmfor2D).Resist=<float>定義接觸電阻（Ω*μmfor2D)Barrier=<float>指定柵的勢壘值[V].Workfunction=<float>指定柵或Schottky電極的功函數(shù)值[eV]Charge=<float>指定浮空電極上的電荷數(shù)[C].AreaFactor=<float>電極電流的倍增因子浙大微電子2023/1/3179/102各種不同電極定義Gateelectrode{name=“gate”voltage=2Material=“PolySi”(P=6.0e19)}Schottkyelectrode{name="anode"voltage=2SchottkyWorkFunction=4.9}Currentboundary{name="anode"voltage=1.0current=1e-3}浙大微電子2023/1/3180/102各種不同電極定義Floatingelectrodewithcharge{name="floatgate"charge=1e-15}Electrodewithareafactor{name="anode"current=5E-4AreaFactor=100}Electrodewith1resistance{name="emitter"voltage=2Resist=1}Multivaluedvoltagedrive{name="source"voltage=[0,1.0,2.0]}浙大微電子2023/1/3181/102THERMODETHERMODE{{Name=“Anode”temperature=300}{Name=“Cathode”temperature=300}{Name=“sub”temperature=300}}SurfaceResistance定義一個接觸的熱阻系數(shù)[cm2K/W].SurfaceConductance與SurfaceResistance是相反的值(thermalconductivity).Power=<float>定義一個熱流的邊界條件[W/cm2].AreaFactor=<float>指定熱電極面積的一個倍增因子。浙大微電子2023/1/3182/102Plot定義所有需要計算的變量，DESSIS能仿真的變量都將被存入plot文件

Plot{eDensityhDensityeCurrenthCurrentPotentialSpaceChargeElectricField/VectoreMobilityhMobilityeVelocityhVelocityDopingDonorConcentration}浙大微電子2023/1/3183/102PhysicsPhysics部分用來定義仿真所用的物理模型。根據(jù)仿真的器件和仿真的準確程度可以分為下面四類：Drift-diffusion漂移-擴散傳輸模型適用于在指定器件中特定邊界條件下的自對準耦合泊松方程和載流子連續(xù)方程（電子或空穴）。這種模型適合于在大器件下工作。Thermodynamic考慮了晶格的自加熱過程Hydrodynamic包含了載流子的溫度和熱流方程

MonteCarlo可以對選定窗口進行MonteCarlo分析浙大微電子2023/1/3184/102Physics{EffectiveIntrinsicDensity(oldSlotboom)定義硅能帶隙

窄化模型，它決定載流子濃度

Mobility(DopingDependenceHighFieldSaturationEnormal)定義三個模型（摻雜依

賴性、高電場飽和、橫向電場依賴性）

Recombination(SRH(DopingDependenceTempDependence)Avalanche(Eparalell))定義SRH復合的模型（摻雜依賴性和溫度依賴性）和雪崩倍增的模型Auger俄歇復合模型

}浙大微電子2023/1/3185/102MATHMath{ Extrapolate定義仿真時采用外推法定義迭代下一步的數(shù)值

RelErrControl定義疊代計算時加入誤差控制

NotDamped=50最大的迭代次數(shù)默認1000 Iterations=20最大的步長減小次數(shù)默認50 BreakCriteria{Current(Contact=“drain”Absval=3e-4)}確定停止仿真的條件，漏極電流絕對值大于3e-4A.}浙大微電子2023/1/3186/102數(shù)學算法設置主要調(diào)整兩個參量InterationsNotdamped浙大微電子2023/1/3187/102SOLVE包括初始解、掃描電壓設置等來解方程獲得需要的參數(shù)結(jié)果。Solve{PoissonCoupled{PoissonElectronHole} Quasistationary(Initialstep=1e-6MaxStep=0.1Minstep=1e-12increment=2.0Goal{name="anode"voltage=4e7}) {Coupled{PoissonElectronHole}}}浙大微電子2023/1/3188/102輸出結(jié)果查看DESSIS仿真結(jié)果I-V特性可以用inspect工具進行查看浙大微電子2023/1/3189/102電場及電流分布等可以用tecplot_ise工具進行查看。浙大微電子2023/1/3190/102Dessis仿真例子MOS管的Id-Vg的電學特性仿真File{*輸入文件：Grid="nmos_mdr.grd“Doping="nmos_mdr.dat““Grid”和“Doping”語句分別指定器件結(jié)構(gòu)的網(wǎng)格文件和摻雜文件*輸出文件Plot=“n3_des.dat“保存仿真時計算的變量和結(jié)果浙大微電子2023/