Sentaurus TCAD 2007.03 培训(XXXX 计算机学院 XX 组)
目录
Sentaurus TCAD 培训.......................................................................................................................................... 1
工具简介.............................................................................................................................................................. 2
A.TCAD 是什么?(10 分钟)................................................................................................................. 2
A.1 TCAD 与半导体工业...................................................................................................................... 2
A.2 工艺模拟.......................................................................................................................................2
A.3 器件模拟.......................................................................................................................................2
B.TCAD 包含哪些工具?(20 分钟)......................................................................................................3
B.1 Sentaurus Workbench.................................................................................................................... 3
B.2 Ligament......................................................................................................................................... 4
B.3 Sentaurus Process...........................................................................................................................4
B.4 Sentaurus Structure Editor(SDE)............................................................................................... 5
B.5 Mesh and Noffset3D.......................................................................................................................5
B.6 Sentaurus Device............................................................................................................................ 6
B.7 Tecplot SV....................................................................................................................................... 6
B.8 Inspect............................................................................................................................................ 7
B.9 Calibration Kit................................................................................................................................. 7
SWB...................................................................................................................................................................... 8
A. Getting Started(15 分钟).................................................................................................................... 8
A.1 概述...............................................................................................................................................8
A.2 启动 SWB...................................................................................................................................... 8
B. 运行工程(30 分钟)............................................................................................................................ 9
B.1 加载 SWB 工程..............................................................................................................................9
B.2 改变树的显示属性..................................................................................................................... 10
B.3 清空工程目录............................................................................................................................. 10
B.4 运行工程..................................................................................................................................... 10
B.5 查看输出结果............................................................................................................................. 11
C. 创建工程(30 分钟).......................................................................................................................... 11
C.1 设置工具流................................................................................................................................. 11
D. 组装多个实验(30 分钟)..................................................................................................................12
D.1 添加参数.....................................................................................................................................12
D.2 设置多个实验.............................................................................................................................13
D.4 创建方案.....................................................................................................................................14
D.5 裁剪工程树.................................................................................................................................15
D.6 添加变量.....................................................................................................................................15
Ligament............................................................................................................................................................. 16
A. Getting Started 10 min....................................................................................................................... 16
A.1 简介.............................................................................................................................................16
A.2 Ligament 流程编辑器.................................................................................................................. 16
A.3 Ligament 版图编辑器.................................................................................................................. 16
A.4 Ligament Translator...................................................................................................................... 16
B. Ligament 流程编辑器 30 min............................................................................................................... 16
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D. 在 SWB 中运行 Ligament
B.1 启动 Ligament 流程编辑器........................................................................................................ 16
B.2 开始装配一个新的工艺流程..................................................................................................... 17
B.4 改变宏调用的参数..................................................................................................................... 17
B.7 用户定义的变量......................................................................................................................... 17
B.8 转换和语法检查......................................................................................................................... 18
C. Ligament 版图编辑器 30 min............................................................................................................... 19
C.1 启动 Ligament 版图编辑器....................................................................................................... 19
C.4 保存版图..................................................................................................................................... 19
C.6 定义模拟区域............................................................................................................................. 19
C.7 使用版图..................................................................................................................................... 20
30 min...................................................................................................... 20
D.1 在 SWB 中启动 Ligament 工具...................................................................................................20
D.2 导入 Ligament 文件.................................................................................................................... 20
D.5 Ligament 版图编辑器中的版图参数化...................................................................................... 21
D.6 SWB 中的参数化......................................................................................................................... 21
D.7 Ligament 工作区.......................................................................................................................... 21
D.8 SWB 的预处理和 Ligament 转换.................................................................................................22
Sentaurus Process...............................................................................................................................................23
A. Getting Started 15min........................................................................................................................ 23
A.1 简介.............................................................................................................................................23
A.2 Sprocess 使用的文件类型........................................................................................................... 23
A.3 启动 Sprocess..............................................................................................................................23
B. 一维工艺模拟 45min...........................................................................................................................24
B.1 简介.............................................................................................................................................24
B.2 定义初始一维网格..................................................................................................................... 24
B.3 定义初始模拟域(domain).......................................................................................................... 24
B.4 初始化.........................................................................................................................................24
B.5 设置 MGOALS 网格化策略........................................................................................................24
B.6 Growing Screening Oxide..............................................................................................................24
B.7 测量氧化物的厚度..................................................................................................................... 25
B.8 Depositing Screening Oxide..........................................................................................................25
B.9 Tcl 控制语句................................................................................................................................25
B.10 注入...........................................................................................................................................25
B.11 Saving the as-implanted Profile.................................................................................................. 26
B.12 热退火, Drive-in, Activation, and Screening Oxide Strip........................................................... 26
C. 二维工艺模拟 45min...........................................................................................................................27
C.1 简介..............................................................................................................................................27
C.2 定义初始的二维网格.................................................................................................................. 27
C.3 模拟域与初始化......................................................................................................................... 27
C.4 B 的注入.......................................................................................................................................28
C.5 生长栅氧..................................................................................................................................... 28
C.6 制作多晶硅栅............................................................................................................................. 28
C.7 多晶硅重氧化............................................................................................................................. 28
C.8 保存 Snapshots........................................................................................................................... 29
C.9 在 LDD 和 Halo 注入之前进行网格重定义............................................................................... 29
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C.10 LDD 和 Halo 注入....................................................................................................................... 30
C.11 形成边墙................................................................................................................................... 30
C.12 在源/漏注入之前进行网格重定义..........................................................................................30
C.13 源/漏注入................................................................................................................................. 31
C.14 Contact Pads............................................................................................................................... 31
C.15 保存整个结构........................................................................................................................... 31
C.16 提取一维分布........................................................................................................................... 32
D. 定义模型和指定参数 30min...............................................................................................................32
D.1 属性数据库浏览器.....................................................................................................................32
D.2 在输入文件中改变参数............................................................................................................. 33
E. 采用全定制的校准文件 30min........................................................................................................... 33
E.1 简介............................................................................................................................................. 33
E.2 全局设置..................................................................................................................................... 33
F. 采用高级校准 30min............................................................................................................................33
F.1 简介..............................................................................................................................................33
F.2 激活高级校准..............................................................................................................................33
G. 工艺模拟与 SWB 和 Ligament 30min.................................................................................................. 34
G.1 简介.............................................................................................................................................34
G.2 参数化版图.................................................................................................................................34
G.3 定义网格.....................................................................................................................................35
H. Custom Models with Alagator 45min.....................................................................................................35
H.1 简介.............................................................................................................................................35
I. Special Focus: 槽刻蚀 35min.................................................................................................................36
I.1 简介.............................................................................................................................................. 36
I.2 Initialization................................................................................................................................... 36
I.3 生长 Pad Oxide.............................................................................................................................36
I.4 淀积氮化层.................................................................................................................................. 37
I.5 STI 光刻........................................................................................................................................ 37
I.6 浅槽刻蚀...................................................................................................................................... 37
I.7 生长衬垫氧化物.......................................................................................................................... 38
I.8 TEOS 的淀积与 CMP..................................................................................................................... 38
I.9 氮化物的剥离/反射.....................................................................................................................39
J. Special Focus: Meshing with MGOALS(15 分钟)..................................................................................... 39
J.1 简介..............................................................................................................................................39
J.2 Initialization................................................................................................................................... 39
J.3 MGOALS Remesh...........................................................................................................................40
J.4 MGOALS 网格优化框...................................................................................................................40
K. Special Focus: 3D 工艺模拟(Sprocess 与 sde 结合)(30 min).......................................................... 41
K.1 简介............................................................................................................................................. 41
K.2 各项异性刻蚀............................................................................................................................. 41
K.3 各向同性淀积............................................................................................................................. 42
K.4 Multimaterial Etching................................................................................................................... 43
K.5 Reflect and Clip............................................................................................................................. 44
SDE(结构编辑器)..........................................................................................................................................46
A. Getting Started(15 分钟)...............................................................................................................46
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A.1 简介.............................................................................................................................................46
A.2 启动 SDE......................................................................................................................................46
A.4 输入/输出文件类型................................................................................................................... 46
A.5 创建一个简单的结构................................................................................................................. 47
B. 生成二维边界(45 分钟).................................................................................................................. 48
B.1 简介.............................................................................................................................................48
B.2 重新初始化 SDE..........................................................................................................................48
B.3 Exact Coordinates 模式................................................................................................................ 48
B.4 选择材料..................................................................................................................................... 48
B.5 选择默认的布尔表达式............................................................................................................. 48
B.6 创建矩形区域............................................................................................................................. 49
B.7 创建 Single-Lumped 区域........................................................................................................... 49
B.8 圆化边缘..................................................................................................................................... 49
B.9 定义接触..................................................................................................................................... 50
B.10 在已存在的边缘处设置接触................................................................................................... 50
B.11 添加顶点................................................................................................................................... 51
B.12 定义一个区域为接触............................................................................................................... 52
B.13 对区域进行重命名................................................................................................................... 52
B.14 保存模型................................................................................................................................... 52
C. 生成掺杂分布(20 分钟).................................................................................................................. 53
C.1 定义材料的掺杂浓度为常数..................................................................................................... 53
C.2 定义区域的掺杂浓度为常数..................................................................................................... 53
C.3 定义解析的掺杂分布................................................................................................................. 53
C.4 保存模型(见图 4)........................................................................................................................54
D. 生成网格(20 分钟)..........................................................................................................................55
D.1 简介.............................................................................................................................................55
D.2 定义区域的网格化策略............................................................................................................. 55
D.3 定义优化窗口.............................................................................................................................55
D.4 定义优化窗口的网格化策略..................................................................................................... 56
D.5 在优化窗口中定义一个 Multibox 网格化策略.........................................................................56
D.6 保存模型.....................................................................................................................................56
D.7 为器件结构产生网格................................................................................................................. 56
E. 脚本和参数(30 分钟)...................................................................................................................... 57
E.1 简介............................................................................................................................................. 57
E.2 Scheme 基础.................................................................................................................................57
E.3 定义简单的变量和数据类型......................................................................................................57
E.5 数学操作符.................................................................................................................................. 58
E.6 数学表达式................................................................................................................................. 58
Noffset3D............................................................................................................................................................59
A. Getting Started 10 min....................................................................................................................... 59
A.1 Overview.......................................................................................................................................59
A.2 Starting Noffset3D........................................................................................................................ 59
B. Using Noffset3D in 2D 40 min.................................................................................................................59
B.1 Strategies of Meshing................................................................................................................... 59
B.2 Main Parameters for Meshing...................................................................................................... 59
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C. Using Noffset3D in 3D 40 min.................................................................................................................60
C.1 Main Algorithm.............................................................................................................................60
Sentaurus Device................................................................................................................................................ 61
A. 基础(15 分钟)............................................................................................................................... 61
A.1 简介.............................................................................................................................................61
A.2 输入命令文件.............................................................................................................................61
A.3 参数文件.....................................................................................................................................65
B. 载流子传输模型(45 分钟).............................................................................................................. 65
B.1 简介.............................................................................................................................................66
B.2 漂移-扩散传输............................................................................................................................66
B.3 热力学传输................................................................................................................................. 67
B.4 流体力学传输............................................................................................................................. 70
B.5 密度梯度传输............................................................................................................................. 72
B.6 Monte Carlo 传输.........................................................................................................................74
C. 混合模式模拟(45 分钟).................................................................................................................. 77
C.1 简介.............................................................................................................................................77
C.2 混合模式模拟............................................................................................................................. 77
C.3 瞬态扫描..................................................................................................................................... 78
C.4 小信号 AC 分析...........................................................................................................................80
D. 一个较复杂的例子(30 分钟).......................................................................................................... 81
D.1 MOSFET 的击穿模拟................................................................................................................... 81
D.2 电流边界条件.............................................................................................................................83
G. 在 SWB 中运行 SDevice(25 分钟)...................................................................................................85
G.1 简介.............................................................................................................................................85
G.2 File Section................................................................................................................................... 85
G.3 使用 SWB 参数........................................................................................................................... 86
G.4 算术表达式.................................................................................................................................87
G.6 参数文件的参数化.....................................................................................................................87
v
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Sentaurus
Sentaurus
Sentaurus
TCADTCADTCAD
培训
1、 工具简介:30 分钟
2、 Sentaurus workbench:一个可视化的集成环境(2 小时)
3、 Ligament:TCAD 工艺模拟的一个通用接口。可以在更高的抽象层次上设置和执行 TCAD 工艺模拟。
(译者注:如果没有 Ligament,需要手工编写用于工艺模拟的命令文件;有了 ligament 后,可以采
用 ligament 以比较简单直观的方式设置工艺模拟的步骤。不过,在 ISETCAD10 中,ligament 的功能
还不够强大,使用 ligament 只能得到一个工艺模拟命令文件的模板,需要经过手工修改后方可用于
真正的工艺模拟。)( 1 小时 40 分钟)
4、 Sentaurus Process:一个完整的高度灵活的多维工艺模拟器。(5 小时 20 分钟)
5、 Sentaurus Structure Editor:一个二维和三维器件编辑器以及三维工艺仿真器。基于 CAD 技术,具有
一个功能强大的 GUI,并且可以全部采用脚本实现。(4 小时 15 分钟)
6、 Noffset3D:一个网格生成器,在二维时用于生成三角形和矩形,在三维时生成四面体。面向 Sentaurus
Device 和 Sentaurus Process 等采用方框法(box method)离散技术的模拟器。(1 小时 30 分钟)
7、 Sentaurus Device:器件模拟器,用于模拟半导体器件的电、热和光特性。是业界领先的器件模拟器 ,
能够处理一维、二维和三维的几何结构,以及混合模拟(同时模拟集约模型和数值器件)。(注:
ISETCAD10 中的混合模拟的集约模型只支持 level3,会损失一些精度。)( 4 小时)
8、 Tecplot SV:用于查看模拟和实验数据的二维和三维绘图软件。(2 小时)
9、 Inspect:一个 x-y 数据的绘图和分析工具,例如半导体器件的掺杂分布和电特性。(1 小时 45 分钟)
10、
TCL:大部分 Synopsys 的工具均采用 TCL(Tool Command Language),掌握一些关于 TCL 的基本
知识是有益的。(1 小时 20 分钟)
注:拟举办一个为期一周(5 天)的培训班。面向 XX 组新进入的人员和 XX 老师研究器件的学生。
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工具简介
AAA
.TCADTCADTCAD
是什么?(101010
分钟)
目标:对 TCAD 进行简要介绍,明确这样一个问题:谁使用 TCAD?
A.1A.1A.1
TCADTCADTCAD
与半导体工业
TCAD 亦即 Technology CAD,指的是采用计算机模拟开发和优化半导体工艺技术和半导体器件。TCAD 模
拟工具解算基本的物理偏微分方程,例如扩散和传输方程。这种底层的物理方法使得 TCAD 模拟可以产
生具有预测价值的结果(译者注:主要指精度可以与试验结果相近)。
因此,在开发新的半导体器件或工艺时,有可能采用 TCAD 计算机模拟代替(注:采用“部分代替”这
个词或许更合适)昂贵而且耗时的测试晶圆(test wafer)。
TCAD 模拟在半导体工业界被广泛使用。随着技术变得越来越复杂,半导体工业界愈发依赖于 TCAD 以
降低成本,并加速研发进程。另外,半导体制造商采用 TCAD 进行成品率分析,亦即:监测、分析和优
化其 IC 工艺流程,分析工艺起伏的影响。
TCAD 包含两个主要的分支:工艺模拟和器件模拟。
A.2A.2A.2
工艺模拟
在工艺模拟时,基于各种物理方程(不同的工艺步骤对应不同的物理方程)模拟诸如刻蚀、淀积、离子
注入、热退火和氧化等各种工艺步骤。被模拟的晶圆被离散化,表现为一种有限元结构(见图 1)。
例如,在模拟热退火时,在该网格上解算每种杂质的扩散方程。对于氧化模拟,基于氧气的扩散、边角
处的机械应力等模拟 SiO2 的生长。
图 1 NMOSFET 栅漏交汇处有限元网格的放大图
A.3A.3A.3
器件模拟
器件模拟可以被想象为半导体器件(如晶体管或二极管)电特性的虚拟测量。器件被描绘成离散化的有
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限元结构。器件的每个网格点都有相应的性质与之关联,例如材料的种类和掺杂浓度。器件模拟其实就
是计算每一个网格点的载流子浓度、电流密度、电场、产生和复合速率、等等(见图 2)。
电极被描绘成多个区域(are represented as areas),在每个区域施加边界条件,例如电压。器件模拟器
解算泊松方程和载流子连续性方程(也可能是其它方程)。在解算完这些方程之后,可以提取触点
(contacts)处的电流(见图 3)。
图 2 0.13um NMOSFET 在 Vgs=1.5V,Vds=3.0V 条件
下的电流密度线,不同颜色代表电流密度的大小。
Q:谁使用 TCAD?
A:工艺制造商、器件设计者、其它需要研究工艺和器件的人员(如:抗辐照加固领域的科技工作者)
图 3 50nm NMOSFET 的输出特性
(Vgs=0.25,0.5,0.75,1.0,1.25V)
BBB
.TCADTCADTCAD
包含哪些工具?(202020
分钟)
目标:对 TCAD 的各种工具进行简要介绍。
B.1B.1B.1
Sentaurus
Sentaurus
Sentaurus
Workbench
Workbench
Workbench
一个可视化的集成环境,其直观的 GUI 可用于设计、组织和运行模拟。各种模拟以工程的形式进行组织 。
一个完整的模拟流程通常包括多个工具,例如工艺模拟器 Sentaurus Process,网格化工具 mesh,器件
模拟器 Sentaurus Device,绘图和分析工具 inspect。
Sentaurus Workbench 自动管理从一个工具到另一个工具的信息流。包括用户输入文件的前处理、参数
化工程、工具的设置和执行以及结果的查看。
Sentaurus Workbench 允许用户定义参数和变量以运行复杂的参变量分析。采用数学和逻辑表达式对模
拟的输入文件进行动态前处理。模拟的结果可输入到统计分析软件和电子表格软件。
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