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sentaurus中文教程.pdf

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SentaurusTCAD培训
工具简介
A.TCAD是什么?(10分钟)
A.1TCAD与半导体工业
A.2工艺模拟
A.3器件模拟
B.TCAD包含哪些工具?(20分钟)
B.1SentaurusWorkbench
B.2Ligament
B.3SentaurusProcess
B.4SentaurusStructureEditor(SDE)
B.5MeshandNoffset3D
B.6SentaurusDevice
B.7TecplotSV
B.8Inspect
B.9CalibrationKit
SWB
A.GettingStarted(15分钟)
A.1概述
A.2启动SWB
B.运行工程(30分钟)
B.1加载SWB工程
B.2改变树的显示属性
B.3清空工程目录
B.4运行工程
B.5查看输出结果
C.创建工程(30分钟)
C.1设置工具流
D.组装多个实验(30分钟)
D.1添加参数
D.2设置多个实验
D.4创建方案
D.5裁剪工程树
D.6添加变量
Ligament
GettingStarted10min
A.1简介
A.2Ligament流程编辑器
A.3Ligament版图编辑器
A.4LigamentTranslator
B.Ligament流程编辑器30min
B.1启动Ligament流程编辑器
B.2开始装配一个新的工艺流程
B.4改变宏调用的参数
B.7用户定义的变量
B.8转换和语法检查
C.Ligament版图编辑器30min
C.1启动Ligament版图编辑器
C.4保存版图
C.6定义模拟区域
C.7使用版图
D.在SWB中运行Ligament30min
D.1在SWB中启动Ligament工具
D.2导入Ligament文件
D.5Ligament版图编辑器中的版图参数化
D.6SWB中的参数化
D.7Ligament工作区
D.8SWB的预处理和Ligament转换
SentaurusProcess
GettingStarted15min
A.1简介
A.2Sprocess使用的文件类型
A.3启动Sprocess
B.一维工艺模拟45min
B.1简介
B.2定义初始一维网格
B.3定义初始模拟域(domain)
B.4初始化
B.5设置MGOALS网格化策略
B.6GrowingScreeningOxide
B.7测量氧化物的厚度
B.8DepositingScreeningOxide
B.9Tcl控制语句
B.10注入
B.11Savingtheas-implantedProfile
B.12热退火,Drive-in,Activation,andScreeningOxid
C.二维工艺模拟45min
C.1简介
C.2定义初始的二维网格
C.3模拟域与初始化
C.4B的注入
C.5生长栅氧
C.6制作多晶硅栅
C.7多晶硅重氧化
C.8保存Snapshots
C.9在LDD和Halo注入之前进行网格重定义
C.10LDD和Halo注入
C.11形成边墙
C.12在源/漏注入之前进行网格重定义
C.13源/漏注入
C.14ContactPads
C.15保存整个结构
C.16提取一维分布
D.定义模型和指定参数30min
D.1属性数据库浏览器
D.2在输入文件中改变参数
E.采用全定制的校准文件30min
E.1简介
E.2全局设置
F.采用高级校准30min
F.1简介
F.2激活高级校准
G.工艺模拟与SWB和Ligament30min
G.1简介
G.2参数化版图
G.3定义网格
H.CustomModelswithAlagator45min
H.1简介
I.SpecialFocus:槽刻蚀35min
I.1简介
I.2Initialization
I.3生长PadOxide
I.4淀积氮化层
I.5STI光刻
I.6浅槽刻蚀
I.7生长衬垫氧化物
I.8TEOS的淀积与CMP
I.9氮化物的剥离/反射
J.SpecialFocus:MeshingwithMGOALS(15分钟)
J.1简介
J.2Initialization
J.3MGOALSRemesh
J.4MGOALS网格优化框
K.SpecialFocus:3D工艺模拟(Sprocess与sde结合)(30min)
K.1简介
K.2各项异性刻蚀
K.3各向同性淀积
K.4MultimaterialEtching
K.5ReflectandClip
SDE(结构编辑器)
GettingStarted(15分钟)
A.1简介
A.2启动SDE
A.4输入/输出文件类型
A.5创建一个简单的结构
B.生成二维边界(45分钟)
B.1简介
B.2重新初始化SDE
B.3ExactCoordinates模式
B.4选择材料
B.5选择默认的布尔表达式
B.6创建矩形区域
B.7创建Single-Lumped区域
B.8圆化边缘
B.9定义接触
B.10在已存在的边缘处设置接触
B.11添加顶点
B.12定义一个区域为接触
B.13对区域进行重命名
B.14保存模型
C.生成掺杂分布(20分钟)
C.1定义材料的掺杂浓度为常数
C.2定义区域的掺杂浓度为常数
C.3定义解析的掺杂分布
C.4保存模型(见图4)
D.生成网格(20分钟)
D.1简介
D.2定义区域的网格化策略
D.3定义优化窗口
D.4定义优化窗口的网格化策略
D.5在优化窗口中定义一个Multibox网格化策略
D.6保存模型
D.7为器件结构产生网格
E.脚本和参数(30分钟)
E.1简介
E.2Scheme基础
E.3定义简单的变量和数据类型
E.5数学操作符
E.6数学表达式
Noffset3D
GettingStarted10min
A.1Overview
A.2StartingNoffset3D
B.UsingNoffset3Din2D40min
B.1StrategiesofMeshing
B.2MainParametersforMeshing
C.UsingNoffset3Din3D40min
C.1MainAlgorithm
SentaurusDevice
基础(15分钟)
A.1简介
A.2输入命令文件
A.3参数文件
B.载流子传输模型(45分钟)
B.1简介
B.2漂移-扩散传输
B.3热力学传输
B.4流体力学传输
B.5密度梯度传输
B.6MonteCarlo传输
C.混合模式模拟(45分钟)
C.1简介
C.2混合模式模拟
C.3瞬态扫描
C.4小信号AC分析
D.一个较复杂的例子(30分钟)
D.1MOSFET的击穿模拟
D.2电流边界条件
G.在SWB中运行SDevice(25分钟)
G.1简介
G.2FileSection
G.3使用SWB参数
G.4算术表达式
G.6参数文件的参数化
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 i
Sentaurus TCAD 2007.03 培训(XXXX 计算机学院 XX 组) 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 ii
Sentaurus TCAD 2007.03 培训(XXXX 计算机学院 XX 组) 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 iii
Sentaurus TCAD 2007.03 培训(XXXX 计算机学院 XX 组) 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 iv
Sentaurus TCAD 2007.03 培训(XXXX 计算机学院 XX 组) 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
Sentaurus TCAD 2007.03 培训(XXXX 计算机学院 XX 组) 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。 vi
Sentaurus TCAD 2007.03 培训(XXXX 计算机学院 XX 组) 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 2
Sentaurus TCAD 2007.03 培训(XXXX 计算机学院 XX 组) 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。 3
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