第1章 半导体工艺及器件仿真工具Sentaurus TCAD.ppt

第1章可制造性设计工具SentaurusTCAD 2 117 Sentaurus简介 SentaurusTCAD全面继承了Tsuprem4 Medici和ISE TCAD的特点和优势 它可以用来模拟集成器件的工艺制程 器件物理特性和互连线特性等 SentaurusTCAD提供全面的产品套件 其中包括SentaurusWorkbench Ligament SentaurusProcess SentaurusStructureEditor MeshNoffset3D SentaurusDevice TecplotSV Inspect AdvancedCalibration等等 2020 3 22 浙大微电子 3 117 Sentaurus简介 SentaurusProcess和SentaurusDevice可以支持的仿真器件类型非常广泛 包括CMOS 功率器件 存储器 图像传感器 太阳能电池 和模拟 射频器件 SentaurusTCAD还提供互连建模和参数提取工具 为优化芯片性能提供关键的寄生参数信息 2020 3 22 浙大微电子 4 117 SentaurusTCAD的启动 运行vncviewer在xterm中输入 source opt demo sentaurus envGENESISe 2020 3 22 浙大微电子 5 117 2020 3 22 浙大微电子 6 117 2020 3 22 浙大微电子 7 117 本章内容1集成工艺仿真系统SentaurusProcess2器件结构编辑工具SentaurusStructureEditor3器件仿真工具SentaurusDevice4集成电路虚拟制造系统SentaurusWorkbench简介 2020 3 22 浙大微电子 8 117 本章内容1集成工艺仿真系统SentaurusProcess2器件结构编辑工具SentaurusStructureEditor3器件仿真工具SentaurusDevice4集成电路虚拟制造系统SentaurusWorkbench简介 2020 3 22 浙大微电子 9 117 SentaurusProcess工艺仿真工具简介SentaurusProcess是当前最为先进的工艺仿真工具 它将一维 二维和三维仿真集成于同一平台中 并面向当代纳米级集成电路工艺制程 全面支持小尺寸效应的仿真与模拟 SentaurusProcess在保留传统工艺仿真软件运行模式的基础上 又做了一些重要的改进 2020 3 22 浙大微电子 10 117 2020 3 22 浙大微电子 增加了模型参数数据库浏览器 PDB 为用户提供了修改模型参数和增加模型的方便途径 增加了一维模拟结果输出工具Inspect和二维 三维模拟结果输出工具 TecplotSV 增加了小尺寸模型 这些小尺寸模型主要有 高精度刻蚀模型 基于MonteCarlo的离子扩散模型 注入损伤模型 离子注入校准模型等等 增加了这些小尺寸模型 提高了工艺软件的仿真精度 适应了半导体工艺发展的需求 11 117 SentaurusProcess基本命令介绍 用户可以通过输入命令指导SentaurusProcess的执行 而这些命令可以通过输入命令文件或者用户终端直接输入 2020 3 22 浙大微电子 12 117 1 文件说明及控制语句exit 用于终止SentaurusProcess的运行 fbreak 使仿真进入交互模式 fcontinue 重新执行输入文件 fexec 执行系统命令文件 interface 返回材料的边界位置 load 从文件中导入数据信息并插入到当前网格 logfile 将注释信息输出到屏幕以及日志文件中 mater 返回当前结构中的所有材料列表 或在原列表中增加新的材料 mgoals 使用MGOALS引擎设置网格参数 2020 3 22 浙大微电子 13 117 2 器件结构说明语句init 设置初始网格和掺杂信息 region 指定结构中特定区域的材料 line 指定网格线的位置和间距 grid 执行网格设置的命令 substrate profile 定义器件衬底的杂质分布 polygon 描述多边形结构 point 描述器件结构中的一个点 doping 定义线性掺杂分布曲线 profile 读取数据文件并重建数据区域 refinebox 设置局部网格参数 并用MGOALS库进行细化 bound 提取材料边界并返回坐标列表 contact 设置电极信息 2020 3 22 浙大微电子 3 工艺步骤说明语句deposit 用于淀积一个新的层次 diffuse 用于高温扩散和高温氧化 etch 用于刻蚀 implant 实现离子注入 mask 用于定义掩膜版 photo 淀积光刻胶 strip 去除表面的介质层 stress 用于计算应力 2020 3 22 浙大微电子 14 117 15 117 4 模型和参数说明语句beam 给出用于离子束刻蚀的模型参数 gas flow 设置扩散步骤中的气体氛围 kmc 设定蒙特卡罗模型 pdbNewMaterial 用于引入新的材料 pdbGet 用于提取数据库参数 pdbSet 用于完成数据库参数的修改 SetFastMode 忽略扩散和模特卡罗注入模型 加快仿真速度 SetTemp 设置温度 solution 求解或设置求解参数 strain profile 定义因掺杂引入的张力变化 temp ramp 定义扩散过程中的温度变化 update substrate 设置衬底中的杂质属性 张力 晶格常量等信息 2020 3 22 浙大微电子 16 117 5 输出说明语句color 用于设定 填充被仿真的器件结构中某特定区域杂质浓度等值曲线的颜色 contour 用于设置二维浓度剖面等值分布曲线的图形输出 graphics 启动或更新SentaurusProcess已经设置的图形输出 layers 用于打印器件结构材料的边界数据和相关数据 print 1d 沿器件结构的某一维方向打印相关数据 plot 1d 沿器件结构的某一维方向输出某些物理量之间的变化曲线 plot 2d 输出器件结构中二维浓度剖面分布曲线 plot tec 启动或更新SentaurusProcess TecplotSV所输出的一维 二维和三维图形 print data 以x y z的坐标格式打印数据 writePlx 设置输出一维掺杂数据文件 struct 设置网格结构及求解信息 2020 3 22 浙大微电子 17 117 SentaurusProcess中的小尺寸模型 1 离子注入模型解析注入模型或蒙特卡罗 MC 注入模型可以用来计算离子注入的分布情况及仿真所造成的注入损伤程度 为满足现代集成工艺技术发展的需求 SentaurusProcess添加了很多小尺寸模型 如掺杂剂量控制模型 Beamdosecontrol 杂质剖面改造模型 Profilereshaping 有效沟道抑制模型 Effectivechannellingsuppression 无定型靶预注入模型 Preamorphiza tionimplants PAI 等等 2020 3 22 浙大微电子 18 117 2 扩散模型 SentaurusProcess仿真高温扩散的主要模型有 杂质选择性扩散模型 引入了杂质活化效应对杂质迁移的影响 也间接地覆盖了热扩散工艺中产生的缺陷对杂质的影响 适于模拟特征尺寸小于100nm的扩散工艺 杂质激活模型 杂质激活模型主要是考虑了掺杂过程中 缺陷 氧化空位及硅化物界面态所引发的杂质激活效应 缺陷对杂质迁移的影响 表面介质的移动 掺杂对内部电场的影响等等 2020 3 22 浙大微电子 19 117 3 对局部微机械应力变化计算的建模 随着器件尺寸的进一步缩小 器件内部机械应力的变化会使材料的禁带宽度发生变化 使得杂质扩散速率以及氧化速率等也发生相应变化 从而使得局部热生长氧化层产生形状变异 SentaurusProcess包含了很多引起微机械应力变化的机制 包括热失配 晶格失配以及由于材料淀积 刻蚀引起的应力变化等等 2020 3 22 浙大微电子 20 117 SentaurusProcess仿真实例 1 定义二维初始网格linexlocation 0 00spacing 0 01tag SiToplinexlocation 0 50spacing 0 01linexlocation 0 90spacing 0 10linexlocation 1 30spacing 0 25linexlocation 4 00spacing 0 25linexlocation 6 00spacing 0 50linexlocation 10 0spacing 2 50linexlocation 15 0spacing 5 00linexlocation 44 0spacing 10 0tag SiBottomlineylocation 0 00spacing 0 50tag Leftlineylocation 7 75spacing 0 50tag Right 2020 3 22 浙大微电子 21 117 2 开启二维输出结果调阅工具TecplotSV界面graphicson 3 激活校准模型AdvancedCalibration 4 开启自适应网格pdbSetGridAdaptive1 5 定义仿真区域并对仿真区域进行初始化regionsiliconxlo SiTopxhi SiBottomylo Leftyhi Rightinitfield Asresistivity 14wafer orient 100 2020 3 22 浙大微电子 22 117 2020 3 22 浙大微电子 23 117 6 定义网格细化规则mgoalsonmin normal size 10max lateral size 2 normal growth ratio 1 2accuracy 2e 5mgoals命令在初始网格的基础上来重新定义网格 网格的调整只是针对新的层或新生成的表面区域 mgoals命令中的min normal size用来定义边界处的网格最小间距 离开表面后将按照normal growth ratio确定的速率变化 而max lateral size定义了边界处网格的最大横向间距 Accuracy为误差精度 2020 3 22 浙大微电子 24 117 7 在重要区域进一步优化网格refineboxmin 2 50 max 31 xrefine 0 1 yrefine 0 1 alladdrefineboxmin 2 51 max 23 xrefine 0 1 yrefine 0 1 alladdrefineboxmin 01 7 max 0 22 9 xrefine 0 1 yrefine 0 1 alladdrefineboxmin 03 max 2 55 xrefine 0 1 yrefine 0 1 alladd 2020 3 22 浙大微电子 25 117 8 生长薄氧层gas flowname O2 HCLpressure 1 flows O2 4 0HCl 0 03 diffusetemperature 950time 25 gas flow O2 HCL 9 JFET注入maskname JFET maskleft 0right 6 75implantPhosphorusmask JFET maskdose 1 5e12 energy 100diffusetemp 1170time 180maskclear 2020 3 22 浙大微电子 26 117 10 保存一维掺杂文件SetPlxList AsTotalPTotal WritePlxepi plxy 7silicon在SetPlxList命令中 将砷和磷的掺杂分布做了保存 在WritePlx命令中 指定保存y 7um处的掺杂分布曲线 最终保存为一维掺杂分布曲线 2020 3 22 浙大微电子 27 117 2020 3 22 浙大微电子 28 117 11 生长栅氧化层etchoxidetype anisotropicthickness 0 5gas flowname O2 1 HCL 1 H2pressure 1 Flows O2 10 0H2 5 0HCl 0 03 diffusetemperature 1000time 17 gas flow O2 1 HCL 1 H2 12 制备多晶硅栅极depositpolytype anisotropicthickness 0 6maskname gate maskleft 2 75right 8etchpolytype anisotropicthickness 0 7 mask gate maskmaskclear 2020 3 22 浙大微电子 29 117 13 形成P body区域implantBorondose 2 8e13energy 80diffusetemp 1170time 120 2020 3 22 浙大微电子 30 117 14 形成P 接触区域maskname P maskleft 0 85right 8implantBoronmask P maskdose 1e15energy 60diffusetemp 1100time 100maskclear 15 形成源区域maskname N maskleft 0right 1 75maskname N maskleft 2 75right 8implantAsmask N maskdose 5e15energy 60maskclear 2020 3 22 浙大微电子 31 117 16 制备侧墙区depositnitridetype isotropicthickness 0 2etchnitridetype anisotropicthickness 0 25etchoxidetype anisotropicthickness 100diffusetemperature 950time 25 17 制备铝电极depositAluminumtype isotropicthickness 0 7maskname contacts maskleft 0right 2 5etchAluminumtype anisotropicthickness 2 5 mask contacts maskmaskclear 2020 3 22 浙大微电子 32 117 18 定义电极contactname Gatex 0 5y 5replacepointcontactname Sourcex 0 5y 1replacepointcontactname Drainbottom 19 保存完整的器件结构structtdr vdmos finalstructsmesh 500vdmos final 2020 3 22 浙大微电子 33 117 2020 3 22 浙大微电子 34 117 本章内容1集成工艺仿真系统SentaurusProcess2器件结构编辑工具SentaurusStructureEditor3器件仿真工具SentaurusDevice4集成电路虚拟制造系统SentaurusWorkbench简介 2020 3 22 浙大微电子 35 117 SentaurusStructureEditor SDE 器件结构编辑工具简介SDE是基于二维和三维器件结构编辑的集成环境 可生成或编辑二维和三维器件结构 用于与Process工艺仿真系统的结合 在SentaurusTCAD系列仿真工具中 SDE工具是必不可少的 因为在使用SentaurusProcess执行完工艺仿真后 必须使用SDE将Process工艺仿真阶段生产的电极激活 并调入Process仿真过渡来的掺杂信息 进行网格细化处理后 才能进行下一步的器件物理特性模拟 2020 3 22 浙大微电子 36 117 完成从SentaurusProcess到SentaurusDevice的接口转换 1在命令提示符下输入 sde 启动SentaurusStructureEditor工具 2调入边界文件 File Import 该结构文件可以是DF ISE格式 也可以是TDR格式 3激活电极 1 在选取类型列表中选择SelectFace 2 在电极列表中选择需要激活的电极名 3 在器件结构中选择电极区域 2020 3 22 浙大微电子 37 117 2020 3 22 浙大微电子 38 117 4 在菜单中选择 Device Contacts ContactSets 电极设置对话框如图所示 5 在DefinedContactSets中选择电极 同时可以设置电极颜色 边缘厚度和类型等信息 6 单击Activate按钮 7 单击Close关闭对话框 同样重复以上步骤 可以完成其他电极的定义和激活 2020 3 22 浙大微电子 39 117 4保存设置 File SaveModel5载入掺杂数据信息 载入方式为 Device ExternalProfilePlacement 外部掺杂信息设置对话框如图所示 在Name栏中输入Doping 在GeometryFile栏中载入工艺仿真后生成的网格数据文件 若保存格式为DF ISE 应选择 gds文件 若保存格式为TDR 应选择 tdr文件 在DataFiles栏中点击Browser按钮并选择掺杂数据文件 若保存格式为DF ISE 应选择 dat文件 若保存格式为TDR 应选择 tdr文件 单击Add按钮 载入掺杂数据文件 最后 单击AddPlacement按钮 2020 3 22 浙大微电子 40 117 2020 3 22 浙大微电子 41 117 6定义网格细化窗口 用户可以对重点研究区域进行网格的重新设置 以增加仿真精度和收敛性 操作如下 Mesh DefineRef EvalWindow Cuboid 2020 3 22 浙大微电子 42 117 7定义网格细化方案选择菜单栏中的Mesh RefinementPlacement 在网格细化设置对话框中 选择Ref Win选项 并选择上一步定义的网格细化窗口 根据仿真精度要求 设置maxelementsize和minelementsize参数 单击AddPlacement按钮 2020 3 22 浙大微电子 43 117 2020 3 22 浙大微电子 44 117 8执行设置方案 选择菜单栏中的Mesh BuildMesh 输入网格细化执行后保存的网格数据信息文件名 并选择网格引擎 并单击BuildMesh按钮 SDE会根据设置的网格细化方案执行网格的细化 执行完成后会生成3个数据文件 msh grd msh dat和 msh log 2020 3 22 浙大微电子 45 117 2020 3 22 浙大微电子 46 117 创建三维结构 1 SDE环境初始化 File New 2 设置精确坐标模式 Draw ExactCoordinates 3 选择器件材料SentaurusStructureEditor所使用的材料都在Material列表中进行选择 4 选择默认的Boolean表达式在菜单中选择Draw OverlapBehavior NewReplacesOld 5 关闭自动命名器件结构区域模式Draw AutoRegionNaming 2020 3 22 浙大微电子 47 117 6 创建立方体区域 1 选择IsometricView ISO 改为三维绘图模式 2 在菜单栏中选择Draw Create3DRegion Cuboid 3 在窗口中单击并拖动鼠标 将出现一个立方体区域的定义对话框 输入 000 和 7 75443 然后单击OK按钮 2020 3 22 浙大微电子 48 117 4 在SDE对话框中输入结构区域的名称Epitaxy 单击OK按钮 2020 3 22 浙大微电子 49 117 7 改变Boolean表达式在菜单栏中选择Draw OverlapBehavior OldReplacesOld 8 创建其他区域器件的其他区域 即栅氧层 多晶硅栅 侧墙以及电极区域都可以用同样的方法来创建 2020 3 22 浙大微电子 50 117 2020 3 22 浙大微电子 51 117 9 定义电极在这里 栅极 源极和漏极需要定义 10 定义外延层中的均匀杂质分布浓度 1 选择菜单栏中的Device ConstantProfilePlacement 2 在PlacementName栏中输入PlaceCD epi 3 在PlacementTypegroup框中 选择Region 并在列表中选择Epitaxy 4 在ConstantProfileDefinition框中 输入Const Epi到Name栏中 5 在Species栏中选择ArsenicActiveConcentration 2020 3 22 浙大微电子 52 117 6 在Concentration栏中输入3 3e14 7 单击AddPlacement按钮 8 重复以上步骤定义多晶硅栅的掺杂浓度为1e20 9 单击Close关闭窗口 2020 3 22 浙大微电子 53 117 11 定义解析杂质浓度分布定义解析杂质浓度分布包括两个步骤 第一步先定义杂质分布窗口 第二步定义解析杂质浓度分布 定义杂质分布窗口的步骤如下 1 选择菜单栏中的Draw ExactCoordinates 2 Mesh DefineRef EvalWindow Rectangle 3 在视窗中 拖动一个矩形区域 4 在ExactCoordinates对话框中 输入 00 和 2 753 5 以定义杂质分布窗口坐标 2020 3 22 浙大微电子 54 117 5 单击OK 6 在接着弹出的对话框中 输入P Body作为杂质分布窗口的名称 7 利用表中的参数值 重复以上步骤定义其他杂质分布窗口 2020 3 22 浙大微电子 55 117 定义解析杂质浓度分布的步骤如下 1 选择菜单栏中的Device AnalyticProfilePlacement 2 在PlacementName栏中输入PlaceAP body 3 在Ref Win列表中选择P Body 4 在ProfileDefinition区域中 输入Gauss Body到Name栏中 5 在Species列表中选择BoronActiveConcentration 6 在PeakConcentration栏中输入4e16 2020 3 22 浙大微电子 56 117 7 在PeakPosition栏中输入0 8 在Junction栏和Depth栏中分别输入3 3e14和3 5 9 在LateralDiffusionFactor栏中输入0 75 10 单击AddPlacement按钮 11 重复以上步骤分别定义其他区域的解析分布 2020 3 22 浙大微电子 57 117 13 定义网格细化方案14 保存设置15 执行设置方案最终 器件的网格信息和掺杂信息将保存在两个文件中 即 msh grd和 msh dat 这些文件可以导入到SentaurusDevice中进行后续仿真 2020 3 22 浙大微电子 58 117 2020 3 22 浙大微电子 59 117 本章内容1集成工艺仿真系统SentaurusProcess2器件结构编辑工具SentaurusStructureEditor3器件仿真工具SentaurusDevice4集成电路虚拟制造系统SentaurusWorkbench简介 2020 3 22 浙大微电子 60 117 SentaurusDevice器件仿真工具简介SentaurusDevice是新一代的器件物理特性仿真工具 内嵌一维 二维和三维器件物理模型 通过数值求解一维 二维和三维泊松方程 连续性方程和运输方程 可以准确预测器件的众多电学参数和电学特性 SentaurusDevice支持很多器件类型的仿真 包括量子器件 深亚微米MOS器件 功率器件 异质结器件 光电器件等 此外 SentaurusDevice还可以实现由多个器件所组成的单元级电路的物理特性分析 2020 3 22 浙大微电子 61 117 SentaurusDevice主要物理模型 实现SentaurusDevice器件物理特性仿真的器件物理模型仍然是泊松方程 连续性方程和运输方程 基于以上物理模型 派生出了很多二级效应和小尺寸模型 均被添加SentaurusDevice中 2020 3 22 浙大微电子 62 117 1 产生 复合模型产生 复合模型描述的是杂质在导带和价带之间交换载流子的过程 产生 复合模型主要包括 SRH复合模型 肖克莱复合模型 CDL复合模型 俄歇复合模型 辐射复合模型 雪崩产生模型 带间隧道击穿模型等 2020 3 22 浙大微电子 63 117 2 迁移率退化模型 描述迁移率与掺杂行为有关的模型Masetti模型 Arora模型和UniversityofBologna模型描述界面位置处载流子迁移率的退化模型Lombardi模型 UniversityofBologna模型描述载流子 载流子散射的模型Conwell Weisskopf模型 Brooks Herring模型描述高内电场条件下的载流子迁移率的退化模型Canali模型 转移电子模型 基本模型 Meinerzhagen Engl模型 Lucent模型 速率饱和模型和驱动力模型等 2020 3 22 浙大微电子 64 117 3 基于活化能变化的电离模型 常温条件下 浅能级杂质被认为是完全电离的 然而 对于深能级杂质而言 能级深度超过0 026eV 则会出现不完全电离的情况 因此 铟 受主杂质 在硅中 氮 施主 和铝 受主 在碳化硅中 都呈现深能级状态 另外 若要研究低温条件下的掺杂行为 则会有更多的掺杂剂出于不完全电离状态 针对这种研究需求 SentaurusDevice嵌入了基于活化能变化的电离模型 2020 3 22 浙大微电子 65 117 4 热载流子注入模型 热载流子注入模型是用于描述栅漏电流机制的 该模型对于描述EEPROMs器件执行写操作时可能发生的载流子注入行为来说尤为重要 SentaurusDevice提供了两种热载流子注入模型和一个用户自定义模型PMI PhysicalModelInterface 经典的lucky电子注入模型Fiegna热载流子注入模型 2020 3 22 浙大微电子 66 117 5 隧道击穿模型 在一些器件中 隧道击穿的发生会导致漏电流的形成 对器件的电学性能造成影响 SentaurusDevice提供三种隧道击穿模型 非局域隧道击穿模型 最常用 该模型考虑了载流子的自加热因素 能够进行任意形状势垒下的数值求解 直接隧道击穿模型Fowler Nordheim隧道击穿模型 2020 3 22 浙大微电子 67 117 6 应力模型 器件结构内部机械应力的变化 可以影响材料的功函数 界面态密度 载流子迁移率能带分布和漏电流等 局部区域应力的变化往往是由于高温热驱动加工的温变作用或材料属性的不同产生的 应力变化引起的能带结构变化 可以由以下模型进行分析 应力变化引起的载流子迁移率的变化 由以下公式描述 2020 3 22 浙大微电子 68 117 7 量子化模型 SentaurusDevice提供了四种量子化模型 VanDot模型VanDot模型仅适用于硅基MOSFET器件的仿真 使用该模型可以较好地描述器件内部的量子化效应及其在最终特性中的反映 一维薛定谔方程一维薛定谔方程可以用来进行MOSFET 量子阱和超薄SOI结特性的仿真 2020 3 22 浙大微电子 69 117 密度梯度模型密度梯度模型用于MOSFET器件 量子阱和SOI结构的仿真 可以描述器件的最终特性以及器件内的电荷分布 该模型可以描述二维和三维的量子效应 修正后的局部密度近似模型该模型数值计算效率较高 比较适用于三维器件的物理特性仿真 2020 3 22 浙大微电子 70 117 SentaurusDevice仿真实例 一个标准的SentaurusDevice输入文件由以下几部分组成 包括File Electrode Physics Plot Math和Solve 每一部分都执行一定的功能 输入文件缺省的扩展名为 des cmd 2020 3 22 浙大微电子 71 117 1 VDMOS器件雪崩击穿电压的仿真 器件的雪崩击穿电压相比与其他电学参数 比较难模拟 因为在器件即将击穿时 即使是很小的电压变化都可能导致漏电流的急剧增加 有些时候甚至会产生回滞现象 因此 在这种情况下 进行雪崩击穿电压模拟计算时很难获得一个收敛解 而在漏电极上串联一个大电阻可以有效的解决这个不收敛问题 在本例中 SentaurusDevice调用了之前SentaurusProcess产生的输出文件 该文件中包含了掺杂信息 网格信息和电极定义信息 2020 3 22 浙大微电子 72 117 1 File该文件定义部分指定了完成器件模拟所需要的输入文件和输出文件 File inputfiles Grid 500vdmos final fps tdr outputfiles Plot BV des dat Current BV des plt Output BV des log 2020 3 22 浙大微电子 73 117 2 Electrode该电极定义部分用来定义SentaurusDevice模拟中器件所有电极的偏置电压起始值以及边界条件等 Electrode Name Source Voltage 0 0 Name Drain Voltage 0 0Resistor 1e7 Name Gate Voltage 0 0Barrier 0 55 2020 3 22 浙大微电子 74 117 3 Physics该命令段定义了SentaurusDevice模拟中选定的器件物理模型 Physics EffectiveIntrinsicDensity BandGapNarrowingOldSlotboom Mobility DopingDepeHighFieldsaturation GradQuasiFermi hHighFieldsaturation GradQuasiFermi Enormal Recombination SRH DopingDep eAvalanche Eparallel hAvalanche Eparallel 2020 3 22 浙大微电子 75 117 4 PlotPlot命令段用于完成设置所需的SentaurusDevice模拟输出绘图结果 这些输出结果可以通过调用TecplotSV查阅 Plot eDensityhDensityTotalCurrent VectoreCurrent VectorhCurrent VectoreMobilityhMobilityeVelocityhVelocityeQuasiFermihQuasiFermieTemperatureTemperature hTemperatureElectricField VectorPotentialSpaceChargeDopingDonorConcentrationAcceptorConcentration 2020 3 22 浙大微电子 76 117 Generation RecombinationSRHBand2Band AugerAvalancheGenerationeAvalancheGenerationhAvalancheGeneration DrivingforceseGradQuasiFermi VectorhGradQuasiFermi VectoreEparallelhEparalleleENormalhENormal Bandstructure CompositionBandGapBandGapNarrowingAffinityConductionBandValenceBandeQuantumPotential 2020 3 22 浙大微电子 77 117 5 Math该命令段用来设置数值求解算法 Math ExtrapolateAvalderivativesIterations 20Notdamped 100RelErrControlBreakCriteria Current Contact Drain AbsVal 0 8e 7 CNormPrint 2020 3 22 浙大微电子 78 117 Avalderivatives参数表示开启计算由于雪崩击穿产生的解析导数 Iterations定义了诺顿计算中最大的迭代次数 Notdamped 100表示在前100次诺顿迭代计算中采用无阻尼计算模式 2020 3 22 浙大微电子 79 117 6 Solve该命令段用于设置完成数值计算所需要经过的计算过程 Solve Build upofinitialsolution Coupled Iterations 100 Poisson Coupled PoissonElectronHole Quasistationary InitialStep 1e 4Increment 1 35MinStep 1e 5MaxStep 0 025 2020 3 22 浙大微电子 80 117 Goal Name Drain Voltage 600 Coupled PoissonElectronHole Coupled PoissonElectronHole 调用了泊松方程 电子连续方程和空穴连续方程 Quasistationary定义用户要求得到准静态解 2020 3 22 浙大微电子 81 117 2020 3 22 浙大微电子 82 117 2 VDMOS器件漏极电学特性仿真 本例子模拟了VDMOS器件的Vd Id特性 其中栅极偏置电压定义为10V 而漏极偏置电压从0V扫描到10V 2020 3 22 浙大微电子 83 117 1 FileFile inputfiles Grid 500vdmos final fps tdr outputfiles Plot IV des tdr Current IV des plt Output IV des log 2020 3 22 浙大微电子 84 117 2 ElectrodeElectrode Name Source Voltage 0 0 Name Drain Voltage 0 1 Name Gate Voltage 0 0Barrier 0 55 2020 3 22 浙大微电子 85 117 3 PhysicsPhysics AreaFactor 3258200IncompleteIonizationEffectiveIntrinsicDensity BandGapNarrowing OldSlotboom Mobility DopingDependenceHighFieldSaturationEnormalCarriercarrierscattering Recombination SRH DopingDependenceTempdep AugerAvalanche Eparallel 2020 3 22 浙大微电子 86 117 4 PlotPlot eDensityhDensityeCurrent vectorhCurrent vectorPotentialSpaceChargeElectricFieldeMobilityhMobilityeVelocityhVelocityDopingDonorConcentrationAcceptorConcentration 2020 3 22 浙大微电子 87 117 5 MathMath ExtrapolateRelErrcontroldirectcurrentcomput 其中directcurrentcomput参数定义直接计算电极电流 2020 3 22 浙大微电子 88 117 6 SolveSolve PoissonCoupled PoissonElectronhole rampGate Quasistationary MaxStep 0 1MinStep 1e 8Increment 2Decrement 3Goal Name Gate Voltage 10 2020 3 22 浙大微电子 89 117 Coupled PoissonElectronhole rampDrain Quasistationary MaxStep 0 1MinStep 1e 8Increment 2Decrement 3Goal Name Drain Voltage 10 Coupled PoissonElectronhole 2020 3 22 浙大微电子 90 117 2020 3 22 浙大微电子 91 117 3 收敛性问题 迭代次数不够电学边界条件设置不好引起的不收敛初始解的不收敛工艺仿真中网格设置得不好 2020 3 22 浙大微电子 92 117 迭代次数不够设置的判别不收敛的条件太过苛刻这种假性的不收敛在迭代过程中有着以下特征之一 误差项有逐渐减小的趋势或呈阻尼振荡状 但是在小于1之前 却因为迭代次数上限达到而结束 迭代失败的次数很少 但是仿真步长很快就达到了最小值 仿真结束 2020 3 22 浙大微电子 93 117 解决方法 1 Iterations尽量设置的大一点 2 设定minstep和interations minstep的数值至少比initialstep少3个数量级 Math Iterations 50NotDamped 50ExtrapolateRelErrControl 2020 3 22 浙大微电子 94 117 Solve PoissonCoupled PoissonElectronHole Quasistationary Initialstep 1e 6MaxStep 0 1Minstep 1e 12increment 2 0Goal name anode voltage 4e7 Coupled PoissonElectronHoleTemperature 2020 3 22 浙大微电子 95 117 电学边界条件设置不好引起的不收敛这种情况一般发生在雪崩击穿电压的附近 无法完成成低压区到雪崩击穿区的转变 2020 3 22 浙大微电子 96 117 产生原因 击穿点附近 电流变化太迅速 基于原来的初始解A 通过一个仿真步长 电压变化 V 此时假定下一点处于B点 而假定点B和真实点C之间的电流变化量 I太大 程序无法通过迭代获得正确点 因此始终无法收敛 2020 3 22 浙大微电子 97 117 解决方法 Electrode Name anode Voltage 0 0resistor 3e9 Name cathode Voltage 0 0 Name sub Voltage 0 0 2020 3 22 浙大微电子 98 117 初始解的不收敛初始解的不收敛就是仿真的第一个点就无法收敛 由于初始解具有较大的随机性 因此当它进行迭代的时候 如果要同时满足多个方程的收敛相对较为困难 由于某个电极上的初始电压值给得过高 难以建立初始解 2020 3 22 浙大微电子 99 117 的解决方法 Solve Coupled PoissonElectronHoleTemperature Quasistationary Coupled PoissonElectronHoleTemperature Solve PoissonCoupled PoissonElectron Coupled PoissonElectronHole Quasistationary Coupled PoissonElectronHoleTemperature 2020 3 22 浙大微电子 100 117 Electrode Name Drain Voltage 0 0Name Source Voltage 0 0Name Gate Voltage 5 0Name sub Voltage 0 0 Solve Electrode Name Drain Voltage 0 0Name Source Voltage 0 0Name Gate Voltage 0 0Name sub Voltage 0 0 Solve Goal name Gate Voltage 5 0 2020 3 22 浙大微电子 101 117 工艺仿真中网格设置得不好解决方法 调整优化网格 2020 3 22 浙大微电子 102 117 本章内容1集成工艺仿真系统SentaurusProcess2器件结构编辑工具SentaurusStructureEditor3器件仿真工具SentaurusDevice4集成电路虚拟制造系统SentaurusWorkbench简介 2020 3 22 浙大微电子 103 117 虚拟制造系统SentaurusWorkbench简介 SentaurusWorkbench SWB 简介SentaurusWorkbench基于集成化架构模式来组织 实施T