5-Silvaco-TCAD工艺仿真模块及工艺仿真流程

1、2021/6/71 2021/6/72 主要内容 第一部分第一部分工艺仿真器介绍工艺仿真器介绍 第二部分第二部分工艺仿真流程工艺仿真流程 第三部分第三部分总结总结 2021/6/73 1 工艺仿真器介绍 第一部分第一部分工艺仿真器介绍工艺仿真器介绍 第二部分第二部分工艺仿真流程工艺仿真流程 第三部分第三部分总结总结 2021/6/74 1.1 工艺仿真模块 工 艺 仿 真 软 件 二 维 硅 工 艺 仿 真 器 蒙 托 卡 诺 注 入 仿 真 器 硅 化 物 模 块 的 功 能 精 英 淀 积 和 刻 蚀 仿 真 器 蒙 托 卡 诺 沉 积 刻 蚀 仿 真 器 先 进 的 闪 存 材 料 工

2、艺 仿 真 器 光 电 印 刷 仿 真 器 DeckBuild 集成环境 4 SSuprem4 ATHENA 2021/6/75 1.1.1 ATHENA 分析和优化标准的和最新的隔离流程，包括 LOCOS， SWAMI，以及深窄沟的隔离 在器件制造的不同阶段分析先进的离子注入方法超浅 结注入，高角度注入和为深阱构成的高能量注入 支持多层次杂质扩散，以精确预测衬底与邻近材料表面的 杂质行为 考虑多重扩散影响，包括瞬态增强的扩散，氧化/硅化加 强的扩散，瞬态激活作用，点缺陷和簇群构造以及材料界 面的再结合，杂质分离，和传输 通过 MaskViews 的掩模构造说明，工程师可以有效地分 析在每个工

3、艺步骤和最终器件结构上的掩模版图变动的影 响。 与光电平面印刷仿真器和精英淀积和刻蚀仿真器集成，可 以在物理生产流程中进行实际的分析。 2021/6/76 1.1.2 SSuprem4 实验验证的 Pearson 和 dual-Pearson 注入模型 非高斯深度相关的横向注入分布函数 扩展的注入矩表，有能量，剂量，旋转和氧化物厚度变化 用户定义的或蒙特卡洛提取的注入矩 杂质扩散和点缺陷扩散完全复合 氧化和硅化增强/延缓的扩散 快速的热量减退和瞬态增强扩散 (TED) 由于导致点缺陷的注入和311空隙束而引起的 TED 影响 以颗粒为基础的多晶硅扩散模式 应力相关的粘性氧化模型 分离硅和多晶硅

4、的氧化率系数与掺杂浓度相关性 经由 MaskViews 的淀积作用和刻蚀说明 外延生长模拟 2021/6/77 1.1.3 MC 蒙特卡洛注入仿真器 在所有主要的三维结晶方向的离子引导 以物理为基础的损伤积累和无定形的影响 在无定形区域的随机碰撞 二维拓扑影响包括离子遮蔽和反射 可以在 200eV-2MeV 的大范围内精确校准能量 偏差减少模拟技术可以提升十倍的效率 精确计算由损伤，表面氧化，光束宽度变化，注入角度，以及 能量和不定形材料引起的分离通道影响 2021/6/78 1.1.4 硅化物模块 的功能 适用于钛，钨和铂的硅化物 在基片硅中硅化物增强扩散 扩散和反作用的有限生长率 在硅化物

5、/金属以及硅化物/硅（多晶硅）界面的反作用和边界 运动 精确的材料消耗模型 硅和多晶硅材料的独立比率 2021/6/79 1.1.5 精英淀积和刻蚀仿真器 以物理为基础的刻蚀和淀积模型 带有各向异性性和各向同性刻蚀率的材质回流模型 干法刻蚀模式的光束扩散 微加载影响 由单向的，双向的，半球状的，轨道式的，以及圆锥形源引起 的淀积作用 2021/6/710 1.1.6 光刻仿真器 投射，接近，和接触系统 模拟非平面的基础构造 相位移位，二元以及局部传动的掩模 g，h，i，DUV 和宽线源 散焦，任意光源形状，空间过滤以及局部相关性影响 高数字的孔径模型 四级照明模型 照明系统失常模型 考虑到衍射

6、影响的曝光模型 一流的开发模型 后曝光烘培模式 顶部和底部的抗反射镀膜 支持使用 Bossung 曲线和 ED 目录结构的 CD 控制 为印制的图像提供交互式光学接近校正 2021/6/711 1.2 可仿真的工艺 Bake CMP Deposition Development Diffusion Epitaxy Etch Exposure Imageing Implantation Oxidation Silicidation 2021/6/712 1.3 ATHENA输入和输出 ATHENA 2021/6/713 2 工艺仿真流程 第一部分第一部分 第二部分第二部分 工艺仿真器介绍工艺仿真

7、器介绍 第三部分第三部分总结总结 工艺仿真流程工艺仿真流程 2021/6/714 2 工艺仿真流程 1 建立仿真网格 2 仿真初始化 3 工艺步骤 4 提取特性 5 结构操作 6 Tonyplot显示 2021/6/715 2.1.1 网格定义的命令及参数 定义某座标附近的网格线间距来建立仿真网格 X Y 0 x1 x2 s1s2 y1 y2 s3 s4 line x location=x1 spacing=s1 line x location=x2 spacing=s2 line y location=y1 spacing=s3 line y location=y2 spacing=s4 网

8、格间距会根据loc和Spac自 动调整 网格定义对仿真至关重要 2021/6/716 2.1.2 网格定义的例子 line x loc=0.0 spac=0.1 line x loc=1.0 spac=0.1 line y loc=0.0 spac=0.2 line y loc=2.0 spac=0.2 line x loc=0.0 spac=0.02 line x loc=1.0 spac=0.10 line y loc=0.0 spac=0.02 line y loc=2.0 spac=0.20 非均匀网格的例子：均匀网格的例子： 2021/6/717 2.1.3 网格定义需要注意的地方

9、疏密适当（在物理量变化很快的地方适当密一些） 不能超过上限（20000） 仿真中很多问题其实是网格设置的问题，要注意 查看报错的信息 和网格定义相关的命令和参数还有： 命令，relax；淀积和外延时的dy, ydy等参数 2021/6/718 2.2.1 初始化的命令及参数 命令initialize可定义衬底或初始化仿真 衬底参数: material, orientation, c.impurities, resitivity 初始化仿真： infile导入已有的结构 仿真维度，one.d, two.d 网格和结构，space.mult, scale, flip.y 2021/6/719 2.

10、2.2 初始化的例句 init infile=test.str init gaas c.selenium=1e15 orientation=100 init phosphor resistivity=10 init algaas c.fraction=0.2 工艺仿真从结构test.str中开始： GaAs衬底，含硒浓度为1015cm-3，晶向100： 硅衬底，磷掺杂，电阻率为10.cm AlGaAs衬底，Al的组分为0.2 init two.d 采用默认参数，二维初始化仿真： 2021/6/720 2.2.3 初始化的例子 采用默认参数初始化 go athena line x loc=0.0

11、 spac=0.02 line x loc=1.0 spac=0.10 line y loc=0.0 spac=0.02 line y loc=2.0 spac=0.20 init two.d tonyplot quit 2021/6/721 2.2.4 网格释放 命令Relax释放网格 参数： material, x.min, x.max, y.min, y.max, dir.x | dir.y surface, dx.surf go athena line x loc=0.0 spac=0.02 line x loc=1.0 spac=0.10 line y loc=0.0 spac=0.

12、02 line y loc=2.0 spac=0.20 Init two.d relax x.max=0.5 y.min=0.1 dir.x tonyplot 2021/6/722 2.3 工艺步骤 对具体的工艺进行仿真 这些工艺包括 Bake，CMP，Deposition，Development，Diffusion， Epitaxy，Etch，Exposure，Imaging，Implantation， Oxidation，Silicidation 本节课先简单介绍氧化（Oxidation）工艺 2021/6/723 2.3.1 氧化的命令及参数 得到氧化层的办法可以是扩散（diffuse）

13、和 淀积（deposit）,这节课稍微介绍一下 diffuse Diffuse做氧化 主要参数有： 扩散步骤的参数，time, temperature, t.final, t.rate 扩散氛围的参数，dryo2|weto2|nitrogen|inert, hcl.pc, pressure, f.o2|f.h2|f.h2o|f.n2|f.hcl, c.impurity 模型参数，b.mod|p.mod|as.mod, ic.mod|vi.mod 混杂参数，no.diff, reflow 2021/6/724 2.3.2 Diffuse做氧化的例子 diffuse time=30 temp=10

14、00 f.o2=10 diffuse time=30 temp=1200 dryo2 氧化时间30分钟，1200度，干氧 氧化时间30分钟，1000度，氧气流速10sccm go athena line x loc=0.0 spac=0.02 line x loc=1.0 spac=0.10 line y loc=0.0 spac=0.02 line y loc=2.0 spac=0.20 init two.d diffuse time=30 temp=1200 dryo2 tonyplot quit 干氧氧化的完整语法： 2021/6/725 2.4 提取特性 Deckbuild有内建的抽取

15、功能，在ATHENA中某一步 工艺之后抽取：材料厚度，结深，表面浓度，浓 度分布，方块电阻等特性 由QUICKMOS和QUICKBIP可以得到一维时的器件特 性，如阈值电压、一维结电容等等。 命令:extract 2021/6/726 2.4.1 自动生成提取语句 2021/6/727 2.4.2 提取氧化层厚度的例子 在菜单栏中自动生成抽取语句 go athena line x loc=0.0 spac=0.02 line x loc=1.0 spac=0.10 line y loc=0.0 spac=0.02 line y loc=2.0 spac=0.20 init two.d diff

16、use time=30 temp=1200 dryo2 extract name=“Tox” thickness oxide mat.occno=1 x.val=0 tonyplot EXTRACT init infile=AIa02224 EXTRACT extract name=Tox thickness oxide mat.occno=1 x.val=0 WARNING: specified cutline may give inaccurate values resulting from proximity to structure edge, (min=0, max=1) Tox=1

17、378.95 angstroms (0.137895 um) X.val=0 EXTRACT quit 输出窗口显示的结果： 2021/6/728 2.5 结构操作的命令及参数 命令structure 可以保存和导入结构， 对结构做镜像或翻转 参数：infile, outfile, flip.y, mirror left|right|top |bottom 在仿真到一定步骤时可 适当保存结构 go athena line x loc=0.0 spac=0.02 line x loc=1.0 spac=0.10 line y loc=0.0 spac=0.02 line y loc=2.0 spac=0.20 init two.d diffuse time=30 temp=1200 dryo2 structure outfile=oxide.str extract name=Tox thickness oxide mat.occno=1 tonyplot 2021/6/729 2.6 Tonyplot 显示 Tonyplot可以显示仿真得到的结构和数据 工具多（cutline,ruler,probe