第4章 工艺及器件仿真工具ISETCAD

第4章

工艺及器件仿真工具

ISE-TCAD2023/1/312/102本章内容ISE-TCAD简介工具流程平台GENESISe工艺仿真以及网格优化工具2D工艺仿真工具DIOS2D网格优化工具MDRAW器件仿真工具2D&3D器件仿真工具DESISS浙大微电子2023/1/313/102本章内容ISE-TCAD简介工具流程平台GENESISe工艺仿真以及网格优化工具2D工艺仿真工具DIOS2D网格优化工具MDRAW器件仿真工具2D&3D器件仿真工具DESISS浙大微电子2023/1/314/102ISE-TCAD简介工艺和器件仿真工具ISE-TCAD是瑞士ISE（IntegratedSystemsEngineering）公司（2004年被Synopsys公司收购）开发的DFM（DesignForManufacturing）软件。ISE-TCAD是一种建立在物理基础上的数值仿真工具，它既可以进行工艺流程仿真和器件描述，也可以进行器件仿真、电路性能仿真以及电缺陷仿真等，其产品包括完整的工艺及器件模拟工具。浙大微电子2023/1/315/102ISE-TCAD特点具有友好的图形交互界面，容易上手；可以准确快捷地仿真传统半导体工艺流程和

相应器件；对于各种新兴及特殊器件（如深亚微米器件、

绝缘硅SOI、SiGe器件、应力硅器件、异质

结、光电子器件、量子器件及纳米器件等）

也可以进行精确有效的仿真模拟。浙大微电子2023/1/316/102平台整合工具－GENESISe，OptimISE，LIGAMENT工艺仿真工具－DIOS，FlOOPS-ISE器件创建与网格优化工具－MDRAW，MESH，DEVISE，DIP器件模拟工具－DESSIS，CompactModels数据输出与显示工具－INSPECT，Tecplot-ISE电磁模拟工具－EMLAB，TED浙大微电子2023/1/317/102工艺及器件仿真流程典型器件设计流程（GENESISe工具流程平台）：利用工艺仿真（DIOS）创建器件结构使用MDRAW等软件进行器件网格和掺杂的定义与细化使用器件仿真软件（DESSIS）进行器件特性仿真使用Tecplot-ISE软件观察仿真输出结果，二维、三维绘图及参数提取使用INSPECT软件显示电学参数曲线绘制与分析注：不使用工艺仿真，直接利用MDRAW等工具创建器件结构（掺杂和网格）也是可以的。浙大微电子2023/1/318/102典型工艺与器件仿真流程图**_dio.cmd**.tl1DIOS**_dio.out**_dio.dat.gz**_dio.grd.gz**_mdr.bnd**_mdr.cmd浙大微电子2023/1/319/102本章内容ISE-TCAD简介工具流程平台GENESISe工艺仿真以及网格优化工具2D工艺仿真工具DIOS2D网格优化工具MDRAW器件仿真工具2D&3D器件仿真工具DESISS浙大微电子2023/1/3110/102工具平台GENESISe简介GENESISe是ISE-TCAD模拟工具的用户图形界面，为设计、组织和运行ISE-TCAD工具模拟项目提供一个良好的模拟环境。通过GENESISe可以将众多工具良好衔接起来，然后自动执行参数化的模拟项目，从而免除了用户进行命令行输入等繁琐步骤。运行启动：用自己的帐号登录到10.13.83.131\134\136\137

运行命令：source/opt/demo/tcad.env

运行命令：GENESISe&浙大微电子2023/1/3111/102浙大微电子2023/1/3112/102本章内容ISE-TCAD简介工具流程平台GENESISe工艺仿真以及网格优化工具2D工艺仿真工具DIOS2D网格优化工具MDRAW器件仿真工具2D&3D器件仿真工具DESISS浙大微电子2023/1/3113/102DIOS简介DIOS能使用各种工艺模型仿真完整的制造工艺步骤，包括刻蚀、淀积、离子注入、扩散和氧化，既有一维的，也有二维的。它的有些模块功能还支持三维。

DIOS软件的输入既可以在命令窗口键入命令，也可以写在一个命令描述文件中。另外一个特殊的输入还包括PROLYT版层次的文件。其中包括详细的不同版层的几何信息。提供一些可以选择的控制命令，比如物理模型、参数、网格布局和图形输出参数选择。注：DIOS命令文件的输入语言不区分字母的大小写，不过，文件名和电极接触点名是区分大小写的。浙大微电子2023/1/3114/102DIOS仿真命令初始化命令工艺仿真命令文件保存与输出命令END浙大微电子2023/1/3115/102初始化命令Title(…)命令Title命令是总是出现在DIOS输入文件的最开始的地方，用来对仿真进行初始化。必须！

Title(“simplenmos”，MAXV，NewDiff，SiDiff)这条命令对仿真进行了初始化，并把图形窗口命名为“simplenmos”其中MAXV定义仿真中网格点最大数，一般不定义NewDiff=1/on（default）表示所有层次都定义网格和掺杂SiDiff=1/on（default）表示仅在硅中进行扩散，多晶硅掺杂是均的，以节约仿真时间。如果涉及钝化过程中有偏析效应，则应选SiDiff=0/off。浙大微电子2023/1/3116/102Grid（）定义器件的结构初始化网格

GRID(X(0.0,0.4),Y(-10.0,0.0),Nx=2)定义网格点和区域，参数Nx=2定义了所包含三角形为2个浙大微电子2023/1/3117/102Replace（）对定义的网格进行调整，指定网格的调整标准

Replace(Control(MaxTrl=6,RefineBoundary=-6，RefineGradient=-5,RefineMaximum=0,RefineJunction=-3))MaxTrl=<n>：表示三角形最大的优化级别，默认值：4RefineBoundary=<n>：表示边界网格最大的优化级别RefineGradient=<n>：表示最大的掺杂梯度优化级别RefineMaximum=<n>：表示掺杂浓度最大处的优化级别RefineJunction=<n>：表示PN结处网络的优化级别浙大微电子以上四个参数中<n>值为负表示以MaxTrl参数的值为参照标准，<n>值为正表示不受MaxTrl参数的限制。2023/1/3118/102Substrate(...)定义硅衬底的晶向和掺杂Substrate(ELEM=B,CONC=5.0e15,ORIEN=100，YS=0.0)该命令定义了硅衬底的掺杂剂ELEMent为B（default）；掺杂浓度CONCentration为5.0E15atoms/cm3；如用衬底的电阻率数据可用参数RHO（单位：Ω·cm）。Y轴方向衬底表面YSubs的坐标0.0（default）；衬底表面晶向ORIENtation是（100）（default）浙大微电子2023/1/3119/102工艺仿真命令Mask(...)仿真中所要用到的掩膜板进行仿真，以及完成掩膜板形成图案的沉积。

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定义的另外一种方式是通过mask文件

Mask(Material=Resist,Thickness=1.0um,File=ggnmos.pl1,mask=STI)浙大微电子2023/1/3120/102Implant(...)对离子注入进行仿真

在命令中注入的杂质类型、注入能量和注入剂量必须用相关参量详细指定。Implant(Element=As,Dose=1.0e14,Energy=300kev,Tilt=0°,Rotation=-90°,Function=CrystalTrim)默认Tilt=7°,Rotation=-90°Function参数定义注入后垂直方向的分布函数。允许用户选择使用“分析注入”还是“MonteCarlo注入”分析注入：Function=Guass｜Pearson｜P4｜JHG｜GK｜…MonteCarlo注入：Function=CrystalTrim｜NewCrystalTrim｜PointResponse浙大微电子2023/1/3121/102Diffusion(...)用来对器件制做工艺中所有高温步骤进行仿真的命令。包括：热退火、氧化、外延层的生长和硅化物的生长。

DIFFusion(ModDiff=……)其中：ModDiff是选择扩散模型，可以选择的有：Conventional、Equilibrium

、LooselyCoupled、SemiCoupled、PairDiffusion等。对于退火工艺的话,在Diffusion命令中的参数还应包括:扩散时间(Time),扩散温度(Temperature);浙大微电子2023/1/3122/102对于氧化工艺步骤的话,在Diffusion命令中的参数还应包括:通入的气体种类(Atom),温度,时间,速率等可调节的参数。Diffusion(Atmosphere=Epitaxy,Time=1.0,Temperature=1050℃,GrowthRate=1000nm/s,Element=Ge,Concentration=1.0e20）浙大微电子2023/1/3123/102Deposit(...)该命令是用来沉积物质层的。用于各向同性或异性沉积、表面平整化、选择性沉积以及化学机械抛光。Deposit(Material=Po,Thickness=0.2um,Element=P,Conc=3.0e19)(defaultLPCVDisotropic600℃)Deposit(Material=OX,DType=Fill，YFill=2.0um)该命令用以仿真化学机械抛光。“Fill”表示平整化，Deposit(Material=Si,Selection=OnlySiPo,THick=50nm,ELEM=P,CONC=1E14)浙大微电子2023/1/3124/102该命令用以仿真选择性沉积Selection=AllSiPoDepositcrystallineSioncrystallineSi;Polysilicononallothermaterials.Selection=OnlySiPoDepositcrystallineSionSi,PoonPo,andnodepositiononallothermaterials.Selection=AllDepoMat(default)浙大微电子2023/1/3125/102Etching(...)用来仿真刻蚀

Etching(Material=<n>,Time=<n>,Remove=<n>,Rate(Iso/Aniso=<n>)，over=<n>,stop=<n>)Etching(Material=OX,Remove=0.08,Over=0)湿法刻蚀SiO20.08um过刻蚀率为0（default10%）Etching(Material=Po,stop=oxgas,rate(aniso=100))各向异性刻蚀Poly刻蚀停止在SiO2界面处刻蚀速率为100nm/min，严格地垂直向下刻蚀。

浙大微电子2023/1/3126/102文件保存与输出Save(...)保存器件的最终结构

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)

)

浙大微电子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变量的一维分布。APPend=on(default)保存并替换已经存在的文件。FACTor=-1000

(default)座标缩放的比例因子。反向缩

放尺寸，从um到nm。浙大微电子2023/1/3128/102File

输出的文件名(defaultextensionplx)。RS=off(default)计算方块电阻;使用这个参数掺杂剖面

就不会保存在文件中。Species

选择写入文件的变量名。XSection

垂直的一维横截面所在的X轴座标位置。YSection

水平的一维横截面所在的Y轴座标位置。浙大微电子2023/1/3129/102文件输出和交互图形界面当单独运行dios之后，*.log文件会自动产生。当dios运行

的命令文件为<root_filename>.cmd，输出文件的名称就为<root_filename>.log。当DIOS软件是在GENESISe平台中运行，则不会产生log

文件，而产生另外一个文件为<root_filename>_dio.out。在DIOS程序运行中及运行完成后，都可以通过查看<root_filename>_dio.out这一文件来确认DIOS的运行状况。浙大微电子2023/1/3130/102例子：2DNMOS仿真

给出了一个0.18um的NMOS器件工艺流程的例子，从中介绍基本的工艺和控制命令。这个器件进行二维仿真，同时不考虑隔离。给出最简单的描述文件（默认模型和网格），然后进行仿真。参数缺省的单位：长度厚度单位为um；时间单位为min；温度单位为℃；浓度单位为atoms/cm3；剂量单位/cm2

；生长速率nm/min。浙大微电子2023/1/3131/102例子语句及仿真结果

Title('simplenmosexample')Title命令是DIOS输入文件的第一个命令Grid(x=(0.0,0.4)y=(-10.0,0.0),nx=2)

建立网格点和区域，nx=2在X方向上包括三角形的个数Substrate(orientation=100,element=B,conc=5.0e14,ysubs=0.0)

定义衬底晶向100，掺杂为硼，浓度5.0E14，衬底顶点坐标为0.0浙大微电子2023/1/3132/102!startthegraphicaloutput,settoupdateevery10timesteps:Replace(Control(ngra=10))

图形模式下，ngra=10表示每十步仿真工艺步骤刷新图形Graphic(triangle=on,plot)

开始显示和控制DIOS图形输出，triangle=on表示显示网格浙大微电子2023/1/3133/102仿真开始时输出显示网格图浙大微电子2023/1/3134/102Comment(‘p-well,anti-punchthrough&Vtadjustmentimplants')Comment语句中的内容会在输出图形的上方显示Implant(element=B,dose=2.0e13,energy=300keV,tilt=0)

注入，掺杂为硼，注入剂量为2.0E13/cm2，能量为300keV，

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

注入，掺杂为硼，注入剂量为1.0E13/cm2，能量为80keV，

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

注入，掺杂为BF2，注入剂量为2.0E12/cm2，能量为25keV，

倾斜角7度浙大微电子2023/1/3135/102三次沟道注入之后硼分布图浙大微电子2023/1/3136/102Break

中断仿真Diffusion(time=10sec,temperature=1050)

快速热退火（RTA），时间为10秒，温度为1050℃1d(file=channel,xsection(0.0),species(btotal),fac=-1,append=on)Diffusion(time=10,temperature=900,atmosphere=O2)

退火氧化，时间为10min，温度为900℃，气体为O2浙大微电子2023/1/3137/102Deposit(material=po,thickness=180nm)LPCVD（default）淀积，材料为多晶硅，厚度为180nmMask(material=resist,thickness=800nm,xleft=0,xright=0.09)

光刻掩模，材料为光刻胶，厚度为800nm，左边坐标为0，

右边坐标为0.09um浙大微电子2023/1/3138/102掩模层之后器件结构和网格分布浙大微电子2023/1/3139/102Etching(material=po,stop=oxgas,rate(anisotropic=100))

刻蚀，材料为多晶硅，截止面为二氧化硅，刻蚀各向异性，刻蚀速率为100nm/minEtching(material=ox,Time=0.5,Rate(Aniso=100))

刻蚀，材料为二氧化硅，时间为0.5min，刻蚀各向异性，刻蚀速率为100nm/minEtching(material=resist)

刻蚀掩模层diffusion(time=20,temperature=900,atmosphere=O2,po2=0.5)

退火氧化，时间为20分钟，温度为900℃，气体为O2，氧分压为0.5atm.浙大微电子2023/1/3140/102多晶硅氧化之后栅氧化层的变化浙大微电子2023/1/3141/102implant(element=As,dose=4.0E14,energy=10keV,tilt=0)NLDD注入，掺杂为砷，注入剂量4.0E14，能量10keV，倾斜角0度。Impl(element=B,dose=0.25e13,energy=20keV,rotation=90,tilt=30)注入，掺杂为硼，注入剂量0.25E13，能量20keV，角度为90度。Impl(element=B,dose=0.25e13,energy=20keV,rotation=180,tilt=30)注入，掺杂为硼，注入剂量0.25E13，能量20keV，角度为180度。Impl(element=B,dose=0.25e13,energy=20keV,rotation=270,tilt=30)注入，掺杂为硼，注入剂量0.25E13，能量20keV，角度为270度。浙大微电子2023/1/3142/102Impl(element=B,dose=0.25e13,energy=20keV,rotation=360,tilt=30)

注入，掺杂为硼，注入剂量0.25E13，能量20keV，角度360度以上四个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，时间为5秒，温度为1050℃浙大微电子2023/1/3143/102注入分布图浙大微电子2023/1/3144/102Deposit(material=ni,thickness=60nm)淀积氮化物作为侧墙，厚度为60nmEtch(material=ni,remove=60nm,rate(a1=100),over=40)刻蚀氮化物,厚度60nm,各向异性刻蚀速率100nm/min,过刻蚀40%Etch(material=ox,stop=(pogas),rate(aniso=100))刻蚀二氧化硅，截止层为多晶硅，各向异性刻蚀速100nm/min浙大微电子2023/1/3145/102Impl(element=As,dose=5e15,energy=40keV,tilt=0)

注入，杂质为砷，注入剂量为5E15，能量为50keV，斜向角为0Diff(time=10s,temperature=1050,atmo=N2)

退火，时间为10秒，温度为1050℃，退火气氛为N2(default)Reflect(reflect=0.0)

设置镜像的坐标为0.0Mask(material=al,thick=0.03,x(-0.5,-0.2,0.2,0.5))

光刻版，材料为铝，厚度为0.03mm，设定四边的坐标浙大微电子2023/1/3146/102最后生成的器件结构浙大微电子2023/1/3147/102Save(file='simple_nmos',type=MDRAW,synonyms(po=metal,al=metal)保存工艺仿真结果成MDRAW软件适用的四个文件,把Poly和铝都归类为金属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)

设定器件的四个电极。浙大微电子2023/1/3148/102保存的相同根文件名的四个文件：simple_nmos_mdr.bnd

包含最终的器件边界描述的文件；simple_nmos_mdr.cmd

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

包含工艺仿真形成的网格文件；simple_nmos_dio.dat.gz

包含工艺仿真形成的数据文件。浙大微电子2023/1/3149/102本章内容ISE-TCAD简介工具流程平台GENESISe工艺仿真以及网格优化工具2D工艺仿真工具DIOS2D网格优化工具MDRAW器件仿真工具2D&3D器件仿真工具DESISS浙大微电子2023/1/3150/102MDRAW简介MDRAW软件提供灵活的二维器件结构的编辑，包括结构的边界条件、掺杂及其网格细化等的定义。它主要和ISETCAD的其它软件组结合在一起进行运用，采用统一的DF-ISE数据格式。由于2D网格软件可集成于MDRAW中，因此不需要额外的文件输入和输出。

MDRAW还提供一种脚本语言（Tcl语法），允许用户可以不用图形用户界面（GUI）也可以定义器件结构。浙大微电子2023/1/3151/102MDRAW软件作为ISE-TAD环境中的一部分，包括以下功能：界面编辑掺杂及其细化编辑脚本插件（Tcl语法）网格插件

MDRAW软件包括两部分单独的内容：边界编辑和掺杂及其细化编辑，两者使用同一个图形用户界面。图形用户界面会自动反映所选择的界面内容，并通过环境选择的按扭进行切换。浙大微电子2023/1/3152/102MDRAW的图形用户界面浙大微电子2023/1/3153/102MDRAW软件的边界编辑边界编辑器主要用于生成、修改和实现器件的结构。它提供了用来保护器件结构正确拓扑的运算法则。通过选择环境选择区的边界选项可以打开边界编辑器。浙大微电子MDRAW软件的基本使用流程（1）精确坐标模式在MDRAW中，默认的绘图方式是徒手作图，但是在实际应用中常常需要精确地定义每个点，这时，可以将Preference下的ExactCoordinate选项勾选上。（2）设置纸张大小根据需要设置纸张大小（该选项在View菜单下）。（3）设置材料设置当前的材料（该选项在Materials菜单下）。2023/1/3154/102浙大微电子（4）描述器件按照需要描述器件（右图中为SOI工艺下PMOS为例）。（5）形成矩形区域选择AddRectangle后拖动鼠标，在弹出的对话框中设置新建矩形的四个边的位置（右图）。2023/1/3155/102浙大微电子（6）增加栅氧增加40的栅氧。材料中选择SiO2，增加一个矩形区域，如右图所示。（7）增加多晶硅过程同上，材料选择PolySilicon，位置右图所示2023/1/3156/102浙大微电子（8）建立非矩形的Spacer区域建立非矩形区域有两种方式：①建立矩形区域增加节点后移动节点；②用Multiline工具建立多边形。（9）建立中间氧化层此操作是要在Silicon中间建立绝缘层。操作方法如下（操作方

法有多种，下面以用Multiline工具为例进行说明）：选择Multiline工具，分别定义绝缘层上边界和下边界。勾选ExactCoordinates，再通过MovePoint工具来精确校

正各个节点，将绝缘层位置定义出来。然后选择ChangeMaterial，将中间的Silicon改成SiO2即可。2023/1/3157/102浙大微电子（10）为各区域命名单击Information，再单击各个区域，可以重新为各区域命名。以上工作完成后建立的器件如右图所示。（11）定义接触可以将边界或边界的一部分定义为电极接触。单击AddContact，输入接触的名称，在Contact的下拉菜单中选择所需接触，再单击Set/UnsetContact，选择需要设置的边界即可，如右图所示。2023/1/3158/102浙大微电子（12）器件的边界定义基本完成保存文件名为*.bnd。（13）定义体区、外延层、多晶硅等的掺杂

浓度（常量掺杂）选择AddConstantP.，拖动鼠标，画出

需定义的大致区域，按照如右上图所示的

对话框进行设置，以外延层为例。（14）进行解析掺杂源、漏区是通过扩散得到的，要用解析掺

杂对其进行描述。选择AddAnalyticalP.，

操作同上，以源掺杂为例，设置过程如右

图所示。2023/1/3159/102浙大微电子（15）定义优化标准在正式生成网格之前需要先定义优化标准：①全局优化标准的定义②局部优化标准的定义③可变优化标准区域（16）查看结果至此，器件的掺杂描述已经全部完成，可以通过工具选择区中的Sample来读出各点的浓度值，并且通过对Parameter中某些选项的选择，可以使某些参数（如掺杂、图例、网格等）显示或不显示。2023/1/3160/102浙大微电子2023/1/3161/102MDRAW软件的边界编辑GUI浙大微电子2023/1/3162/102MDRAW软件的掺杂和优化编辑掺杂和优化编辑器主要功能是产生、修改和实现器件的掺杂。它也允许用户定义特定的掺杂细化信息，定义网格尺寸，从而影响网格组件的产生。掺杂和优化编辑器功能包括产生掺杂描述、描述细化状况、建立符合器件模拟的网格。打开掺杂和细化编辑器，可以通过在环境选择区选择Doping选项。浙大微电子2023/1/3163/102MDRAW软件的掺杂和细化编辑GUI浙大微电子2023/1/3164/102器件网格的建立细化条件设置过之后的下一个步骤就是建立网格。点击BuildMesh就可以建立，MDRAW会自动按照最适合的方式建立，如果建立的时间太长，那么有可能是现有的网格形态有问题或定义的网格过密。MDRAW将会自动的将与器件名称相同的内部、

外部命令文件调入，通过BuildMesh建立默认网

格，最后将网格保存，为器件仿真提供所需求的

网格。浙大微电子2023/1/3165/102MDRAW产生的网格图浙大微电子2023/1/3166/102本章内容ISE-TCAD简介工具流程平台GENESISe工艺仿真以及网格优化工具2D工艺仿真工具DIOS2D网格优化工具MDRAW器件仿真工具2D&3D器件仿真工具DESISS浙大微电子2023/1/3167/102DESSIS简介DESSIS软件是支持一维、二维、三维半导体器件的多维、

电热、混合模型的器件和电路仿真器；它能够仿真从深亚微米MOSFET到大功率双极型器件等多

种半导体器件，同时支持多种高级物理模型和数学解析方法；DESSIS软件还支持SiC和III-V族混合结构的同质和异质结器件的仿真；DESSIS软件既可以仿真单独一个半导体器件的电学特性，

也可以几个器件合成一个电路的电学特性。终端电流[A]、电压[V]、电荷[C]可以通过解物理器件方程

组得到最终的结果，这些方程包括载流子分布方程也有电导机制方程。浙大微电子2023/1/3168/102DESSIS特性：具有丰富多样的半导体器件物理和影响模型（漂移－扩散的、热力学的和流体动力学的模型）;支持不同的器件结构（一维、二维、三维和二维圆柱）;具有多种非线性仿真解决办法;支持混合模式仿真，其电热的网表可以有基于网格模拟的器件模型，也可以有SPICE电路模型（三种类型的仿真：单器件仿真、单器件和电路网表的仿真、多器件和电路网表的仿真）。浙大微电子2023/1/3169/102三种仿真类型：浙大微电子2023/1/3170/102器件仿真所需文件网格文件包括整个器件每一区域的详细定义，即边界、材料类型、电接触位置等等。网格文件还描述器件区域的网格和网格之间的连接关系。掺杂文件主要是器件属性的定义，包括掺杂分布、网格点的数据格式等。浙大微电子2023/1/3171/102标准MOSFET结构的仿真文件图示

边界和网格

二维掺杂分布浙大微电子2023/1/3172/102器件网格的创建

对于最优化的仿真，最理想的结果是：产生的网格必须在允许的精度下具有最小数量的网格节点。同时，还要依据仿真的类型确定优化的网格。为了产生最合适的网格，以下这些区域的网格必须密集化：高电流密度（MOSFET沟道、双极型晶体管基区）高电场强度（MOSFET沟道、MOSFET漏区、耗尽区）高电荷产生区（SEUalpha粒子、光束）浙大微电子2023/1/3173/102器件仿真物理基础泊松方程:

（该方程决定了半导体器件的电特性)电流连续性方程:电流方程:热流方程：（在ESD条件下需要考虑）浙大微电子2023/1/3174/102DESSIS的器件仿真流程浙大微电子2023/1/3175/102器件仿真文件结构工艺仿真结果导入电极定义物理模型定义数学算法定义输出内容定义电压扫描（电流扫描）定义浙大微电子2023/1/3176/102DESSIS文件构成“File”部分主要定义器件结构的输入文件和输出文件的名称；“Electrode”部分定义器件的电极相关信息。“Physics”部分定义器件过程中使用的物理模型。“Plot”部分定义所有的计算变量，DESSIS能仿真的变量都将被存入plot文件。“Math”部分定义DESSIS仿真时算法的设置，包括仿真器类型、仿真误差标准的设置。“Solve”部分定义电压扫描，仿真电学特性。浙大微电子2023/1/3177/102FILEFile{#输入文件

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

Output=“n3_des.log”输出日志文件，记录运行情况

Current=“n3_des.plt”用于Inspect观察I_V曲线等

Plot=“n3_des.dat“保存器件仿真的计算变量

ACExtract=“ac_des.dat”保存交流小信号仿真结果

}浙大微电子2023/1/3178/102ELECTRODEElectrode{ {Name="anode"Voltage=0.1} {Name=“cathode”Voltage=0.0} {Name=“gate"Voltage=0.0barrier=-0.55}}Current=<float>定义电流的初始条件(A/μmfor2D).Resist=<float>定义接触电阻（Ω*μmfor2D)Barrier=<float>指定栅的势垒值[V].Workfunction=<float>指定栅或Schottky电极的功函数值[eV]Charge=<float>指定浮空电极上的电荷数[C].AreaFactor=<float>电极电流的倍增因子浙大微电子2023/1/3179/102各种不同电极定义Gateelectrode{name=“gate”voltage=2Material=“PolySi”(P=6.0e19)}Schottkyelectrode{name="anode"voltage=2SchottkyWorkFunction=4.9}Currentboundary{name="anode"voltage=1.0current=1e-3}浙大微电子2023/1/3180/102各种不同电极定义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]}浙大微电子2023/1/3181/102THERMODETHERMODE{{Name=“Anode”temperature=300}{Name=“Cathode”temperature=300}{Name=“sub”temperature=300}}SurfaceResistance定义一个接触的热阻系数[cm2K/W].SurfaceConductance与SurfaceResistance是相反的值(thermalconductivity).Power=<float>定义一个热流的边界条件[W/cm2].AreaFactor=<float>指定热电极面积的一个倍增因子。浙大微电子2023/1/3182/102Plot定义所有需要计算的变量，DESSIS能仿真的变量都将被存入plot文件

Plot{eDensityhDensityeCurrenthCurrentPotentialSpaceChargeElectricField/VectoreMobilityhMobilityeVelocityhVelocityDopingDonorConcentration}浙大微电子2023/1/3183/102PhysicsPhysics部分用来定义仿真所用的物理模型。根据仿真的器件和仿真的准确程度可以分为下面四类：Drift-diffusion漂移-扩散传输模型适用于在指定器件中特定边界条件下的自对准耦合泊松方程和载流子连续方程（电子或空穴）。这种模型适合于在大器件下工作。Thermodynamic考虑了晶格的自加热过程Hydrodynamic包含了载流子的温度和热流方程

MonteCarlo可以对选定窗口进行MonteCarlo分析浙大微电子2023/1/3184/102Physics{EffectiveIntrinsicDensity(oldSlotboom)定义硅能带隙

窄化模型，它决定载流子浓度

Mobility(DopingDependenceHighFieldSaturationEnormal)定义三个模型（掺杂依

赖性、高电场饱和、横向电场依赖性）

Recombination(SRH(DopingDependenceTempDependence)Avalanche(Eparalell))定义SRH复合的模型（掺杂依赖性和温度依赖性）和雪崩倍增的模型Auger俄歇复合模型

}浙大微电子2023/1/3185/102MATHMath{ Extrapolate定义仿真时采用外推法定义迭代下一步的数值

RelErrControl定义叠代计算时加入误差控制

NotDamped=50最大的迭代次数默认1000 Iterations=20最大的步长减小次数默认50 BreakCriteria{Current(Contact=“drain”Absval=3e-4)}确定停止仿真的条件，漏极电流绝对值大于3e-4A.}浙大微电子2023/1/3186/102数学算法设置主要调整两个参量InterationsNotdamped浙大微电子2023/1/3187/102SOLVE包括初始解、扫描电压设置等来解方程获得需要的参数结果。Solve{PoissonCoupled{PoissonElectronHole} Quasistationary(Initialstep=1e-6MaxStep=0.1Minstep=1e-12increment=2.0Goal{name="anode"voltage=4e7}) {Coupled{PoissonElectronHole}}}浙大微电子2023/1/3188/102输出结果查看DESSIS仿真结果I-V特性可以用inspect工具进行查看浙大微电子2023/1/3189/102电场及电流分布等可以用tecplot_ise工具进行查看。浙大微电子2023/1/3190/102Dessis仿真例子MOS管的Id-Vg的电学特性仿真File{*输入文件：Grid="nmos_mdr.grd“Doping="nmos_mdr.dat““Grid”和“Doping”语句分别指定器件结构的网格文件和掺杂文件*输出文件Plot=“n3_des.dat“保存仿真时计算的变量和结果浙大微电子2023/