Silvaco TCAD工艺仿真模块及工艺仿真流程课件

1、Silvaco TCAD工艺仿真模块及工艺仿真流程,1,PPT学习交流,主要内容,2,PPT学习交流,1 工艺仿真器介绍,3,PPT学习交流,1.1 工艺仿真模块,DeckBuild 集成环境,4,SSuprem4,ATHENA,4,PPT学习交流,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

2、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。,5,PPT学习交流,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

3、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,6,PPT学习交流,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,7,PPT学习交流,1.1.4 硅化

4、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/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,8,PPT学习交流,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,9,PPT学习交流,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

5、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,10,PPT学习交流,1.2 可仿真的工艺,Bake CMP Deposition Development Diffusion Epitaxy,Etch Exposure Imageing Implantation Oxidation Silicidation,11,PPT学习交流,1.3 ATHENA输入和输出,12,PPT学习

6、交流,2 工艺仿真流程,13,PPT学习交流,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,14,PPT学习交流,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,line x location=x1 spacing=s1 line x location=x2 spacing=s2 line y location=y1 spacing=s3 line y location=y2 spacing=s4,Note1： 网格间距会根据loc和Spac自动调整,Note2 ：网格定义对仿真至关重要,15

7、,PPT学习交流,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：,16,PPT学习交流,2.1.3 网格定义需要注意的地方,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（200

8、00） 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,17,PPT学习交流,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 ,18,PPT学习交流,2.2.2 初始化的例句,init in,init gaas c.se

9、lenium=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：,19,PPT学习交流,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 spac=0.02 line x loc=1.0 spac=0.10 line y loc

10、=0.0 spac=0.02 line y loc=2.0 spac=0.20 init two.d tonyplot quit,20,PPT学习交流,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=0.02 line y loc=2.0 spac=0.20 Init two.d relax x

11、.max=0.5 y.min=0.1 dir.x tonyplot,21,PPT学习交流,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,22,PPT学习交流,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）和淀积（deposit）,这节课稍微介绍一下diffuse Diffuse做氧化 主要参数有：

12、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,23,PPT学习交流,2.3.2 Diffuse做氧化的例子,diffuse time=30 temp=1000 f.o2=10,diffuse time=30 temp=1200 dryo2,氧化时间30分

13、钟，1200度，干氧,氧化时间30分钟，1000度，氧气流速10sccm,24,PPT学习交流,2.4 提取特性,Deckbuild有内建的抽取功能，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,25,PPT学习交流,2.4.1 自动生成提取语句,26,PPT学习交流,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

14、.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 extract name=“Tox” thickness oxide mat.occno=1 x.val=0 tonyplot,27,PPT学习交流,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 out extract name=Tox thickness oxide mat.occno=1 tonyplot,28,PPT学习交流,2.6 Tonyplot 显示,Tonyplot可以显示仿