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第三讲 Silvaco TCAD 器件仿真01

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9 Silvaco TCAD器件仿真模块及器件仿真流程

9 Silvaco TCAD器件仿真模块及器件仿真流程
Page 16
impact selb
2.1.4 数值计算方法
• 在求解方程时所用的计算方法 • 参数包括计算步长、迭代方法、初始化策略、迭 代次数等 • 计算不收敛通常是网格引起的
晶格加热时的漂移扩散：
method block newton
迭代次数的设置：
method gummel newton trap maxtrap=10
• 参数文件
X:\ sedatools\ lib\ Atlas\<version_number>.R\ common
• C解释器的模板、数学符号等文件
X:\sedatools\lib\Atlas\<version_number>.R\common\SCI
Page
21
3 总结
第一部分
器件仿真模块
第二部分
• 需要注意的情况
除了精确定义尺寸外也需特别注意网格 电极的定义（器件仿真上的短接和悬空） 金属材料的默认特性 14
Page
2.1.2 材料参数描述
• 材料的参数有工艺参数和器件参数 • 材料参数是和物理模型相关联的 • 软件自带有默认的模型和参数 • 可通过实验或查找文献来自己定义参数
器件仿真流程
第三部分
总结
Page
22
3 总结
• 本课的主要内容
器件仿真模块
器件仿真流程
• 下一课主要内容
ATLAS描述器件结构 DevEdit编辑器件结构
Page
23
欢迎提问
谢谢！
Page
24
Page 18
tonyplot Vt.log
2.2 二极管的例子
• 生成结构

SilvacoTCAD半导体仿真工具培训教程_资料手册

SilvacoTCAD半导体仿真工具培训教程_资料手册

SilvacoTCAD半导体仿真工具培训教程_资料手册Silvaco TCAD 半导体仿真工具培训教程_资料手册Silvaco TCAD 2014.00 Win32 1DVD半导体仿真工具Synopsys.Tcad.Sentaurus.vH-2013.03.Linux64 3CDSilvaco的TCAD 建模服务提供解决方案给那些有特别半导体器件建模需求而内部又没有时间和资源运行TCAD软件的客户。

使用TCAD 建模服务，可运用Silvaco在半导体物理和TCAD软件操作方面的专长，提供完全、快速和精确的即可使用的解决方案。

Silvaco AMS v2010.00 Win32 1CDSilvaco AMS 2008.09 Linux32 64Silvaco AMS 2008.09 Solaris 1CDSilvaco AMS 2008.09 Manual 1CDSilvaco Iccad 2008.09 1CDSilvaco Iccad 2008.09 Linux32 64Silvaco Iccad 2008.09 Solaris 1CDSilvaco Iccad 2008.09 Manual 1CDSilvaco Logic 2008.09 1CDSilvaco Logic 2008.09 Linux32 64Silvaco Logic 2008.09 Solaris 1CDSilvaco Logic 2008.09 Manual 1CD Silvaco TCAD 2012.00 Win32_64 1DVD Silvaco TCAD 2010.00 Linux 1CD Silvaco TCAD 2012 Linux64 1DVD Silvaco TCAD 2008.09 Solaris 1CD Silvaco TCAD 2008.09 Manual 1CD Silvaco Catalyst 2008.09 Linux32 64 Silvaco Catalyst 2008.09 Solaris 1CD Silvaco Char 2008.09 Linux32 64 Silvaco Char 2008.09 Solaris 1CD Silvaco Firebird 2008.09 Linux32 64 Silvaco Firebird 2008.09 Solaris 1CD Silvaco Mode 2008.09 Linux32 64 Silvaco Mode 2008.09 Solaris 1CD Silvaco Parasitic 2008.09 Linux32 64Silvaco Parasitic 2008.09 Solaris 1CDSilvaco UT 2007.04 Linux32 64Silvaco UT 2007.04 Solaris 1CDSilvaco VWF 2007.04 Linux32 64Silvaco VWF 2007.04 Solaris 1CDParallel SmartSpice 1.9.3.E 1CD■□■□■□■□■□■□■□■□■□■□■□■□■□■□■□■□■□■□+ 诚信合作，保证质量长期有效:+ 电话TEL：189******** 客服 QQ：1140988741■□■□■□■□■□■□■□■□■□■□■□■□■□■□■□■□■□■□Pinnacle产品:FracproPT.2007.v10.4.52 1CD（石油工业界的先进压裂软件工具，它提供支撑剂和酸液压裂处理的设计、模拟、分析、执行和优化功能。

9 Silvaco TCAD器件仿真模块及器件仿真流程

9 Silvaco TCAD器件仿真模块及器件仿真流程
Page 18
tonyplot Vt.log
2.2 二极管的例子
• 生成结构
定义网格 go atlas mesh space.mult=1.0 x.mesh loc=0.00 spac=0.5 x.mesh loc=10.00 spac=0.5 y.mesh loc=0.00 spac=0.1 y.mesh loc=5.00 spac=0.1 region num=1 silicon electr name=anode top electr name=cathode bot doping n.type conc=5e13 uniform doping p.type conc=1e19 junc=1 rat=0.6 gauss save outf=diode_0.str tonyplot diode_0.str
• 参数文件
X:\ sedatools\ lib\ Atlas\<version_number>.R\ common
• C解释器的模板、数学符号等文件
X:\sedatools\lib\Atlas\<version_number>.R\common\SCI
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21
3 总结
第一部分
器件仿真模块
第二部分
Page 16
impact selb
2.1.4 数值计算方法
• 在求解方程时所用的计算方法 • 参数包括计算步长、迭代方法、初始化策略、迭 代次数等 • 计算不收敛通常是网格引起的
晶格加热时的漂移扩散：
method block newton
迭代次数的设置：
method gummel newton trap maxtrap=10
主要内容

Silvaco TCAD 工艺仿真3

Silvaco TCAD 工艺仿真3

例句
Expose z.cross cross.val=.1 Expose dose=200 num.refl=5 all.mats
14:14 13 Silvaco学习
Bake

Bake定义对光阻的后曝光和后坚膜时的烘烤
例句
Bake time=25 temp=150 reflow Bake time=10 temp=150 reflow dump dump.prefix=bake
光源波长强度成像系统透镜滤波掩膜结构曝光烘烤显影依此即可大体确定光刻仿真的流程optolith模块optolith模块可对成像imaging光阻曝光exposure光阻烘烤bake和光阻显影development等工艺进行精确定义
Silvaco TCAD 工艺仿真（三）
Tang shaohua, SCU
本讲希望大家体会的



熟悉工艺仿真流程 Set的使用 写语法时注意养成好习惯 适时地Tonyplot一下
14:14
26
Silvaco学习
谢谢！
14:14
27
Silvaco学习
交流时间
14:14
28
Silvaco学习
19 Silvaco学习
14:14
从版图看Al栅CMOS的制作流程
纵向视图：
图例说明：
P型衬底 P型外延层 N-Well P型有源层 N型有源层 栅氧化层 接触金属
剖面图： G S
D
S
G
D 各光刻包括： N阱光刻 P型有源层光刻 N型有源层光刻 栅氧光刻 氧化隔离光刻(视工艺所需) 金属电极光刻
14:14
14:14
10
Silvaco学习

SilvacoTCAD器件仿真优秀课件

SilvacoTCAD器件仿真优秀课件
Silvaco TCAD 器件仿真（三）
Tang shaohua, SCU
*
1
Silvaco学习
这一讲主要内容
材料特性设置 物理模型设置 特性获取 结果分析 从例子hemtex01.in看整个流程
*
2
Silvaco学习
材料参数
状态Material，设置材料参数 材料参数和物理模型的选取有关，常用的
Silvaco学习
特性获取Biblioteka CE击穿特性：impact selb
method trap climit=1e - 4 maxtrap=10
#
solve init
solve vbase=0.025
solve vbase=0.05
solve vbase=0.2
#
contact name=base current
tmun
p0
mup
Tl 300
tmup
*
状态 Mobility Mobility Mobility Mobility
低场迁移率模型中可用户定义的参数
参数
默认值
Mun
1000
Mup
500
Tmun
1.5
Tmup
1.5
11
单位 cm2/Vs cm2/Vs
Silvaco学习
物理模型
推荐的模型 MOSFETs类型：srh，cvt，bgn BJT，thyristors等：Klasrh，klaaug，kla，bgn 击穿仿真：Impact，selb
Solve vgate=0.05 vstep=0.05 vfinal=1.0 name=gate
Solve ibase=1e-6
*

Silvaco_TCAD_工艺仿真1解读

Silvaco_TCAD_工艺仿真1解读

Silvaco学习
ATHENA工艺仿真软件
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。
与ATLAS 器件模拟软件无缝集成
07:38
8
Silvaco学习
可仿真的工艺 （Features and Capabilities）
Bake CMP Deposition Development Diffusion Epitaxy
• Etch • Exposure • Imaging • Implantation • Oxidation • Silicidation
采用默认参数，二维初始化仿真： Init two.d
工艺仿真从结构test.str中开始： Init infile=test.str
GaAs衬底，含硒浓度为1015cm-3，晶向[100]： Init gaas c.selenium=1e15 orientation=100
硅衬底，磷掺杂，电阻率为10Ω.cm Init phosphor resistivity=10
定义衬底: material,orientation,c.impurities,resitivity …
初始化仿真： 导入已有的结构，infile… 仿真维度，one.d,two.d … 网格和结构，space.mult,scale,flip.y …
07:38
15
Silvaco学习
初始化的几个例子
07:38
10
Silvaco学习
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、抽取特性 5、结构操作 6、Tonyplot显示

SilvacoTCAD工艺仿真模块及工艺仿真流程


14
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
s1
0
x1
line y location=y1 spacing=s3
s3
line y location=y2 spacing=s4
SilvacoTCAD工艺仿真模块及工艺仿真流 程
23
2.3.2 Diffuse做氧化的例子
氧化时间30分钟，1200度，干氧
diffuse time=30 temp=1200 dryo2
氧化时间30分钟，1000度，氧气流速10sccm
diffuse time=30 temp=1000 f.o2=10
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
第一部分 第二部分 第三部分
工艺仿真器介绍 工艺仿真流程 总结
SilvacoTCAD工艺仿真模块及工艺仿真流 程
13
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
SilvacoTCAD工艺仿真模块及工艺仿真流 程

第三讲 Silvaco TCAD 器件仿真 PPT


大家应该也有点累了，稍作休息
大家有疑问的，可以询问和交流
材料特性
材料的参数有工艺参数和器件参数 材料参数是和物理模型相关联的 软件自带有默认的模型和参数 可通过实验或查找文献来自己定义参数
物理模型
物理量是按照相应的物理模型方程求得的 物理模型的选择要视实际情况而定 所以仿真不只是纯粹数学上的计算
工艺级别的网格，这些网格某些程度上不是计算器件参数所必需的。例如在计算如 阈值电压、源/漏电阻，沟渠的电场效应、或者载流子迁移率等等。Devedit可以帮 助在沟渠部分给出更多更密度网格而降低其他不重要的区域部分，例如栅极区域或 者半导体/氧化物界面等等。以此可以提高器件参数的精度。简单说就是重点区域重 点给出网格，不重要区域少给网格。
二、半导体器件仿真软件使用
本章介绍ATLAS器件仿真器中所用到的语句和参数。 具体包括：
1.语句的语法规则 2.语句名称 3.语句所用到的参数列表， 包括类型，默认值及参数的描述 4.正确使用语句的实例
学习重点（1） 语法规则 （2）用ATLAS程序语言编写器件结构
1. 语法规则
规则1： 语句和参数是不区分大小写的。 A=a 可以在大写字母下或小写字母下编写。abc=Abc=aBc
计算方法
在求解方程时所用的计算方法 计算方法包括计算步长、迭代方法、初始化
策略、迭代次数等
计算不收敛通常是网格引起的
特性获取和分析
不同器件所关注的特性不一样，需要对 相应器件有所了解
不同特性的获取方式跟实际测试对照来 理解
从结构或数据文件看仿真结果
了解一下ATLAS
ATLAS仿真框架及模块 仿真输入和输出 Mesh 物理模型 数值计算
例： 命令语句 DOP 等同于 doping， 可以作为其命令简写。 但建议不要过度简单，以免程序含糊不清，不利于将来调用时阅读。

第三讲 Silvaco TCAD 器件仿真01


材料特性
?材料的参数有工艺参数和器件参数 ?材料参数是和物理模型相关联的 ?软件自带有默认的模型和参数 ?可通过实验或查找文献来自己定义参数
物理模型
? 物理量是按照相应的物理模型方程求得的 ? 物理模型的选择要视实际情况而定 ? 所以仿真不只是纯粹数学上的计算
计算方法
?在求解方程时所用的计算方法
mesh
? 语句#2 mesh 语句功能 ：
mesh定义网格信息。类似于 athena仿真器中的 Line. 语法规则 ：<n>.MESHLOCATION=<n> [SPACING=<n>] 语句解析：
此语句定义了网格线的位置和间隔。状态有 mesh，x.mesh，y.mesh，eliminate 等 参数解析：
#.... N+ doping doping n.type conc=1e20 x.min=0 x.max=12 y.top=2 y.bottom=5 uniform
save outf=diode.str tonyplot diode.str -set diode.set
#物理模型定义 model conmob fldmob srh auger bgn
实例语句
2. 通过实例学语句
实例简介： 此实例演示了肖特基二极管正向特性。大致分为三个部分 （1）用atlas 句法来形成一个二极管结构 （2）为阳极设置肖特基势垒高度 （3）对阳极正向偏压
#调用atlas器件仿真器 go atlas #网格初始化 mesh space.mult=1.0
#x方向网格定义 x.mesh loc=0.00 spac=0.5 x.mesh loc=3.00 spac=0.2 x.mesh loc=5.00 spac=0.25 x.mesh loc=7.00 spac=0.25 x.mesh loc=9.00 spac=0.2 x.mesh loc=12.00 spac=0.5

SilvacoTCAD器件仿真


Solve vgate=0.05 vstep=0.05 vfinal=1.0 name=gate
Solve ibase=1e-6
2020/3/3
15
Silvaco学习
特性获取
I-V 特性：
solve vdrain=0.1 solve vdrain=0.2
… solve vdrain=2.0
转移特性：
11
单位 cm2/Vs cm2/Vs
Silvaco学习
物理模型
推荐的模型 MOSFETs类型：srh，cvt，bgn
BJT，thyristors等：Klasrh，klaaug，kla，
bgn
击穿仿真：Impact，selb
例句：
Model bgn fldmob srh
Models conmob fldmob srh auger temp=300 print
2020/3/3
17
Silvaco学习
特性获取
2020/3/3
电流控制性器件的输出特性：
solve init solve vbase=0.05 vstep=0.05 vfinal=0.8 name=base contact name=base current
#
solve ibase=2.e - 6 save outf=bjt_ib_1.str master solve ibase=4.e - 6 save outf=bjt_ib_2.str master
报错信息：
“trap times more than 4 times” 指计算不收敛。
2020/3/3
14
Silvaco学习
特性获取
加偏执是用solve状态 先需要设置数据保存在日志文件，之后才
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规则3: 参数有4种类型
Parameter Character Description Any character string Value Required Yes Example material=silicon
Integer Logical
Real
Any whole number A true or false condition
devedit ：athena之外的另一种可以生成器件信息的工具。
功能: （1）勾画器件。 （2）生成网格。(修改网格) 既可以对用devedit画好的器件生成网格，或对athena工艺仿真生成含有网格信息的 器件进行网格修改。 为什么要重新定义网格？ 工艺仿真中所生成的网格是用来形成精确度掺杂浓度分布、结的深度等以适合 于工艺级别的网格，这些网格某些程度上不是计算器件参数所必需的。例如在计算 如阈值电压、源/漏电阻，沟渠的电场效应、或者载流子迁移率等等。Devedit可以 帮助在沟渠部分给出更多更密度网格而降低其他不重要的区域部分，例如栅极区域 或者半导体/氧化物界面等等。以此可以提高器件参数的精度。简单说就是重点区域 重点给出网格，不重要区域少给网格。 和工艺仿真的区别： devedit - 考虑结果 他不考虑器件生成的实际物理过程，生成器件时不需要对 时间、温度等物理量进行考虑。 athena 考虑过程 必需对器件生成的外在条件、物理过程进行描述。
x.mesh loc=0.00 spac=0.5 x.mesh loc=3.00 spac=0.2 x.mesh loc=5.00 spac=0.25 x.mesh loc=7.00 spac=0.25 x.mesh loc=9.00 spac=0.2 x.mesh loc=12.00 spac=0.5
#y方向网格定义 y.mesh loc=0.00 spac=0.1 y.mesh loc=1.00 spac=0.1 y.mesh loc=2.00 spac=0.2 y.mesh loc=5.00 spac=0.4 #定义区域 region num=1 silicon
#定义电极 electr name=anode x.min=5 length=2 electr name=cathode bot #.... N-epi doping 定义初始掺杂浓度 doping n.type conc=5.e16 uniform #.... Guardring doping 定义p环保护掺杂 doping p.type conc=1e19 x.min=0 x.max=3 junc=1 rat=0.6 gauss doping p.type conc=1e19 x.min=9 x.max=12 junc=1 rat=0.6 gauss #.... N+ doping doping n.type conc=1e20 x.min=0 x.max=12 y.top=2 y.bottom=5 uniform save outf=diode.str tonyplot diode.str -set diode.set
解析： （1） 第一部分语句用来描述器件，包括网格参数（mesh）, 电极设置 （electrode locations）以及掺杂分布（doping distribution） 这是 一个具有重掺杂的浮动式环状保护区域的二维n类型器件，它分布 在结构的左右两边。肖特基阳极在器件顶端，重掺杂的阴极位于器件 底端。 （2） 在器件描述之后，模型语句被用来定义下列模型： 载流子浓度、迁移率、场迁移率、能隙变窄、SRH激发复合模型、 Auger复合模型、双载流子模型（carriers=2）。
（3）电学仿真简单地将阳极电压以间隔为0.05V升至1.0V.
语句和参数详解
主要包括三大部分内容 （1）器件编辑语句 region、electrode、doping等 （2）模型与环境设置语句 models method等 （3）电学特性仿真语句 solve 等
#语句1 仿真器调用命令语句 go 调用atlas器件仿真器需要用到go语句：
Any real number
Yes No
Yes
region=1 gaussian
x.min=0.1
任何没有逻辑值的参数必须按 PARA=VAL 的形式定义
这里PARaracter, Integer， Real） 而逻辑型参数必须和其他参数加以区分。
了解一下ATLAS
ATLAS仿真框架及模块 仿真输入和输出 Mesh 物理模型 数值计算
二、半导体器件仿真软件使用
本章介绍ATLAS器件仿真器中所用到的语句和参数。 具体包括： 1.语句的语法规则 2.语句名称 3.语句所用到的参数列表， 包括类型，默认值及参数的描述
4.正确使用语句的实例
例如，在语句： DOPING UNIFORM CONCENTRATION=1E16 P.TYPE 中
解析： Doping 是语句名称
Uniform 和 p.tpye是两个逻辑型参数，在程序内部对应了逻辑值
CONCENTRATION=1E16 对应的是一个实数型参数。
每一个语句对应多个参数，这些参数代表了这个语句的某种属性，但都 包含在4中参数之中。
物理模型的选择要视实际情况而定
所以仿真不只是纯粹数学上的计算
计算方法
在求解方程时所用的计算方法 计算方法包括计算步长、迭代方法、初始化 策略、迭代次数等 计算不收敛通常是网格引起的
特性获取和分析
不同器件所关注的特性不一样，需要对 相应器件有所了解 不同特性的获取方式跟实际测试对照来 理解 从结构或数据文件看仿真结果
例如：mesh infile=nmos.str mesh space.mult=<VALUE> , 对网格进行控制, 默认值为1。 定义网格时必须先使用这句来初始化网格。
参数#2：x.mesh和y.mesh定义网格位置及其间隔(line)
x.mesh loc=0.1 spac=0.05
mesh
• 参数#3 Eliminate 可以在ATLAS生成的mesh基础上消除掉一些网格线，消除方 式为隔一条删一条 • 可用参数有columns,rows, ix.low,ix.high,iy.low.ly.high, x.min,x.max,y.min,y.max
关键语句是设置肖特基接触 contact name=<char> (char表示接触的名称，用英文字符来表示比如 anode cathode)
workf=<val> (val表示变量参数，用来设置功函数大小)
这个语句是用来设置肖特基电极的功函数的。
在这个例子里面，因为衬底是亲和能为4.17的n类型硅，所指定的 功函数为4.97，这样提供了一个肖特基势垒的高度为0.8V. 默认的势 垒高度是0. （一个完美的欧姆接触）这个条件是为阴极假定的。
光电子器件综合设计 -------器件仿真
本讲主要内容
器件结构 材料特性 物理模型 计算方法 特性获取和分析
2
器件仿真流程
00:13
Silvaco学习
3
器件结构
• 怎样得到器件的结构？
1、工艺生成 2、ATLAS描述 3、DevEdit编辑
• 需要注意的情况
除了精确定义尺寸外也需特别注意网格 电极的定义（器件仿真上的短接和悬空） 金属材料的默认特性
go atlas
解析： go 用来退出和重新启动atlas仿真器 注意： 这个命令是通过 deckbuild来执行的
mesh
• 语句#2 mesh 语句功能： mesh定义网格信息。类似于athena仿真器中的Line. 语法规则：<n>.MESH LOCATION=<n> [SPACING=<n>] 语句解析： 此语句定义了网格线的位置和间隔。状态有mesh，x.mesh，y.mesh，eliminate 等 参数解析： 参数#1 mesh： MESH INF=<structure filename> 导入由DevEdit创建的器件结构
例如：Eliminate columns x.min=0.2 x.max=1.4 y.min=0.2 y.max=0.7
Eliminate 前
Eliminate 后
mesh
#例1 设置初始网格均匀分布，为1.0微米 mesh space.mult=1.0
#例2 设置x方向网格， 从以0.5间隔的x=0.00的位置渐变过渡 到以0.2为间隔的x=3.0的位置。 这样可以根据需要设置多个网格。
学习重点（1） 语法规则 （2）用ATLAS程序语言编写器件结构
1. 语法规则
规则1： 语句和参数是不区分大小写的。 A=a 可以在大写字母下或小写字母下编写。abc=Abc=aBc
规则2： 一个语句一般有以下的定义格式： <语句> <参数>=<值> 其中： <语句>表示语句名称 <参数>表示参数名称 <值>表示参数的取值。 间隔符号是被用来分离语句中的多个参数。
将反斜线符号\放在一条语句的末尾，那么程序每当遇到\都会视下一行为 上一行的延续。
实例语句
2. 通过实例学语句
实例简介： 此实例演示了肖特基二极管正向特性。大致分为三个部分 （1）用atlas 句法来形成一个二极管结构 （2）为阳极设置肖特基势垒高度 （3）对阳极正向偏压
#调用atlas器件仿真器 go atlas #网格初始化 mesh space.mult=1.0 #x方向网格定义 x.mesh loc=0.00 spac=0.5 x.mesh loc=3.00 spac=0.2 x.mesh loc=5.00 spac=0.25 x.mesh loc=7.00 spac=0.25 x.mesh loc=9.00 spac=0.2 x.mesh loc=12.00 spac=0.5