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第3章-工艺及器件仿真工具SILVACO-TCAD教程文件

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Silvaco TCAD 器件仿真3

Silvaco TCAD 器件仿真3
interface y.max=0.1 qf=−1e11 interface x.min=−4 x.max=4 y.min=−0.25 y.max=0.1 qf=1e11 \ s.n=1e4 s.p=1e4
21:43
13
Silvaco学习
计算方法

Method，仿真时的数值计算方法 主要的方法有newton，gummel，block
（1M~1.024GHz）
solve vbase=0.7 ac freq=1e6 fstep=2 mult.f nfstep=10 solve prev ac freq=1e6 fstep=2 mult.f nfstep=10
直流偏置和交流频率都改变：
solve vgate=0 vstep=0.05 vfinal=1 name=gate ac freq=1e6 \ fstep=2 mult.f nfsteps=10
例句：
Model bgn fldmob srh Models conmob fldmob srh auger temp=300 print Impact selb
21:43
12
Silvaco学习
界面特性
Interface定义界面态电荷（密度cm-2），s.n和s.p 分别为电子和空穴的表面复合速率
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Silvaco学习
特性获取
电压控制型器件的输出性：
solve init solve vgate=1.1 outf=solve_tmp1 solve vgate=2.2 outf=solve_tmp2 # load infile=solve_tmp1 log outf=mos_ids_1.log solve name=drain vdrain=0 vstep=0.3 vfinal=3.3 # load infile=solve_tmp2 log outf=mos_ids_2.log solve name=drain vdrain=0 vstep=0.3 vfinal=3.3

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
Page
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

Cadence 实验系列_器件模拟_Silvaco TCAD

Cadence 实验系列_器件模拟_Silvaco TCAD

定义材料特性
material ni.min=1e-10 taun0=1e-9 taup0=1e-9 mobility fmct.n GaNsat.n
选定物理模型
models
srh fermi print
定义接触类型
contact contact contact
name=gate name=source name=drain
x.min=0 x.min=3 x.min=6
x.max=1 y.min=-0.005 y.max=0 x.max=4 y.min=-0.005 y.max=0 x.max=7 y.min=-0.005 y.max=0
定义掺杂
doping n.type concentration=5e16 uniform y.min=0 y.max=0.03 doping n.type concentration=1e13 uniform y.min=0.03 y.max=1
用Atlas语法直接进行器件描述，然后进行器件性能仿真。
Atlas器件仿真步骤 器件仿真步骤
• 启动Atlas软件 • 网格的定义 • 材料区域的定义 • 电极、掺杂、材料特性和模型特性等的定义 • 器件输出特性（I-V曲线）的仿真 • 用tonyplot输出仿真结果
启动Atlas软件 软件 启动
材料区域的定义
材料区域的定义
region number=1 material=oxide y.max=0 region number=2 material=AlGaN y.min=0 y.max=0.03 polarization calc.strain region number=3 material=GaN y.min=0.03 position=0.3 polarization substrate

第三讲 Silvaco TCAD 器件仿真 PPT

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。

SilvacoTCAD器件仿真

SilvacoTCAD器件仿真

Solve vgate=0.05 vstep=0.05 vfinal=1.0 name=gate
Solve ibase=1e-6
2020/3/3
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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
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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
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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

SilvacoTCAD器件仿真3讲解说课材料

SilvacoTCAD器件仿真3讲解说课材料
impact selb material=InP an2=1e7 ap2=9.36e6 bn2=3.45e6 bp2=2.78e6
material region=1 taun0=5.0e-10 taup0=1.0e-9 vsatn=2.5e7 \ mun0=4000 mup0=200
Material taun0=1.e-9 taup0=1.e-9 f.conmun=hemtex01_interp.lib material align=0.6
Silvaco学习
特性获取
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
*
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Silvaco学习
C解释器
可通过C解释器编辑函数来描述材料参数 C解释器模板路径
X:\sedatools\lib\Atlas\5.14.0.R\common\template 例子
hemtex01.in 中 “f.conmun=hemtex01_interp.lib”
*
9
Silvaco学习
例句：
Model bgn fldmob srh
Models conmob fldmob srh auger temp=300 print
Impact selb
*
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Silvaco学习
界面特性
Interface定义界面态电荷（密度cm-2），s.n和s.p 分别为电子和空穴的表面复合速率

Silvaco-TCAD交互式工具的界面及基本操作教学提纲

• Interactive Tools
DeckBuild，Maskviews，DevEdit，Tonyplot，Tonyplot3D；
• Virtual Wafer Fab
Page 4
1.2 Silvaco TCAD的主要交互工具
• 集成环境 DeckBuild
仿真控制 进行仿真语法输入和编辑； 仿真的实时输出； 各仿真器通过DeckBuild调用；
Stop（Shift + F5）：执行完当前行就停 止；
Next（F10）：运行完下一行就停止； Continue（F5）：在之前停止运行的行 开始往下运行；
Initialize：从仿真历史初始化； Kill（Ctrl + K）：强制立即结束； Line（Ctrl + L）：重置当前行为选择的 行；
• 对一维曲线进行积分 • Cutline得到一维分布或器件仿真得到的特性曲线
Page 24
4 总结
• 本课的主要内容
Silvaco TCAD框架 交互工具DeckBuild及主要操作 交互工具Tonyplot及主要操作
• 下一课主要内容
TCAD仿真流程 语法规则
• 显示结构和仿真曲线
Page 18
3.1.1 Tonyplot－Plot菜单
• Display：显示方式设置
Page 19
3.1.2 Tonyplot－Plot>Display
Mesh：显示结构中的网格分布
Edges：显示结构的边界
Regions：显示材料区域
EMCEJRudloeengngscehritosrionudnsrses
Stop at line（Ctrl + B）：设置断点。

SilvacoTCAD工艺仿真 ppt课件

注入损伤：
Implant boron dose=1e14 energy=50 unit.damage dam.factor=0.1
2020/4/24
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Silvaco学习
离子注入的例子
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 silicon c.boron=1e16 two.d
淀积BPSG： Deposit material=BPSG thick=.1 c.boron=1e20 c.phos=1e20
淀积，网格控制：
Rate.depo machine=MOCVD cvd dep.rate=0.1 u.m \ step.cov=0.75 tungsten
Deposit machine=MOCVD time=1 minute
抽取得到结深 Xj＝0.267678μm
把spac=0.02 换成0.1看有什么不同
2020/4/24
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Silvaco学习
扩散
命令diffuse，参数及说明如下：
2020/4/24
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Silvaco学习
2020/4/24
扩散的例句
磷的预沉积： Diffuse time=1 hour temp=1000 c.boron=1e20
Implant phosph dose=1e13 energy=50 \ tilt=7 unit.damage dam.factor=0.05
extract name="xj" xj material="Silicon” \ mat.occno=1 x.val=0.05 junc.occno=1

SilvacoTCAD半导体仿真工具培训教程资料手册

Silva‎c o TC‎A D 半导‎体仿真工具‎培训教程_‎资料手册‎S ilva‎c o TC‎A D 20‎14.00‎Win3‎2 1DV‎D半导体仿‎真工具S‎y nops‎y s.Tc‎a d.Se‎n taur‎u s.vH‎-2013‎.03.L‎i nux6‎4 3CD‎‎Silv‎a co的T‎C AD 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T‎C AD建模‎服务，可运‎用Silv‎a co在半‎导体物理和‎T CAD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。

‎Silv‎a co A‎M S v2‎010.0‎0 Win‎32 1C‎DSi‎l vaco‎AMS ‎2008.‎09 Li‎n ux32‎64‎S ilva‎c o AM‎S 200‎8.09 ‎S olar‎i s 1C‎DSi‎l vaco‎AMS ‎2008.‎09 Ma‎n ual ‎1CD‎S ilva‎c o Ic‎c ad 2‎008.0‎9 1CD‎Sil‎v aco ‎I ccad‎2008‎.09 L‎i nux3‎2 64‎Silv‎a co I‎c cad ‎2008.‎09 So‎l aris‎1CD‎Silv‎a co I‎c cad ‎2008.‎09 Ma‎n ual ‎1CD‎S ilva‎c o Lo‎g ic 2‎008.0‎9 1CD‎Sil‎v aco ‎L ogic‎2008‎.09 L‎i nux3‎2 64‎Silv‎a co L‎o gic ‎2008.‎09 So‎l aris‎1CD‎Silv‎a co L‎o gic ‎2008.‎09 Ma‎n ual ‎1CD‎S ilva‎c o TC‎A D 20‎12.00‎Win3‎2_64 ‎1DVD‎Silv‎a co T‎C AD 2‎010.0‎0 Lin‎u x 1C‎DSi‎l vaco‎TCAD‎2012‎Linu‎x64 1‎D VD‎S ilva‎c o TC‎A D 20‎08.09‎Sola‎r is 1‎C DS‎i lvac‎o TCA‎D 200‎8.09 ‎M anua‎l 1CD‎Sil‎v aco ‎C atal‎y st 2‎008.0‎9 Lin‎u x32 ‎64S‎i lvac‎o Cat‎a lyst‎2008‎.09 S‎o lari‎s 1CD‎Sil‎v aco ‎C har ‎2008.‎09 Li‎n ux32‎64‎S ilva‎c o Ch‎a r 20‎08.09‎Sola‎r is 1‎C DS‎i lvac‎o Fir‎e bird‎2008‎.09 L‎i nux3‎2 64‎Silv‎a co F‎i rebi‎r d 20‎08.09‎Sola‎r is 1‎C DS‎i lvac‎o Mod‎e 200‎8.09 ‎L inux‎32 64‎Sil‎v aco ‎M ode ‎2008.‎09 So‎l aris‎1CD‎Silv‎a co P‎a rasi‎t ic 2‎008.0‎9 Lin‎u x32 ‎64S‎i lvac‎o Par‎a siti‎c 200‎8.09 ‎S olar‎i s 1C‎DSi‎l vaco‎UT 2‎007.0‎4 Lin‎u x32 ‎64‎S ilva‎c o UT‎2007‎.04 S‎o lari‎s 1CD‎Sil‎v aco ‎V WF 2‎007.0‎4 Lin‎u x32 ‎64‎S ilva‎c o VW‎F 200‎7.04 ‎S olar‎i s 1C‎DPa‎r alle‎l Sma‎r tSpi‎c e 1.‎9.3.E‎1CD‎■□■□■‎□■□■□‎■□■□■‎□■□■□‎■□■□■‎□■□■□‎■□■□■‎□+ ‎诚信合作，‎保证质量！‎！！长期有‎效: ‎‎‎‎‎‎‎‎‎‎‎‎‎+电话T‎E L：18‎98058‎3122 ‎客服 Q‎Q：114‎09887‎41‎■□■□■‎□■□■□‎■□■□■‎□■□■□‎■□■□■‎□■□■□‎■□■□■‎□Pi‎n nacl‎e产品:‎Frac‎p roPT‎.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。

Silvaco工艺及器件仿真3

4.1.10多晶硅栅的淀积淀积可以用来产生多层结构。

共形淀积是最简单的淀积方式，并且在各种淀积层形状要求不是非常严格的情况下使用。

NMOS工艺中，多晶硅层的厚度约为2000 Å，因此可以使用共形多晶硅淀积来完成。

为了完成共形淀积，从ATHENA Commands菜单中依次选择Process、Deposit和Deposit…菜单项。

ATHENA Deposit菜单如图4.30所示；a.在Deposit菜单中，淀积类型默认为Conformal；在Material菜单中选择Polysilicon，并将它的厚度值设为0.2；在Grid specification参数中，点击Total number of layers并将其值设为10。

（在一个淀积层中设定几个网格层通常是非常有用的。

在这里，我们需要10个网格层用来仿真杂质在多晶硅层中的传输。

）在Comment一栏中添加注释Conformal Polysilicon Deposition，并点击WRITE键；b.下面这几行将会出现在文本窗口中：#Conformal Polysilicon Deposition图4.30 ATHENA 淀积菜单deposit polysilicon thick=0.2 divisions=10c.点击DECKBUILD控制栏上的Cont键继续进行A THENA仿真；d.还是通过DECKBUILD Tools菜单的Plot和Plot structure…来绘制当前结构图。

创建后的三层结构如图4.31所示。

图4.31 多晶硅层的共形淀积4.1.11简单的几何图形刻蚀接下来就是多晶硅的栅极定义。

这里我们将多晶硅栅极的左边边缘定为x=0.35μm，中心定为x=0.6μm。

因此，多晶硅应从左边x=0.35μm开始进行刻蚀，如图4.32所示。

图4.32 ATHENA Etch菜单a.在DECKBUILD Commands菜单中依次选择Process、Etch和Etch…。

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2020/6/28
浙大微电子
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− 点击insert键，网格定义的参数将会出现在滚动条菜单中，见 下图；
− 在X=0.2和X=0.6处，分别插入第二和第三个网格线定义点，
并将网格间距均设为0.01。这样在X轴右边区域内就定义了一
个非常精密的网格，作为NMOS晶体管的有源区；
− 接下来，我们继续在Y轴上建立网格。在Direction栏中选择Y
介绍网格定义的方法。
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浙大微电子
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• 在0.6μm×0.8μm的方形区域内创建非均匀网格 − 在网格定义菜单中，Direction栏缺省为X方向；点击 Location栏，输入值0，表示要插入的网格线定义点在位置0； 点击Spacing栏，输入值0.1，表示相邻网格线定义点间的网格 线间距为0.1。当两个定义点所设定的网格线间距不同时，系统 会自动将网格间距从较小值渐变到较大值。 − 在Comment栏，键入注释行内容“Non-Uniform Grid （0.6um x 0.8um)”，如图所示；
1.0 ， 而 在 Exp 栏 中 选 择 指 数 的 值 为 14 。 这 就 确 定 了 背 景 浓 度 为 1.0×1014原子数/cm3（也可以通过以Ohm·cm为单位的电阻系数来确 定背景浓度）。
2020/6/28
浙大微电子
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④ 对于Dimensionality一栏，选择2D。在二维情况下进行 仿真；
方向；点击Location栏并输入定义点的位置为0。然后，点击
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
Spacing栏并输入网格间距值0.008；
2020/6/28
浙大微电子
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− 在网格定义窗口中点击insert键，并继续插入第二、第三和 第四个Y方向的网格定义点，位置分别设为0.2、0.5和0.8， 网格间距分别设 0.01，0.05和0.15，如图所示。
第3章-工艺及器件仿真工具 SILVACO-TCAD
本章内容
• 使用ATHENA的NMOS工艺仿真 • 使用ATLAS的NMOS器件仿真
2020/6/28
浙大微电子
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本章内容
• 使用ATHENA的NMOS工艺仿真 • 使用ATLAS的NMOS器件仿真
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浙大微电子
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使初始结构可视化的步骤如下：
① 选中文件“.history01.str” （目前仅有尺寸和材料方面 的信息），点击Tools菜单项，并依次选择Plot和Plot
2020/6/28
浙大微电子
14/118
Structure…，如图所示，将会出现TONYPLOT（绘图工 具软件）。在TONYPLOT中，依次选择Plot和Display…；
2020/6/28
浙大微电子
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– 为了预览所定义的网格，在网格定义菜单中选择View键， 则会显示View Grid窗口。
– 最后，点击菜单上的WRITE键从而在文本窗口中写入网 格定义信息。
2020/6/28
浙大微电子
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定义初始衬底
由网格定义菜单确定的LINE语句只是为ATHENA仿真结
− 在UNIX或LINUX系统提示符下，输入命令：deckbuild-an&，以 便进入deckbuild交互模式并调用ATHENA程序。这时会出现如下 图所示deckbuild主窗口，点击File目录下的Empty Document， 清空Deckbuild文本窗口；
2020/6/28
浙大微电子
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接下来，我们通过干氧氧化在硅表面生成栅极氧化 层，条件是1个大气压，950°C，3%HCL, 11分钟。为 了完成这个任务，可以在ATHENA的Commands菜单 中依次选择Process和Diffuse …，ATHENA Diffuse菜 单将会出现。
构建立了一个直角网格系基础。接下来就是衬底区的初始化。
对仿真结构进行初始化的步骤如下：
① 在ATHENA Commands菜单中选择Mesh Initialize…选项。ATHENA 网格初始化菜单将会弹出。在缺省状态下，硅材料为<100>晶向；
② 点击Boron杂质板上的Boron键，这样硼就成为了背景杂质； ③ 对于Concentration栏，通过滚动条或直接输入，选择理想浓度值为
− 在如图所示的文本窗口中键入语句go Athena ；
接下来要明确网格。网格中的结点数对仿真的精确度和 所需时间有着直接的影响。仿真结构中存在离子注入或者形 成PN结的区域应该划分更加细致的网格。
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浙大微电子
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− 为了定义网格，选择Mesh Define菜单项，如下图所示。 下面将以在0.6μm×0.8μm的区域内创建非均匀网格为例
概述
用ATHENA创建一个典型的MOSFET输入文件所需的 基本操作包括： a. 创建一个好的仿真网格 b. 演示淀积操作 c. 演示几何刻蚀操作 d. 氧化、扩散、退火以及离子注入 e. 结构操作 f. 保存和加载结构信息
2020/6/28
浙大微电子
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创建一个初始结构
• 定义初始直角网格
⑤ 对于Comment栏，输入“Initial Silicon Structure with <100> Orientation”，如下图所示；
⑥ 点击WRITE键以写入网格初始化的有关信息。
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浙大微电子
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运行ATHENA并且绘图
现在，运行ATHENA以获得初始结构。点击Deckbuild 控制栏里的run键，输出将会出现在仿真器子窗口中。语句 Struct outfile=.history01.str是Deckbuild通过历史记录功 能自动产生的，便于调试新文件等。
2020/6/28
浙大微电子
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② 出现Display（二维网格）菜单项，在缺省状态下，
Edges和Regions图象已选。把Mesh图象也选上， 并点击Apply。将出现初始的三角型网格，如图所示。
2020/6/28
浙大微电子
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现在，先前的INIT语句创建了一个0.6μm×0.8μm大小 的、杂硼浓度为1.0×1014原子数/cm3、掺杂均匀的<100>晶 向的硅片。这个仿真结构已经可以进行任何工艺处理步骤了 （例如离子注入，扩散，刻蚀等）。