《ISETCAD演示0》由会员分享，可在线阅读，更多相关《ISETCAD演示0（61页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、1,TCAD 仿真,刘钺杨 2011.04.13,BJUT,北京工业大学,2,主要内容,TCAD仿真软件简介工艺仿真器件仿真IGBT设计实例,3,TCAD仿真软件简介,国际上常用的有四套工具:Tsuprem4/Medici （Avanti，被Synopsys收购） ISE TCAD-Dios/Mdraw/Dessis（ISE，被Synopsys收购） Sentaurus TCAD （Synopsys） Silvaco TCAD-Athena/Atlas（Silvaco）,4,ISE TCAD 基本仿真流程,5,工艺仿真 DIOS,6,工艺仿真,Dios： 二维工艺模拟器 模拟完整的工艺制造流程
2、 输入文件由一系列的命令所构成 自动添加网格,7,工艺仿真,工艺仿真过程：结构初始化、网格定义 工艺步骤模拟 氧化 光刻 扩散 保存输出文件,8,Title(IGBT, NewDiff=1,SiDiff=on) Grid (x=(0.0,18.0), y=(-10.0,0), nx=8) comment(sub) Substrate (orientation=100, element=P,conc=1.6e14, ysubs=0) replace(control(ngra=10) graph(triangle=on, plot) ！1d(file=final, xsection(0.1), s
3、pe(btot, ptot, netact), fac=-1, append=off) ！save(file=final,type=MDRAW),结构初始化、网格定义,NewDiff=1表示所有的层次都定义网格和掺杂 SiDiff=on表示掺杂杂质只在硅内扩散。,9,工艺步骤模拟,光刻 Mask（） Etching（）例如：mask(material=resist, thickness=800nm,xleft=6.5,xright=18) etch(material=poly,stop=oxgas,rate(anisotropic=100)etch(material=resist),10,工艺
4、步骤模拟,离子注入 Implant（） 例如：implant(element=P,dose=4.5e15,energy=110keV,tilt=7,rotation=30),tilt=7，rotation=-90为默认参数 一般注入默认为“分析注入”，若需要采用其他注入参数，可使用“MonteCarlo 注入”。,11,Implant tilt=0，rotation=0,12,Implant default tilt=7，rotation=-90,13,工艺步骤模拟,热退火、氧化、外延生长、硅化物生长 Diffusion（）可以用于所有高温步骤 例如： 干氧氧化：diffusion(atmos
5、phere=O2,time=70, Temperature=1100) 外延生长：diffusion(atmosphere=epitaxy, growthrate=1000, time=1, element= P, conc=2e18, temperature=1150),14,工艺步骤模拟,各向同性、各向异性淀积 表面平整化、化学机械抛光 Desposit（）例如deposit(material=poly, thickness=0.65um),15,工艺仿真实例-工艺流程,衬底制备,生长场氧,1光刻有源区,栅氧化,多晶硅淀积,2光刻P-阱区,刻蚀多晶硅,P-阱区注入,3光刻P+深阱,P+注入
6、,硼推进,4光刻N+源区,N+注入,SiO2、PSG淀积,PSG回流,孔光刻,孔刻蚀,溅射铝,16,工艺仿真实例,结构初始化 建立网格及区域 定义衬底 显示和控制DIOS图形输出,Title(IGBT, NewDiff=1,SiDiff=on) Grid (x=(0.0,18.0), y=(-10.0,0), nx=8) Substrate (orientation=100, element=P,conc=1.6e14, ysubs=0) replace(control(ngra=10) graph(triangle=on, plot),17,工艺仿真,生长场氧 干氧-湿氧-干氧,commen
7、t(feild ox) diffusion(atmosphere=N2, time=30, Temperature=(800,1100) diffusion(atmosphere=O2, time=10, Temperature=1100) diffusion(atmosphere=H2O, time=180, Temperature=1100) diffusion(atmosphere=O2,time=60, Temperature=1100),18,工艺仿真,一次光刻有源区,mask(material=resist, thickness=800nm,xleft=16,xright=18)
8、etch(material=ox,remove=1252nm,over=0,rate(isotropic=10) etch(material=resist),涂光刻胶、曝光,刻蚀氧化层,去胶,19,工艺仿真,diffusion(atmosphere=N2, time=25, Temperature=(800,1050) diffusion(atmosphere=O2, time=2, Temperature=1050) diffusion(atmosphere=O2,time=70, Temperature=1050) diffusion(atmosphere=O2,time=5, Tempe
9、rature=1050),栅氧化,20,工艺仿真,多晶硅淀积,deposit(material=po, thickness=0.65um) diffusion(atmosphere=N2, time=(18,2), Temperature=(800,1050,1050) diffusion(atmosphere=N2, time=2, Temperature=1050) diffusion(atmosphere=N2,time=9, Temperature=1050,element=P) diffusion(atmosphere=N2,time=3, Temperature=1050),21,
10、工艺仿真,涂光刻胶 刻蚀多晶硅，去胶 二次光刻P-阱区窗口,mask(material=resist, thickness=800nm,xleft=6.5,xright=18) etch(material=po,stop=oxgas,rate(anisotropic=100) etch(material=resist),22,工艺仿真,implant(element=B,dose=4.9e13,energy=50keV,tilt=0),P-阱区硼注入,23,工艺仿真,mask(material=resist, thickness=800nm,xleft=2.5,xright=18) impla
11、nt(element=B,dose=1e15,energy=90keV,tilt=0) etch(material=resist),涂光刻胶 深硼注入，去胶 三次光刻P+深硼注入窗口,24,工艺仿真,硼推进,diffusion(time=(35,150), temperature=(800,1150,1150),25,工艺仿真,涂光刻胶 磷注入，去胶四次光刻N+源区注入窗口,mask(material=resist, thickness=800nm,xleft=0.0,xright=2.5) implant(element=P,dose=4.5e15,energy=110keV,tilt=7,
12、rotation=30) etch(material=resist),26,工艺仿真,淀积磷硅玻璃,depo(mat=ox,thicknes=0.5um) depo(mat=ox,thicknes=0.6um),27,工艺仿真,回流，磷激活,diffusion(time=(15,30), temperature=(800,950,950),28,工艺仿真,五次光刻引线孔 腐蚀PSG、SiO2,mask(material=resist, thickness=800nm,xleft=4.5,xright=18) etch(material=ox,remove=0.6,rate(anisotropi
13、c=100) etch(material=ox,stop=sigas,rate(anisotropic=100) etch(material=resist),29,工艺仿真,溅射金属电极,depo(material=al, thickness=3),30,保存输出文件,1D（） 保存任何X-Y分布的Dios变量 Save（）保存最终结构。,1d(file=final, xsection(0.1), spe(btot, ptot, netact), fac=-1, append=off) save(file=final,type=MDRAW),31,Mdraw在工艺仿真后对电极进行定义 定义结构
14、边界、掺杂、电极及网格优化，生成结构 输出“.dat“和“.grd“,器件描述,32,器件描述,33,器件描述,34,器件仿真,DESSIS是模拟半导体器件的电、热和光特性的器件和电路仿真器。它以半导体三大基本方程为基础、采用物理模型和数学方法来模拟器件和电路的特性。,35,器件仿真,传输模型： Drift-Diffusion Transport 耦合求解Poisson 方程和 载流子连续性方程； Thermodynamic Transport在Drift-Diffusion Transport model中添加电致热效应。 耦合求解Poisson 方程、载流子连续性方程以及晶格（载流子温度方
15、程）。载流子假定与晶格是热平衡的，故此模型可以用来模拟晶格自加热效应； Hydrodynamic Transport 尤其适合深亚微级尺寸的器件模拟在Drift-Diffusion Transport model 中分开添加载流子温度和晶格温度的计算项，考虑它们之间的热交换。耦合求解Poisson 方程、载流子连续性方程以及能量平衡方程； Monte Carlo Simulations 用单独的载流子特性取代载流子密度来模拟载流子的输运特性。 求解Boltzman输运方程，结果较为准确，但计算量大，耗时较长，收敛性较差。,36,器件仿真,主要物理模型载流子产生复合模型 Shockley-Rea
16、d-Hall复合模型 雪崩产生模型 Auger复合模型 迁移率模型 掺杂 电场 载流子间散射 能带结构模型 能带变窄,37,器件仿真,数值求解方法网格划分 三大方程离散化 耦合的非线性代数方程 非线性迭代方法求解 Gummels method 一般线性收敛 Newtons method 二次收敛，迭代次数少，精度高,38,文件结构工艺仿真结果导入/器件描述结果导入 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,器件仿真,39,器件仿真-输入命令,File section 定义输入输出文件Electrode section 指定电极Physics section 选择求解中需要定义的模型Plot section 指定输出Plot文件中所要求解的变量 Math section 选择求解半导体方程时所采用的算法Solve section 定义求解输出特性的步骤,
