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1、第九讲第九讲 半导体工艺模拟和器件仿真半导体工艺模拟和器件仿真 2014-07-14半导体工艺模拟和器件仿真课件ASIC芯片完整设计流程工艺设计工艺设计工艺模拟工艺模拟器件设计器件设计器件模拟器件模拟设计要设计要求求行为设计行为设计逻辑设计逻辑设计制版流片制版流片物理设计物理设计系统设计系统设计电路设计电路设计行为模拟行为模拟逻辑模拟逻辑模拟版图验证版图验证系统模拟系统模拟电路模拟电路模拟前端设计前端设计后端设计后端设计半导体工艺模拟和器件仿真课件目 录o半导体工艺o半导体器件测试o为什么要借助CAD软件进行工艺模拟和器件仿真oTCAD简介oSilvaco平台简介oDeckbuild简介oSi
2、lvaco文件类型及命令格式半导体工艺模拟和器件仿真课件半导体工艺薄膜生长工艺热氧化工艺淀积工艺光刻和刻蚀工艺掺杂工艺热扩散离子注入减薄及背面金属化半导体工艺模拟和器件仿真课件微电子芯片制造现场半导体工艺模拟和器件仿真课件微电子工艺线的空气处理系统结构图半导体工艺模拟和器件仿真课件半导体工艺_Bipolar工艺流程埋层氧化埋层氧化埋层光刻埋层光刻磷穿透光刻磷穿透光刻N型硅外延型硅外延下隔离扩散下隔离扩散磷穿透扩散磷穿透扩散上隔离光刻上隔离光刻上隔离扩散上隔离扩散低硼区光刻低硼区光刻低硼扩散低硼扩散埋层扩散埋层扩散下隔离光刻下隔离光刻浓硼区光刻浓硼区光刻浓硼扩散浓硼扩散引线孔光刻引线孔光刻铝电极
3、制备铝电极制备背面减薄背面减薄背面金属化背面金属化P型衬底型衬底芯片钝化芯片钝化基区光刻基区光刻基区扩散基区扩散发射区扩散发射区扩散发射区光刻发射区光刻半导体工艺模拟和器件仿真课件半导体工艺_CMOS工艺流程半导体工艺模拟和器件仿真课件半导体工艺_BCD工艺流程N+衬底准备衬底准备长挡避氧化层长挡避氧化层P_well套刻套刻P_well退火退火P_well注入注入场氧化场氧化Gate_oixde光刻光刻高压高压MOS栅氧栅氧Active光刻光刻/腐蚀腐蚀多晶氧化多晶氧化低压低压MOS栅氧栅氧淀积淀积PolyPoly光刻光刻/刻蚀刻蚀P_body退火退火ZP套刻套刻P_body注入注入P_bod
4、y套刻套刻NSD注入注入NSD套刻套刻ZP退火退火ZP注入注入SiO2增密增密淀积淀积SiO2PSD注入注入PSD套刻套刻淀积金属淀积金属Contact光刻光刻表面钝化表面钝化金属光刻金属光刻/腐蚀腐蚀背面金属化背面金属化衬底减薄衬底减薄TOPSIDE光刻光刻半导体工艺模拟和器件仿真课件半导体工艺_小结工艺过程较复杂；实际工艺中可视性不强；每一步工艺存在偏差都会导致“全盘皆输”；各工艺步骤都会耗费昂贵的原材料；基于实验开发新工艺需要较长的周期；工艺设备(尤其是光刻设备)成本较高。半导体工艺模拟和器件仿真课件半导体器件测试直流参数的测试需要用到稳压源、晶体管特性图示仪、万用表等。交流参数的测试需
5、要用到信号源、示波器等。特殊参数的测试热特性、抗辐射特性、极限参数等的测试需要更复杂的外围网络和更昂贵的仪器设备。半导体工艺模拟和器件仿真课件为什么要借助为什么要借助CAD软件进行工软件进行工艺模拟和器件仿真？艺模拟和器件仿真？半导体工艺模拟和器件仿真课件借助CAD软件的优点对于工艺可避免复杂的系统和高投入；每一步工艺的可视性强；开发周期短。对于测试可避免复杂的系统和高投入；可在工艺工程中进行分步测试；方便快捷。半导体工艺模拟和器件仿真课件TCAD简介定义TCADTechnology Computer Aided Design半导体工艺和器件的计算机辅助设计商用的TCAD工具：Silvaco公
6、司的Athena和AtlasAvanti公司的Tsuprem/MediciISE公司的Dios/Dessis半导体工艺模拟和器件仿真课件Silvaco平台简介简介提供了TCAD驱动的CAD环境，使半导体工艺可以给所有阶段的IC设计提供强大的动力；工艺模拟和器件仿真；SPICE模型的生成和开发；互连寄生参数的极其精确的描述；基于物理的可靠性建模以及传统的CAD；所有功能整合在同一的框架中，为工程师在完整的设计中任何阶段所做的更改而导致的性能、可靠性等效结果提供直接的反馈。半导体工艺模拟和器件仿真课件Silvaco仿真路线图半导体工艺模拟和器件仿真课件Silvaco软件架构半导体工艺模拟和器件仿真
7、课件Athena简介提供半导体工艺的数值和物理的二维模拟。模拟各项集成电路制造工艺，如：热扩散、离子注入、热氧化、薄膜淀积、刻蚀等。所有关键制造步骤的快速精确模拟，包括CMOS、Bipolar、SiGe、SOI、-、光电子器件以及功率器件技术。精确预测器件结构中的几何结构、掺杂剂量分配、应力等。半导体工艺模拟和器件仿真课件Athena的模块及功能半导体工艺模拟和器件仿真课件Athena输入/输出半导体工艺模拟和器件仿真课件主要工艺步骤Deposit-淀积Implant-注入Diffuse-扩散Oxide-氧化Etch-刻蚀OPTOLITH-光刻半导体工艺模拟和器件仿真课件Deposit参数设置
8、界面半导体工艺模拟和器件仿真课件Implant参数设置界面半导体工艺模拟和器件仿真课件Diffuse参数设置界面半导体工艺模拟和器件仿真课件Diffuse & Oxide参数设置界面半导体工艺模拟和器件仿真课件Etch参数设置界面半导体工艺模拟和器件仿真课件OPTOLITH参数定义定义掩膜结构曝光系统：角度、光线分布、范围成像控制：计算窗口，光强分布定义材料特性：衬底和光刻胶在特定波长的折射率光阻特性工艺过程坚膜(Bake)曝光(Expose)半导体工艺模拟和器件仿真课件Atlas简介能准确描述以物理学为基础的器件电学、光学和热学性能。解决芯片的成品率和工艺变动问题，对器件进行优化。包括CMO
9、S、Bipolar、高压功率器件、-、-、VCSEL、TFT、光电子、激光、LED、CCD、传感器、熔丝、NVM、铁电材料、SOI、Fin-FET、HEMT和HBT半导体工艺模拟和器件仿真课件Atlas模块及功能半导体工艺模拟和器件仿真课件Atlas输入/输出半导体工艺模拟和器件仿真课件Deckbuild简介文本输入窗口文本输入窗口仿真输出窗口仿真输出窗口菜单菜单执行按钮执行按钮半导体工艺模拟和器件仿真课件Deckbuild命令Extract命令语法： extract name parameters描述： 提取仿真中得到的相关信息示例： extract name=“j1 depth” xj m
10、aterial=“Silicon” mat.occno=1 x.val=0.1 junc.occno=1半导体工艺模拟和器件仿真课件Deckbuild命令GO命令语法： go | simflags=描述： 仿真器启用或切换，simflags指出仿真参数或程序版本示例： go atlas go atlas simflags=“-V 5.0.8.R”半导体工艺模拟和器件仿真课件Deckbuild命令SET命令语法： set = | nominal描述： 设置Tonyplot输出特定的结果或对全局的设置示例： set temp=1000 diffuse time=30 temp=$temp pres
11、s=1.0 Tonyplot structure.str set show.set半导体工艺模拟和器件仿真课件Deckbuild命令TONYPLOT命令语法： tonyplot -args描述： 将仿真时生成的临时文件或仿真结果显示出来示例： tonyplot overlay CV.log IV.log set show.set半导体工艺模拟和器件仿真课件Silvaco文件类型及命令格式文件类型*.in 输入文件，deckbuild界面调用*.str 结构文件，工艺仿真或器件编辑得到*.log 仿真结果文件，存储仿真结果*.set 显示设置文件，设置显示特定的内容*.lay 掩膜文件，光刻时导入掩膜信息其他文件还有：*.DAT、*.spec、*.opt 等半导体工艺模拟和器件仿真课件Silvaco文件类型及命令格式命令格式由command和parameter两部分组成 Command parameter1= parameter2= “n”代表数值，“c”代表字符串命令可简写，以不与其他简写相冲突为原则 如：DEPOSIT可简写为DEPO，不区分大小写 命令和参数之间用空格分开一行写不完的在行尾加“”“#”后是注释，仿真时不运行这一行的内容半导体工艺模拟和器件仿真课件
