新一代工艺及器件仿真工具Sentaurus课件.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,新一代工艺及器件仿真工具Sentaurus,课程内容,Sentaurus TCAD,介绍与概述,Sentaurus Workbench,介绍与使用,Sentaurus Process Simulator,介绍与使用,Sentaurus Structure Editor,介绍与使用,Sentaurus Device Simulator,介绍与使用,Sentaurus,其他工具介绍,2,/110,TCAD,概述,什么是,TCAD,？,TCAD,计算机辅助技术,(Technology Computer Aided Design),Process Simulation,；,Device Simulation,TCAD,工具有哪些？,Sentaurus Workbench(SWB),Sentaurus Process(sprocess),Sentaurus Structure Editor(sde),Sentaurus Device(sdevice),Tecplot SV/Inspect,3,/110,Synopsys,公司简介,Synopsys,公司总部设在美国加利福尼亚州,Mountain View,，,有超过,60,家分公司分布在北美、欧洲与亚洲。,2002,年并购,Avant,公司后，,Synopsys,公司成为提供前后端完整,IC,设计方案的领先,EDA,工具供应商。,Sentaurus,是,Synopsys,公司收购瑞士,ISE(Integrated Systems Engineering),公司后发布的产品，全面继承了,ISE TCAD,Medici,和,Tsuprem4,的所有特性及优势。,4,/110,TCAD,概述,T4/Medici,Sentaurus,ISE,Silvaco,sprocess,sde,sdevice,TCAD,*_fps.tdr,*_fps.cmd,*_bnd.tdr,*.tdr,*_msh.tdr,*.plt,*_dvs.cmd,*_des.cmd,Workbench(SWB),5,/110,TCAD,概述,T4/Medici,Sentaurus,ISE,Silvaco,sprocess,sde,sdevice,TCAD,*_fps.tdr,*_fps.cmd,*_bnd.tdr,*.tdr,*_msh.tdr,*.plt,*_dvs.cmd,*_des.cmd,Workbench(SWB),6,/110,Sentaurus Workbench,介绍与使用,Getting Started,Creating Projects,Building Multiple Experiments,7,/110,Workbench,基于集成化架构模式来组织、实施,TCAD,仿真项目的设计和运行，为用户提供了图形化界面，可完成系列化仿真工具软件以及诸多,第三方工具,的运行，以参数化形式实现,TCAD,项目的优化工程。,SWB,的工具特征,8,/110,SWB,的工具特征,SWB,被称为“虚拟的集成电路芯片加工厂”,SWB,环境科集成,Synopsys,公司的系列化,TCAD,仿真工具，使用户在集成环境下实现,TCAD,仿真及优化。,SWB,基于现代实验方法学和现代实验设计优化的建模。用户可根据进程进行实验结果的统计分析、工艺及器件参数的优化。,SWB,支持可视化的流程操作，用户可方便地安排和检测仿真的动态过程。,9,/110,安装在,137,服务器下,利用,putty,软件在,137,中取得端口号：,vncserver geometry 1280,x,960,利用,VNC,软件登陆,137,服务器,Getting Started,10,/110,打开软件指令：,source/opt/demo/sentaurus.env,GENESISe&,重装,license,指令,su-,（进入,root,，密码向机房管理员索取）,/opt/sentaurus09/linux/bin/lmdown c/opt/license/synopsys.dat(,关闭,license),/opt/sentaurus09/linux/bin/lmgrd c/opt/license/synopsys.dat,（安装,license,）,exit(,退出,root,权限,),Getting Started,11,/110,Creating Projects,主菜单,仿真工具菜单,项目编辑环境,12,/110,Creating Projects,13,/110,新建文件夹和项目,Creating Projects,14,/110,构造仿真流程,SP,工艺仿真,SE,网格策略和电极定义,SD,器件特性仿真,SE,器件绘制以,网格定义,SD,器件特性仿真,Creating Projects,15,/110,Creating Projects,16,/110,Building Multiple Experiments,17,/110,Building Multiple Experiments,18,/110,Building Multiple Experiments,19,/110,Building Multiple Experiments,Parameter,在,cmd,文件中的定义与使用,:,20,/110,TCAD,概述,T4/Medici,Sentaurus,ISE,Silvaco,sprocess,sde,sdevice,TCAD,*_fps.tdr,*_fps.cmd,*_bnd.tdr,*.tdr,*_msh.tdr,*.plt,*_dvs.cmd,*_des.cmd,Workbench(SWB),21,/110,Sentaurus Process Simulator,Synopsys Inc.,的,Sentaurus Process,整合了：,Avanti,公司的,TSUPREM,系列工艺级仿真工具（,Tsuprem,，,Tsuprem,，,Tsuprem,只能进行一维仿真，到了第四代的商业版,Tsuprem4,能够完成二维模拟）,Avanti,公司的,Taurus Process,系列工艺级仿真工具；,ISE Integrated Systems Engineering,公司的,ISE TCAD,工艺级仿真工具,Dios,（二维工艺仿真）,FLOOPS-ISE,（三维工艺仿真）,Ligament,（工艺流程编辑）系列工具，将一维、二维和三维仿真集成于同一平台。,22,/110,Sentaurus Process,在保留传统工艺级仿真工具卡与命令行运行模式的基础上，又作了诸多重大改进：,增加、设置了一维模拟结果输出工具（,Inspect,）和二维、三维模拟结果输出工具（,Tecplot SV,）。,Inspect,提供了一维模拟结果的交互调阅。而,Tecplot SV,则实现了仿真曲线、曲面及三维等输出结果的可视化输出。（,ISE TCAD,的可视化工具,Inspect,和,tecplot,的继承）,增加、设置了模型参数数据库浏览器（,PDB,），为用户提供修改模型参数及增加模型的方便途径；,23,/110,Sentaurus Process,Sentaurus Process,还收入了诸多近代小尺寸模型。这些当代的小尺寸模型主要有：,高精度刻蚀模型及高精度淀积模型；,基于,Crystal-TRIM,的蒙特卡罗（,Monte Carlo,）离子注入模型、离子注入校准模型、注入解析模型和注入损伤模型；,高精度小尺寸扩散迁移模型等。,引入这些小尺寸模型，增强了仿真工具对新材料、新结构及小尺寸效应的仿真能力，适应未来半导体工艺技术发展的需求。,24,/110,Sentaurus Process,25,/110,Sentaurus Process,Print,（,Hello NMOS,！）,26,/110,Sentaurus Process,27,/110,关键词,SP,器件结构说明语句,region,：用于指定矩形网络中的矩形材料区域,Line,：用于定义器件的矩形区域网格,Grid,：执行网络设置的操作命令,Doping,：定义分段的线性掺杂剖面分布,Refinebox,：设置局部网格参数，并使用,MGOALS,库执行网络细化,Contact,：设置器件仿真需要的电极结构信息。,SP,的工艺步骤说明语句,Deposit,：淀积语句,Diffuse,：高温热扩散与高温氧化,Photo,：光刻胶,Mask,：定义掩膜光刻和离子注入所需要的掩膜类型,Etch,：刻蚀,Strip,：剥离,Implant,：实现离子注入仿真的语句,28,/110,定义,2D,器件区域,#Hello NMOS,Graphics on,line x location=0.0 spacing=1.0,tag,=SiTop,line x location=50.0 spacing=10.0,line x location=0.5 spacing=50.0,line x location=2.0 spacing=0.2,line x location=4.0 spacing=0.4,line x location=10.0 spacing=2.0,tag,=SiBottom,line y location=0.0 spacing=50.0,tag,=Mid,line y location=0.40 spacing=50.0,tag,=Right,Initial 2D grid.,29,/110,region silicon xlo=SiTop xhi=SiBottom ylo=Mid yhi=Right,init concentration=1.0e+15 field=Phosphorus wafer.orient=100,（,N,形衬底）,仿真区域初始化,Boron,注入,implant Boron dose=2.0e13 energy=200 tilt=0 rotation=0,implant Boron dose=1.0e13 energy=80 tilt=0 rotation=0,implant Boron dose=2.0e12 energy=25 tilt=0 rotation=0,（,P,阱）,常见掺杂杂质,N,型：,Phosphorus,、,Arsenic,P,型：,Boron,30,/110,生长栅氧化层,min.normal.size,用来指定边界处的网格间距，离开表面后按照,normal.growth.ratio,确定的速率调整，,accuracy,为误差精度。,mgoals on min.normal.size=1 max.lateral.size=2.0 normal.growth.ratio=1.4 accuracy=2e-5,#-Note:accuracy needs to be much smaller than min.normal.size,diffuse temperature=850 time=10.0 O2,生长多晶硅,deposit poly type=anisotropic thickness=0.18,（各向异性）,mask name=gate_mask left=-1 right=90,etch poly type=anisotropic thickness=0.2 mask=gate_mask,etch oxide type=anisotropic thickness=0.1,31,/110,注意点,掩膜版使用前必须要先定义，,mask,Etch,命令用来去除没有光刻胶保护的材料,多晶硅的二次氧化,为减小多晶硅栅表面的应力，需要再多晶硅上生长一层薄氧化层,diffuse temperature=900 time=10.0 O2 pressure=0.5 mgoals.native,默认,pressure,为,1atm,。,Mgoals.native,表示自动采用,MGOALS,对这层进行网格分布,32,/110,Mgoals.native,33,/110,保存结构文件,Sentaurus Process,中使用,struct,命令来保存结构文件，同样可以使用,Tecplot SV,来调阅结构文件。保存格式有,TDR,和,DF-ISE,，这里使用,TDR,格式来保存,struct tdr=NMOS4,34,/110,refinebox silicon min=0.0 0.05 max=0.1 0.12 xrefine=0.01 0.01 0.01 yrefine=0.01 0.01 0.01 add,refinebox remesh,LDD,和,Halo,（晕环）注入前网格的细化,min,和,max,定义,refinebox,的范围,Xrefine,和,yrefine,定义,refinebox,的网格细化规则,The first number specifies the spacing at the top or left side of the box,the second number defines the spacing in the center,and the last one at the bottom or right side of the box.,35,/110,LDD,和,Halo,（晕环）注入,LDD,注入形成,N-,区域，为了有效抑制热载流子效应,Halo,注入目的是在源漏的边缘附近形成高浓度的硼掺杂区域，用来有效抑制有可能发生的短沟道效应,implant Arsenic dose=4e14 energy=10 tilt=0 rotation=0,（,注入角、旋转角,）,implant Boron dose=0.25e13 energy=20,tilt=30 rotation=0,implant Boron dose=0.25e13 energy=20,tilt=30 rotation=90,implant Boron dose=0.25e13 energy=20,tilt=30 rotation=180,implant Boron dose=0.25e13 energy=20,tilt=30 rotation=270,diffuse temperature=1050 time=5.0,36,/110,LDD,和,Halo,（晕环）注入,LDD,Halo,制备前,37,/110,侧墙制备,制备过程：,在整个结构上淀积一层均匀的氧化硅层及氮化硅层设置,type=isotropic,保证生长速率的各向同性随后，将淀积的氧化层和氮化硅层刻蚀掉刻蚀仅在垂直方向进行，则淀积在栅区边缘的材料并未被腐蚀掉，形成侧墙，以此作为源,/,漏注入时的掩膜,deposit oxide type=isotropic rate=1 time=0.005,deposit nitride type=isotropic thickness=60,etch nitride type=anisotropic thickness=84,etch oxide type=anisotropic thickness=10,struct tdr=SP,各相同性淀积,各相异性刻蚀,38,/110,制备结果,39,/110,Source/Drain,注入前网格再细化,refinebox silicon min=0.04 0.05 max=0.18 0.4,xrefine=0.01 0.01 0.01 yrefine=0.05 0.05 0.05 add,refinebox remesh,40,/110,Source/Drain,注入,implant Arsenic dose=5e15 energy=40,tilt=7 rotation=-90,diffuse temperature=1050 time=10.0,struct tdr=SDim,为了确保,source,和,drain,区域较低的电阻率，采用高剂量（,5e15cm,-2,）。倾斜,7,角防止沟道效应，离子注入过深,41,/110,Source/Drain,注入,注入前,注入以及退火后,42,/110,接触孔,Isotropic,（各向同性）,刻蚀是为了把残留的金属刻蚀干净,deposit Aluminum type=isotropic thickness=30,#0.2,到,1m,的部分被保护了下来,mask name=contacts_mask left=0.2 right=1.0,etch Aluminum type=anisotropic thickness=0.25 mask=contacts_mask,etch Aluminum type=isotropic thickness=0.02 mask=contacts_mask,43,/110,翻转,由于漏源对称，所以翻转，加快设计周期,transform reflect left,#TDR,struct smesh=nnode,注意：,nnode,的用法！根据节点自动编号，,便于流程化操作,44,/110,NMOS,结构,45,/110,NMOS,结构,46,/110,TCAD,概述,T4/Medici,Sentaurus,ISE,Silvaco,sprocess,sde,sdevice,TCAD,*_fps.tdr,*_fps.cmd,*_bnd.tdr,*.tdr,*_msh.tdr,*.plt,*_dvs.cmd,*_des.cmd,Workbench(SWB),47,/110,Structure Editor,的重要性,网格设置对方程,(x-2)2=0,的数值解的影响,48,/110,Sentaurus Structure Editor,SDE,是,Synopsys,Inc.TCAD Sentaurus,系列工具中新增加的、具有器件结构编辑功能的集成化,TCAD,器件结构生成器。可与,sprocess,联用，弥补各自的不足。,在图形化用户界面（,GUI-Graphic User Interface,）下，交互可视地生成、编辑器件结构。,也可以在批处理命令模式下使用脚本语言来创建器件的结构设计。,系统的图形用户界面（,GUI,）与批处理命令脚本模式是可逆的,可视化的器件结构与参数化的器件结构相对应,49,/110,Sentaurus Structure Editor,包含以下几个工具模块：,二维器件编辑（,Device Editor,）模块,三维器件编辑（,Device Editor,）模块,Procem,三维工艺制程仿真模块,具有的主要特征如下：,具有优秀的几何建模内核，为创建可视化模型提供了保障,拥有高质量的绘图引擎和图形用户界面（,GUI,）,共享,DFISE,和,TDR,输入和输出的文件格式,50,/110,SentaurusSE 3D,图例,Source(Drain),Drain(Source),SiO2,Gate,51,/110,How to use SDE,启动演示,启动方式,命令提示符下输入：,sde,52,/110,How to use SDE,(sdeio:read-tdr-bnd nnode|sprocess_bnd.tdr),(sdedr:define-submesh-placement ExternalProfilePlacement_1 ExternalProfileDefinition_1 NoReplace),#t,(sdedr:define-submesh ExternalProfileDefinition_1 nnode|sprocess_fps.tdrnnode|sprocess_fps.tdr w),#t,53,/110,How to use SDE,54,/110,How to generate 2D boundaries,？,SDE,主窗口,演示,命令编辑器,画图区,55,/110,How to generate 2D boundaries,？,To start a new object and discard all objects that have been previously defined,File,New,or Ctrl+N,or click the corresponding toolbar button.,The corresponding Scheme command is:,(sde:clear),56,/110,How to generate 2D boundaries,？,开启准确坐标模式,为了能准确定义器件的坐标,Boolean ABA,The corresponding Scheme command is:,(sdegeo:set-default-boolean“ABA”),57,/110,How to generate 2D boundaries,？,Selecting Materials,for example,Silicon,Creating Rectangular Regions,DrawCreate 2D RegionRectangle,or click the corresponding toolbar button.,Drag the pointer to draw a rectangle in the view window.TheExact Coordinatesdialog box is displayed.,Enter(-0.5 0.0),(0.5 1.0)in the corresponding fields and clickOK.,58,/110,How to generate 2D boundaries,？,Creating Other Revice Rectangular Regions,做什么用？,顺序能换吗？,The corresponding Scheme command is:,(sdegeo:create-rectangle(position-0.5 0.0 0.0)(position 0.5 1.0 0.0)Silicon region_1),(sdegeo:create-rectangle(position-0.2-40e-4 0.0)(position 0.2 0.0 0.0)SiO2 region_2),(sdegeo:create-rectangle(position-0.2-0.2 0.0)(position 0.2-40e-4 0.0)Si3N4 region_3),(sdegeo:create-rectangle(position-0.1-0.2 0.0)(position 0.1-40e-4 0.0)PolySilicon region_4),(sdegeo:create-rectangle(position-0.5 0.1 0.0)(position 0.5 0.2 0.0)SiO2 region_5),59,/110,How to generate 2D boundaries,？,注意坐标轴方向,-0.5,0.5,1,X,60,/110,How to generate 2D boundaries,？,分块处理,(,需要对不同区域进行不同处理，比如大块的,Si),EditSeparate Lumps,The corresponding Scheme command is:,(sde:assign-material-and-region-names all),61,/110,How to generate 2D boundaries,？,Rounding Edges(,侧墙磨边处理,),Edit Parameters,Define,fillet-radius,in the,Variable,field and enter0.08for the,Value,.,Click,Set,and then click,Close,.,Click the,Selection,Level,list and select,Select,Vertex,.,Click the,Aperture,Select,button in the toolbar.,Click the upper-left corner of the spacer to highlight the vertex.,EditEdit 2DFillet.,Repeat the last two steps with the upper-right corner of the spacer.,62,/110,How to generate 2D boundaries,？,Rounding Edges(,侧墙磨边处理,),The corresponding Scheme command is:,(sde:define-parameter fillet-radius 0.08 0.0 0.0),(sdegeo:fillet-2d(find-vertex-id(position-0.2-0.2 0.0)fillet-radius),(sdegeo:fillet-2d(find-vertex-id(position 0.2-0.2 0.0)fillet-radius),63,/110,How to generate 2D boundaries,？,定义,Contacts,Contacts,Contact Sets,.The,Contact Sets,dialog box is displayed.,定义,contacts,属性,.,在,Contact Name,中输入名字,.,在,Edge Color,中给,contact,赋,RBG,颜色；,也可以修改,Edge Thickness,值用来区分,contact,；,Face Pattern,一项只对,定义,3D contacts,有效,64,/110,How to generate 2D boundaries,？,定义,Contacts,点击,Set,增加,已经定义好的,Contact,.,重复操作,Close,为什么要定义电极,The corresponding Scheme command is:,(,sdegeo:define-contact-set source 4.0(color:rgb 1.0 0.0 0.0)#)(sdegeo:define-contact-set drain 4.0(color:rgb 0.0 1.0 0.0)#)(sdegeo:define-contact-set gate 4.0(color:rgb 0.0 0.0 1.0)#)(sdegeo:define-contact-set substrate 4.0(color:rgb 1.0 1.0 0.0)#)(sdegeo:define-contact-set bodytie 4.0(color:rgb 1.0 0.0 1.0)#),65,/110,How to generate 2D boundaries,？,将已经定义好的,Contacts,设置到边界上,Contacts,Contact Sets,.The,Contact Sets,dialog box is displayed.,在已经定义好的库中，选择需要的,contact,，比如,source,点击,Activate,激活被选中的,contact,其他类似操作,66,/110,How to generate 2D boundaries,？,将已经定义好的,Contacts,设置到边界上,用选择边界工具选中边界,Contacts,Set Edge(s),（,3/5,）,The corresponding Scheme command is:,(sdegeo:define-2d-contact(find-edge-id(position-0.4 0.0 0.0)source)(sdegeo:define-2d-contact(find-edge-id(position 0.4 0.0 0.0)drain)(sdegeo:define-2d-contact(find-edge-id(position 0.0 1.0 0.0)substrate),67,/110,How to generate 2D boundaries,？,Adding Vertices,Draw,Add Vertex,or click the corresponding toolbar button.,Exact Coordinates,对话出现,输入,(-0.1 0.1,),和,(-0.05 0.1),创造,2,个端点,4/5,The corresponding Scheme command is:,(sdegeo:insert-vertex(position-0.10 0.1 0.0),(sdegeo:insert-vertex(position-0.05 0.1 0.0),(sdegeo:define-2d-contact(find-edge-id(position-0.07 0.1 0.0)bodytie),68,/110,How to generate 2D boundaries,？,4,个,contacts,定义完毕,69,/110,How to generate 2D boundaries,？,如何定义一个区域为,contact,选择方式为,Body,Contacts,Set Region Boundary Edges,Edit,2D Edit Tools,D,elete Region,The corresponding Scheme command is:,(sdegeo:set-current-contact-set gate),(sdegeo:set-contact-boundary-edges,(find-body-id(position 0.0-0.1 0.0),(sdegeo:delete-region(find-body-id(position 0.0-0.1 0.0),70,/110,How to generate 2D boundaries,？,区域重命名,默认区域名字一般为,region_1,或者,region_1_lump,，不适合后期进行掺杂或者网格定义等操作,步骤：,选取方式为,Body,选择区域,Edit,Change Region Name,完成命名规则化,71,/110,How to generate 2D boundaries,？,卡命令,-R,代表,Region,为了能查看刚改的区域命名情况,The corresponding Scheme command is:,(sde:add-material(find-body-id(position 0.0 0.8 0.0)Silicon R.Substrate)(sde:add-material(find-body-id(position 0.0 0.15 0.0)SiO2 R.Box),(sde:add-material(find-body-id(position 0.0 0.05 0.0)Silicon R.Siliconepi)(sde:add-material(find-body-id(position 0.0-20e-4 0.0)SiO2 R.Gateox)(sde:add-material(find-body-id(position-0.15-0.1 0.0)Si3N4 R.Spacerleft)(sde:add-material(find-body-id(position 0.15-0.1 0.0)Si3N4 R.Spacerright),The corresponding Scheme command is:,(sde:showattribs all),改名,72,/110,How to generate 2D boundaries,？,保存器件结构,.sat,（,SE,特有）,File Save Mode,保存器件结构,.tdr,The corresponding Scheme command is:,(sde:save-model soifet_bnd),The corresponding Scheme command is:,(sdeio:save-tdr-bnd(get-body-list)soifet_bnd.tdr),73,/110,How to g,enerating doping profiles,硅衬底掺杂,Device,Constant Profile Placement,材料选择硅,选择,常数掺杂,掺杂杂质为,boron,，浓度为,1e15,点击,Add/Change Placement,Close,The corresponding Scheme command is:,(sdedr:define-constant-profile Const.Silicon BoronActiveConcentration 1e+15)(sdedr:define-constant-profile-material PlaceCD.Silicon Const.Silicon Silicon),74,/110,How to g,enerating doping profiles,硅外延掺杂,Device,Constant Profile Placement,选择区域名为,R.Siliconepi,掺杂杂质为,boron,，浓度为,1e17,点击,Add/Change Placement,Close,The corresponding Scheme command is:,(sdedr:define-constant-profile Const.Epi BoronActiveConcentration 1e17)(sdedr:define-constant-profile-region PlaceCD.Epi Const.Epi R.Siliconepi),75,/110,How to g,enerating doping profiles,解析掺杂,Mesh,Define Ref/Eval Window,Line,（基线）,Enter(-0.8 0)for the start point