艺及器件仿真工具Sentaurus优秀课件.ppt

倾斜7°角防止沟道效应，离子注入过深41艺及器件仿真工具Sentaurus优秀Source/Drain注入注入前注入以及退火后42艺及器件仿真工具Sentaurus优秀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1μm的部分被保护了下来mask name=contacts_mask left=0.2 right=1.0etch Aluminum type=anisotropic thickness=0.25 mask=contacts_mask etch Aluminum type=isotropic thickness=0.02 mask=contacts_mask43艺及器件仿真工具Sentaurus优秀翻转由于漏源对称，所以翻转，加快设计周期transform reflect left #TDRstruct smesh=n@node@注意：n@node@的用法！根据节点自动编号，            便于流程化操作44艺及器件仿真工具Sentaurus优秀NMOS结构45艺及器件仿真工具Sentaurus优秀NMOS结构46艺及器件仿真工具Sentaurus优秀TCAD概述T4 / MediciSentaurusISE Silvaco sprocesssdesdeviceTCAD*_fps.tdr*_fps.cmd*_bnd.tdr*.tdr*_msh.tdr*.plt*_dvs.cmd*_des.cmdWorkbench (SWB)47艺及器件仿真工具Sentaurus优秀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艺及器件仿真工具Sentaurus优秀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艺及器件仿真工具Sentaurus优秀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艺及器件仿真工具Sentaurus优秀SentaurusSE 3D图例Source (Drain)Drain (Source)SiO2Gate51艺及器件仿真工具Sentaurus优秀How to use SDE启动演示启动方式命令提示符下输入：sde52艺及器件仿真工具Sentaurus优秀How to use SDE(sdeio:read-tdr-bnd "n@node|sprocess@_bnd.tdr")(sdedr:define-submesh-placement "ExternalProfilePlacement_1" "ExternalProfileDefinition_1" "" "NoReplace")#t(sdedr:define-submesh "ExternalProfileDefinition_1" "n@node|sprocess@_fps.tdr""n@node|sprocess@_fps.tdr" 'w)#t53艺及器件仿真工具Sentaurus优秀How to use SDE54艺及器件仿真工具Sentaurus优秀How to generate 2D boundaries？SDE主窗口演示命令编辑器画图区55艺及器件仿真工具Sentaurus优秀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艺及器件仿真工具Sentaurus优秀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 ABAThe corresponding Scheme command is:(sdegeo:set-default-boolean￿“ABA”) 57艺及器件仿真工具Sentaurus优秀How to generate 2D boundaries？Selecting Materials for example, SiliconCreating Rectangular RegionsDraw > Create 2D Region > Rectangle, or click the corresponding toolbar button.Drag the pointer to draw a rectangle in the view window. The Exact Coordinates dialog box is displayed.Enter (-0.5 0.0), (0.5 1.0) in the corresponding fields and click OK.58艺及器件仿真工具Sentaurus优秀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艺及器件仿真工具Sentaurus优秀How to generate 2D boundaries？注意坐标轴方向-0.50.51X60艺及器件仿真工具Sentaurus优秀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)Edit>Separate LumpsThe corresponding Scheme command is:(sde:assign-material-and-region-names "all")61艺及器件仿真工具Sentaurus优秀How to generate 2D boundaries？Rounding Edges (侧墙磨边处理)Edit > ParametersDefine fillet-radius￿in￿the￿VariableVariable￿field￿and￿enter￿0.08￿for￿the￿ValueValue.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.Edit > Edit 2D > Fillet.Repeat the last two steps with the upper-right corner of the spacer.62艺及器件仿真工具Sentaurus优秀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艺及器件仿真工具Sentaurus优秀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一项只对一项只对￿定义3D contacts有效64艺及器件仿真工具Sentaurus优秀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艺及器件仿真工具Sentaurus优秀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艺及器件仿真工具Sentaurus优秀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艺及器件仿真工具Sentaurus优秀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)和和(-0.05 0.1)创造2个端点4/5The 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艺及器件仿真工具Sentaurus优秀How to generate 2D boundaries？4个contacts定义完毕69艺及器件仿真工具Sentaurus优秀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 > Delete RegionThe 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艺及器件仿真工具Sentaurus优秀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艺及器件仿真工具Sentaurus优秀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艺及器件仿真工具Sentaurus优秀How to generate 2D boundaries？保存器件结构.sat（SE特有）File > Save Mode保存器件结构.tdrThe 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艺及器件仿真工具Sentaurus优秀How to generating 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艺及器件仿真工具Sentaurus优秀How to generating 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艺及器件仿真工具Sentaurus优秀How to generating doping profiles解析掺杂Mesh > Define Ref/Eval Window > Line （基线）（基线）Enter (-0.8 0) for the start point and click OKEnter (-0.2 0) for the end point and click OK重复重复The corresponding Scheme command is:(sdedr:define-refinement-window "BaseLine.Source" "Line" (position -0.8 0.0 0.0) (position -0.2 0.0 0.0)) (sdedr:define-refinement-window "BaseLine.Drain" "Line" (position 0.2 0.0 0.0) (position 0.8 0.0 0.0)) (sdedr:define-refinement-window "BaseLine.SourceExt" "Line" (position -0.8 0.0 0.0) (position -0.1 0.0 0.0)) (sdedr:define-refinement-window "BaseLine.DrainExt" "Line" (position 0.1 0.0 0.0) (position 0.8 0.0 0.0))76艺及器件仿真工具Sentaurus优秀How to generating doping profiles解析掺杂Device > Analytic Profile Placement杂质为磷，选取高斯分布方式SourceExt和DrainExt形成LDD77艺及器件仿真工具Sentaurus优秀How to generating doping profiles保存掺杂分布.sat（SE特有）File > Save ModeThe corresponding Scheme command is:(sde:save-model “soifet_dop_sde”)需要?78艺及器件仿真工具Sentaurus优秀Generating Meshes网格策略主要步骤硅外延区域-精网格布置Mesh > Refinement Placement选择R.Siliconepi区域X方向，最大网格0.1最小0.005Y方向，最大0.0125最小0.005选择掺杂渐变函数79艺及器件仿真工具Sentaurus优秀Generating Meshes定义窗口（不能利用区域的时候）Mesh > Define Ref/Eval Window > Rectangle对channel和整体部分进行定义The corresponding Scheme command is:(sdedr:define-refinement-window "RefWin.all" "Rectangle" (position -0.5 1.0 0.0) (position 0.5 -0.2 0.0)) (sdedr:define-refinement-window "RefWin.Channel" "Rectangle" (position -0.1 0.0 0.0) (position 0.1 0.1 0.0))80艺及器件仿真工具Sentaurus优秀Generating Meshes利用定义好的窗口进行网络布置Mesh > Refinement PlacementRef/Win选择RefWin.allX方向，最大0.25最小0.1Y方向，最大0.25最小0.1较粗略的网格安排The corresponding Scheme command is:(sdedr:define-refinement-size "RefDef.all" 0.25 0.1 0.25 0.1) (sdedr:define-refinement-placement "PlaceRF.all" "RefDef.all" "RefWin.all")81艺及器件仿真工具Sentaurus优秀Multibox Mesh Strategy in Refinement Windows策略策略由于在某些应用中会需要用到逐渐变化的网格线的策略比如在MOS管沟道，尤其是Silicon-Oxide交界面处，需要密集的网格线以便于计算，而离该界面越远，需要的网格可以越宽松。

这样既可以省去CPU计算时间，又可以为器件结构带来精确计算具体步骤如下82艺及器件仿真工具Sentaurus优秀Generating Meshes Multibox Mesh StrategyMesh > Multibox Placement选取定义好的RefWin.Channel块X方向和Y方向的策略见图保存保存The corresponding Scheme command is:(sdedr:define-multibox-size "MB.Channel" 0.05 0.0125 0.025 1e-4 1 1.35) (sdedr:define-multibox-placement "PlaceMB.Channel" "MB.Channel" "RefWin.Channel")(sde:save-model “soifet_msh_sde”)83艺及器件仿真工具Sentaurus优秀Generating MeshesMeshing the Device Structure网格策略基本布置完成，仍然需要利用Meshing engine把网格建造出来步骤Mesh > Build Mesh-s （2D必须选）-F （产生.tdr）3D则用NOFFSET引擎SNMesh三角网格84艺及器件仿真工具Sentaurus优秀Generating MeshesMESH成果SDE查看Tecplot查看85艺及器件仿真工具Sentaurus优秀3D3D MOSFET86艺及器件仿真工具Sentaurus优秀TCAD概述T4 / MediciSentaurusISE Silvaco sprocesssdesdeviceTCAD*_fps.tdr*_fps.cmd*_bnd.tdr*.tdr*_msh.tdr*.plt*_dvs.cmd*_des.cmdWorkbench (SWB)87艺及器件仿真工具Sentaurus优秀Sentaurus Device Simulator内嵌一维、二维及三维器件物理特性模型仿真的方式主要是通过数值求解一维、二维或三维的半导体物理基本方程￿(泊松方程、连续性方程及运输方程)得到经工艺仿真而生成的或自定义的器件在有源或无源以及相应的外围电路作用下的电学参数和电学特性仿真对象多元化Sentaurus Device除了能实现传统的硅器件的仿真外，还可以进行光电器件、异质结器件、量子器件以及化合物半导体器件的物理特性模拟88艺及器件仿真工具Sentaurus优秀Sentaurus Device SimulatorSentaurus Device支持三种仿真类型：单器件型、单器件-电路型、多器件-电路型89艺及器件仿真工具Sentaurus优秀Sentaurus Device SimulatorSentaurus Device通过数值模拟和可视化的输出，可以得到器件在无源状态下的内部结构和器件物理特性参数如各区域内的电位、电场、杂质的纵向分布、横向分布及等位分布各区域内载流子寿命、迁移率及其与杂质浓度间的定量关系各区域内的电流密度、电子复合率与产生率的变化各区域内电场场强和内电势分布等数据!90艺及器件仿真工具Sentaurus优秀Sentaurus Device SimulatorSentaurus Device在保留经典器件物理特性模型基础上，又增加了许多小尺寸器件物理模型，以满足当前对纳米器件物理特性分析的技术需求有载流子隧道击穿模型包括直接隧道击穿热电子发射诱发的击穿非局域隧道击穿等这些模型的引入为分析各类小尺寸效应的特定成因和危害提供了有效的途径91艺及器件仿真工具Sentaurus优秀SentaurusD Examples晶体管CMOS图像传感器闪存SCR结构电流路径ESD92艺及器件仿真工具Sentaurus优秀Sentaurus DeviceFile{……}￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿定义器件结构的输入文件和输出文件的名称…………Thermode{……}￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿定义器件的电极温度￿￿(可以省略)…………Electrode{……}￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿定义器件的电极相关信息…………Physics{……}￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿定义器件过程中使用的物理模型…………Plot￿{……}￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿定义所有的计算变量…………Math{……}￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿定义DESSIS仿真时算法的设置…………Solve{……}￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿定义电压扫描，仿真电学特性￿…………93艺及器件仿真工具Sentaurus优秀File{…}Grid = “@tdr@”Parameters = “@parameters@”Output = “@log@”Current = “@plot@”Plot = “@tdrdat@”94艺及器件仿真工具Sentaurus优秀Electrode{…}*DC simulation   Electrode{   { Name="Anode"    Voltage=0.0  }   { Name="Cathode"     Voltage=0.0 }   }注意：电极的名称要和Structure Editor中定义的电极名称￿￿￿￿￿￿  完全一致！95艺及器件仿真工具Sentaurus优秀Physics{…}Physics{eQCvanDort    EffectiveIntrinsicDensity( OldSlotboom )        Mobility(      DopingDep      eHighFieldsaturation( GradQuasiFermi )      hHighFieldsaturation( GradQuasiFermi )      Enormal )   Recombination(      SRH( DopingDep ))           }}96艺及器件仿真工具Sentaurus优秀Plot{…}Plot{*--Density and Currents, etc   eDensity hDensity   TotalCurrent/Vector eCurrent/Vector hCurrent/Vector   eMobility hMobility   eVelocity hVelocity   eQuasiFermi hQuasiFermi*--Temperature    eTemperature Temperature * hTemperature*--Fields and charges   ElectricField/Vector Potential SpaceCharge*--Doping Profiles   Doping DonorConcentration AcceptorConcentration97艺及器件仿真工具Sentaurus优秀Plot{…}*--Generation/Recombination￿￿￿SRH Band2Band * Auger￿￿￿AvalancheGeneration eAvalancheGeneration hAvalancheGeneration*--Driving forces￿￿￿eGradQuasiFermi/Vector hGradQuasiFermi/Vector￿￿￿eEparallel hEparallel eENormal hENormal*--Band structure/Composition￿￿￿BandGap ￿￿￿BandGapNarrowing￿￿￿Affinity￿￿￿ConductionBand ValenceBand￿￿￿eQuantumPotential￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿}98艺及器件仿真工具Sentaurus优秀Math {…}Math {￿￿￿Extrapolate￿￿￿Iterations=20￿￿￿Notdamped =100￿￿￿RelErrControl￿￿￿ErRef(Electron)=1.e10￿￿￿ErRef(Hole)=1.e10￿￿￿BreakCriteria{ Current(Contact="Anode" AbsVal=1e-7) } }99艺及器件仿真工具Sentaurus优秀Solve{…}minstep的数值至少比initialstep少3个数量级 Solve {￿￿￿*- Build-up of initial solution:￿￿￿NewCurrentFile="init"￿￿￿Coupled(Iterations=100){ Poisson }￿￿￿Coupled{ Poisson Electron }￿￿￿*- Bias drain to target bias￿￿￿Quasistationary(￿￿￿￿￿￿InitialStep=0.01 Increment=1.35 ￿￿￿￿￿￿MinStep=1e-6 MaxStep=0.02￿￿￿￿￿￿Goal{ Name="Anode" Voltage= 20  }￿￿￿){ Coupled{ Poisson Electron } }}100艺及器件仿真工具Sentaurus优秀其他Sentuarus工具Noffset3D（3D网格引擎）101艺及器件仿真工具Sentaurus优秀Ligament-Flow用户交互式的工艺流程102艺及器件仿真工具Sentaurus优秀Ligament-layout103艺及器件仿真工具Sentaurus优秀Inspect104艺及器件仿真工具Sentaurus优秀Inspect105艺及器件仿真工具Sentaurus优秀Inspect106艺及器件仿真工具Sentaurus优秀Inspect107艺及器件仿真工具Sentaurus优秀Tecplot108艺及器件仿真工具Sentaurus优秀看电流流向109艺及器件仿真工具Sentaurus优秀Assignment用sprocess跑出一个NMOS管(提供cmd文件)用structure editor优化网格用sdevice跑出直流击穿电压(器件关断时，漏端扫直流电压，漏端漏电流刚大于等于1x10-7￿安培时的漏端电压为击穿电压)用Inspect观察漏端电压-电流曲线，从电压-电流曲线数据中得到精确的直流击穿电压值优化改进器件参数，使器件的直流击穿电压值提高20%以上110艺及器件仿真工具Sentaurus优秀谢谢！Q & A111艺及器件仿真工具Sentaurus优秀。