第4章 工艺及器件仿真工具ISE-TCAD

第4章工艺及器件仿真工具ISE-TCAD2020/1/312/102本章内容•ISE-TCAD简介•工具流程平台GENESISe•工艺仿真以及网格优化工具–2D工艺仿真工具DIOS–2D网格优化工具MDRAW•器件仿真工具–2D&3D器件仿真工具DESISS浙大微电子2020/1/313/102本章内容•ISE-TCAD简介•工具流程平台GENESISe•工艺仿真以及网格优化工具–2D工艺仿真工具DIOS–2D网格优化工具MDRAW•器件仿真工具–2D&3D器件仿真工具DESISS浙大微电子2020/1/314/102ISE-TCAD简介工艺和器件仿真工具ISE-TCAD是瑞士ISE（IntegratedSystemsEngineering）公司（2004年被Synopsys公司收购）开发的DFM（DesignForManufacturing）软件。ISE-TCAD是一种建立在物理基础上的数值仿真工具，它既可以进行工艺流程仿真和器件描述，也可以进行器件仿真、电路性能仿真以及电缺陷仿真等，其产品包括完整的工艺及器件模拟工具。浙大微电子2020/1/315/102ISE-TCAD特点具有友好的图形交互界面，容易上手；可以准确快捷地仿真传统半导体工艺流程和相应器件；对于各种新兴及特殊器件（如深亚微米器件、绝缘硅SOI、SiGe器件、应力硅器件、异质结、光电子器件、量子器件及纳米器件等）也可以进行精确有效的仿真模拟。浙大微电子2020/1/316/102平台整合工具－GENESISe，OptimISE，LIGAMENT工艺仿真工具－DIOS，FlOOPS-ISE器件创建与网格优化工具－MDRAW，MESH，DEVISE，DIP器件模拟工具－DESSIS，CompactModels数据输出与显示工具－INSPECT，Tecplot-ISE电磁模拟工具－EMLAB，TED浙大微电子2020/1/317/102工艺及器件仿真流程典型器件设计流程（GENESISe工具流程平台）：利用工艺仿真（DIOS）创建器件结构使用MDRAW等软件进行器件网格和掺杂的定义与细化使用器件仿真软件（DESSIS）进行器件特性仿真使用Tecplot-ISE软件观察仿真输出结果，二维、三维绘图及参数提取使用INSPECT软件显示电学参数曲线绘制与分析注：不使用工艺仿真，直接利用MDRAW等工具创建器件结构（掺杂和网格）也是可以的。浙大微电子2020/1/318/102典型工艺与器件仿真流程图**_dio.cmd**.tl1DIOS**_dio.out**_dio.dat.gz**_dio.grd.gz**_mdr.bnd**_mdr.cmd浙大微电子2020/1/319/102本章内容•ISE-TCAD简介•工具流程平台GENESISe•工艺仿真以及网格优化工具–2D工艺仿真工具DIOS–2D网格优化工具MDRAW•器件仿真工具–2D&3D器件仿真工具DESISS浙大微电子2020/1/3110/102工具平台GENESISe简介GENESISe是ISE-TCAD模拟工具的用户图形界面，为设计、组织和运行ISE-TCAD工具模拟项目提供一个良好的模拟环境。通过GENESISe可以将众多工具良好衔接起来，然后自动执行参数化的模拟项目，从而免除了用户进行命令行输入等繁琐步骤。运行启动：用自己的帐号登录到10.13.83.131\134\136\137运行命令：source/opt/demo/tcad.env运行命令：GENESISe&浙大微电子2020/1/3111/102浙大微电子2020/1/3112/102本章内容•ISE-TCAD简介•工具流程平台GENESISe•工艺仿真以及网格优化工具–2D工艺仿真工具DIOS–2D网格优化工具MDRAW•器件仿真工具–2D&3D器件仿真工具DESISS浙大微电子2020/1/3113/102DIOS简介DIOS能使用各种工艺模型仿真完整的制造工艺步骤，包括刻蚀、淀积、离子注入、扩散和氧化，既有一维的，也有二维的。它的有些模块功能还支持三维。DIOS软件的输入既可以在命令窗口键入命令，也可以写在一个命令描述文件中。另外一个特殊的输入还包括PROLYT版层次的文件。其中包括详细的不同版层的几何信息。提供一些可以选择的控制命令，比如物理模型、参数、网格布局和图形输出参数选择。注：DIOS命令文件的输入语言不区分字母的大小写，不过，文件名和电极接触点名是区分大小写的。浙大微电子2020/1/3114/102DIOS仿真命令初始化命令工艺仿真命令文件保存与输出命令END浙大微电子2020/1/3115/102初始化命令Title(…)命令Title命令是总是出现在DIOS输入文件的最开始的地方，用来对仿真进行初始化。必须！Title(“simplenmos”，MAXV，NewDiff，SiDiff)这条命令对仿真进行了初始化，并把图形窗口命名为“simplenmos”•其中MAXV定义仿真中网格点最大数，一般不定义•NewDiff=1/on（default）表示所有层次都定义网格和掺杂•SiDiff=1/on（default）表示仅在硅中进行扩散，多晶硅掺杂是均的，以节约仿真时间。如果涉及钝化过程中有偏析效应，则应选SiDiff=0/off。浙大微电子2020/1/3116/102Grid（）定义器件的结构初始化网格GRID(X(0.0,0.4),Y(-10.0,0.0),Nx=2)定义网格点和区域，参数Nx=2定义了所包含三角形为2个浙大微电子2020/1/3117/102Replace（）对定义的网格进行调整，指定网格的调整标准Replace(Control(MaxTrl=6,RefineBoundary=-6，RefineGradient=-5,RefineMaximum=0,RefineJunction=-3))•MaxTrl=n：表示三角形最大的优化级别，默认值：4•RefineBoundary=n：表示边界网格最大的优化级别•RefineGradient=n：表示最大的掺杂梯度优化级别•RefineMaximum=n：表示掺杂浓度最大处的优化级别•RefineJunction=n：表示PN结处网络的优化级别浙大微电子以上四个参数中n值为负表示以MaxTrl参数的值为参照标准，n值为正表示不受MaxTrl参数的限制。2020/1/3118/102Substrate(...)定义硅衬底的晶向和掺杂Substrate(ELEM=B,CONC=5.0e15,ORIEN=100，YS=0.0)该命令定义了•硅衬底的掺杂剂ELEMent为B（default）；•掺杂浓度CONCentration为5.0E15atoms/cm3；•如用衬底的电阻率数据可用参数RHO（单位：Ω·cm）。•Y轴方向衬底表面YSubs的坐标0.0（default）；•衬底表面晶向ORIENtation是（100）（default）浙大微电子2020/1/3119/102工艺仿真命令Mask(...)仿真中所要用到的掩膜板进行仿真，以及完成掩膜板形成图案的沉积。Mask(Material=Resist,Thickness=800nm,XLeft=0.1,XRight=0.3)Mask(Material=Po,Element=P,Concentration=3e19,Thickness=180nm,X(0.2,0.4))Mask定义的另外一种方式是通过mask文件Mask(Material=Resist,Thickness=1.0um,File=ggnmos.pl1,mask=STI)浙大微电子2020/1/3120/102Implant(...)对离子注入进行仿真在命令中注入的杂质类型、注入能量和注入剂量必须用相关参量详细指定。Implant(Element=As,Dose=1.0e14,Energy=300kev,Tilt=0°,Rotation=-90°,Function=CrystalTrim)•默认Tilt=7°,Rotation=-90°•Function参数定义注入后垂直方向的分布函数。•允许用户选择使用“分析注入”还是“MonteCarlo注入”分析注入：Function=Guass｜Pearson｜P4｜JHG｜GK｜…MonteCarlo注入：Function=CrystalTrim｜NewCrystalTrim｜PointResponse浙大微电子2020/1/3121/102Diffusion(...)用来对器件制做工艺中所有高温步骤进行仿真的命令。包括：热退火、氧化、外延层的生长和硅化物的生长。DIFFusion(ModDiff=……)•其中：ModDiff是选择扩散模型，可以选择的有：–Conventional、–Equilibrium、–LooselyCoupled、–SemiCoupled、–PairDiffusion等。•对于退火工艺的话,在Diffusion命令中的参数还应包括:扩散时间(Time),扩散温度(Temperature);浙大微电子2020/1/3122/102•对于氧化工艺步骤的话,在Diffusion命令中的参数还应包括:通入的气体种类(Atom),温度,时间,速率等可调节的参数。Diffusion(Atmosphere=Epitaxy,Time=1.0,Temperature=1050℃,GrowthRate=1000nm/s,Element=Ge,Concentration=1.0e20）浙大微电子2020/1/3123/102Deposit(...)该命令是用来沉积物质层的。用于各向同性或异性沉积、表面平整化、选择性沉积以及化学机械抛光。Deposit(Material=Po,Thickness=0.2um,Element=P,Conc=3.0e19)(defaultLPCVDisotropic600℃)Deposit(Material=OX,DType=Fill，YFill=2.0um)•该命令用以仿真化学机械抛光。“Fill”表示平整化，Deposit(Material=Si,Selection=OnlySiPo,THick=50nm,ELEM=P,CONC=1E14)浙大微电子2020/1/3124/102•该命令用以仿真选择性沉积Selection=AllSiPoDepositcrystallineSioncrystallineSi;Polysilicononallothermaterials.Selection=OnlySiPoDepositcrystallineSionSi,PoonPo,andnodepositiononallothermaterials.Selection=AllDepoMat(default)浙大微电子2020/1/3125/102Etching(...)用来仿真刻蚀Etching(Material=n,Time=n,Remove=n,Rate(Iso/Aniso=n)，over=n,stop=n)Etching(Material=OX,Remove=0.08,Over=0)−湿法刻蚀SiO20.08um−过刻蚀率为0（default10%）Etching(Material=Po,stop=oxgas,rate(aniso=100))−各向异性刻蚀Poly−刻蚀停止在SiO2界面处−刻蚀速率为100nm/min，严格地垂直向下刻蚀。浙大微电子2020/1/3126/102文件保存与输出Save(...)保存器件的最终结构save(file='process3',type=MDRAW,synonyms(po=metal,al=metal)contacts(contact1(name=pwell,1,0.5)contact2(name=s