2-TCAD基础知识

主要内容Page2第一部分TCAD基本概念第二部分工艺仿真介绍第三部分器件仿真介绍第四部分器件——电路混合仿真介绍1TCAD基本概念Page3第一部分第二部分工艺仿真介绍第三部分器件仿真介绍第四部分器件——电路混合仿真介绍TCAD基本概念1.1.1TCAD基本概念－TCAD•TCAD：TechnologyComputerAidedDesign，指半导体工艺模拟以及器件模拟工具•工艺仿真：所有关键制造步骤的模拟（注入，扩散，刻蚀，淀积，氧化，光刻）•器件仿真：二维和三维模式下的电学、热学和光学特性；模拟直流，交流，和时域响应Page41.1.2TCAD基本概念－数值计算•数值计算：借助计算机的数值求解•求解对象：物理模型方程和经验公式•关键：算法选择Page51.1.3TCAD基本概念－网格计算•网格计算：将半导体仿真区域划分成网格，在网格点处计算出希望得到的特性•有限元思想•GTO网格•关键：网格疏密网格比例Page61.1.4TCAD基本概念－基于物理的计算•基于物理的计算：计算时采用的方程是有物理意义的•工艺，扩散模型、刻蚀模型、离子注入模型…•器件，基本半导体方程：泊松方程；载流子连续性方程；传输方程（漂移—扩散传输模型和能量平衡传输模型）；位移电流方程…载流子统计的基本理论：费米—狄拉克统计理论；波尔兹曼统计理论；状态有效密度理论；能带理论；禁带变窄理论…•关键：模型及其参数的选择Page71.2TCAD的意义•TCAD仿真是理论性的实验，可以缩短开发周期、降低成本•TCAD更突出使用者的半导体工艺、器件和电路的理论水平，实践经验和分析能力•使用TCAD能有效提高设计能力Page81.3SilvacoTCAD框架•ProcessSimulation3D-VICTORYPROCESS，VICTORYCELL；2D-ATHENA，SSuprem4，MCImplant，Elite，MCDeposit/Etch，Optolith；1D-ATHENA1D，SSuprem3；•DeviceSimulation3D-VICTORYDEVICE，Device3D，Giga3D，Luminous3D，Quantum3D，TFT3D，Magnetic3D，Thermal3D，MixedMode3D2D-ATLAS，S-pisces，Blaze，MCDevice，Giga，MixedMode，Quantum，Ferro，Magnetic，TFT，LED，Luminous，Laser，VCSEL，OrganicDisplay，OrganicSolar，Noise，Mercury；•InteractiveToolsDeckBuild，Maskviews，DevEdit，Tonyplot，Tonyplot3D；•VirtualWaferFabPage91.4SilvacoTCAD培训的主要内容•工艺仿真，ATHENA及其子模块•器件仿真，ATLAS及其子模块（电路仿真的MixedMode）Page10SilvacoTCADATHENASSuprem4Elite…ATLASS-PiscesMixedMode…VWF2工艺仿真介绍Page11第一部分TCAD基本概念第二部分第三部分器件仿真介绍第四部分器件——电路混合仿真介绍工艺仿真介绍2.1工艺仿真功能•所有关键制造步骤的快速精确的模拟，包括CMOS，bipolar，SiGe，SOI，III-V，光电子学以及功率器件技术•精确预测器件结构中的几何结构，掺杂剂量分配和应力•优化半导体工艺，达到速度、产量、击穿、泄漏电流和可靠性的最佳结合Page122.2工艺仿真器ATHENA的主要模块Page13SSuprem4二维核心工艺仿真器MCImplant蒙托卡诺离子注入仿真器Elite先进的刻蚀和淀积仿真器MCDeposit/Etch二维蒙托卡诺淀积和刻蚀仿真器Optolith二维光学光刻仿真器2.3工艺仿真示例1•典型的90nmCMOS工艺流程仿真Page142.3工艺仿真示例2•沟槽栅IGBT工艺仿真动画Page152.4工艺仿真参数•手册（模型、参数说明、语法）X:\sedatools\lib\athena\5.20.0.R\docs\athena_users1.pdf•模型及参数文件X:\sedatools\lib\athena\5.20.0.R\commonathenamod（工艺模型及参数）implant-tables（离子注入统计参数）models（杂质分凝系数和固溶度）SCI（书写规范）Page163器件仿真介绍Page17第一部分TCAD基本概念第二部分工艺仿真介绍第三部分第四部分器件——电路混合仿真介绍器件仿真介绍3.1器件仿真的功能•模拟半导体器件的电学、光学和热学行为而无需昂贵的分批实验•分析以硅元素为基础的高级材料，在二维和三维模式下的直流、交流和时域响应•解决成品率和工艺变动问题，优化组合速度、功率、密度、故障、泄漏、发光度、或可靠性Page183.2器件仿真器ATLAS的主要模块Page19S-PiscesBlazeMCDeviceGigaLuminousLaserQuantumFerro3.3.1器件仿真示例•击穿研究方法，分析临界击穿时的结构中的物理信息Page20击穿特性曲线，击穿电压4500V在电压4500V的结构中截取两条线进行比较Cutline2Cutline13.3.1器件仿真示例•寻找电场强度最大值Page21沟槽下方的电场分布@Cutline1P阱下方的电场分布@cutline2沟槽下方Si/SiO2界面处电场强度最大3.3.1器件仿真示例•击穿机制：高电场强度导致的雪崩击穿Page22电流密度分布电场强度及电流线3.3.2器件仿真示例•闩锁机制：寄生晶闸管的导通Page23未发生闩锁t1发生闩锁t2未发生闩锁发生闩锁Vg＝15V的输出特性曲线4器件——电路混合仿真介绍Page24第一部分TCAD基本概念第二部分工艺仿真介绍第三部分器件仿真介绍第四部分器件—电路混合仿真介绍4.1器件——电路混合仿真的功能•模拟物理器件在特定电路中的行为Page25ATLASSimulationParameterExtractionCircuitSimulationATHENAProcessStructureATLAS/MixedModeSimulationCircuitPerformance特性曲线SPICE模型Note：高压器件往往没有SPICE模型4.2器件——电路混合仿真示例•GTO关断仿真Page26电流波形器件电路4.3器件仿真参数•手册（模型、参数说明，语法）C:\sedatools\lib\atlas\5.18.3.R\docs\atlas_users1.pdf•模型及参数文件C:\sedatools\lib\atlas\5.18.3.R\commonatlasmod（物理模型及参数）*.n，*.K（折射率）template.lib（函数模板）SCI（书写规范）Page275总结•本课的主要内容介绍了一些TCAD的基本概念介绍工艺仿真、器件仿真和器件－电路混合仿真的功能•下一课主要内容SilvacoTCAD框架DeckBuild界面及主要操作Tonyplot界面及主要操作Page28Page29谢谢！欢迎提问