半导体工艺模拟和器件仿真

半导体工艺模拟和器件仿真ASIC芯片完整设计流程工艺设计工艺模拟器件设计器件模拟设计要求行为设计逻辑设计制版流片物理设计系统设计电路设计行为模拟逻辑模拟版图验证系统模拟电路模拟前端设计后端设计目录半导体工艺半导体器件测试为什么要借助CAD软件进行工艺模拟和器件仿真TCAD简介Silvaco平台简介Deckbuild简介Silvaco文件类型及命令格式半导体工艺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减薄及背面金属化微电子芯片制造现场微电子工艺线的空气处理系统结构图半导体工艺_Bipolar工艺流程埋层氧化埋层光刻磷穿透光刻N型硅外延下隔离扩散磷穿透扩散上隔离光刻上隔离扩散低硼区光刻低硼扩散埋层扩散下隔离光刻浓硼区光刻浓硼扩散引线孔光刻铝电极制备背面减薄背面金属化P型衬底芯片钝化基区光刻基区扩散发射区扩散发射区光刻半导体工艺_CMOS工艺流程半导体工艺_BCD工艺流程N+衬底准备长挡避氧化层P_well套刻P_well退火P_well注入场氧化Gate_oixde光刻高压MOS栅氧Active光刻/腐蚀多晶氧化低压MOS栅氧淀积PolyPoly光刻/刻蚀P_body退火ZP套刻P_body注入P_body套刻NSD注入NSD套刻ZP退火ZP注入SiO2增密淀积SiO2PSD注入PSD套刻淀积金属Contact光刻表面钝化金属光刻/腐蚀背面金属化衬底减薄TOPSIDE光刻半导体工艺_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。为什么要借助CAD软件进行工艺模拟和器件仿真？？？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。TCAD简介定义TCAD－TechnologyComputerAidedDesign半导体工艺和器件的计算机辅助设计商用的TCAD工具：•Silvaco公司的Athena和Atlas•Avanti公司的Tsuprem/Medici•ISE公司的Dios/DessisSilvaco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。Silvaco仿真路线图Silvaco软件架构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、Ⅲ-Ⅴ、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。Athena的模块及功能Athena输入/输出主要工艺步骤Deposit-淀积Implant-注入Diffuse-扩散Oxide-氧化Etch-刻蚀OPTOLITH-光刻Deposit参数设置界面Implant参数设置界面Diffuse参数设置界面Diffuse&Oxide参数设置界面Etch参数设置界面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)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CMOS、Bipolar、高压功率器件、Ⅲ-Ⅴ、Ⅱ-Ⅵ、VCSEL、TFT、光电子、激光、LED、CCD、传感器、熔丝、NVM、铁电材料、SOI、Fin-FET、HEMT和HBTAtlas模块及功能Atlas输入/输出Deckbuild简介文本输入窗口仿真输出窗口菜单执行按钮Deckbuild命令Extract命令•语法：extractnameparameters•描述：提取仿真中得到的相关信息•示例：extractname=“j1depth”xjmaterial=“Silicon”\mat.occno=1x.val=0.1junc.occno=1Deckbuild命令GO命令•语法：gosimulator|simflags=simulator•描述：仿真器启用或切换，simflags指出仿真参数或程序版本•示例：goatlasgoatlassimflags=“-V5.0.8.R”Deckbuild命令SET命令•语法：setvariable=[value|expr][nominal]•描述：设置Tonyplot输出特定的结果或对全局的设置•示例：settemp=1000diffusetime=30temp=$temppress=1.0Tonyplotstructure.str–setshow.setDeckbuild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–overlayCV.logIV.log–setshow.setSilvaco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Silvaco文件类型及命令格式命令格式•由command和parameter两部分组成Commandparameter1=nparameter2=c“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