ISE_TCAD演示

1TCAD仿真刘钺杨2011.04.13BJUT北京工业大学BJUTBJUT2主要内容•TCAD仿真软件简介•工艺仿真•器件仿真•IGBT设计实例BJUTBJUT3TCAD仿真软件简介国际上常用的有四套工具:•Tsuprem4/Medici（Avanti，被Synopsys收购）•ISETCAD-Dios/Mdraw/Dessis（ISE，被Synopsys收购）•SentaurusTCAD（Synopsys）•SilvacoTCAD-Athena/Atlas（Silvaco）BJUTBJUT4ISETCAD基本仿真流程BJUTBJUT5工艺仿真DIOSBJUTBJUT6工艺仿真Dios：•二维工艺模拟器•模拟完整的工艺制造流程•输入文件由一系列的命令所构成•自动添加网格BJUTBJUT7工艺仿真工艺仿真过程：•结构初始化、网格定义•工艺步骤模拟•氧化•光刻•扩散……•保存输出文件BJUTBJUT8Title('IGBT',NewDiff=1,SiDiff=on)Grid(x=(0.0,18.0),y=(-10.0,0),nx=8)comment('sub')Substrate(orientation=100,element=P,conc=1.6e14,ysubs=0)replace(control(ngra=10))graph(triangle=on,plot)！1d(file=final,xsection(0.1),spe(btot,ptot,netact),fac=-1,append=off)！save(file='final',type=MDRAW)结构初始化、网格定义NewDiff=1表示所有的层次都定义网格和掺杂SiDiff=on表示掺杂杂质只在硅内扩散。BJUTBJUT9工艺步骤模拟•光刻•Mask（……）•Etching（……）例如：mask(material=resist,thickness=800nm,xleft=6.5,xright=18)etch(material=poly,stop=oxgas,rate(anisotropic=100))etch(material=resist)BJUTBJUT10工艺步骤模拟•离子注入•Implant（……）例如：implant(element=P,dose=4.5e15,energy=110keV,tilt=7,rotation=30)•tilt=7，rotation=-90为默认参数•一般注入默认为“分析注入”，若需要采用其他注入参数，可使用“MonteCarlo注入”。BJUTBJUT11Implanttilt=0，rotation=0BJUTBJUT12Implantdefaulttilt=7，rotation=-90BJUTBJUT13工艺步骤模拟•热退火、氧化、外延生长、硅化物生长•Diffusion（……）可以用于所有高温步骤•例如：干氧氧化：diffusion(atmosphere=O2,time=70,Temperature=1100)外延生长：diffusion(atmosphere=epitaxy,growthrate=1000,time=1,element=P,conc=2e18,temperature=1150)BJUTBJUT14工艺步骤模拟•各向同性、各向异性淀积•表面平整化、化学机械抛光•Desposit（……）•例如deposit(material=poly,thickness=0.65um)BJUTBJUT15工艺仿真实例-工艺流程衬底制备生长场氧1光刻有源区栅氧化多晶硅淀积2光刻P-阱区刻蚀多晶硅P-阱区注入3光刻P+深阱P+注入硼推进4光刻N+源区N+注入SiO2、PSG淀积PSG回流孔光刻孔刻蚀溅射铝BJUTBJUT16工艺仿真实例•结构初始化•建立网格及区域•定义衬底•显示和控制DIOS图形输出Title('IGBT',NewDiff=1,SiDiff=on)Grid(x=(0.0,18.0),y=(-10.0,0),nx=8)Substrate(orientation=100,element=P,conc=1.6e14,ysubs=0)replace(control(ngra=10))graph(triangle=on,plot)BJUTBJUT17工艺仿真生长场氧干氧-湿氧-干氧comment('feildox')diffusion(atmosphere=N2,time=30,Temperature=(800,1100))diffusion(atmosphere=O2,time=10,Temperature=1100)diffusion(atmosphere=H2O,time=180,Temperature=1100)diffusion(atmosphere=O2,time=60,Temperature=1100)BJUTBJUT18工艺仿真一次光刻有源区mask(material=resist,thickness=800nm,xleft=16,xright=18)etch(material=ox,remove=1252nm,over=0,rate(isotropic=10))etch(material=resist)涂光刻胶、曝光刻蚀氧化层去胶BJUTBJUT19工艺仿真diffusion(atmosphere=N2,time=25,Temperature=(800,1050))diffusion(atmosphere=O2,time=2,Temperature=1050)diffusion(atmosphere=O2,time=70,Temperature=1050)diffusion(atmosphere=O2,time=5,Temperature=1050)栅氧化BJUTBJUT20工艺仿真多晶硅淀积deposit(material=po,thickness=0.65um)diffusion(atmosphere=N2,time=(18,2),Temperature=(800,1050,1050))diffusion(atmosphere=N2,time=2,Temperature=1050)diffusion(atmosphere=N2,time=9,Temperature=1050,element=P)diffusion(atmosphere=N2,time=3,Temperature=1050)BJUTBJUT21工艺仿真涂光刻胶刻蚀多晶硅，去胶二次光刻P-阱区窗口mask(material=resist,thickness=800nm,xleft=6.5,xright=18)etch(material=po,stop=oxgas,rate(anisotropic=100))etch(material=resist)BJUTBJUT22工艺仿真implant(element=B,dose=4.9e13,energy=50keV,tilt=0)P-阱区硼注入BJUTBJUT23工艺仿真mask(material=resist,thickness=800nm,xleft=2.5,xright=18)implant(element=B,dose=1e15,energy=90keV,tilt=0)etch(material=resist)涂光刻胶深硼注入，去胶三次光刻P+深硼注入窗口BJUTBJUT24工艺仿真硼推进diffusion(time=(35,150),temperature=(800,1150,1150))BJUTBJUT25工艺仿真涂光刻胶磷注入，去胶四次光刻N+源区注入窗口mask(material=resist,thickness=800nm,xleft=0.0,xright=2.5)implant(element=P,dose=4.5e15,energy=110keV,tilt=7,rotation=30)etch(material=resist)BJUTBJUT26工艺仿真淀积磷硅玻璃depo(mat=ox,thicknes=0.5um)depo(mat=ox,thicknes=0.6um)BJUTBJUT27工艺仿真回流，磷激活diffusion(time=(15,30),temperature=(800,950,950))BJUTBJUT28工艺仿真五次光刻引线孔腐蚀PSG、SiO2mask(material=resist,thickness=800nm,xleft=4.5,xright=18)etch(material=ox,remove=0.6,rate(anisotropic=100))etch(material=ox,stop=sigas,rate(anisotropic=100))etch(material=resist)BJUTBJUT29工艺仿真溅射金属电极depo(material=al,thickness=3)BJUTBJUT30保存输出文件•1D（……）保存任何X-Y分布的Dios变量•Save（……）保存最终结构。1d(file=final,xsection(0.1),spe(btot,ptot,netact),fac=-1,append=off)save(file='final',type=MDRAW)BJUTBJUT31Mdraw•在工艺仿真后对电极进行定义•定义结构边界、掺杂、电极及网格优化，生成结构•输出.dat和.grd器件描述BJUTBJUT32器件描述BJUTBJUT33器件描述BJUTBJUT34器件仿真DESSIS是模拟半导体器件的电、热和光特性的器件和电路仿真器。它以半导体三大基本方程为基础、采用物理模型和数学方法来模拟器件和电路的特性。BJUTBJUT35器件仿真传输模型：Drift-DiffusionTransport耦合求解Poisson方程和载流子连续性方程；ThermodynamicTransport在Drift-DiffusionTransportmodel中添加电致热效应。耦合求解Poisson方程、载流子连续性方程以及晶格（载流子温度方程）。载流子假定与晶格是热平衡的，故此模型可以用来模拟晶格自加热效应；HydrodynamicTransport尤其适合深亚微级尺寸的器件模拟在Drift-DiffusionTransportmodel中分开添加载流子温度和晶格温度的计算项，考虑它们之间的热交换。耦合求解Poisson方程、载流子连续性方程以及能量平衡方程；MonteCarloSimulations用单独的载流子特性取代载流子密度来模拟载流子的输运特性。求解Boltzman输运方程，结果较为准确，但计算量大，耗时较长，收敛性较差。BJUTBJUT36器件仿真主要物理模型•载流子产生－复合模型•Shockley-Read-Hall复合模型•雪崩产生模型•Auger复合模型•迁移率模型•掺杂•电场•载流子间散射•能带结构模型•能带变窄BJUTBJUT37器件仿真数值求解方法•网格划分•三大方程离散化•耦合的非线性代数方程•非线性迭代方法求解•Gummel’smethod一般线性收敛•Newton’smethod二次收敛，迭代次数少，精度高BJUTBJUT38文件结构•工艺仿真结果导入/器件描述结果导入•电极定义•物理模型定义•数学算法定义•输出内容定义•电压扫描（电流扫描）定义器件仿真BJUTBJUT39器件仿真-输入命令•Filesection•定义输入输出文件•Electrodesection•指定电极•Physicssection•选择求解中需要定义的模型•Plotsection•指定输出Plot文件中所要求解的变量•Mathsection•选择求解半导体方程时所采用的算法•Solvesection•定义求解输出特性的步骤BJUTBJUT40FileSectionFile{*InputFilesGrid=