Sentaurus TCAD基本流程

总体仿真流程概括：SPROCESS模拟工艺步骤，比如光刻、离子注入、退火等，进而得到一个含有材料、边界、掺杂信息的文件SDE读取SPROCESS的输出文件，利用图形化界面打开，再对结构添加电极、划分网格，然后输出一个含有电极信息并划分好网格的文件实际上SDE可用来手动绘制想要的器件结构，包括材料、边界、掺杂等。Sdevice读取经过SDE处理的输出文件，并利用各种物理模型与数学算法，模拟器件的各种物理参数。下面以一个完整的流程为例，分部分说明SPROCESS操作流程：1．新建工程：Project——new——newproject（左上角）2．添加仿真工具：在“NoTools”面板上右击“add„”添加仿真工具sprocess然后选择“UseLigamenttoCreateInputFiles”-“yes”3．右键点选选择新加的sprocess图标，选择EditInput——LigamentFlow，得到新的LigamentFlowEditor界面。点击Edit——AddProcessHeader，得到工艺仿真的头文件。变量和宏工艺流程新建宏转换成语句还原参数显示、修改区类属列表工艺列表宏列表点选environment，在参数显示区修改：（双击）◆title自定义名字◆region修改为005.12注：仿真区域是以(x0y0x1y1)的顺序表示的。但是其对深度的设定，即y0与y1的差值，会由下面将提到的参数depth覆盖，即depth的取值会决定y1的大小，y1=y0+depth。比如：设置成为005.12（之后的坐标定义与此完全不同，具体后面会提到）◆右击user_grid，选择，点击前面的“+”符号，双击“sprocess”在对话框中点击，在如下图所示的弹出框内，输入网格的设置与材料的定义。如下面的设置：linexlocation=0spacing=0.01tag=Toplinexlocation=0.5spacing=0.05XYx0,y0x1,y1linexlocation=1spacing=0.1linexlocation=2spacing=0.2tag=Bottomlineylocation=0spacing=0.05tag=Leftlineylocation=5.1spacing=0.05tag=Rightregionsiliconxlo=Topxhi=Bottomylo=Leftyhi=Rightlocation标明位置，spacing设置在该位置的网格间距，位于两个location之间的部分的网格间距介于两端所设的spacing数值之间，一般以近似线性变化。Tag设置了一些参数，作为仿真区域region的边界。如该例子中的设置：在纵向，即x方向，垂直晶圆方向，坐标为x=0处附近的沿着x方向的网格间距为0.01um，并把该线，即x=0定义为一个参数，叫做Top；在x=0.5处附近沿着x方向的网格间距为0.05um,那么在x=0至x=0.5之间的区域，沿着x方向的网格间距会由0.01um逐渐变化到0.05um。y方向的含义以此类推。Region语句定义材料的边界。如上例，定义了硅材料，它的边界分为上下左右，分别用xlo,xhi,ylo,yhi表示（x坐标low,靠上；high则靠下）。◆其它的设置保持默认值。Substrate衬底参数设置：◆Dopant设置杂质类型，如为P型掺杂，选择boron◆Concentration浓度设置，如1e15，表示浓度为1*1015/cm3另：关于类属功能。实际仿真中，在保证原有工艺流程的前提下，还可以进行一些配置，如上图右边所示。其中加载和保存结构属于软件的“类属功能模块”，该功能模块含有下面的几项：注释与注释类似，仅在翻译成命令行格式时文字外围的花纹不同工艺流程中插入的命令行操作加载已存为dump格式的工艺结构保存当前实现的工艺结构关于宏，Macro。宏是用户定义的一个打包的工艺流程，其内部含有某些工艺操作的组合。用到宏一般有两种原因：一是为了整个工艺流程的条例清晰，将实现某些特定功能的工艺步骤打包，并命名为有一定意义的宏名，便于之后检查和修改；二是某些工艺步骤的组合出现次数较多，将其打包，会使得调用方便，也同样会使流程简洁清晰。创建一个新的宏。点选，点击工具栏中图标，会返回一个新的宏，并提示输入宏名称。在光标后输入宏名后，注意要按回车键，否则宏不能被保存。宏名称不要使用软件中已有的关键词，如“main，epitaxy”等，也不要使用“！·#￥”等类似字符。如，建立一个名为“epi”的宏。得到下图所示：点击宏名前面的“+”符号，使其变为“-”符号，在工艺列表区用鼠标选择，并将其拖拽到宏名栏之上，待出现如下图所示的边框时松开鼠标，则外延工艺步骤已被添加至宏“epi”中。点击宏下的图标，在变量显示与修改区会出现与外延工艺相关的变量及取值。双击某项，就可以对其进行修改。如上图双击“time”，将时间修改为2，单位hour，Ok。其它参数也都如此方法修改。其中side和type项使用默认项，无需修改。这样就完成了一个宏的完整定义。对于含有多项工艺步骤的宏，只要按照顺序将相应的工艺步骤拖拽至相应位置，并修改工艺参数即可。4．按照之后列表中的工艺流程，添加入工艺流程显示区。◆按住鼠标左键，将所需要的工艺步骤从工艺列表中拖出，拖到工艺流程显示区，然后修改变量显示区与修改区的参数值，便完成了一步工艺设置。◆关于工艺操作。涉及到的工艺操作如下：使用掩模板光刻直接用坐标定义掩模范围外延淀积腐蚀杂质注入退火准备就绪，下面开始工艺流程：首先是初始定义的衬底图示(environment)，注意坐标，之后参数修改的坐标都以此为标准工艺流程：步骤功能概括、工艺步骤参数备注EPI外延生长之后每结束一个蓝色标题，都会给出此时的一个结构图1insert双击sprocess打开OpenTextArea输入mgoalsmin.normal.size=5nmmax.lateral.size=0.1umnormal.growth.ratio=1.2min.normal.size=5nmmax.lateral.size=0.1umnormal.growth.ratio=1.2语句一定要接在mgoals之后，可用空格格开，但是不可换行mgoals语句具体意义见表后2epitaxyTime2hourTemperature1100℃Thick4μmDopantboronConcentration1e15/cm3左栏为工艺参数，下面对参数的给出将不再使用这种形式，会省略参数名称，只给出参数值，由于数值与单位成对出现，不会造成歧义。参数表中未涉及的部分使用默认设置，不需改动。TRENCH浅槽隔离3depositOxide11nmDeposition_typeisotropic(淀积类型为各项同性)4depositnitride（即SiN）165nmisotropic5pattern2d双击segments,修改Valuearraysize至4,单击OK点击segment前+号，分别修改[„]0至[„]3参数，例如分别设为：-0.10.50.75.5单位都是umThick1μm坐标两两一组。分别在-0.1至0.5μm0.7至5μm两区域内有掩模存在若arraysize为2，则这两个数之间，就是掩膜存在之处6etchnitride165nmEtch_typeanisotropicOveretch10Etch_typeanistropic刻蚀类型各向异性，即只有纵向刻蚀，没有横向刻蚀效果。Overetch为：在达到刻蚀深度之后，再进一步进行刻蚀的幅度，以百分比计算，设置10，表明要在设定基础上，再多刻蚀10％7etchOxide11nmEtch_typeanisotropicOveretch108etchSilicon0.45umanisotropic9etchResisitEtch_typestrip采用strip剥离法去除光刻胶掩模，因为是全部剥离，故刻蚀厚度不需设置，即使设置也会因strip而被覆盖。10depositOxide11nmisotropic各向同性生长一薄层11depositOxide0.62umisotropic12pattern2dsegments0.5um0.7umthickness3um13etchOxide0.6umOveretch2014etchresiststrip15etchmaterialOxideetch_typedefaulttypefromtypedefinitionsprocess打开OpenTextArea输入：type=cmpcoord=-4.0316etchmaterialNitrideetch_typedefaulttypefromtypedefinitionsprocess打开OpenTextArea输入：type=cmpcoord=-4.03和15实际是一步，但是这里只能一次定义一种材料，所以分开写17etchNitridestrip18etchoxide11nmanisotropic19depositOxide11nmisotropicPWP阱注入20pattern2dsegments0.9um3.3umthickness3um21implantspeciesborondose1.5e13/cm2energy180keVtilt0degrotation0deg掺杂杂质boron剂量能量两个注入角度看表后说明22implantindium7e12170keVtilt0degrotation0degCPI_123pattern2dsegments3um5.5umthickness3um24implantbf22.5e12/cm235keVtilt7degrotation-90deg25etchresiststripVTNH26pattern2d-0.1um2.8um3.7um5.5umthickness3um27implantboron2.5e125keVtilt0degtilt若等于0，那么rotation的数值就不用考虑了，参考tilt与rotation定义28etchresiststripWELLANNEAL29annealtime10sectemperature1000degCGATE栅30etchoxide11nmanisotropicoveretch1031depositoxide81angstrisotropic32anneal189min900degC33anneal115min900degC34anneal103min750degC35depositpoly200nmisotropic36pattern2d2.953.654.254.95umthickness2um37etchpoly200nmanisotropicoveretch1038etchresiststrip39depositoxide2nmisotropic40anneal20sec916degC41anneal65sec1005degC42anneal10sec950degC43insert打开sprocess，输入refineboxname=gatemin={-4.182.95}max={-3.993.3}xrefine={0.0050.0050.005}yrefine={0.020.0050.02}refineboxremeshrefinebox语句功能见表后SENN阱注入44pattern2d-0.10.93.15.5um2um45implantphosphorus5e1265keVtilt7degrotation-90deg46etchresiststripNLDD2源漏轻掺杂47anneal5sec950degC经过退火后的SEN注入形成的图示48pattern2d-0.13.4um2um49implantphosphorus5e1330keVtilt