Sentaurus_Process介绍及使用

396§17-1新一代集成工艺仿真系统SentaurusProcess随着集成电路制造工艺技术的迅速发展和日趋成熟，集成电路的集成度迅速攀升，制造流程及工艺步骤也日趋复杂。当前，硅集成电路制造工艺技术已经达到了纳米级水平，纳米电子学不断深入发展的前提是基于能够达到纳米精度的制造技术【1】。反过来，纳米级器件的设计与研发则必须有相应的高精度工艺级仿真软件来支持。通常，对于大尺寸器件（通常特指分立器件），由诸多工艺因素造成的层间界面应力、杂质分布蠕动、空间量子效应及载流子非线性输运等小尺寸效应[2]均可被忽略。而对于小尺寸（泛指超大规模集成电路中的集成化器件）器件，准确地预期及评价工艺制程后的良品率、实现其所谓的工艺级可制造性设计，则必须充分地考虑小尺寸效应。新一代集成工艺设计工具SentaurusProcess恰恰解决了纳米尺度的可制造性设计技术难题，成为当前最为先进的集成电路工艺级仿真工具。§17-1-1SentaurusProcess工艺级仿真工具简介[3]SentaurusProcess是SynopsysInc.最新推出的新一代TCAD工艺级仿真工具，被业界誉为第五代集成电路制程级仿真软件，是当前最为先进的纳米级集成工艺仿真工具。SentaurusProcess是迄今为止集成电路制程级仿真软体中最为全面、最为灵活的多维（一维、二维、三维）工艺级仿真工具。SentaurusProcess面向当代纳米级集成电路工艺制程，全面支持小尺寸效应的仿真与模拟，用于实现甚大规模（ULSI）集成电路的工艺级虚拟设计，可显著地缩短集成电路制造工艺级设计、工艺级优化乃至晶圆芯片级产品的开发周期。SentaurusProcess整合了Avanti的TSUPREM系列工艺级仿真工具、TaurusProcess系列工艺级仿真工具及ISE的Dios系列工艺级仿真工具，将一维、两维和三维仿真集成于同一平台，在保留传统工艺级仿真工具卡命令行运行模式的基础上，又作了诸多重大改进：1.增加、设置了模型参数数据库浏览器（PDB），为用户提供修改模型参数及增加模型的方便途径；2.增加、设置了一维模拟结果输出工具（Inspect）和二维、三维模拟结果输出工具（TecplotSV）。Inspect提供了一维模拟结果的交互调阅。而TecplotSV则实现了仿真曲线、曲面及三维等输出结果的可视化输出。此外，SentaurusProcess还收入了诸多近代小尺寸模型。这些当代的小尺寸模型主要有：高精度刻蚀模型及高精度淀积模型；基于Crystal-TRIM的蒙特卡罗（MonteCarlo）离子注入模型、离子注入校准模型、注入解析模型和注入损伤模型；高精度小尺寸扩散迁移模型等等。引入这些小尺寸模型，增强了仿真工具对新材料、新结构及小尺寸效应的仿真能力，适应了未来半导体工艺技术发展的需求。以下，我们就如何使用SentaurusProcess集成电路制造工艺仿真系统、397SentaurusProcess的人机交互方式和创建、编撰工艺制程仿真卡文件的语法规则，以及SentaurusProcess工艺仿真系统所设置的文件类型等诸多方面，以教科书的方式详尽地向读者介绍当代最为先进的第五代集成工艺仿真系统SentaurusProcess。经新思科技（SynopsysInc.）授权，首次在中国大陆地区发表SentaurusProcess的技术内容。1SentaurusProcess的安装及启动SentaurusProcess为国际化的大型工程化计算机仿真系统，有Unix版本及Linux版本供用户选用。对于中国内地用户，SentaurusProcess的用户许可授权及安装均由SynopsysInc.中国分支机构（北京新思科技、上海新思科技等）提供优质的技术支持和服务。SentaurusProcess仿真系统设置有两种启动方式。一种是交互启动及运行模式；另一种是批处理启动及运行模式。根据用户的使用需要，若要在交互模式下启动SentaurusProcess，可以在已安装有SentaurusProcess并启动了该系统的license（软件使用许可程序）的PC计算机（若使用的是SentaurusProcess的Linux版本）或计算机工作站（若使用的是SentaurusProcess的Unix版本）命令行提示符下输入以下命令：sprocess输入上述命令后即可回车执行。SentaurusProcess将会显示出用户当前所使用的SentaurusProcess的系统版本及运行该系统的计算机的相关信息。随后将出现命令提示符，则表示用户的工艺制程仿真即刻进入了SentaurusProcess的交互模式。在交互模式下，用户每输入一个卡命令语句，仿真系统就执行一步。但是，为了更有效地、较为连续地执行仿真任务，人们通常不使用交互运行模式，而是采用批处理运行模式。所谓批处理运行模式，是将用户拟定实现的所有仿真内容（归结为一系列仿真命令语句）集中在一个仿真卡命令文件（扩展名为.cmd的格式文件）中。SentaurusProcess通过处理该仿真卡命令文件来执行、实现仿真任务。用户若以批处理模式运行SentaurusProcess，实现的方式是，键入交互模式命令（sprocess）之后要键入空格，再键入要批处理执行的仿真卡命令文件的文件名，如以下所示：sprocessnmos.cmd上述命令中的nmos.cmd即为要批处理执行的仿真卡命令文件名。2创建SentaurusProcess批处理卡命令文件编辑SentaurusProcess批处理卡命令文件可使用Unix或Linux操作系统环境下的各类文本编辑器、例如：gedit文本编辑器编辑完成。SentaurusProcess批处理卡命令文件的编撰必须遵循规定的语法规则。简述如下：398（1）系统默认对卡命令语句中的关键词及关键字母大、小写忽略。通常，人们习惯使用小写字母来书写卡命令语句。（2）卡命令语句中定义：使用‘＃’作为卡命令行的首字母，则用来表示该卡行为注释卡行；而在变量之前使用‘$’，则表示提取该变量值。（3）通常，卡命令行的长度不能超过一个屏幕编辑行。若命令行太长需要续行，则应在该行接近满行的位置处键入反斜线‘\’，并回车，转入下一行继续书写命令。但是，如果自然断行发生在单位双花括号之间，即自然断行的位置前有一单面的花括号，此刻不会影响命令的执行，系统会运行到下一个单面花括号所在行时，该命令则执行结束。（4）当卡参数为逻辑参量时，以逻辑参量或逻辑参数名称直接出现。若无任何附加标识时，该逻辑参量值为真；如在该逻辑参量或逻辑参数名称前加惊叹号‘!’标识，则特指该逻辑参量值为假。（5）卡行中使用字符串卡参数，要以双引号“”标识。例如：parameter=“stringvalue”；（6）卡参数中的列表要出现在花括号或双引号中，例如：parameter={item1、item2···}或parameter=“item1、item2···”；需要注意的是，在等号与花括号或等号与双引号之间必须要输入一个空格。否则，系统会报语法错误。（7）SentaurusProcess卡命令文件的撰写语法支持for循环、while循环、if/else结构、switch声明及函数定义等。3SentaurusProcess批处理文件执行的主要命令语句SentaurusProcess具有强大的集成电路工艺制程仿真功能，很大程度上反映在它庞大的命令集合上。SentaurusProcess批处理卡命令文件中的各命令语句是由命令关键词及与该语句相关联的参数列表构成。下面，仅就SentaurusProcess仿真系统的主要命令语句及其简要的命令功能分类介绍如下：3.1SentaurusProcess的文件说明语句及系统控制语句SentaurusProcess卡命令文件中的文件说明语句用于说明对文件的操作。系统控制语句用于控制系统的运行，其语句格式及相关的命令格式表述如下：help用于打印SentaurusProcess中所有可用的命令列表。fcontinue用于重新开始执行输入的卡命令文件。load从文件中调入数据信息，并将该数据信息插入到当前的网格中。Logfile将注释信息输出到显示器终端及SentaurusProcess的日志文件中。mater将当前结构中的所有材料列表调回，或者在原列表中增加新的材料信息。exit用于终止SentaurusProcess仿真系统的运行。399fbreak使仿真进入交互模式。fexec用于执行系统命令语句。init用于输入在此之前保存的器件结构数据和信息。interface返回到材料的边界位置。mgoals使用MGOALS引擎设置网格参数。tclsel用于选择预处理中的绘图变量。3.2SentaurusProcess的器件结构说明语句SentaurusProcess的器件结构说明语句用于说明SentaurusProcess所模拟的器件结构，与此相关的主要命令语句如下：region用于指定矩形网格中的矩形材料区域。line用于定义器件的矩形区域网格。grid执行网格设置的操作命令。substrate_profile定义描述器件衬底掺杂剖面分布的文件。polygon设置描述器件的多边形结构。point设置描述器件结构中的一个点。doping定义分段的线性掺杂剖面分布。profile读取数据文件并重建数据区。refinebox设置局部网格参数并使用MGOALS库执行网格细化。bound提取材料边界并返回坐标列表。contact设置器件仿真需要的电极结构信息。transform设置变换结构语句的命令。3.3SentaurusProcess的工艺步骤说明语句工艺步骤说明语句主要用于说明SentaurusProcess中各工艺模拟的步骤。相关命令语句如下：deposit汽相淀积语句diffuse高温热扩散与高温氧化photo光刻胶淀积mask定义掩膜光刻和离子注入所需要的掩膜类型etch刻蚀语句strip可完成表面介质层或表面介质膜剥离的语句implant实现离子注入仿真的语句stress计算应力结构3.4SentaurusProcess的模型说明语句及参数说明语句模型及参数说明语句用于定义和说明仿真中所使用的模型及其相关参数。相关命400令语句有：ArrheniusArrhenius用来描述常规的指数分布模型。Arrhenius命令则定义了Arrhenius所描述的表达式。beam给出用于离子束刻蚀的模型参数。equation完成一个模型的测试和一个方程的求解。gas_flow为完成一个扩散步骤设定保障扩散所需的环境气氛。kmc设定蒙特卡罗模型进行扩散行为和扩散过程的数值计算。math设置数值参数和矩阵参数。mechdata定义应力计算中使用的本征应力材料。pdbDelayDoublepdbDelayDouble命令是既可以在卡命令文件中又可以在参数数据库中使用的命令。pdbDelayDouble命令用于检索扩散过程中使用的双参数（变量）表达式。pdbDopantLikepdbDopantLike命令是既可以在卡命令文件中又可以在参数数据库中使用的命令。pdbDopantLike命令用于设定用户引入的新型掺杂剂及掺杂源。pdbGetpdbGet命令用于提取数据库参数，以方便用户查看或修改。pdbNewMaterial创建用户引入的新型材料。pdbSet通常，执行pdbGet命令提取出数据库参数之后，以pdbSet命令来完成数据库参数的修改。也可以直接执行pdbSet命令来完成数据库参数的修改。pdbUnSetString和pdbUnSetDouble命令，表示将创建的参数从数据库中删除。SetDFISEList设置以DF-ISE格式来保存的文件中的求解列表。SetDiosEquilibriumModelMode和SetDiosPairModelMode表示将缺省扩散模型设置改为Dios系统（ISE的工艺仿真工具）所采用的平衡模型和Dios（ISE）所