第7章TCAD工具仿真流程及在ESD防护器件性能评估方面的

第7章TCAD工具仿真流程及在ESD防护器件性能评估方面的应用2019/8/312/65本章内容•工艺和器件TCAD仿真软件的发展历程•工艺和器件仿真的基本流程•TSUPREM-4/MEDICI的仿真示例•ESD防护器件设计要求及TCAD辅助设计的必要性•利用瞬态仿真对ESD防护器件综合性能的评估浙大微电子2019/8/313/65本章内容•工艺和器件TCAD仿真软件的发展历程•工艺和器件仿真的基本流程•TSUPREM-4/MEDICI的仿真示例•ESD防护器件设计要求及TCAD辅助设计的必要性•利用瞬态仿真对ESD防护器件综合性能的评估浙大微电子2019/8/31TCAD仿真工具介绍•目前世界上有三套TCAD仿真工具：TSUPREM4/MEDICI、SILVACO(ATHENA/ATLAS)、ISE(DIOS/MDRAW/DESSIS)•MEDICI和ATLAS都包含器件描述工具和器件仿真工具，在ISE中器件描述和器件仿真被拆分成MDRAW和DESSIS。4/65浙大微电子2019/8/31TSUPREM4/MEDICI仿真的基本流程:TSUPREM4*.inp*.tl1*.outMEDICI格式文件MEDICI*.outMEDICI格式文件或TIF格式文件*.log*.inp5/65浙大微电子2019/8/31SILVACO(ATHENA/ATLAS)仿真的基本流程:ATHENA*.in*.strATLAS*.log*.str*.inTONYPLOT6/65浙大微电子2019/8/31DIOS*_dio.cmd*.tl1*_dio.dat.gz*_mdr.cmd*_dio.grd.gz*_mdr.bnd*.out被调用MDRAW*_mdr.dat*_mdr.grdDESSIS*_des.cmd*.par*_des.dat*.out*_des.pltINSPECTTECPLOT7/65ISE-TCAD仿真流程:浙大微电子2019/8/31输入输出：**.inp**.tl1TSUPREM4Medici格式**.outMEDICI**.out**.inATHENA**.strATLAS**.str**.log**_dio.cmd**.tl1DIOS**_dio.out**_dio.dat.gz**_dio.grd.gz**_mdr.bnd**_mdr.cmd8/65浙大微电子2019/8/319/65本章内容•工艺和器件TCAD仿真软件的发展历程•工艺和器件仿真的基本流程•TSUPREM-4/MEDICI的仿真示例•ESD防护器件设计要求及TCAD辅助设计的必要性•利用瞬态仿真对ESD防护器件综合性能的评估浙大微电子2019/8/31工艺仿真流程•网格定义•结构初始化•工艺流程•结构操作•保存输出10/65浙大微电子2019/8/31NMOS简易工艺流程11/65浙大微电子2019/8/3112/65本章内容•工艺和器件TCAD仿真软件的发展历程•工艺和器件仿真的基本流程•TSUPREM-4/MEDICI的仿真示例•ESD防护器件设计要求及TCAD辅助设计的必要性•利用瞬态仿真对ESD防护器件综合性能的评估浙大微电子2019/8/31TSUPREM-4/MEDICI的仿真示例利用TCAD软件仿真ESD防护器件的总体流程是：•编写半导体工艺流程程序文件。•编写ESD防护器件版图层次程序文件供工艺流程程序文件调用。•运行半导体工艺流程程序文件。•编写并运行ESD防护器件器件级仿真的程序文件。13/65浙大微电子2019/8/31网格定义&结构初始化初始化工艺仿真的网格以及定义硅基材料晶向的程序语句如下$DefinethegridMESHGRID.FAC=1.5$ReadthemaskdefinitionfileMASKIN.FILE=s4ex4m.tl1$InitializethestructureINITIALIZE100BORON=5E15PLOT.2DSCALEGRIDC.GRID=2Y.MAX=2.0待仿真器件14/65浙大微电子2019/8/3115/65网格定义后的器件网格结构如图所示:[DX.MAX=n][DX.MIN=n][DX.RATIO=n][LY.SURF=n][DY.SURF=n][LY.ACTIV=n][DY.ACTIV=n][LY.BOT=n][DY.BOT=n][DY.RATIO=n]网格定义语句格式：浙大微电子2019/8/31形成STI结构etchstartx=0y=0；在指定的坐标范围内刻蚀硅etchcontinuex=0y=0.6etchcontinuex=0.5y=0.6etchcontinuex=0.55y=0.3etchdonex=0.6y=0etchstartx=5y=0etchcontinuex=5y=0.6etchcontinuex=4.5y=0.6etchcontinuex=4.45y=0.3etchdonex=4.4y=0depositoxidethick=0.7；填充二氧化硅16/65浙大微电子2019/8/31etchstartx=0y=-0.7；在指定的坐标范围内刻蚀不需要的二氧化硅etchcontinuex=0y=0etchcontinuex=5y=0etchdonex=5y=-0.7selectplot.2dscalegridc.grid=2;画出器件结构网格图，如图所示17/65浙大微电子2019/8/31栅氧生长&场区刻蚀$InitialoxidationDIFFUSIONTIME=30TEMP=1000DRYF.HCL=5$NitridedepositionandfieldregionmaskDEPOSITNITRIDETHICKNESS=0.07SPACES=4DEPOSITPHOTORESISTNegativeTHICKNESS=1EXPOSEMASK=FieldDEVELOPETCHNITRIDETRAPETCHOXIDETRAPUNDERCUT=0.118/65浙大微电子2019/8/31ETCHSILICONTRAPTHICKNES=0.25UNDERCUT=0.1$InitialoxidationDIFFUSIONTIME=30TEMP=1000DRYF.HCL=5$NitridedepositionandfieldregionmaskDEPOSITNITRIDETHICKNESS=0.07SPACES=4DEPOSITPHOTORESISTNegativeTHICKNESS=1EXPOSEMASK=FieldDEVELOPETCHNITRIDETRAPETCHOXIDETRAPUNDERCUT=0.1ETCHSILICONTRAPTHICKNES=0.25UNDERCUT=0.119/65浙大微电子2019/8/31场区刻蚀完成后的结构如图所示：20/65浙大微电子2019/8/31场区注入&场区氧化&阈值调整$BoronfieldimplantIMPLANTBORONDOSE=5E12+ENERGY=50TILT=7ROTATION=30ETCHPHOTORESISTALL$FieldoxidationMETHODPD.TRANSCOMPRESSDIFFUSIONTIME=20TEMP=800+T.FINAL=1000DIFFUSIONTIME=180TEMP=1000+WETO221/65浙大微电子2019/8/31DIFFUSIONTIME=20TEMP=1000T.FINAL=800ETCHNITRIDEALL$UnmaskedenhancementimplantIMPLANTBORONDOSE=1E12ENERGY=40+TILT=7ROTATION=3022/65$PlottheinitialNMOSstructureSELECTZ=LOG10(BORON)+TITLE=LDDProcess–NMOSIsolationRegionPLOT.2DSCALEGRIDC.GRID=2Y.MAX=2.0PLOT.2DSCALEY.MAX=2.0浙大微电子2019/8/31$ColorfilltheregionsCOLORSILICONCOLOR=7COLOROXIDECOLOR=5$PlotcontoursofboronFOREACHX(15TO20STEP0.5)CONTOURVALUE=XLINE=5+COLOR=(X-14)END$ReplotboundariesPLOT.2D^AX^CL23/65浙大微电子2019/8/31栅的形成&LDD注入$DefinepolysilicongateDEPOSITPOLYSILICONTHICK=0.4SPACES=2DEPOSITPHOTORESISTTHICK=1.0EXPOSEMASK=PolyDEVELOPETCHPOLYSILICONTRAPTHICK=0.7ANGLE=79ETCHPHOTORESISTALL$Oxidizethepolysilicongate24/65浙大微电子2019/8/31DIFFUSIONTIME=30TEMP=1000DRYO2$LDDimplantata7-degreetiltIMPLANTARSENICDOSE=5E13ENERGY=5+TILT=7.0ROTATION=30IMPL.TAB=ARSENIC25/65浙大微电子2019/8/31侧墙&源/漏注入$DefinetheoxidesidewallspacerDEPOSITOXIDETHICK=0.4ETCHOXIDETHICK=0.45TRAP$HeavyS/Dimplantata7-degreetiltIMPLANTDOSE=1E15ENERGY=200+ARSENICTILT=7.0ROTATION=30$AnnealtoactivatethearsenicDIFFUSIONTIME=15TEMP=95026/65浙大微电子2019/8/31接触孔刻蚀&金属互连$DepositBPSGandcutsource/draincontactholesDEPOSITOXIDETHICKNES=0.7DEPOSITPHOTORESISTNegative+THICKNESS=1.0EXPOSEMASK=ContactDEVELOPETCHOXIDETHICKNESS=1.0TRAP+ANGLE=75ETCHPHOTORESISTALL27/65浙大微电子2019/8/31$DefinethemetallizationDEPOSITALUMINUMTHICKNESS=1.0DEPOSITPHOTORESISTPOSITIVE+THICKNESS=1.0EXPOSEMASK=MetalDEVELOPETCHALUMINUMTRAP+THICKNESS=1.5ANGLE=75ETCHPHOTORESISTALL28/65浙大微电子2019/8/31结构对称操作STRUCTUREREFLECTLEFT29/65浙大微电子2019/8/31电极定义&保存输出$electrodedefineElectrodename=sourcex=-2.5y=-0.5Electrodename=drainx=2.5y=-0.5Electrodename=gatex=0y=-0.2Electrodename=subbottom$SAVEForMediciSAVEFILEOUT.FILE=NMOSmedicipoly.eleelec.bot30/65浙大微电子2019/8/31从工艺级仿真向器件级仿真的过渡流程从工艺级仿真向器件级仿真的过渡，主要涉及了三类文件（除后缀名外，以下文件名均可自取）：–版图层次mask文件nmos.tl1，–工艺描述文件process，–器件仿真程序文件ggNMOSa.txt，ggNMOSb.txt（这两个文件可以合并）。31/65浙大微电子201