半导体工艺模拟和器件仿真.ppt

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1、第九讲 半导体工艺模拟和器件仿真,主讲人：马 奎 2014-07-14,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

2、工艺_Bipolar工艺流程,半导体工艺_CMOS工艺流程,半导体工艺_BCD工艺流程,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

3、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TCADTechnology Computer Aided Design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AtlasAvanti公司的Tsuprem/MediciISE公司的Dios/Dessis,Silvaco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

4、；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、-、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

5、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、-、-、VCSEL、TFT、光电子、激光、LED、CCD、传

6、感器、熔丝、NVM、铁电材料、SOI、Fin-FET、HEMT和HBT,Atlas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：extract name parameters描述：提取仿真中得到的相关信息示例：extract name=“j1 depth”xj material=“Silicon”mat.occno=1 x.val=0.1 junc.occno=1,Deckbuild命令,GO命令语法：go|simflags=描述：仿真器启用或切换，simflags指出仿真参数或程序版本示例

7、：go atlas go atlas simflags=“-V 5.0.8.R”,Deckbuild命令,SET命令语法：set=|nominal描述：设置Tonyplot输出特定的结果或对全局的设置示例：set temp=1000 diffuse time=30 temp=$temp press=1.0 Tonyplot structure.str set show.set,Deckbuild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 overlay CV.log IV.log set show.set,Si

8、lvaco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 Command parameter1=parameter2=“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,