半导体工艺模拟和器件仿真

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,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,半导体工艺,_,Bipolar,工艺流程,埋层氧化,埋层光刻,磷穿透光刻,N,型硅外延,下隔离扩散,磷穿透扩散,上隔离光刻,上隔离扩散,低硼区光刻,低硼扩散,埋层扩散,下隔离光刻,浓硼区光刻,浓硼扩散,引线孔光刻,铝电极制备,背面减薄,背面金属化,P,型衬底,芯片钝化,基区光刻,基区扩散,发射区扩散,发射区光刻,半导体工艺,_,CMOS,工艺流程,半导体工艺,_,BCD,工艺流程,N+,衬底准备,长挡避氧化层,P_well,套刻,P_well,退火,P_well,注入,场氧化,Gate_oixde,光刻,高压,MOS,栅氧,Active,光刻,/,腐蚀,多晶氧化,低压,MOS,栅氧,淀积,Poly,Poly,光刻,/,刻蚀,P_body,退火,ZP,套刻,P_body,注入,P_body,套刻,NSD,注入,NSD,套刻,ZP,退火,ZP,注入,SiO,2,增密,淀积,SiO,2,PSD,注入,PSD,套刻,淀积金属,Contact,光刻,表面钝化,金属光刻,/,腐蚀,背面金属化,衬底减薄,TOPSIDE,光刻,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,TCAD,Technology 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,Atlas,Avanti,公司的,Tsuprem/Medici,ISE,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,；,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：,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,Silvaco,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,