Transcript TCAD - 浙江大学信息与电子工程学系

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新一代工艺及器件仿真工具
Sentaurus
发之于心
究之以底
察之于微
亲而为之
课程内容
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

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

Sentaurus TCAD介绍与概述
Sentaurus Workbench介绍与使用
Sentaurus Process Simulator介绍与使用
Sentaurus Structure Editor介绍与使用
Sentaurus Device Simulator介绍与使用
Sentaurus其他工具介绍
TCAD概述
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
什么是 TCAD？
 TCAD计算机辅助技术(Technology
Computer Aided Design)
 Process Simulation；Device Simulation

TCAD工具有哪些？
 Sentaurus
Workbench (SWB)
 Sentaurus Process (sprocess)
 Sentaurus Structure Editor (sde)
 Sentaurus Device (sdevice)
 Tecplot SV/Inspect
Synopsys公司简介
4/110

Synopsys公司总部设在美国加利福尼亚州
Mountain View，有超过60家分公司分布在北美、
欧洲与亚洲。
 2002年并购Avant公司后，Synopsys公司成为提供前
后端完整IC设计方案的领先EDA工具供应商。
 Sentaurus是Synopsys公司收购瑞士ISE(Integrated
Systems Engineering)公司后发布的产品，全面继承
了ISE TCAD,Medici和Tsuprem4的所有特性及优势。
TCAD概述
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sprocess
*_bnd.tdr
T4 / Medici
Sentaurus
*_fps.tdr
sde
*_fps.cmd
*_dvs.cmd
*_msh.tdr
TCAD
ISE
Silvaco
sdevice
*.plt
*.tdr
*_des.cmd
Workbench (SWB)
TCAD概述
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sprocess
*_bnd.tdr
T4 / Medici
Sentaurus
*_fps.tdr
sde
*_fps.cmd
*_dvs.cmd
*_msh.tdr
TCAD
ISE
Silvaco
sdevice
*.plt
*.tdr
*_des.cmd
Workbench (SWB)
Sentaurus Workbench介绍与使用
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
Getting Started

Creating Projects

Building Multiple Experiments
SWB的工具特征
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
Workbench基于集成化架构模式来组织、实施
TCAD仿真项目的设计和运行，为用户提供了图
形化界面，可完成系列化仿真工具软件以及诸
多第三方工具的运行，以参数化形式实现TCAD
项目的优化工程。
SWB的工具特征
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



SWB被称为“虚拟的集成电路芯片加工厂”
SWB环境科集成Synopsys公司的系列化TCAD仿
真工具，使用户在集成环境下实现TCAD仿真及
优化。
SWB基于现代实验方法学和现代实验设计优化
的建模。用户可根据进程进行实验结果的统计
分析、工艺及器件参数的优化。
SWB支持可视化的流程操作，用户可方便地安
排和检测仿真的动态过程。
Getting Started
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
安装在137服务器下
利用putty软件在137中取得端口号：
vncserver –geometry 1280x960

利用VNC软件登陆137服务器

Getting Started
11/110


打开软件指令：source /opt/demo/sentaurus.env
GENESISe&
重装license指令
- （进入root，密码向机房管理员索取）
 /opt/sentaurus09/linux/bin/lmdown –c
/opt/license/synopsys.dat (关闭license)
 /opt/sentaurus09/linux/bin/lmgrd –c
/opt/license/synopsys.dat （安装license）
 exit (退出root权限)
 su
Creating Projects
主菜单
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仿真工具菜单
项目编辑环境
Creating Projects
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Creating Projects
14/110

新建文件夹和项目
Creating Projects
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
构造仿真流程
SE
网格策略和
电极定义
SP
工艺仿真
SE
器件绘制以
网格定义
SD
器件特性
仿真
SD
器件特性
仿真
Creating Projects
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Building Multiple Experiments
17/110
Building Multiple Experiments
18/110
Building Multiple Experiments
19/110
Building Multiple Experiments
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Parameter在cmd文件中的定义与使用:
TCAD概述
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sprocess
*_bnd.tdr
T4 / Medici
Sentaurus
*_fps.tdr
sde
*_fps.cmd
*_dvs.cmd
*_msh.tdr
TCAD
ISE
Silvaco
sdevice
*.plt
*.tdr
*_des.cmd
Workbench (SWB)
Sentaurus Process Simulator
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
Synopsys Inc.的Sentaurus Process 整合了：
公司的TSUPREM系列工艺级仿真工具（Tsupremⅰ，
Tsupremⅱ，Tsupremⅲ只能进行一维仿真，到了第四代
的商业版Tsuprem4能够完成二维模拟）
 Avanti公司的Taurus Process 系列工艺级仿真工具；
 ISE Integrated Systems Engineering公司的ISE TCAD工艺级
仿真工具Dios（二维工艺仿真）FLOOPS-ISE（三维工艺
仿真）Ligament（工艺流程编辑）系列工具，将一维、
二维和三维仿真集成于同一平台。
 Avanti
Sentaurus Process
23/110

在保留传统工艺级仿真工具卡与命令行运行模
式的基础上，又作了诸多重大改进：
 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（Tecplot SV）。Inspect 提供了一
维模拟结果的交互调阅。而Tecplot SV 则实现了仿真曲
线、曲面及三维等输出结果的可视化输出。（ISE TCAD
的可视化工具Inspect和tecplot的继承）
 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；
Sentaurus Process
24/110

Sentaurus Process 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（Monte Carlo）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。

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，适应未
来半导体工艺技术发展的需求。
Sentaurus Process
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Sentaurus Process
26/110

Print（Hello NMOS！）
Sentaurus Process
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关键词
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SP器件结构说明语句
region：用于指定矩形网络中的矩形材料区域
Line：用于定义器件的矩形区域网格
Grid：执行网络设置的操作命令
Doping：定义分段的线性掺杂剖面分布
Refinebox：设置局部网格参数，并使用MGOALS库执行网络细化
Contact：设置器件仿真需要的电极结构信息。
SP的工艺步骤说明语句
Deposit：淀积语句
Diffuse：高温热扩散与高温氧化
Photo：光刻胶
Mask：定义掩膜光刻和离子注入所需要的掩膜类型
Etch：刻蚀
Strip：剥离
Implant：实现离子注入仿真的语句
定义2D器件区域
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#Hello NMOS
Graphics on
line x location= 0.0 spacing= 1.0<nm> tag=SiTop
line x location=50.0<nm> spacing=10.0<nm>
line x location= 0.5<um> spacing=50.0<nm>
line x location= 2.0<um> spacing= 0.2<um>
line x location= 4.0<um> spacing= 0.4<um>
line x location=10.0<um> spacing= 2.0<um> tag=SiBottom
line y location=0.0 spacing=50.0<nm> tag=Mid
line y location=0.40<um> spacing=50.0<nm> tag=Right
Initial 2D grid.
30/110

仿真区域初始化
region silicon xlo=SiTop xhi=SiBottom ylo=Mid yhi=Right
init concentration=1.0e+15<cm-3> field=Phosphorus wafer.orient=100 （N形衬底）

Boron注入
implant Boron dose=2.0e13<cm-2> energy=200<keV> tilt=0 rotation=0
implant Boron dose=1.0e13<cm-2> energy= 80<keV> tilt=0 rotation=0
implant Boron dose=2.0e12<cm-2> energy= 25<keV> tilt=0 rotation=0 （P阱）
常见掺杂杂质
N型：Phosphorus、Arsenic
P型：Boron
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
生长栅氧化层

min.normal.size用来指定边界处的网格间距，离开表面后按照
normal.growth.ratio确定的速率调整，accuracy为误差精度。
mgoals on min.normal.size=1<nm> max.lateral.size=2.0<um> \
normal.growth.ratio=1.4 accuracy=2e-5
##-Note: accuracy needs to be much smaller than min.normal.size
diffuse temperature=850<C> time=10.0<min> O2

生长多晶硅
deposit poly type=anisotropic thickness=0.18<um> （各向异性）
mask name=gate_mask left=-1 right=90<nm>
etch poly type=anisotropic thickness=0.2<um> mask=gate_mask
etch oxide type=anisotropic thickness=0.1<um>
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
注意点
 掩膜版使用前必须要先定义，mask
 Etch命令用来去除没有光刻胶保护的材料

多晶硅的二次氧化
 为减小多晶硅栅表面的应力，需要再多晶硅上
生长一层薄氧化层
diffuse temperature=900<C> time=10.0<min> O2 pressure=0.5<atm>
\ mgoals.native
 默认pressure为1atm。
 Mgoals.native表示自动采用MGOALS对这层进
行网格分布
Mgoals.native
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
保存结构文件
 Sentaurus
Process中
使用struct命令来保
存结构文件，同样
可以使用Tecplot SV
来调阅结构文件。
保存格式有TDR和
DF-ISE，这里使用
TDR格式来保存
struct tdr=NMOS4
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
LDD和Halo（晕环）注入前网格的细化
 min和max定义refinebox的范围
 Xrefine和yrefine定义refinebox的网格细化规则

The first number specifies the spacing at the top or left side of the
box, the second number defines the spacing in the center, and the
last one at the bottom or right side of the box.
refinebox silicon min= {0.0 0.05} max= {0.1 0.12} \
xrefine= {0.01 0.01 0.01} yrefine= {0.01 0.01 0.01} add
refinebox remesh
LDD和Halo（晕环）注入
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

LDD注入形成N-区域，为了有效抑制热载流子效应
Halo注入目的是在源漏的边缘附近形成高浓度的硼掺杂区域，
用来有效抑制有可能发生的短沟道效应
implant Arsenic dose=4e14<cm-2> energy=10<keV> tilt=0 rotation=0 （注入角、旋转角）
implant Boron dose=0.25e13<cm-2> energy=20<keV> \
tilt=30<degree> rotation=0
implant Boron dose=0.25e13<cm-2> energy=20<keV> \
tilt=30<degree> rotation=90<degree>
implant Boron dose=0.25e13<cm-2> energy=20<keV> \
tilt=30<degree> rotation=180<degree>
implant Boron dose=0.25e13<cm-2> energy=20<keV> \
tilt=30<degree> rotation=270<degree>
diffuse temperature=1050<C> time=5.0<s>
LDD和Halo（晕环）注入
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制备前
LDD
Halo
侧墙制备
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
制备过程：

在整个结构上淀积一层均匀的氧化硅层及氮化硅层．设置
type=isotropic保证生长速率的各向同性．随后，将淀积的氧
化层和氮化硅层刻蚀掉．刻蚀仅在垂直方向进行，则淀积
在栅区边缘的材料并未被腐蚀掉，形成侧墙，以此作为源/
漏注入时的掩膜．
deposit oxide type=isotropic rate ={1} time=0.005
各相同性淀积
deposit nitride type=isotropic thickness=60<nm>
etch nitride type=anisotropic thickness=84<nm>
etch oxide type=anisotropic thickness=10<nm>
struct tdr=SP
各相异性刻蚀
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
制备结果
Source/Drain注入前网格再细化
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refinebox silicon min= {0.04 0.05} max= {0.18 0.4} \
xrefine= {0.01 0.01 0.01} yrefine= {0.05 0.05 0.05} add
refinebox remesh
Source/Drain注入
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
为了确保source和drain区域较低的电阻率，采用
高剂量（5e15cm-2）。倾斜7°角防止沟道效应，
离子注入过深
implant Arsenic dose=5e15<cm-2> energy=40<keV> \
tilt=7<degree> rotation=-90<degree>
diffuse temperature=1050<C> time=10.0<s>
struct tdr=SDim
Source/Drain注入
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注入前
注入以及退火后
接触孔
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
Isotropic（各向同性）刻蚀是为了把残
留的金属刻蚀干净
deposit Aluminum type=isotropic thickness=30<nm>
#0.2到1μm的部分被保护了下来
mask name=contacts_mask left=0.2<um> right=1.0<um>
etch Aluminum type=anisotropic thickness=0.25<um> mask=contacts_mask
etch Aluminum type=isotropic thickness=0.02<um> mask=contacts_mask
翻转
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
由于漏源对称，所以翻转，加快设计周期
transform reflect left
#TDR
struct smesh=n@node@
注意：n@node@的用法！根据节点自动编号，
便于流程化操作
NMOS结构
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NMOS结构
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TCAD概述
47/110
sprocess
*_bnd.tdr
T4 / Medici
Sentaurus
*_fps.tdr
sde
*_fps.cmd
*_dvs.cmd
*_msh.tdr
TCAD
ISE
Silvaco
sdevice
*.plt
*.tdr
*_des.cmd
Workbench (SWB)
Structure Editor的重要性
48/110
网格设置对方程(x-2)^2=0的数值解的影响
Sentaurus Structure Editor
49/110



SDE是Synopsys Inc. TCAD Sentaurus系列工具中新
增加的、具有器件结构编辑功能的集成化TCAD
器件结构生成器。可与sprocess联用，弥补各自
的不足。
在图形化用户界面（GUI-Graphic User Interface）
下，交互可视地生成、编辑器件结构。
也可以在批处理命令模式下使用脚本语言来创
建器件的结构设计。


系统的图形用户界面（GUI）与批处理命令脚本模式是可逆
的
可视化的器件结构与参数化的器件结构相对应
Sentaurus Structure Editor
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
包含以下几个工具模块：
 二维器件编辑（Device
Editor）模块
 三维器件编辑（Device Editor）模块
 Procem三维工艺制程仿真模块

具有的主要特征如下：
 具有优秀的几何建模内核，为创建可视化模型提供了保
障
 拥有高质量的绘图引擎和图形用户界面（GUI）
 共享DFISE和TDR输入和输出的文件格式
SentaurusSE 3D图例
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Gate
Source (Drain)
SiO2
Drain (Source)
How to use SDE
52/110


启动演示
启动方式
 命令提示符下输入：sde
How to use SDE
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(sdeio:read-tdr-bnd "n@node|sprocess@_bnd.tdr")
(sdedr:define-submesh-placement "ExternalProfilePlacement_1" "ExternalProfileDefinition_1" "" "NoReplace")
#t
(sdedr:define-submesh "ExternalProfileDefinition_1" "n@node|sprocess@_fps.tdr""n@node|sprocess@_fps.tdr"
'w)
#t
How to use SDE
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How to generate 2D boundaries？
55/110

SDE主窗口
 演示
画图区
命令编辑器
How to generate 2D boundaries？
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
To start a new object and discard all objects that
have been previously defined

File > New, or Ctrl+N, or click the corresponding toolbar button.
The corresponding Scheme command is:
(sde:clear)
How to generate 2D boundaries？
57/110

开启准确坐标模式


为了能准确定义器件的坐标
Boolean ABA
The corresponding Scheme command is:
(sdegeo:set-default-boolean “ABA”)
How to generate 2D boundaries？
58/110

Selecting Materials


for example, Silicon
Creating Rectangular Regions
 Draw
> Create 2D Region > Rectangle, or click the
corresponding toolbar button.
 Drag the pointer to draw a rectangle in the view
window. The Exact Coordinates dialog box is displayed.
 Enter (-0.5 0.0), (0.5 1.0) in the corresponding fields
and click OK.
How to generate 2D boundaries？
59/110

Creating Other Revice Rectangular Regions
The corresponding Scheme command is:
(sdegeo:create-rectangle (position -0.5 0.0 0.0) (position 0.5 1.0 0.0) "Silicon"
"region_1")
(sdegeo:create-rectangle (position -0.2 -40e-4 0.0) (position 0.2 0.0 0.0) "SiO2"
"region_2")
(sdegeo:create-rectangle (position -0.2 -0.2 0.0) (position 0.2 -40e-4 0.0) "Si3N4"
"region_3")
(sdegeo:create-rectangle (position -0.1 -0.2 0.0) (position 0.1 -40e-4 0.0)
"PolySilicon" "region_4")
(sdegeo:create-rectangle (position -0.5 0.1 0.0) (position 0.5 0.2 0.0) "SiO2"
"region_5")
 做什么用？
 顺序能换吗？
How to generate 2D boundaries？
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
注意坐标
轴方向
-0.5
0.5
1
X
How to generate 2D boundaries？
61/110

分块处理(需要对不同区域进行不同处理，比如
大块的Si)
The corresponding Scheme command is:
 Edit>Separate
Lumps
(sde:assign-material-and-region-names "all")
How to generate 2D boundaries？
62/110

Rounding Edges (侧墙磨边处理)
 Edit
> Parameters
 Define fillet-radius in the Variable field and enter 0.08 for
the Value.
 Click Set and then click Close.
 Click the Selection Level list and select Select Vertex.
 Click the Aperture Select button in the toolbar.
 Click
the upper-left corner of the spacer to highlight the vertex.
 Edit > Edit 2D > Fillet.
 Repeat the last two steps with the upper-right corner of the
spacer.
How to generate 2D boundaries？
63/110

Rounding Edges (侧墙磨边处理)
The corresponding Scheme command is:
(sde:define-parameter "fillet-radius" 0.08 0.0 0.0 )
(sdegeo:fillet-2d (find-vertex-id (position -0.2 -0.2 0.0)) fillet-radius)
(sdegeo:fillet-2d (find-vertex-id (position 0.2 -0.2 0.0)) fillet-radius)
How to generate 2D boundaries？
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
定义Contacts
 Contacts
> Contact Sets.
The Contact Sets dialog box is displayed.
 定义contacts属性.
在 Contact Name 中输入名字.
 在 Edge Color 中给contact赋RBG颜色； 也可以修改
Edge Thickness 值用来区分contact； Face Pattern一项只
对 定义3D contacts有效
How to generate 2D boundaries？
65/110

定义Contacts
 点击
Set 增加 已经定义好的Contact. 重复操作
 Close
The corresponding Scheme command is:
(sdegeo:define-contact-set "source" 4.0 (color:rgb 1.0 0.0 0.0 ) "##")
(sdegeo:define-contact-set "drain" 4.0 (color:rgb 0.0 1.0 0.0 ) "##")
(sdegeo:define-contact-set "gate" 4.0 (color:rgb 0.0 0.0 1.0 ) "##")
(sdegeo:define-contact-set "substrate" 4.0 (color:rgb 1.0 1.0 0.0 ) "##")
(sdegeo:define-contact-set "bodytie" 4.0 (color:rgb 1.0 0.0 1.0 ) "##")

为什么要定义电极
How to generate 2D boundaries？
66/110

将已经定义好的Contacts设置到边界上
 Contacts
> Contact Sets.
The Contact Sets dialog box is displayed.
 在已经定义好的库中，选择需要的contact，比如source
 点击Activate激活被选中的contact
 其他类似操作
How to generate 2D boundaries？
67/110

将已经定义好的Contacts设置到边界上
 用选择边界工具选中边界
 Contacts
> Set Edge(s)
The corresponding Scheme command is:
(sdegeo:define-2d-contact (find-edge-id (position -0.4 0.0 0.0)) "source")
(sdegeo:define-2d-contact (find-edge-id (position 0.4 0.0 0.0)) "drain")
(sdegeo:define-2d-contact (find-edge-id (position 0.0 1.0 0.0)) "substrate")
 （3/5）
How to generate 2D boundaries？
68/110

Adding Vertices
 Draw
> Add Vertex or click the corresponding toolbar
button.



Exact Coordinates 对话出现
输入(-0.1 0.1)和(-0.05 0.1)创造2个端点
4/5
The corresponding Scheme command is:
(sdegeo:insert-vertex (position -0.10 0.1 0.0))
(sdegeo:insert-vertex (position -0.05 0.1 0.0))
(sdegeo:define-2d-contact (find-edge-id (position -0.07 0.1 0.0)) "bodytie")
How to generate 2D boundaries？
69/110

4个contacts定
义完毕
How to generate 2D boundaries？
70/110

如何定义一个区域为contact
 选择方式为Body
 Contacts
 Edit
> Set Region Boundary Edges
> 2D Edit Tools > Delete Region
The corresponding Scheme command is:
(sdegeo:set-current-contact-set "gate")
(sdegeo:set-contact-boundary-edges
(find-body-id (position 0.0 -0.1 0.0)))
(sdegeo:delete-region (find-body-id (position 0.0 -0.1 0.0)))
How to generate 2D boundaries？
71/110

区域重命名


默认区域名字一般为region_1或者region_1_lump，不适合后
期进行掺杂或者网格定义等操作
步骤：
 选取方式为Body
 选择区域
 Edit

> Change Region Name
完成命名规则化
How to generate 2D boundaries？
72/110

卡命令-R代表Region
The corresponding Scheme command is:
(sde:add-material (find-body-id (position 0.0 0.8 0.0)) "Silicon" "R.Substrate")
(sde:add-material (find-body-id (position 0.0 0.15 0.0)) "SiO2" "R.Box")
(sde:add-material (find-body-id (position 0.0 0.05 0.0)) "Silicon" "R.Siliconepi")
(sde:add-material (find-body-id (position 0.0 -20e-4 0.0)) "SiO2" "R.Gateox")
(sde:add-material (find-body-id (position -0.15 -0.1 0.0)) "Si3N4" "R.Spacerleft")
(sde:add-material (find-body-id (position 0.15 -0.1 0.0)) "Si3N4" "R.Spacerright")

为了能查看刚改的区域命名情况
The corresponding Scheme command is:
(sde:showattribs "all")
改名
How to generate 2D boundaries？
73/110

保存器件结构.sat（SE特有）

File > Save Mode
The corresponding Scheme command is:
(sde:save-model "soifet_bnd")

保存器件结构.tdr
The corresponding Scheme command is:
(sdeio:save-tdr-bnd (get-body-list) "soifet_bnd.tdr")
How to generating doping profiles
74/110

硅衬底掺杂

Device > Constant Profile Placement

材料选择硅

选择常数掺杂

掺杂杂质为boron，浓度为1e15

点击Add/Change Placement

Close
The corresponding Scheme command is:
(sdedr:define-constant-profile "Const.Silicon" "BoronActiveConcentration" 1e+15)
(sdedr:define-constant-profile-material "PlaceCD.Silicon" "Const.Silicon" "Silicon")
How to generating doping profiles
75/110

硅外延掺杂

Device > Constant Profile Placement

选择区域名为R.Siliconepi

掺杂杂质为boron，浓度为1e17

点击Add/Change Placement

Close
The corresponding Scheme command is:
(sdedr:define-constant-profile "Const.Epi" "BoronActiveConcentration" 1e17)
(sdedr:define-constant-profile-region "PlaceCD.Epi" "Const.Epi" "R.Siliconepi")
How to generating doping profiles
76/110

解析掺杂
Mesh > Define Ref/Eval Window > Line （基线）
 Enter (-0.8 0) for the start point and click OK
 Enter (-0.2 0) for the end point and click OK
 重复

The corresponding Scheme command is:
(sdedr:define-refinement-window "BaseLine.Source" "Line" (position -0.8 0.0 0.0) (position 0.2 0.0 0.0))
(sdedr:define-refinement-window "BaseLine.Drain" "Line" (position 0.2 0.0 0.0) (position 0.8
0.0 0.0))
(sdedr:define-refinement-window "BaseLine.SourceExt" "Line" (position -0.8 0.0 0.0)
(position -0.1 0.0 0.0))
(sdedr:define-refinement-window "BaseLine.DrainExt" "Line" (position 0.1 0.0 0.0) (position
0.8 0.0 0.0))
How to generating doping profiles
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
解析掺杂
 Device

>
Analytic Profile Placement
 杂质为磷，选取高斯分布方式
 SourceExt和DrainExt形成LDD
How to generating doping profiles
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
保存掺杂分布.sat（SE特有）

File > Save Mode
The corresponding Scheme command is:
(sde:save-model “soifet_dop_sde”)
需要?
Generating Meshes
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
网格策略主要步骤
 硅外延区域-精网格布置
 Mesh
> Refinement Placement
 选择R.Siliconepi区域
 X方向，最大网格0.1最小0.005
 Y方向，最大0.0125最小0.005
 选择掺杂渐变函数
Generating Meshes
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 定义窗口（不能利用区域的时候）
 Mesh
> Define Ref/Eval Window > Rectangle
 对channel和整体部分进行定义
The corresponding Scheme command is:
(sdedr:define-refinement-window "RefWin.all" "Rectangle" (position -0.5 1.0 0.0) (position
0.5 -0.2 0.0))
(sdedr:define-refinement-window "RefWin.Channel" "Rectangle" (position -0.1 0.0 0.0)
(position 0.1 0.1 0.0))
Generating Meshes
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 利用定义好的窗口进行网络布置
 Mesh
> Refinement Placement
 Ref/Win选择RefWin.all
 X方向，最大0.25最小0.1
 Y方向，最大0.25最小0.1
 较粗略的网格安排
The corresponding Scheme command is:
(sdedr:define-refinement-size "RefDef.all" 0.25 0.1 0.25 0.1)
(sdedr:define-refinement-placement "PlaceRF.all" "RefDef.all" "RefWin.all")
Multibox Mesh Strategy in Refinement Windows策略
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 由于在某些应用中会需要用到逐渐变化的网格线的
策略
 比如在MOS管沟道，尤其是Silicon-Oxide交界面处，需
要密集的网格线以便于计算，而离该界面越远，需要的
网格可以越宽松。这样既可以省去CPU计算时间，又可
以为器件结构带来精确计算。
 具体步骤如下
Generating Meshes
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
Multibox Mesh Strategy
 Mesh
> Multibox Placement
 选取定义好的RefWin.Channel块
 X方向和Y方向的策略见图

保存
The corresponding Scheme command is:
(sdedr:define-multibox-size "MB.Channel" 0.05 0.0125 0.025 1e-4 1 1.35)
(sdedr:define-multibox-placement "PlaceMB.Channel" "MB.Channel" "RefWin.Channel")
(sde:save-model “soifet_msh_sde”)
Generating Meshes
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
Meshing the Device Structure
 网格策略基本布置完成，仍然需要利用Meshing
engine把网格建造出来
 步骤
 Mesh
> Build Mesh
 -s （2D必须选）
 -F （产生.tdr）
 3D则用NOFFSET引擎
 SNMesh三角网格
Generating Meshes
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
MESH成果
SDE查看
Tecplot查看
3D
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3D MOSFET
TCAD概述
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sprocess
*_bnd.tdr
T4 / Medici
Sentaurus
*_fps.tdr
sde
*_fps.cmd
*_dvs.cmd
*_msh.tdr
TCAD
ISE
Silvaco
sdevice
*.plt
*.tdr
*_des.cmd
Workbench (SWB)
Sentaurus Device Simulator
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

内嵌一维、二维及三维器件物理特性模型
仿真的方式主要是通过数值求解一维、二维或
三维的半导体物理基本方程 (泊松方程、连续性
方程及运输方程)


得到经工艺仿真而生成的或自定义的器件在有源或无源以
及相应的外围电路作用下的电学参数和电学特性
仿真对象多元化

Sentaurus Device除了能实现传统的硅器件的仿真外，还可以
进行光电器件、异质结器件、量子器件以及化合物半导体
器件的物理特性模拟
Sentaurus Device Simulator
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
Sentaurus Device支持三种仿真类型：
 单器件型、单器件-电路型、多器件-电路型
Sentaurus Device Simulator
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
Sentaurus Device通过数值模拟和可视化的输出，
可以得到器件在无源状态下的内部结构和器件
物理特性参数




!
如各区域内的电位、电场、杂质的纵向分布、横向分布及
等位分布
各区域内载流子寿命、迁移率及其与杂质浓度间的定量关
系
各区域内的电流密度、电子复合率与产生率的变化
各区域内电场场强和内电势分布等数据
Sentaurus Device Simulator
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
Sentaurus Device在保留经典器件物理特性模型基
础上，又增加了许多小尺寸器件物理模型，以
满足当前对纳米器件物理特性分析的技术需求
 有载流子隧道击穿模型
 包括直接隧道击穿
 热电子发射诱发的击穿
 非局域隧道击穿等

这些模型的引入为分析各类小尺寸效应的特定
成因和危害提供了有效的途径
SentaurusD Examples
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晶体管
闪存
CMOS图像传感器
ESD
SCR结构
电流路径
Sentaurus Device
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
File{……}
定义器件结构的输入文件和输出文件的名称
…………

Thermode{……}
定义器件的电极温度 (可以省略)
…………

Electrode{……}
定义器件的电极相关信息
…………

Physics{……}
定义器件过程中使用的物理模型
…………

Plot {……}
定义所有的计算变量
…………

Math{……}
定义DESSIS仿真时算法的设置
…………

Solve{……}
定义电压扫描，仿真电学特性
File{…}
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




Grid = “@tdr@”
Parameters = “@parameters@”
Output = “@log@”
Current = “@plot@”
Plot = “@tdrdat@”
Electrode{…}
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
*DC simulation
Electrode{
{ Name="Anode" Voltage=0.0 }
{ Name="Cathode" Voltage=0.0 }
}
注意：电极的名称要和Structure Editor中定义的电极名称
完全一致！
Physics{…}
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Physics{
eQCvanDort
EffectiveIntrinsicDensity( OldSlotboom )
Mobility(
DopingDep
eHighFieldsaturation( GradQuasiFermi )
hHighFieldsaturation( GradQuasiFermi )
Enormal )
Recombination(
SRH( DopingDep ))
}
}
Plot{…}
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Plot{
*--Density and Currents, etc
eDensity hDensity
TotalCurrent/Vector eCurrent/Vector hCurrent/Vector
eMobility hMobility
eVelocity hVelocity
eQuasiFermi hQuasiFermi
*--Temperature
eTemperature Temperature * hTemperature
*--Fields and charges
ElectricField/Vector Potential SpaceCharge
*--Doping Profiles
Doping DonorConcentration AcceptorConcentration
Plot{…}
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*--Generation/Recombination
SRH Band2Band * Auger
AvalancheGeneration eAvalancheGeneration
hAvalancheGeneration
*--Driving forces
eGradQuasiFermi/Vector hGradQuasiFermi/Vector
eEparallel hEparallel eENormal hENormal
*--Band structure/Composition
BandGap
BandGapNarrowing
Affinity
ConductionBand ValenceBand
eQuantumPotential
}
Math {…}
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Math {
Extrapolate
Iterations=20
Notdamped =100
RelErrControl
ErRef(Electron)=1.e10
ErRef(Hole)=1.e10
BreakCriteria{ Current(Contact="Anode" AbsVal=1e-7) }
}
Solve{…}
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Solve {
*- Build-up of initial solution:
NewCurrentFile="init"
Coupled(Iterations=100){ Poisson }
Coupled{ Poisson Electron }
*- Bias drain to target bias
Quasistationary(
InitialStep=0.01 Increment=1.35
MinStep=1e-6 MaxStep=0.02
Goal{ Name="Anode" Voltage= 20 }
){ Coupled{ Poisson Electron } }}
minstep的数值至少比initialstep少3个数量级
其他Sentuarus工具
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Noffset3D（3D网格引擎）
Ligament-Flow
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用户交互式的工艺流程
Ligament-layout
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Inspect
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Inspect
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Inspect
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Inspect
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Tecplot
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看电流流向
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Assignment
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用sprocess跑出一个NMOS管(提供cmd文件)
用structure editor优化网格
用sdevice跑出直流击穿电压(器件关断时，漏端
扫直流电压，漏端漏电流刚大于等于1x10-7 安
培时的漏端电压为击穿电压)
用Inspect观察漏端电压-电流曲线，从电压-电流
曲线数据中得到精确的直流击穿电压值
优化改进器件参数，使器件的直流击穿电压值
提高20%以上
111
谢谢！Q & A