TCAD器件模拟功能 浙江大学信息与电子工程学院ppt课件.ppt
《TCAD器件模拟功能 浙江大学信息与电子工程学院ppt课件.ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《TCAD器件模拟功能 浙江大学信息与电子工程学院ppt课件.ppt(99页珍藏版)》请在三一办公上搜索。
1、2022/11/23,1/87,第四章 功率集成电路工艺和器件模拟,2022/11/23,2/83,主要内容,TCAD简介TCAD仿真软件简介 PIC工艺仿真 器件仿真器件模型,2022/11/23,3/83,TCAD概念,集成电路工艺和器件的计算机模拟(Technology CAD, 简称TCAD),是利用组件与制程方面的计算机辅助设 计与仿真软件进行集成电路工艺和器件的“虚拟制造”。显然它的运用可以大大缩减集成电路的研发周期和费 用,从而大大提高集成电路的上市竞争力,已成为半导 体工艺研发过程中不可或缺的工具。,2022/11/23,4/83,PIC中的TCAD,对于功率集成电路而言,由于
2、涉及的器件种类繁多, 而且器件参数相差很大,这就决定不能采用标准的 CMOS或Bipolar工艺制程进行制造,而研发一条全 新的特殊工艺工程量是浩大的,因而这就更离不开 TCAD软件来协助进行设计。,2022/11/23,5/83,TCAD简介,TCAD作为EDA软件的一个分支,主要分为两部分:对制造工艺进行模拟,称为工艺TCAD;对器件特性进行模拟,称为器件TCAD。,2022/11/23,6/83,TCAD工艺模拟,功能:制造IC的全工序模拟模拟单类工艺或单项工艺 目的:达到优化设计IC制造工艺快速分析工艺条件对工艺结果影响,2022/11/23,7/83,TCAD工艺模拟软件分类,根据功
3、能不同,主要可分为三类:一是用于模拟离子注入、氧化、扩散等以掺杂为主的狭 义的工艺模拟软件;二是用于模拟刻蚀、淀积等工艺的IC形貌模拟软件;三是用于模拟固有的和外来的衬底材料参数或工艺条件 参数的扰动对工艺结果影响的统计模拟软件。,2022/11/23,8/83,TCAD工艺模拟流程,2022/11/23,9/83,TCAD器件模拟,功能:根据器件结构和尺寸的各种参数,模拟得到半 导体器件特性 目的:电学特性寄生参数,2022/11/23,10/83,TCAD器件模拟软件分类,分类(根据器件机理不同):PN结型器件模拟器(最常用和最成熟 )MOS型器件模拟器(最常用和最成熟 )异质结器件模拟器
4、TFT薄膜器件模拟器,2022/11/23,11/83,TCAD器件模拟流程,2022/11/23,12/83,TCAD工艺、器件和电路仿真结合,2022/11/23,13/83,TCAD发展历程(1),TCAD作为计算机模拟软件最早可追溯至20世纪50年 代;1964年,Herman Cummcl和Bell Lab.发表了第一篇 TCAD方面的论文“Solving the Basic Semi-conductor Equations on the Computer in One Dimention” ;20世纪60年代中期,商品化的CAD设备开始进入发展 和应用阶段;,2022/11/23,
5、14/83,TCAD发展历程(2),20世纪60年代,著名教授Walter Engle所领导的团队已开始进行二维仿真(two dimensional simulation);1978年,斯坦福大学IC实验室的IC工艺模拟软件SUPREM-2成功开发并投入实用;1979年相继开发了半导体器件分析软件SEDAN-1,标志TCAD开始进入实用阶段;,2022/11/23,15/83,TCAD发展历程(3),在接下去二十多年内,斯坦福大学依次推出了 SUPREM-1、SUPREM-2、SUPREM-3和SUPREM-4 IC工艺模拟软件;在器件模拟方面,相继出现了MEDICI、DESSIS、 ATLA
6、S、FLOOPS等软件。,2022/11/23,16/83,SUPREM系列,SUPREM-1是SUPREM系列的第一个版本,但由于数值不稳定和模型精度不够,未能达到实用化阶段;SUPREM-2在SUPREM-1基础上进行了模型、算法等改进,成为第一个能实用的IC工艺模拟软件;SUPREM-3和SUPREM-4的模拟功能得到进一步加强;基于SUPREM-4并经商用化改进和包装,SYNOPSYS公司推出了功能更强的、精度更高、更方便用户的TSUPREM4,SILVACO公司也推出相应的商用化软件SSUPREM4。,2022/11/23,17/83,器件仿真系列,SEDAN-1可以很好与SUPRE
7、M-2进行对接和联用,但只能处 理半导体器件的一维分析,应用受到很大限制;随着计算机硬件性能的增强和应用软件开发技术的不断成熟, 相继出现了几种比较优秀和实用的二维模拟软件,如MINIMOS-2、MEDICI等;MINIMOS-2是由奥地利维也纳工业大学开发的平面MOSFET 静态特性二维模拟程序;MEDICI则是近年来运用最广泛的半导体器件二维模拟软件, 最早的版本出现于1992年。,2022/11/23,18/83,目前形成的商用TCAD软件,TSUPREM/MEDICI软件AVANTI公司 (已被SYNOPSYS收购)ATHENA/ATLAS软件 SILVACO公司ISE-TCAD软件系
8、列 ISE公司(也已被 SYNOPSYS收购)SENTAURUS软件包 SYNOPSYS公司,2022/11/23,19/83,TSUPREM4/MEDICI软件,TSUPREM4/MEDICI/DAVINCI软件是AVANTI公司(已被SYNOPSYS收购)开发的用于二维工艺和器件模拟的集成软件包:TSUPREM4用于工艺仿真;MEDICI用于二维器件仿真;DAVINCI支持三维器件仿真。,2022/11/23,20/83,TSUPREM4,用来模拟硅集成电路和离散器件制造工艺步骤的程序;模拟二维的扩散、离子注入、氧化、外延生长、刻蚀和 淀积等工艺步骤,从而得到二维半导体器件纵剖面的杂 质掺
9、入和再分布情况;提供结构中各材料层的边界、每层的杂质分布以及氧化 /热循环/薄膜淀积产生的应力等等。,2022/11/23,21/83,TSUPREM4仿真图形,2022/11/23,22/83,MEDICI,用于MOS、bipolar或其他各种类型晶体管的行为级仿真 的工具,它可以模拟一个器件内部的电势和载流子二维 分布,从而预测任意偏置下的器件电特性;主要通过解Poisson和电子/空穴连续性以及其他半导体方 程,分析各种晶体管载流子效应(如载流子加热、闩锁、 速度过冲等),从而分析这些效应对器件特性的影响;为了更好与电路结合,MEDICI还可以研究器件的瞬态 特性。,2022/11/23
10、,23/83,MEDICI,输入三种方式 :来自本身的解析函数;来自TSUPREM4的输出;包含掺杂分布信息的文本文件。,2022/11/23,24/83,MEDICI仿真图形,NMOS,2022/11/23,25/83,DAVINCI,是一个MOS、Bipolar或其他各种类型的晶体 管的 行为级仿真工具,不同之处在于它是三维分析工具;可以模拟一个器件内部的电势和载流子三维分布, 可以预测任意偏置下的器件电特性;还可以分析瞬态工作状态下的器件特性。,2022/11/23,26/83,ISE-TCAD软件,工艺和器件仿真工具ISE-TCAD是瑞士ISE ( Integrated Systems
11、 Engineering ) 公司开发的DFM(Design For Manufacturing)软 件,是一种建立在物理基础上的数值仿真工具,其产品包括完整 的工艺及器件模拟工具。它可以仿真传统半导体工艺流程和相应器件,而且对于各种新兴 及特殊器件(如深亚微米器件、绝缘硅SOI、SiGe、功率器件、 高压器件、异质结、光电器件、量子器件及纳米器件等)也可以 进行仿真模拟。,2022/11/23,27/83,ISE-TCAD软件平台,平台工具GENESISe工艺仿真工具DIOS 器件结构生成工具MDRAW(2D)和DEVISE(3D)器件模拟工具DESSIS电磁分析工具EMLAB曲线显示和分析
12、工具INSPECT等等,2022/11/23,28/83,GENESISe,ISE-TCAD模拟工具的用户图形主界面,为设计、组织和运行TCAD模拟项目提供一个良好的平台;通过GENESISe可以将众多工具良好衔接起来,然后自动执行参数化的模拟项目,从而免除了用户进行命 令行输入等繁琐步骤。,2022/11/23,29/83,GENESISe,2022/11/23,30/83,DIOS,半导体工艺仿真工具;能仿真完整的一维和二维的制造工艺过程,如刻蚀、 淀积、离子注入、扩散和氧化,DIOS部分功能还支持 三维仿真;主要包括一维和二维蒙特卡罗Crystal-Trim仿真器和 三维蒙特卡罗MCim
13、pl仿真器界面,机械效应如压力、 流动和热扩张等也可被包含在仿真过程中。,2022/11/23,31/83,DIOS仿真图形,2022/11/23,32/83,MDRAW,器件结构生成工具;提供灵活的二维器件边界编辑、掺杂、细化定义;它采用DF-ISE数据格式和其他ISE-TCAD工具通信。 二维网格生成器被集成在MDRAW工具中,因而不需 要输入文件和输出文件;MDRAW还提供一个Tcl语法的脚本语言,用户不通过 图形交互界面也可以生成器件结构。,2022/11/23,33/83,MDRAW,2022/11/23,34/83,DEVISE,器件结构生成工具;DEVISE既是二维和三维器件编辑
14、器,也是三 维工艺模拟器,其中二维和三维器件编辑器的 模式包括几何模型生成、扩散、细化定义以及 网格生成;,2022/11/23,35/83,DEVISE,2022/11/23,36/83,DESSIS,多维、电热、混合器件和电路的仿真器,它支 持一维、二维、三维的半导体器件;能模拟从深亚微米硅MOSFET到大功率Bipolar 管的绝大多数类型半导体器件;还支持SiC和III-V化合物以及异质结结构的器 件。,2022/11/23,37/83,DESSIS,2022/11/23,38/83,DESSIS,2022/11/23,39/83,ATHENA/ATLAS软件,ATHENA/ATLAS
15、软件是SILVACO公司提供的一套完备模拟半导体工艺、器件和自动化设计流程软件,可用于CMOS、BiCMOS、SiGe和化合物半导体材料等的工艺和器件仿真。,2022/11/23,40/83,ATHENA,一套具有标准组件以及可拓展性的一维和二维制程模拟器,可用于硅或其它材料的工艺开发。 ATHENA由四套主要的工具组成,包括SSUPREM4、FLASH、OPTOLITH和ELITE工具。,2022/11/23,41/83,ATHENA功能,SSUPREM4用于模拟硅工艺的注入、扩散、氧化和硅化物;FLASH用于模拟先进材料工艺的注入、激活和扩散;OPTOLITH用于光刻模拟;ELITE用于t
16、opography模拟。,2022/11/23,42/83,ATLAS,ATLAS是一套通用的、具有标准组件以及可拓展性的一维和二维器件模拟器。ATLAS适用所有的半导体工艺器件模拟。 它主要包括S-Pisces和BLAZE两个模拟器。 ATLAS 结果输入到UTMOST 可以进行SPICE 参数提取。,2022/11/23,43/83,ATLAS功能,S-Pisces用于硅器件模拟;BLAZE模拟先进材料(III-V、II-VI 和混合技术)构成的器件和复杂的构造。,2022/11/23,44/83,PIC工艺模拟,工艺模型工艺模拟和举例,2022/11/23,45/83,工艺模拟,主要完成
17、IC工艺涉及到的扩散、离子注入、氧 化等工艺步骤的模拟,因而所采用的模型基本 集中在这些区域;采用的模型主要有杂质扩散模型、离子注入模 型、氧化模型以及其他一些工艺模型。,2022/11/23,46/83,扩散模型,受扩散系数、杂质电场、点缺陷和载流子密度影响,扩散表达式是非线性性的。在扩散计算时,将扩散时间分割成一系列很短的时间t之和,然后分别对t时间进行求解。,n是结构所有节点数Cij是节点(i,j)浓度,Cij是Cij的估计误差,2022/11/23,47/83,扩散相关其他模型,为了更精确的模拟扩散分布,在扩散过程中还采用一系列模型,如扩散率模型、点缺陷(空位和间隙)模型、点缺陷的注入
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- TCAD器件模拟功能 浙江大学信息与电子工程学院ppt课件 TCAD 器件 模拟 功能 浙江大学 信息 电子 工程学院 ppt 课件
链接地址:https://www.31ppt.com/p-1428170.html