ISETCAD演示v

TCAD仿真刘钺杨2011.04.13BJUT北京工业大学主要内容TCAD仿真软件简介工艺仿真器件仿真IGBT设计实例TCAD仿真软件简介国际上常用的有四套工具:Tsuprem4/Medici（Avanti，被Synopsys收购）ISETCAD-Dios/Mdraw/Dessis（ISE，被Synopsys收购）SentaurusTCAD（Synopsys）SilvacoTCAD-Athena/Atlas（Silvaco）工艺仿真DIOS工艺仿真Dios：二维工艺模拟器模拟完整的工艺制造 流程 快递问题件怎么处理流程河南自建厂房流程下载关于规范招聘需求审批流程制作流程表下载邮件下载流程设计 输入文件由一系列的命令所构成自动添加网格工艺仿真工艺仿真过程：结构初始化、网格定义工艺步骤模拟氧化光刻扩散……保存输出文件Title('IGBT',NewDiff=1,SiDiff=on)Grid(x=(0.0,18.0),y=(-10.0,0),nx=8)comment('sub')Substrate(orientation=100,element=P,conc=1.6e14,ysubs=0)replace(control(ngra=10))graph(triangle=on,plot)！1d(file=final,xsection(0.1),spe(btot,ptot,netact),fac=-1,append=off)！save(file='final',type=MDRAW)结构初始化、网格定义NewDiff=1 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 示所有的层次都定义网格和掺杂SiDiff=on表示掺杂杂质只在硅内扩散。工艺步骤模拟光刻Mask（……）Etching（……）例如：mask(material=resist,thickness=800nm,xleft=6.5,xright=18)etch(material=poly,stop=oxgas,rate(anisotropic=100))etch(material=resist)工艺步骤模拟离子注入Implant（……）例如：implant(element=P,dose=4.5e15,energy=110keV,tilt=7,rotation=30)tilt=7，rotation=-90为默认参数一般注入默认为“分析注入”，若需要采用其他注入参数，可使用“MonteCarlo注入”。Implanttilt=0，rotation=0Implantdefaulttilt=7，rotation=-90工艺步骤模拟热退火、氧化、外延生长、硅化物生长Diffusion（……）可以用于所有高温步骤例如：干氧氧化：diffusion(atmosphere=O2,time=70,Temperature=1100)外延生长：diffusion(atmosphere=epitaxy,growthrate=1000,time=1,element=P,conc=2e18,temperature=1150)工艺步骤模拟各向同性、各向异性淀积表面平整化、化学机械抛光Desposit（……）例如deposit(material=poly,thickness=0.65um)工艺仿真实例-工艺流程衬底制备生长场氧1光刻有源区栅氧化多晶硅淀积2光刻P-阱区刻蚀多晶硅P-阱区注入3光刻P+深阱P+注入硼推进4光刻N+源区N+注入SiO2、PSG淀积PSG回流孔光刻孔刻蚀溅射铝工艺仿真实例结构初始化建立网格及区域定义衬底显示和控制DIOS图形输出Title('IGBT',NewDiff=1,SiDiff=on)Grid(x=(0.0,18.0),y=(-10.0,0),nx=8)Substrate(orientation=100,element=P,conc=1.6e14,ysubs=0)replace(control(ngra=10))graph(triangle=on,plot)工艺仿真生长场氧干氧-湿氧-干氧comment('feildox')diffusion(atmosphere=N2,time=30,Temperature=(800,1100))diffusion(atmosphere=O2,time=10,Temperature=1100)diffusion(atmosphere=H2O,time=180,Temperature=1100)diffusion(atmosphere=O2,time=60,Temperature=1100)工艺仿真一次光刻有源区mask(material=resist,thickness=800nm,xleft=16,xright=18)etch(material=ox,remove=1252nm,over=0,rate(isotropic=10))etch(material=resist)涂光刻胶、曝光刻蚀氧化层去胶工艺仿真diffusion(atmosphere=N2,time=25,Temperature=(800,1050))diffusion(atmosphere=O2,time=2,Temperature=1050)diffusion(atmosphere=O2,time=70,Temperature=1050)diffusion(atmosphere=O2,time=5,Temperature=1050)栅氧化工艺仿真多晶硅淀积deposit(material=po,thickness=0.65um)diffusion(atmosphere=N2,time=(18,2),Temperature=(800,1050,1050))diffusion(atmosphere=N2,time=2,Temperature=1050)diffusion(atmosphere=N2,time=9,Temperature=1050,element=P)diffusion(atmosphere=N2,time=3,Temperature=1050)工艺仿真涂光刻胶刻蚀多晶硅，去胶二次光刻P-阱区窗口mask(material=resist,thickness=800nm,xleft=6.5,xright=18)etch(material=po,stop=oxgas,rate(anisotropic=100))etch(material=resist)工艺仿真implant(element=B,dose=4.9e13,energy=50keV,tilt=0)P-阱区硼注入工艺仿真mask(material=resist,thickness=800nm,xleft=2.5,xright=18)implant(element=B,dose=1e15,energy=90keV,tilt=0)etch(material=resist)涂光刻胶深硼注入，去胶三次光刻P+深硼注入窗口工艺仿真硼推进diffusion(time=(35,150),temperature=(800,1150,1150))工艺仿真涂光刻胶磷注入，去胶四次光刻N+源区注入窗口mask(material=resist,thickness=800nm,xleft=0.0,xright=2.5)implant(element=P,dose=4.5e15,energy=110keV,tilt=7,rotation=30)etch(material=resist)工艺仿真淀积磷硅玻璃depo(mat=ox,thicknes=0.5um)depo(mat=ox,thicknes=0.6um)工艺仿真回流，磷激活diffusion(time=(15,30),temperature=(800,950,950))工艺仿真五次光刻引线孔腐蚀PSG、SiO2mask(material=resist,thickness=800nm,xleft=4.5,xright=18)etch(material=ox,remove=0.6,rate(anisotropic=100))etch(material=ox,stop=sigas,rate(anisotropic=100))etch(material=resist)工艺仿真溅射金属电极depo(material=al,thickness=3)保存输出文件1D（……）保存任何X-Y分布的Dios变量Save（……）保存最终结构。1d(file=final,xsection(0.1),spe(btot,ptot,netact),fac=-1,append=off)save(file='final',type=MDRAW)Mdraw在工艺仿真后对电极进行定义定义结构边界、掺杂、电极及网格优化，生成结构输出".dat"和".grd"器件描述器件描述器件描述器件仿真DESSIS是模拟半导体器件的电、热和光特性的器件和电路仿真器。它以半导体三大基本方程为基础、采用物理模型和数学方法来模拟器件和电路的特性。器件仿真传输模型：Drift-DiffusionTransport耦合求解Poisson方程和载流子连续性方程；ThermodynamicTransport在Drift-DiffusionTransportmodel中添加电致热效应。耦合求解Poisson方程、载流子连续性方程以及晶格（载流子温度方程）。载流子假定与晶格是热平衡的，故此模型可以用来模拟晶格自加热效应；HydrodynamicTransport尤其适合深亚微级尺寸的器件模拟在Drift-DiffusionTransportmodel中分开添加载流子温度和晶格温度的计算项，考虑它们之间的热交换。耦合求解Poisson方程、载流子连续性方程以及能量平衡方程；MonteCarloSimulations用单独的载流子特性取代载流子密度来模拟载流子的输运特性。求解Boltzman输运方程，结果较为准确，但计算量大，耗时较长，收敛性较差。器件仿真主要物理模型载流子产生－复合模型Shockley-Read-Hall复合模型雪崩产生模型Auger复合模型迁移率模型掺杂电场载流子间散射能带结构模型能带变窄器件仿真数值求解方法网格划分三大方程离散化耦合的非线性代数方程非线性迭代方法求解Gummel’smethod一般线性收敛Newton’smethod二次收敛，迭代次数少，精度高文件结构工艺仿真结果导入/器件描述结果导入电极定义物理模型定义数学算法定义输出内容定义电压扫描（电流扫描）定义器件仿真器件仿真-输入命令Filesection定义输入输出文件Electrodesection指定电极Physicssection选择求解中需要定义的模型Plotsection指定输出Plot文件中所要求解的变量Mathsection选择求解半导体方程时所采用的算法Solvesection定义求解输出特性的步骤FileSectionFile{*InputFilesGrid="_mdr.grd"Doping="_mdr.dat"Lifetime="_mdr.dat"*OutputFilesCurrent=“.plt"Plot=“.dat"Output=“.log"}Grid：器件各个区域的 材料 关于××同志的政审材料调查表环保先进个人材料国家普通话测试材料农民专业合作社注销四查四问剖析材料 、结构、Contact的位置以及网格节点的信息；Doping:器件的场分布信息Current：器件的电学输出数据Plot：器件网格点上变量的最终空间解Output：模拟过程的日志ElectrodeSectionElectrode{{name="source"Voltage=0.0}{name="anode"Voltage=0.0}{name="gate"Voltage=0.0}……}name：定义每个电极，电极名称必须与grid文件一致Voltage:定义电极的电压初始值指定器件的电极或热电极，以及各电极上的初始偏置PhysicsSectionPhysics{EffectiveIntrinsicDensity(BandGapNarrowing(OldSlotboom))Mobility(DopingDependenceHighfieldsaturation)}EffectiveIntrinsicDensity：能带变窄，影响本证载流子浓度Mobility：受高掺杂浓度（DopingDep）、高电场饱和（HighFieldSat）影响PlotSectionPlot{PotentialElectricfieldeDensityhDensityConductionBandValenceBandBandGapAffinityeTemperaturehTemperature}仅能存储Physics模型中可求解出的物理量的值可存储物理量I可存储物理量IIMathSectionMath{Extrapolate*offbydefaultIterations=20*default=50Notdamped=50*default=1000NewDiscretization*offbydefaultRelErrControl*onbydefaultTransient=BE*default=BD}Iterations=20：指定最大Newton迭代次数Notdamped=50：在最初的50次牛顿迭代中没有采用衰减算法；NewDiscretization：改进的离散化载流子连续性方程、能量平衡方程以及晶格温度方程 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 ；Extrapolate：外推法RelErrControl：激活改良的误差控制模式；Transient=BE：向后欧拉法TRBDF倒推微分公式SolveSectionSolve{*Build-upofinitialsolution:Coupled{PoissonElectronHole}*BiasvoltagetotargetbiasQuasistationary(InitialStep=0.1MinStep=1e-5MaxStep=1Goal{Parameter=vds."dc"Value=400}){Coupled{PoissonElectronHole}}*voltagesweepTransient(InitialTime=0FinalTime=1e-5initialstep=1e-8MinStep=1e-10MaxStep=5e-7increment=2decrement=2){Coupled{PoissonElectronHole}}必须先求解初始方程才能进行准静态模拟扫描电压设置，通过设定合适的步长，可以使计算迅速收敛，缩短程序运行时间输出结果查看Inspect端特性查看Tecplot_ise内部电场、电势、载流子浓度等内部特性查看InspectTecplotTecplotTecplot例1：IV特性Electrode{{Name="source"Voltage=0}{Name="anode"Voltage=0}{Name="gate"Voltage=0}}File{*inputfiles:Grid="final_mdr.grd"Doping="final_mdr.dat"*lifetime="final_mdr.dat"*outputfilesCurrent="IV300_des.plt"Output="IV300_des.log"Plot="IV300_des.dat"}Physics{areafactor=4.167e5EffectiveIntrinsicDensity(BandGapNarrowing(OldSlotboom))Mobility(DopingDependenceEnormalCarrierCarrierScattering(ConwellWeisskopf)Highfieldsaturation(CarrierTempDrive))Recombination(AugerSRH(dopingDep)Avalanche)Temperature=300}续上：IV特性Plot{PotentialElectricfieldeDensityhDensityeCurrent/VectorhCurrent/VectorTotalCurrent/VectorSRHAugerAvalancheeMobilityhMobilityeQuasiFermihQuasiFermieGradQuasiFermihGradQuasiFermieEparallelhEparalleleMobilityhMobilityeVelocityhVelocityDonorConcentrationAcceptorconcentrationConductionBandValenceBandBandGapAffinityeTemperaturehTemperatureelifetimehlifetime}Math{ExtrapolateNotdamped=100Iterations=20NewDiscretizationDerivativesRelErrControl}Solve{PoissonCoupled{PoissonElectronHole}QuasiStationary(InitialStep=1e-5Maxstep=1e-2Minstep=1e-6Goal{name="gate"Voltage=15}){Coupled{PoissonElectronHole}}QuasiStationary(InitialStep=1e-3Maxstep=1e-2Minstep=1e-5Goal{name="anode"Voltage=3}){Coupled{PoissonElectronHole}}}IV曲线例2：短路特性DeviceIGBT_DUT{Electrode{{name="source"Voltage=0.0}{name="anode"Voltage=0.0}{name="gate"Voltage=0.0}}Thermode{{Name="anode"Temperature=300SurfaceResistance=0.01}}File{*inputfiles:grid="../final_mdr.grd"doping="../final_mdr.dat"lifetime="../final_mdr.dat"*outputfilesCurrent="sc.plt"Plot="sc.dat"}Physics{Thermodynamicareafactor=4.167e5EffectiveIntrinsicDensity(BandGapNarrowing(OldSlotboom))Mobility(DopingDependenceCarrierCarrierScattering(ConwellWeisskopf)Highfieldsaturation)Recombination(AugerSRH(DopingDep)Avalanche(UniBo))}}1续上：短路特性Plot{PotentialElectricfieldeDensityhDensityeCurrent/VectorhCurrent/VectorTotalCurrent/VectorSRHAugerAvalancheeMobilityhMobilityeQuasiFermihQuasiFermieGradQuasiFermihGradQuasiFermieEparallelhEparalleleMobilityhMobilityeVelocityhVelocityDonorConcentrationAcceptorconcentrationDopingSpaceChargeConductionBandValenceBandBandGapAffinityeTemperaturehTemperature}Math{Method=blockedTransient=BERelErrControlNewDiscretizationNotdamped=50Iterations=20NoCheckTransientError*whenabruptpulseisapplied,itispreferedtospecify}2续上：短路特性System{IGBT_DUTfinal("anode"=a"source"=s"gate"=g)Vsource_psetvs(s0){dc=0}Inductor_psetl(ac){inductance=1e-8}Vsource_psetvds(c0){dc=0}Resistor_psetRg(n0g){resistance=22}Vsource_psetvgs(n00){pwl=(001e-601.01e-6151.1e-5151.101e-501.6e-50)}Plot"nodes2.plt"(time()agci(finalg)i(finala))}Solve{PoissonCoupled{PoissonElectronHoleTemperature}QuasiStationary(InitialStep=0.1Maxstep=1Minstep=1e-7Goal{Parameter=vds."dc"Value=400}){Coupled{PoissonElectronHoleTemperature}}Transient(InitialTime=0FinalTime=1.1e-6initialstep=1e-8MinStep=1e-10MaxStep=5e-7increment=2decrement=2){Coupled{PoissonElectronHoleTemperature}}……Transient(InitialTime=1.11e-5FinalTime=1.6e-5initialstep=1e-8MinStep=1e-12MaxStep=5e-6increment=2decrement=2){Coupled{PoissonElectronHoleTemperature}}}短路曲线Fig.1通过短路仿真Fig.2未通过短路仿真闩锁失效