【文章內(nèi)容簡介】 特征:TonyPlot為了TCAD的可視化功能而專門開發(fā)的圖形分析工具，并且是通用的圖形顯示工具，它可用于工藝和器件設計的快速原型制作與開發(fā)，幾乎可用于所有SILVACO TCAD 產(chǎn)品。它的繪圖引擎支持所有一維和二維數(shù)據(jù)的檢視，并可導出多種可用于報告或第三方工具的通用格式數(shù)據(jù)， 包括jpg、png、bmp、Spice Raw File 和 CSV等，并且可以輸出多數(shù)型號打印機都支持的圖形格式。 TonyPlot具有靈活的標簽功能，可通過此功能對圖形進行注釋，為報告和演示建立明晰圖表。TonyPlot擁有探測器、標尺及其他測量工具，可對得出的一維和二維結構進行詳盡測量和分析。TonyPlot能夠很容易地進行多個圖表之間的比較，能夠顯示電結果是如何由工藝條件影響的。TonyPlot擁有電影模式動態(tài)化的序列圖形，這可以為用戶提供靜態(tài)圖像所無法提供的器件信息，其帶有的切割線工具可以在二維結構中切割出一維的線段。TonyPlot可定義復雜的函數(shù)和宏命令，使之可以像普通一維量一樣被查看。它的一大特色是虛擬晶圓制造系統(tǒng)與生產(chǎn)模式聯(lián)合起來一起使用，能夠提供精確地成品率分析和有效地校準工具。 ATHENAATHENA是由SUPREMIV發(fā)展而來的，后者是世界著名的斯坦福大學開發(fā)的仿真器。ATHENA具有很多的新穎的功能，用于半導體器件的仿真處理，囊括了各個器件制造的工藝，如：擴散、氧化、離子注入、刻蝕、淀積、光刻、應力成型和硅化等。ATHENA是一個方便的平臺，它易于使用，模塊化可擴展，能夠幫助開發(fā)和優(yōu)化半導體制造工藝。它能夠對所有的器件生產(chǎn)工藝流程進行精確地模擬，仿真能夠得到各種半導體器件的結構，并能預測器件結構中的幾乎參數(shù)，應力和摻雜劑量分布。我們可以通過ATHENA設計優(yōu)化參數(shù)，使得速度、擊穿、產(chǎn)量、泄露電流和可靠性之間達到最佳結合。ATHENA能夠迅速的模擬各種器件加工工藝中的各個步驟，精確預測多層拓撲， 攙雜分布、以及多種器件結構的應力高級仿真環(huán)境允許： ATLASATLAS是一種器件仿真系統(tǒng)，它可以模擬半導體器件的光電熱等的行為特性，它提供一個簡潔方便可擴展的模塊化平臺，該平臺基于物理原理，可分析二維三維半導體直流交流的時域相應。高效穩(wěn)定的多線程算法在并行機器上運行，不僅保持了運算精度，還大大減少了仿真的時間。主要特征：ATLAS不需要高昂的試驗費用投入，只需要一臺電腦就可以精確地進行物理器件的電光熱特性的仿真。當工藝變動時，能夠迅速的改變模擬數(shù)據(jù)以適應新的工藝，提高了成品率，優(yōu)化了速度功率，漏電可靠性等。ATLAS與ATHENA工藝仿真完美銜接，以其完善的可視化工具，數(shù)量巨大的例子庫和簡單的器件語法而成名。能夠通過ATLAS直接將仿真結果導入到UTMOST，以便提取各種器件參數(shù)，方便將TCAD連接到流片系統(tǒng)。此外，它還支持多核多處理器SMP機器的并行處理。ATLAS的主要模塊：二維硅器件模擬器、三維硅器件模擬器、高級材料的二維三維模擬器、VCSELS模擬器、半導體激光二極管模擬器、光電子器件默契、鐵電場相關的節(jié)點常數(shù)模擬器、半導體噪聲模擬模塊、二維三維量子顯示響應模擬模塊、MixerMode、二維三維飛等溫器件模擬模塊、和ATLAS C解釋器模塊等。 TCAD工具的仿真原理Silvaco TCAD軟件是用來模擬半導體器件的電學性能，進行半導體工藝流程仿真，還可以與其它EDA工具(比如spice)組合起來進行系統(tǒng)級電學模擬(Sentaurus和ISE也具備這些功能)。SivacoTCAD為圖形用戶界面，用戶可以直接從界面輸入程序語句，操作簡單，其例子庫十分豐富，可以直接調用裝載并運行，SilvacoTCAD是例子庫最豐富的TCAD軟件之一，幾乎使得用戶做的任何設計都能找到相似的例子程序以供調用。Silvaco TCAD平臺包括工藝仿真(ATHENA)，器件仿真(ATLAS)和快速器件仿真系統(tǒng)(Mercury)，它們都是全圖形操作界面，類似于windows的操作界面受到了喜歡在全圖形界面操作軟件用戶的青睞。總所周知，計算機仿真是基于一些物理模型及方程的數(shù)值計算，Silvaco中的物理模型及方程十分復雜，信息量十分巨大，而這些方程中的某些量又需要用其他的方程來描述，這就使得信息處理量成倍增長，只有將它離散化，所以Silvaco半導體仿真是基于網(wǎng)格計算的。而網(wǎng)格計算就是要將器件的仿真區(qū)域劃分開來，規(guī)劃成相應密度的網(wǎng)格，在計算器件某一部分的電學、光學等特性時，只需計算相應的網(wǎng)格點處的特性即可。而數(shù)值計算需要考慮很多問題，如精確性，計算速度，收斂性等。計算精度和網(wǎng)格點的密度有關，網(wǎng)格點的密度越大，計算精度越高，但是Silvaco中的網(wǎng)格點總數(shù)是受到限制的，不能超過一定的值，而網(wǎng)格點如果太多的話，會導致信息量特別大，當信息量超過所能處理的極值時，在仿真的時候就會報錯。選擇的物理模型對仿真的精度和正確性有很大影響。仿真是基于物理的計算，仿真計算時所采用的模型和方程都具有自己的物理意義，不能憑空捏造，在不同的應用場合是要使用不同的物理模型的，否則仿真就會出錯。Silvaco所采用的仿真思路和所采用的物理模型都是成熟的成果，這些成果是得到公認的或者是發(fā)表到IEEE上的結果，用來仿真的可信度很高。 用TCAD工具仿真MOSFET的步驟 下面我們以NMOS為例來具體的分析用TCAD工具的仿真流程：我們可以通過Athena輸入器件參數(shù)和制作過程，并生成結構文件。然后將Athena生成的結構文件導入到atlas，使用atlas進行器件模擬和各種參數(shù)提取。所有結果通過Tonyplot顯示出來 對NMOS的工藝仿真首先在deckbuild環(huán)境下打開ATHENA，打開ATHENA編輯界面，1. 定義矩形網(wǎng)格命令語句NonUniform Gird( x )line x loc= spac=line x loc= spac=line x loc= spac=line y loc= spac=line y loc= spac=line y loc= spac=line y loc= spac=圖表 12. 初始化硅襯底區(qū)域產(chǎn)生了100晶向的硅區(qū)域, x , 摻雜為均勻的硼摻雜,濃度為1 x 10^14 atom/cm3.Initial SIlicon Structure with 100Orientationinit silicon = orientation=100 圖表 23. 在硅片的表面生長一層柵氧化層,溫度為950度，進行干氧氧化11分鐘,在3%的HCL環(huán)境中,一個大氣壓 Gate Oxidationdiffus time=11 temp=950 dryo2 press= =3 圖表 34. 接下來,要來提取生長的柵氧化層的厚度extract name=Gateoxide thickness material=SiO~2 =1 =5. 離子注入在本例中,我們設置通過能量為10KeV, x10^11 cm2 ,傾斜角度為7o,旋轉度為30o的硼注入,顯示注入濃度與深度的關系圖 Threshold Voltage Adjust implantimplant boron dose= energy=10 crystal 圖表