第1章 半导体工艺及器件仿真工具Sentaurus TCAD

Sentaurus TCAD是由Synopsys公司开发的最新DFM(面向制造的设计)软件。Sentaurus TCAD全面继承了TSUPREM-4、MEDICI和ISE TCAD的特点和优势,它可以用来模拟集成器件的工艺制程、器件物理特性和互连线特性等。Sentaurus TCAD提供了全面的产品套件,其中包括Sentaurus Workbench、LIGAMENT、Sentaurus Process、Sentaurus Structure Editor、MESH、NOFFSET3D、Sentaurus Device、Tecplot SV、INSPECT、Advanced Calibration等。

Sentaurus Process和Sentaurus Device可以支持的仿真器件类型非常广泛,包括CMOS、功率器件、存储器、图像传感器、太阳能电池和模拟/射频器件。此外,Sentaurus TCAD还提供互连建模和参数提取工具,为优化芯片性能提供了关键的寄生参数信息。

本章介绍Sentaurus TCAD的主要分支:Sentaurus Process、Sentaurus Structure Editor、Sentaurus Device和Sentaurus Workbench。

1.1 集成工艺仿真系统Sentaurus Process

1.1.1 Sentaurus Process工艺仿真工具简介

Sentaurus Process是当前最为先进的工艺仿真工具,它将一维、二维和三维仿真集成在同一平台中,并面向当代纳米级集成电路工艺制程,全面支持小尺寸效应的仿真与模拟。Sentaurus Process在保留传统工艺仿真软件运行模式的基础上,还做了一些重要的改进:

(1)增加了模型参数数据库浏览器(PDB),为用户提供了修改模型参数和增加模型的方便途径;

(2)增加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);

(3)增加了小尺寸模型,提高了工艺软件的仿真精度,适应了半导体工艺发展的需求。这些小尺寸模型主要有高精度刻蚀模型、基于蒙特卡罗的离子扩散模型、注入损伤模型和离子注入校准模型等。

1.1.2 Sentaurus Process基本命令介绍

用户可以通过输入命令来指导Sentaurus Process的执行。这些命令可以通过命令文件或用户终端直接输入。

1.文件说明及控制语句

下面的语句用于控制Sentaurus Process的执行。

exit:用于终止Sentaurus Process的运行。

fbreak:使仿真进入交互模式。

fcontinue:重新执行输入文件。

fexec:执行系统命令文件。

interface:返回材料的边界位置。

load:从文件中导入数据信息并插入到当前网格。

logfile:将注释信息输出到屏幕及日志文件中。

mater:返回当前结构中的所有材料列表,或在原列表中增加新的材料。

mgoals:使用MGOALS引擎设置网格参数。

tclsel:选择预处理中的绘图变量。

2.器件结构说明语句

下面的语句用于描述器件结构。

init:设置初始网格和掺杂信息。

region:指定结构中特定区域的材料。

line:指定网格线的位置和间距。

grid:执行网格设置的命令。

substrate_profile:定义器件衬底的杂质分布。

polygon:描述多边形结构。

point:描述器件结构中的一个点。

doping:定义线性掺杂分布曲线。

profile:读取数据文件并重建数据区域。

refinebox:设置局部网格参数,并用MGOALS库进行细化。

bound:提取材料边界并返回坐标列表。

contact:设置电极信息。

transform:执行转换步骤。

3.工艺步骤说明语句

下面的语句用于模拟工艺步骤。

deposit:用于淀积一个新的层次。

diffuse:用于高温扩散和高温氧化。

etch:用于刻蚀。

implant:实现离子注入。

mask:用于定义掩膜版。

photo:淀积光刻胶。

strip:去除表面的介质层。

stress:用于计算应力。

4.模型和参数说明语句

下面的语句用于指定仿真模型和相关参数。

arrhenius:用于描述常规的指数分布模型。

beam:给出用于离子束刻蚀的模型参数。

equation:完成一个模型的测试和一个方程的求解。

gas_flow:设置扩散步骤中的气体氛围。

kmc:设定蒙特卡罗模型。

math:设置数字和矩阵参数。

mechdata:定义应力计算中的本征应力材料。

pdbDelayDouble:用于检索扩散过程中的双参数表达式。

pdbDopantLike:用于创建新的掺杂杂质。

pdbGet:用于提取数据库参数。

pdbNewMaterial:用于引入新的材料。

pdbSet:用于完成数据库参数的修改。

pdbUnSetString和pdbUnSetDouble:用于删除由pdbSetDouble和pdbSetString创建的参数。

SetDFISEList:设置以DF-ISE格式保存的文件中的求解列表。

SetDiosEquilibriumModelMode和SetDiosPairModelMode:将默认扩散模型设置为Dios平衡模型和Dios电子空穴对模型。

SetFastMode:忽略扩散和蒙特卡罗注入模型,加快仿真速度。

SetTDRList:设置文件中以TDR格式保存的求解列表。

SetTemp:设置温度。

SetTS4MechanicsMode:设置与TSUPREM-4相匹配的机械应力参数和氧化参数。

solution:求解或设置求解参数。

strain_profile:定义由掺杂引入的张力变化。

temp_ramp:定义扩散过程中的温度变化。

term:定义方程中使用的新表达式。

update_substrate:设置衬底中的杂质属性、张力和晶格常量等信息。

reaction:定义反应材料。

5.输出说明语句

下面的语句用于打印和绘制仿真结果。

alias:用于设置和打印用户指定的命令缩写。

color:用于设定、填充被仿真的器件结构中某特定区域杂质浓度等值曲线的颜色。

contour:用于设置二维浓度剖面等值分布曲线的图形输出。

graphics:启动或更新Sentaurus Process已经设置的图形输出。

layers:用于打印器件结构材料的边界数据和相关数据。

print.1d:沿器件结构的某一维方向打印相关数据。

plot.1d:沿器件结构的某一维方向输出某些物理量之间的变化曲线。

plot.2d:输出器件结构中二维浓度剖面分布曲线。

plot.tec:启动或更新Sentaurus Process–Tecplot SV所输出的一维、二维和三维图形。

plot.xy:配置二维剖面绘图。

point.xy:在现有曲线中再添加一段曲线。

print.data:以x、y、z坐标的格式打印数据。

setPlxList:设置WritePlx中要保存的求解列表。

writePlx:设置输出一维掺杂数据文件。

select:确定后续工艺流程中需要输出的变量。

slice:基于二维、三维结构提取一维杂质分布数据。

struct:设置网格结构及求解信息。

sheetResistance:用于计算表面薄层电阻和PN结结深。

1.1.3 Sentaurus Process中的小尺寸模型

1.离子注入模型

在Sentaurus Process中,解析注入模型或蒙特卡罗(MC)注入模型可以用来计算离子注入的分布情况及仿真所造成的注入损伤程度。解析注入模型使用经典的高斯分布、泊松分布及近代的双泊松分布建模,来模拟离子注入掺杂的行为和过程。使用解析模型模拟注入后形成的损伤是根据Hobler模型进行估算的。蒙特卡罗注入模型使用统计方法来计算体内的注入离子的分布,注入损伤通过计算点缺陷浓度进行分析。

为满足现代集成工艺技术发展的需求,Sentaurus Process添加了很多小尺寸模型,如掺杂剂量控制模型(Beam Dose Control)、杂质剖面改造模型(Profile Reshaping)、有效沟道抑制模型(Effective Channelling Suppression)和无定型靶预注入模型(Preamorphization Implants,PAI)等。

在掺杂剂量控制模型中,最后的注入剂量会随注入倾角和旋转角的改变而改变。有效沟道抑制模型和杂质剖面改造模型描述了短沟道效应和在器件特征尺寸缩小过程中所产生的次级效应。无定型靶预注入模型可以用来修正注入损伤所造成的沟道尾部效应。

2.扩散模型

在集成电路制造工艺过程中,将杂质掺入到半导体材料中的方法有很多,如离子注入和高温扩散等方式。Sentaurus Process仿真高温扩散的主要模型和依据有杂质激活模型、缺陷对杂质迁移的影响,表面介质的移动、掺杂对内部电场的影响等。

Sentaurus Process给出的杂质选择性扩散模型和杂质激活模型,可以用来模拟杂质的扩散和迁移行为。杂质选择性扩散模型基于蒙特卡罗数值分析,适于模拟特征尺寸小于100 nm的扩散工艺。杂质选择性扩散模型引入了杂质活化效应对杂质迁移的影响,也间接地覆盖了热扩散工艺中产生的缺陷对杂质的影响。杂质激活模型主要是考虑了在掺杂过程中的缺陷、氧化空位及硅化物界面态所引发的杂质激活效应。杂质激活模型可以对由杂质激活效应引起的理论分布的偏差进行补偿或修改。此外,Sentaurus Process通过点缺陷平衡浓度修正模型,可对应力引发的点缺陷浓度变化规律进行分析,从而更加精确地计算杂质迁移过程中点缺陷的影响,满足纳米器件对点缺陷激活杂质迁移的仿真要求。

3.基于原子动力学的蒙特卡罗扩散模型

对于大尺寸器件而言,用连续性的扩散方程来描述杂质的传输及体内杂质剂量的守恒是有意义的。然而,对于特征尺寸小于100 nm的器件而言,则很难保持高的仿真精度。

基于扩散仿真的蒙特卡罗(MC)的数值算法提供了一个有价值的连续方法。蒙特卡罗仿真所需要的计算机资源随器件尺寸的减小而减少,因为它们与器件中的杂质和缺陷是成比例的。另一方面,连续仿真所需要的资源在增加,因为需要更多的、更复杂的、不平衡的现象来建模。因此,就所需要的计算机资源而言,这种趋势使基于原子动力学理论的蒙特卡罗扩散方法(KMC)在与现在最详细的连续扩散方法竞争时占有优势。

4.对局部微机械应力变化计算的建模

器件结构内部机械应力的变化在器件制造工艺制程中起着非常重要的作用,它决定着器件结构在加工过程中是否能保持完整性、热加工工艺过程的效益、热加工过程引发的载流子迁移率及扩散率的变化等。随着器件尺寸的进一步缩小,器件内部机械应力的变化还会使材料的禁带宽度发生变化,使得杂质扩散速率和氧化速率等也发生相应变化,从而使得局部热生长氧化层产生形状变异。

在现代工艺制程中,精确计算器件内部机械应力的变化是十分重要的。现在的一个趋势是在器件设计过程当中都会对器件结构施加一定的机械应力,这是因为合适的微机械应力可以有效地改善器件的性能。

Sentaurus Process对机械应力计算的仿真基于以下4个步骤:①定义微机械力学平衡方程;②定义微机械力学平衡方程的边界条件;③定义微结构的材料特性;④定义驱动微机械应力变化的机制。

Sentaurus Process包含了很多引起微机械应力变化的机制,包括热失配、晶格失配以及由材料淀积、刻蚀所引起的应力变化等。

1.1.4 Sentaurus Process仿真实例

本节将结合功率器件VDMOS的工艺制程仿真来介绍Sentaurus Process的基本应用,主要包括命令文件的编写规则和常用工艺仿真语句。

1.定义二维初始网格

二维初始网格定义语句如下:

          line x  location = 0.00   spacing = 0.01     tag = SiTop
          line x  location = 0.50   spacing = 0.01
          line x  location = 0.90   spacing = 0.10
          line x  location = 1.30   spacing = 0.25
          line x  location = 4.00   spacing = 0.25
          line x  location = 6.00   spacing = 0.50
          line x  location = 10.0   spacing = 2.50
          line x  location = 15.0   spacing = 5.00
          line x  location = 44.0   spacing = 10.0     tag = SiBottom
          line y  location = 0.00   spacing = 0.50     tag = Mid
          line y  location = 7.75   spacing = 0.50     tag = Right

line命令定义了网格线的位置和间距。对于二维仿真,网格线的方向一般是沿x轴和y轴的。网格间距由关键字location和spacing来定义。location确定了某一网格点的起始位置,而spacing则定义了两条网格线之间的距离。其中位置和间距的默认单位为μm。

通常,在仿真的初始阶段,不需要将网格定义太多的网格节点,否则会影响整体的仿真速度。

2.开启二维输出结果调阅工具Tecplot SV界面

开启Tecplot SV界面语句如下:

graphics on

Sentaurus Process工艺仿真生成的结构信息及二维或三维数据信息都可以通过Tecplot SV来调阅。

3.激活校准模型

激活校准模型的语句如下:

Advanced Calibration

这个命令包括了点缺陷的扩散、硼扩散、硼质聚类过程(激活和失活的硼)和表面捕获等模型的校准。

4.开启自适应网格

开启自适应网格的语句如下:

pdbSet Grid Adaptive 1

在仿真过程中,自适应网格会自动添加网格点到器件结构中。

5.定义仿真区域并对仿真区域进行初始化

          region  silicon xlo = SiTop xhi = SiBottom ylo = Mid yhi = Right
          init  field = As resistivity = 14  wafer.orient = 100

对于二维仿真而言,初始仿真区域是通过指向x和y方向的标记符来定义的。这些标记符由前面的line命令语句定义。在本例中,定义衬底为砷掺杂,电阻率为14 Ω·cm。硅片的晶向为<100>。

6.定义网格细化规则

网格细化规则的定义语句如下:

          mgoals on  min.normal.size = 10<nm>  max.lateral.size = 2<um> \
          normal.growth.ratio = 1.2  accuracy = 2e-5

第一行结尾处的“\”表示续行符。工艺制程中的氧化、淀积或刻蚀等步骤会改变原有的结构网格。在设置了网格辅助调整功能的前提下,系统将依据需要对网格进行重新设置。在Sentaurus Process中用mgoals命令在初始网格的基础上来重新定义网格。网格的调整只针对新的层或新生成的表面区域。mgoals命令中的min.normal.size用来定义边界处的网格最小间距,离开表面后将按照normal.growth.ratio确定的速率变化。max.lateral.size定义了边界处网格的最大横向间距,accuracy为误差精度。

7.在重要区域进一步优化网格

完成局部区域网格优化的语句如下:

          refinebox min = {2.5 0}max = {3 1}       xrefine = {0.1}   yrefine = {0.1} all add
          refinebox min = {2.5 1}max = {2 3}       xrefine = {0.1}   yrefine = {0.1} all add
          refinebox min = {0 1.7}max = {0.2 2.9}   xrefine = {0.1}   yrefine = {0.1} all add
          refinebox min = {0 3}  max = {2.5 5}     xrefine = {0.1}   yrefine = {0.1} all add

min参数和max参数用来定义网格优化的窗口。xrefine参数和yrefine参数用来定义网格的间距。

8.生长薄氧层

在离子注入之前,需要先生长一层薄氧,用来缓冲随后进行的离子注入,可有效避免注入损伤。

          gas_flow name = O2_HCL pressure = 1<atm> flows = { O2 = 4.0<l/min> HCl = 0.03<l/min>}
          diffuse temperature = 950<C> time = 25<min> gas_flow = O2_HCL

gas_flow命令用来定义气体的混合成分。其中,周围气压定义为一个大气压,而O2和HCl的流量分别定义为4.0l/minute和0.03l/minute。diffuse命令用来定义热氧化步骤的时间、温度等参数。

9.JFET注入

该工艺步骤可以有效减小器件的导通电阻,增加器件的驱动能力。该工艺步骤定义语句如下:

          mask name = JFET_mask left = 0<um> right = 6.75<um>
          implant Phosphorus mask = JFET_mask dose = 1.5e12  energy = 100<keV>
          diffuse temp = 1150<C> time = 180<min>
          mask clear

mask命令用来定义掩膜版信息,在本例中,选用正性光刻胶(若用负性光刻胶,则用negative参数表示),0~6.75 μm之间的光刻胶在曝光后会被留下作为掩膜版。implant命令用来完成磷的注入,其中注入剂量为1.5×1012 cm-2,注入能量为100 keV。diffuse命令用来执行热退火过程,clear将掩膜版去除。

10.保存一维掺杂文件

保存一维掺杂文件的语句如下:

SetPlxList {AsTotal PTotal} WritePlx epi.plx y = 7 silicon

在SetPlxList命令中,将砷和磷的掺杂分布做了保存。在WritePlx命令中,指定保存y = 7μm处的掺杂分布曲线。最终保存的一维掺杂分布曲线如图1.1所示。

图1.1 砷和磷的一维掺杂分布曲线

11.生长栅氧化层

在生长栅氧化层之前,需要将之前使用的薄氧层去除,etch命令用来完成这一工艺步骤。其中关键字thickness定义的厚度需要大于之前薄氧层生长的厚度,这样才能完全去除。而gas_flow和diffuse命令则定义了生长栅氧化层的工艺条件。生长栅氧化层的语句如下:

          etch oxide type = anisotropic thickness = 0.5<um>
          gas_flow name = O2_1_HCL_1_H2 pressure = 1<atm> flows =
                          {O2 = 10.0<l/min>H2 = 5.0<l/ min>HCl = 0.03<l/min>}
          diffuse temperature = 1000<C> time = 17<min> gas_flow = O2_1_HCL_1_H2

12.制备多晶硅栅极

制备多晶硅栅极的语句如下:

          deposit poly type = anisotropic thickness = 0.6<um>
          mask name = gate_mask left = 2.75<um> right = 8<um>
          etch poly type = anisotropic thickness = 0.7<um> mask = gate_mask
          mask clear

首先,使用deposit命令淀积一层多晶硅,厚度为0.6 μm。然后,使用mask命令定义刻蚀多晶硅栅的光刻版,即0~2.75 μm之间的多晶硅会被刻蚀掉。接着,使用etch命令完成刻蚀步骤,其中刻蚀类型定义为各向异性,即只在垂直方向进行刻蚀,最终将光刻版去除。

13.形成P-Body区域

形成P-Body区域的语句如下:

          implant Boron dose = 2.8e13  energy = 80<keV>
          diffuse temp = 1150<C> time = 120<min>

P-Body区的注入是通过穿透栅氧层实现的。先注入剂量为2.8×1013 cm-2的硼,然后在1150℃的高温条件下,进行120分钟的退火实现。

14.形成P+接触区域

形成P+接触区域的语句如下:

          mask name = P+_mask left = 0.85<um> right = 8<um>
          implant Boron mask = P+_mask dose = 1e15  energy = 60<keV>
          diffuse temp = 1100<C> time = 100<min>
          mask clear

为了在源区域形成良好的欧姆接触,P+注入剂量需要很高,一般为1×1015 cm-2

15.形成源区域

形成源区域的语句如下:

          mask name = N+_mask left = 0<um>   right = 1.75<um>
          mask name = N+_mask left = 2.75<um> right = 8<um>
          implant As mask = N+_mask dose = 5e15  energy = 60<keV>
          mask clear

16.制备侧墙区

制备侧墙区的语句如下:

          deposit  nitride  type = isotropic   thickness = 0.2<um>
          etch   nitride  type = anisotropic  thickness = 0.25<um>
          etch   oxide  type = anisotropic  thickness = 100<nm>
          diffuse temperature = 950<C> time = 25<min>

17.制备铝电极

制备铝电极的语句如下:

          deposit Aluminum type = isotropic thickness = 0.7<um>
          mask name = contacts_mask left = 0<um> right = 2.5<um>
          etch Aluminum type = anisotropic thickness = 2.5<um> mask = contacts_mask
          mask clear

18.定义电极

定义电极的语句如下:

          contact  name = Gate    x = -0.5  y = 5  replace  point
          contact  name = Source  x = -0.5  y = 1  replace  point
          contact  name = Drain   bottom

在上述语句中分别定义了栅电极、源电极和漏电极。其中,漏电极在器件结构的背面形成。

19.保存完整的器件结构

保存完整器件结构的语句如下:

          struct tdr = vdmos_final
          struct smesh = 500vdmos_final

使用struct命令来保存完整的器件结构信息。使用smesh命令后,则已经完成了器件结构保存格式的转换,在已经定义电极的情况下,可以将smesh保存的文件直接导入Sentaurus Device,进行器件物理特性的仿真。最终的器件结构图如图1.2所示。

图1.2 最终形成的VDMOS器件结构图

1.2 器件结构编辑工具Sentaurus Structure Editor

1.2.1 Sentaurus Structure Editor(SDE)器件结构编辑工具简介

Sentaurus Structure Editor(也称Sentaurus Device Editor,简称SDE)是基于二维和三维器件结构编辑的集成环境,可生成或编辑二维和三维器件结构,用于与Process工艺仿真系统的结合。如果单独使用Sentaurus Structure Editor,仅可实现三维器件的工艺级仿真。在Sentaurus Structure Editor中,用户可以通过图形用户界面(Graphical User Interface,GUI)来生成或编辑器件结构。同时,用户还可以根据需要定义器件的掺杂分布和网格优化策略。Sentaurus Structure Editor可以产生网格引擎所需要的输入文件(DF-ISE格式的边界文件或TDR格式的边界文件),并使用网格引擎产生TDR格式的器件网格及掺杂数据文件或DF-ISE格式的器件网格及掺杂数据文件.gdr和.dat文件。

(1)Sentaurus Structure Editor提供以下工具模块。

① 二维器件编辑模块;

② 三维器件编辑模块;

③ Procem三维工艺仿真制程模块。

(2)Sentaurus Structure Editor具有以下特点。

① 具有优秀的几何建模内核,为创建可视化模型提供了保障;

② 拥有高质量的绘图引擎和图形用户界面;

③ 具有基于Scheme脚本语言的工具接口;

④ 共享DF-ISE和TDR输入及输出文件格式。

(3)二维和三维器件编辑模块提供了图形用户界面GUI和脚本语言的交互,支持以下功能。

① 产生器件的几何图形结构;

② 定义器件的电极区域;

③ 定义和设置外部因素产生的杂质分布;

④ 定义局部网格细化策略。

此外,Sentaurus Structure Editor还设置了高级功能模块,可将GIF格式的图片载入到图形用户界面中。

1.2.2 完成从Sentaurus Process到Sentaurus Device的接口转换

在Sentaurus TCAD系列仿真工具中,Sentaurus Structure Editor工具是必不可少的。因为在使用Sentaurus Process执行完工艺仿真后,所产生的器件结构信息和网格、掺杂数据信息的文件不能直接被Sentaurus Device调用,必须使用Sentaurus Structure Editor将Process工艺仿真阶段生成的电极激活,并调入Process仿真的掺杂信息,进行网格细化处理后,才能进行下一步的器件物理特性模拟。

下面将简单介绍如何在Sentaurus Structure Editor中调用工艺仿真(Sentaurus Process)所产生的文件,并对其进行电极激活、掺杂信息的调入以及网格的优化。

(1)在命令提示符下输入sde,启动Sentaurus Structure Editor工具。

(2)调入边界文件:File→Import,该结构文件可以是DF-ISE格式的,也可以是TDR格式的。

(3)激活电极。

① 在选取类型列表中选择Select Face;

② 在电极列表中选择需要激活的电极名;

③ 在器件结构中选择电极区域;

④ 在菜单中选择Device→Contacts→Contact Sets,电极设置对话框如图1.3所示;

图1.3 电极设置对话框

⑤ 在Defined Contact Sets中选择电极,同时可以设置电极颜色、边缘厚度和类型等信息;

⑥ 单击Activate按钮;

⑦ 单击Close按钮关闭对话框。

重复以上步骤,可以完成对其他电极的定义和激活。

(4)保存设置。选择File→Save Model即可。

(5)载入掺杂数据信息。因为之前载入的边界结构文件中不包含工艺仿真后生成的掺杂信息,所以需要将掺杂信息重新载入到Sentaurus Structure Editor中,以便进行后续的处理。

载入方法为:Device→External Profile Placement。外部掺杂信息设置对话框如图1.4所示。在Name栏中输入Doping。在Geometry File栏中载入工艺仿真后生成的网格数据文件(若保存格式为DF-ISE,应选择.gds文件:若保存格式为TDR,应选择.tdr文件)。在Data Files栏中单击Browser按钮并选择掺杂数据文件(若保存格式为DF-ISE,应选择.dat文件;若保存格式为TDR,应选择.tdr文件),单击Add按钮,载入掺杂数据文件。最后,单击Add Placement按钮关闭对话框。

图1.4 外部掺杂信息设置对话框

(6)定义网格细化窗口。用户可以对重点研究区域进行网格的重新设置,以增加仿真精度和收敛性。操作如下:Mesh→Define Ref/Eval Window→Cuboid。网格细化窗口定义对话框如图1.5所示。

图1.5 网格细化窗口定义对话框

(7)定义网格细化方案。选择菜单栏中的Mesh→Refinement Placement。网格细化设置对话框如图1.6所示。在对话框中,选择Ref/Win选项,并选择上一步定义的网格细化窗口。然后根据仿真精度要求,设置Max Element Size和Min Element Size参数。最后,单击Change Placement按钮关闭对话框。

图1.6 网格细化设置对话框

(8)执行设置方案。选择菜单栏中的Mesh→Build Mesh,网格化窗口如图1.7所示。输入网格细化执行后保存的网格数据信息文件名,并选择网格引擎,单击Build Mesh按钮,Sentaurus Structure Editor会根据设置的网格细化方案执行网格的细化,执行完成后会生成3个数据文件:_msh.grd、_msh.dat和_msh.log。

图1.7 网格化窗口

1.2.3 创建三维结构

下面以三维VDMOS结构为例,介绍如何在Sentaurus Structure Editor中创建新的结构。

(1)Sentaurus Structure Editor环境初始化

Sentaurus Structure Editor环境初始化就是要清除已经定义过的所有设计内容。操作如下:File→New。

(2)设置精确坐标模式

在Sentaurus Structure Editor中,用户可以直接绘制器件的几何结构。但是,为了保证绘制的精确性,需要开启精确坐标模式。操作步骤如下:Draw→Exact Coordinates。

(3)选择器件材料

Sentaurus Structure Editor所使用的材料都在Material列表中进行选择。

(4)选择默认的Boolean表达式

在菜单中选择Draw→Overlap Behavior→New Replaces Old。

(5)关闭自动命名器件结构区域模式

因为用户习惯自己来定义新建器件结构区域的名称,所以需要关闭自动命名器件结构区域模式,操作方法如下:Draw→Auto Region Naming。

(6)创建立方体区域

① 选择Isometric View ( ISO),改为三维绘图模式;

② 在菜单栏中选择Draw→Create 3D Region→Cuboid;

③ 在窗口中单击并拖动鼠标,将出现一个立方体区域的定义对话框,如图1.8所示。输入(0,0,0)和(7.75, 44, 3),然后单击OK按钮。

图1.8 立方体结构定义对话框

④ 在SDE对话框中输入结构区域的名称Epitaxy,如图1.9所示。单击OK按钮,则最初的立方体器件结构就形成了,如图1.10所示。

图1.9 SDE对话框

图1.10 最初的立方体器件结构

(7)改变Boolean表达式

在菜单栏中选择Draw→Overlap Behavior→Old Replaces Old。

(8)创建其他区域

器件的其他区域如栅氧层、多晶硅栅、侧墙以及电极区域都可以用同样的方法来创建,使用的参数值如表1.1所示。

表1.1 器件其他区域的坐标值

(9)完成侧墙边缘的圆化

① 在Selection Level列表中选择Select Edge;

② 单击Aperture Sele按钮;

③ 选择侧墙边缘,按住Ctrl键可同时选择多个边缘;

④ 选择菜单栏中的Edit→Edit 3D→Fillet;

⑤ 输入0.2,并单击OK按钮。

VDMOS器件最初的结构如图1.11所示。

图1.11 VDMOS器件最初的结构

(10)定义电极

电极定义的方法在1.1.4节中已经介绍。在这里,栅极、源极和漏极都需要定义。

(11)定义外延层中的均匀杂质分布浓度

定义外延层中的均匀杂质分布浓度的方法如下。

① 选择菜单栏中的Device→Constant Profile Placement,均匀杂质浓度分布的设置对话框如图1.12所示;

图1.12 均匀杂质浓度分布设置对话框

② 在Placement Name栏中输入PlaceCD.epi;

③ 在Placement Type框中,选择Region,并在列表中选择Epitaxy;

④ 在Constant Profile Definition框中,输入Const.epi到Name栏中;

⑤ 在Species栏中选择ArsenicActiveConcentration;

⑥ 在Concentration栏中输入3.3e14;

⑦ 单击Add Placement按钮;

⑧ 重复以上步骤,定义多晶硅栅的掺杂浓度为1e20;

⑨ 单击Close关闭对话框。

(12)定义解析杂质浓度分布

定义解析杂质浓度分布包括两个步骤:第一步定义杂质分布窗口;第二步定义解析杂质浓度分布。

定义杂质分布窗口的步骤如下。

① 选择菜单栏中的Draw→Exact Coordinates;

② Mesh→Define Ref/Eval Window→Rectangle;

③ 在视窗中,拖动一个矩形区域;

④ 在Exact Coordinates对话框中,输入(0, 0)和(2.75, 3.5),定义杂质分布窗口坐标;

⑤ 单击OK按钮;

⑥ 在接着弹出的对话框中,输入P-Body作为杂质分布窗口的名称;

⑦ 利用表1.2中的参数值,重复以上步骤,定义其他杂质分布窗口。

表1.2 杂质分布窗口的坐标定义值

定义解析杂质浓度分布的步骤如下。

① 选择菜单栏中的Device→Analytic Profile Placement,解析杂质浓度分布的设置对话框如图1.13所示;

图1.13 解析杂质浓度分布设置对话框

② 在Placement Name栏中输入PlaceAP.Body;

③ 在Ref/Win列表中选择P-Body;

④ 在Profile Definition区域中,输入Gauss.Body到Name栏中;

⑤ 在Species列表中选择BoronActiveConcentration;

⑥ 在Peak Concentration栏中输入4e+16;

⑦ 在Peak Position栏中输入0;

⑧ 在Junction栏和Depth栏中分别输入3.3e+14和3.5;

⑨ 在Lateral Diffusion的Factor栏中输入0.75;

⑩ 单击Add Placement按钮;⑪重复以上步骤,分别定义其他区域的解析分布。

(13)定义网格细化方案

(14)保存设置

(15)执行设置方案

最终,器件的网格信息和掺杂信息将保存在两个文件中,即_msh.grd和_msh.dat,这些文件可以导入到Sentaurus Device中进行后续仿真。最终的三维VDMOS器件结构如图1.14所示。

图1.14 最终的三维VDMOS器件结构

1.3 器件仿真工具Sentaurus Device

1.3.1 Sentaurus Device器件仿真工具简介

Sentaurus Device是新一代的器件物理特性仿真工具。Sentaurus Device内嵌一维、二维和三维器件物理模型,通过数值求解一维、二维和三维泊松方程、连续性方程和运输方程,可以准确预测器件的众多电学参数和电学特性。Sentaurus Device支持很多器件类型的仿真,包括量子器件、深亚微米MOS器件、功率器件、异质结器件和光电器件等。此外,Sentaurus Device还可以实现对由多个器件所组成的单元级电路的物理特性进行分析。

1.3.2 Sentaurus Device主要物理模型

实现Sentaurus Device器件物理特性仿真的器件物理模型仍然是泊松方程、连续性方程和运输方程。

泊松方程:

式中,ε为介电参数;q为电子电荷;np为电子和空穴浓度;ND为电离施主浓度;NA为电离受主浓度;ρtrap为陷阱贡献的电荷密度。

连续性方程:

式中,Rnet为净电子空穴复合率;JN为电子电流密度;JP为空穴电流密度。

运输方程:

式中,μNμP分别为电子和空穴迁移率;φNφP分别为电子和空穴的准费米电势。

以上物理模型派生出了很多二级效应和小尺寸模型,均被添加到Sentaurus Device中。

1.产生-复合模型

产生-复合模型描述的是杂质在导带和价带之间交换载流子的过程。杂质在导带和价带之间交换载流子的过程在器件物理特性的分析中是非常重要的,特别是对于双极型器件的物理特性分析更为重要。Sentaurus Device中所设置的产生-复合模型不包括电荷的空间运输,对于每个独立的产生和复合过程,与之相关的电子和空穴将在同一个位置出现或消失。

产生-复合模型主要包括SRH复合模型(肖克莱复合模型)、CPL(Coupled Defect Level)复合模型、俄歇复合模型、辐射复合模型、雪崩产生模型和带间隧道击穿模型等。

2.迁移率退化模型

Sentaurus Device基于经典的迁移率模型来描述载流子的迁移率变化行为。在最简单的情况下,迁移率是晶格温度的函数。对于掺杂半导体来说,载流子的散射行为会造成其迁移率的退化。Sentaurus Device提供了3 种描述迁移率与掺杂行为有关的模型,即Masetti模型、Arora模型和University of Bologna模型。

使用迁移率退化模型描述界面位置处载流子迁移率的退化行为,可以模拟出由表面的声子散射和表面粗糙引起的载流子散射。Sentaurus Device收入了增强的Lombardi模型和University of Bologna表面迁移率模型,用于描述界面位置处载流子迁移率的退化行为。

载流子-载流子散射模型是用来模拟载流子-载流子散射效应的,包括Conwell-Weisskopf模型和Brooks-Herring模型。

Philips统一迁移率模型是一个用于校准体硅中多子和少子迁移率的模型,它可以用来模拟杂质的常规散射行为和载流子-载流子散射行为。

另外,高内电场条件下的饱和模型可用来模拟高电场条件下载流子迁移率的退化行为,包括Canali模型、转移电子模型、基本模型、Meinerzhagen-Engl模型、Lucent模型、速率饱和模型和驱动力模型等。

3.基于活化能变化的电离模型

在常温条件下,浅能级杂质被认为是完全电离的。然而,对于深能级杂质而言(能级深度超过0.026 eV),则会出现不完全电离的情况。因此,铟(受主杂质)在硅中,氮(施主)和铝(受主)在碳化硅中,都呈现深能级状态。另外,若要研究低温条件下的掺杂行为,则会有更多的掺杂剂处于不完全电离状态。针对这种研究需求,Sentaurus Device嵌入了基于活化能变化的电离模型。

Sentaurus Device支持所有常规的掺杂剂,包括As、P、Sb、N、受主杂质B和In。

4.与热有关的模型

(1)热容量

Sentaurus Device仿真器中用到的热容量值如表1.3所示。

表1.3 器件结构常用材料的热容量值

与温度有关的晶格热容量是根据经验方程建模的:

方程中的系数可以在参数设置文件中按如下格式定义:

          LatticeHeatCapacity{ cv = 1.63 # [J/(K cm^3)]
                              cv_b = 0.0000e+00 # [J/(K^2 cm^3)]
                              cv_c = 0.0000e+00 # [J/(K^3 cm^3)]
                              cv_d = 0.0000e+00 # [J/(K^3 cm^3)]
                            }

(2)热传导率

Sentaurus Device在硅中的与温度有关的热传导率可以表示如下:

式中,a = 0.03 cm·kW-1b = 1.56×10-3 cm·kW-1,c = 1.65×10-6 cm·kW-1,适用温度为200~600 K。

(3)热电能

理论上,非退化的电子和空穴的绝对热电能PNPP可以表示为

式中,kNkP分别为电子和空穴的热电导率;SNSP分别为电子和空穴的能通量密度;NCNV分别为导带和价带的态密度。

5.热载流子注入模型

热载流子注入模型是用于描述栅漏电流机制的。该模型对于描述EEPROM器件执行写操作时可能发生的载流子注入行为来说尤为重要。Sentaurus Device提供了两种热载流子注入模型和一个用户自定义模型PMI(Physical Model Interface)。

(1)经典的lucky电子注入模型

在经典的lucky电子注入模型中,从一个分界面到栅极接触的总电流可以表示为

式中,Ps为电子不缺失任何能量而向分界面通过y距离的概率;Pε 是电子能量在εε+dε之间的概率;Pins为在镜像力势阱中散射的概率;Pr是电子改变方向的概率。

(2)Fiegna热载流子注入模型

根据Fiegna热载流子注入模型,总的热载流子注入电流可以表示为

式中,ε为电子能量;EB为半导体-绝缘体的势垒高度;v为正常情况下电子向界面通过的速率;( )fε为电子能量分布;g( )ε为电子的态密度;Pins为在镜像力势阱中散射的概率。

6.隧道击穿模型

在目前的微电子器件中,隧道击穿已经成为一个非常重要的效应。因为在一些器件中,隧道击穿的发生会导致漏电流的形成,对器件的电学性能造成影响。Sentaurus Device提供3种隧道击穿模型,包括非局域隧道击穿模型、直接隧道击穿模型和Fowler-Nordheim隧道击穿模型。其中,最常用的模型是非局域隧道击穿模型。该模型考虑了载流子的自加热因素,能够进行任意形状势垒下的数值求解,描述价带至导带之间的隧道击穿行为等。

7.应力模型

应力的模拟对小尺寸CMOS器件的结构设计与分析是很重要的。器件结构内部机械应力的变化可以影响材料的功函数、界面态密度、载流子迁移率能带分布和漏电流等。局部区域应力的变化往往是由于高温热驱动加工的温变作用或材料属性的不同产生的。

应力变化引起的能带结构变化,可以由以下模型进行分析:

式中,nCnV为导带和价带中的子能谷数目;ΔECi和ΔEVi分别为应力引起的子能谷的导带和价带的能量变化量;T300为绝对温度300 K。

应力变化引起的载流子迁移率的变化由以下公式描述:

式中,为无应力影响条件下的电子和空穴迁移率;mNlmNt分别为电子的横向有效质量和纵向有效质量;mPlmPh分别为轻空穴和重空穴的有效质量。

8.量子化模型

Sentaurus Device提供了4种量子化模型。

(1)Van Dot模型

Van Dot模型仅适用于硅基MOSFET器件的仿真。使用该模型可以较好地描述器件内部的量子化效应及其在最终特性中的反映。

(2)一维薛定谔方程

一维薛定谔方程可以用来进行MOSFET、量子阱和超薄SOI特性的仿真。

(3)密度梯度模型

密度梯度模型用于MOSFET器件、量子阱和SOI结构的仿真,可以描述器件的最终特性及器件内的电荷分布。该模型可以描述二维和三维的量子效应。

(4)修正后的局部密度近似模型

修正后的局部密度近似模型可用于体硅MOSFET器件和超薄SOI结构的仿真。该模型数值计算效率较高,比较适用于三维器件的物理特性仿真。

1.3.3 Sentaurus Device仿真实例

一个标准的Sentaurus Device输入文件包括File、Electrode、Physics、Plot、Math和Solve,每一部分都执行一定的功能。输入文件默认的扩展名为_des.cmd。本节将介绍VDMOS器件雪崩击穿电压和漏极电流特性的仿真。

1.VDMOS器件雪崩击穿电压的仿真

器件的雪崩击穿电压相比于其他电学参数比较难模拟。因为器件在即将击穿时,即使是很小的电压变化都可能导致漏电流的急剧增加,有时甚至会产生回滞现象。因此,在这种情况下,进行雪崩击穿电压模拟计算时很难获得一个收敛解。而在漏电极上串联一个大电阻可以有效地解决这个问题。

在本节的例子中,Sentaurus Device调用了之前1.1.4节中Sentaurus Process产生的输出文件,该文件中包含了掺杂信息、网格信息和电极定义信息。

(1)文件(File)

该文件定义部分指定了完成器件模拟所需要的输入文件和输出文件。

          File {
                * input files:Grid = “500vdmos_final_fps.tdr”
                * output files:Plot = “BV_des.dat”Current = “BV_des.plt”Output = “BV_des.log”
          }

Plot文件用来存放Sentaurus Device仿真生成的模拟结果,可转换为二维或三维绘图文件。Current文件用来存放一维的电学输出数据。Output为运行时产生的日志文件,包含器件模拟过程的相关参数。

(2)电极(Electrode)

该电极定义部分用来定义Sentaurus Device模拟中器件所有电极的偏置电压起始值以及边界条件等。

          Electrode {
                      { Name = “Source” Voltage = 0.0 }
                      { Name = “Drain”  Voltage = 0.0 Resistor = 1e7 }
                      { Name = “Gate”   Voltage = 0.0 Barrier = -0.55 }
          }

其中,Voltage参数定义了电极的起始条件。Resistor表示在漏电极上串联一个大电阻,电阻为107 Ω·µm。Barrier参数定义了多晶硅电极的功函数差。

(3)物理模型(Physics)

该命令段定义了Sentaurus Device模拟中选定的器件物理模型。

          Physics { Effective Intrinsic Density( OldSlotboom )
                  Mobility ( DopingDep
                              eHighFieldsaturation( GradQuasiFermi )
                              hHighFieldsaturation( GradQuasiFermi ) Enormal
                          )
                  Recombination ( SRH ( DopingDep )
                                      eAvalanche( Eparallel)
                                      hAvalanche( Eparallel )
                              )
                  }

Effective Intrinsic Density表示使用禁带变窄模型(包含OldSlotboom模型)。Mobility定义了迁移率模型,包括迁移率与掺杂浓度的关系(DopingDep)、迁移率与高电场的关系(eHighFieldsaturation和hHighFieldsaturation)和PMI(Physical Model Interfece,为用户修改或定义)模型(Enormal)。Recombination定义了复合模型,包括肖克莱复合以及与碰撞离化相关的复合模型等。

(4)绘图(Plot)

Plot命令段用于完成设置所需的Sentaurus Device模拟输出绘图结果。这些输出结果可以通过调用Tecplot SV来查阅。

          Plot {
              *--Density and Currents, etc
              eDensity hDensityTotalCurrent/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
              *--Generation/RecombinationSRH Band2Band
              *--Auger AvalancheGeneration eAvalancheGeneration hAvalancheGeneration
              *--Driving forces
                eGradQuasiFermi/Vector hGradQuasiFermi/Vector
                eEparallel hEparallel eENormal hENormal
              *--Band structure/Compositio BandGap BandGapNarrowing
                          Affinity ConductionBand ValenceBand
                eQuantumPotential
          }

(5)Math

该命令段用来设置数值求解算法。

          Math Extrapolate {
                            Avalderivatives
                            Iterations = 20
                            Notdamped = 100
                            RelErrControl
                            BreakCriteria{ Current(Contact = “Drain” AbsVal = 0.8e-7) }
                            CNormPrint
                          }

Extrapolate表示引入外推算法。Avalderivatives参数表示开启计算由于雪崩击穿产生的解析导数。Iterations定义了牛顿计算中最大的迭代次数。Notdamped = 100表示在前100次牛顿迭代计算中采用无阻尼计算模式,在大多数情况下不需要使用该参数。RelErrControl表示在迭代过程中,采用该方法对求解过程进行参数误差控制。BreakCriteria表示仿真计算的终止条件,在本例中定义了当漏极电流达到70.8 10-× A/μm时,即终止仿真模拟。CNormPrint表示获得基本的错误信息。

(6)Solve

该命令段用于设置完成数值计算所需要经过的计算过程。

          Solve { *- Build-up of initial solution:
                    Coupled (Iterations = 100) { Poisson }
                    Coupled { Poisson Electron Hole }
                    Quasistationary (
                                      InitialStep = 1e-4 Increment = 1.35
                                      MinStep = 1e-5 MaxStep = 0.025
                                      Goal { Name = “ Drain” Voltage = 600 }
                                  )
                    Coupled { Poisson Electron Hole }
                }

Poisson启动并调用泊松方程。Coupled{Poisson Electron Hole}调用了泊松方程、电子连续方程和空穴连续方程。Quasistationary定义用户要求得到准静态解。InitialStep定义了起始扫描电压步长。如果前一步电压偏置计算收敛,则下一步的扫描电压步长将乘以系数Increment,但最大步长不会超过MaxStep定义的参数值;如果前一步电压偏置计算不收敛,则扫描电压的步长将会不断减小,但最小不能低于MinStep定义的参数值。Goal参数则定义了电极的最终电压偏置值。高压VDMOS器件的关态雪崩击穿电压仿真值如图1.15所示。

图1.15 高压VDMOS器件的关态雪崩击穿电压仿真值(Vgs= 0 V)

2.VDMOS器件漏极电学特性仿真

本例子模拟了VDMOS器件的Vd-Id特性。其中栅极偏置电压定义为10 V,漏极偏置电压从0 V扫描到10 V。

(1)文件(File)

          File {
                  * input files:
                    Grid = “500vdmos_final_fps.tdr”
                  * output files:
                    Plot = “IV_des.tdr”
                    Current = “IV_des.plt”
                    Output = “IV_des.log”
                }

(2)电极(Electrode)

          Electrode {
                      { Name = “Source” Voltage = 0.0 }
                      { Name = “Drain”  Voltage = 0.1 }
                      { Name = “Gate”   Voltage = 0.0 Barrier = -0.55 }
                    }

(3)物理模型(Physics)

          Physics { AreaFactor = 3258200
                    IncompleteIonization
                    EffectiveIntrinsicDensity (BandGapNarrowing (OldSlotboom))
                    Mobility ( DopingDependence
                              HighFieldSaturation
                              Enormal
                              Carriercarrierscattering )
                    Recombination ( SRH (DopingDependence Tempdep)
                              Auger
                              Avalanche (Eparallel) )
                  }

其中,AreaFactor参数定义了器件的宽长比,IncompleteIonization定义了与不完全碰撞离化有关的载流子迁移率模型。

(4)绘图(Plot)

          Plot {
                  eDensity hDensity
                  eCurrent / vector hCurrent / vector
                  Potential SpaceCharge ElectricField
                  eMobility hMobility eVelocity hVelocity
                  Doping DonorConcentration AcceptorConcentration
                }

(5)计算(Math)

          Math {
                  Extrapolate
                  RelErrcontrol
                  directcurrentcomput
                }

其中,directcurrentcomput参数定义直接计算电极电流。

(6)求解(Solve)

          Solve {
                #-initial solution:
                  Poisson
                  Coupled { Poisson Electron hole}
                #-ramp Gate:
                  Quasistationary (
                  MaxStep = 0.1 MinStep = 1e-8
                  Increment = 2 Decrement = 3
                  Goal{ Name = "Gate" Voltage = 10 } )
                  Coupled { Poisson Electron hole}
                #-ramp Drain:
                  Quasistationary (
                  MaxStep = 0.1 MinStep = 1e-8
                  Increment = 2 Decrement = 3
                  Goal { Name = "Drain" Voltage = 10 } )
                  Coupled { Poisson Electron hole}
                }

最终的漏极电学特性曲线如图1.16所示。

图1.16 VDMOS器件漏极电学特性曲线(Vgs= 10 V)

1.4 集成电路虚拟制造系统Sentaurus Workbench简介

1.4.1 Sentaurus Workbench(SWB)简介

Sentaurus 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,是可完成系列化仿真的工具软件,以参数化形式实现TCAD项目的优化工程。Sentaurus Workbench支持实验设计优化、参数提取、结果分析和参数优化等,实现了集成化的任务安排,从而最大限度地利用了可计算资源,加速了TCAD仿真项目的运行。

1.4.2 创建和运行仿真项目

下面将介绍如何在Sentaurus Workbench环境中建立和运行新的仿真项目。

(1)建立新的仿真项目

在菜单中选择Project→New或单击按钮。

(2)构造仿真流程

在如图1.17所示的Family Tree视图下,在No Tools处单击鼠标右键,然后在弹出的对话框中,单击Tools按钮,在DB Tool菜单中选择sprocess工具,如图1.18所示。若工艺命令文件是使用LIGAMENT编写的,则选择Use Ligament选项。若命令是由其他编辑环境生成的,则不需要选择该选项。在本例中,工艺命令文件是由Sentaurus Process生成的。

图1.17 Family Tree视图

图1.18 Add Tool对话框

(3)导入命令文件

① 在Sentaurus Process图标按钮处单击鼠标右键,选择Import File→Commands;

② 在弹出的Import Flow File对话框中,找到需要的工艺命令文件;

③ 单击Open按钮。

另外,在工艺文件中,最终的器件结构信息文件应该保存为节点格式,即struct smesh = n@node@。

(4)添加其他仿真工具

重复以上操作步骤,依次添加所需要的仿真工具,如Sentaurus Structure Editor、Sentaurus Device和INSPECT等,并依次导入对应的命令文件。需要注意的是,在Sentaurus Structure Editor中,最终的结构需要保存为n@node@_msh格式,而在Sentaurus Device中,该文件可以由以下语句导入,即grid = “@tdr@”。

(5)添加实验参数

在Sentaurus Workbench中,用户可以定义和添加实验参数。一个实验参数即代表一个实验,若有多个实验参数,则分解为多个实验。

① 在命令文件中,将需要定义的相应参数值改为@ parameter name @格式。例如,dose =@bodydose@;

② 单击菜单栏Parameter菜单中的Add选项,打开添加实验参数对话框,如图1.19所示。然后在Parameter栏中输入实验参数名,在Default Value栏中输入相应的实验参数值;

图1.19 添加实验参数对话框

③ 单击OK按钮;

④ 重复以上步骤,可以继续添加其他所需的实验参数。

添加实验参数后的Sentaurus Workbench视图如图1.20所示。

图1.20 添加实验参数后的Sentaurus Workbench视图

(6)保存设置

选择菜单栏中的Project→Save。

(7)建立若干仿真实验

① 选择菜单栏中的Experiments→Add New Experiment;

② 在弹出的对话框中输入相应的参数值,如图1.21所示。

图1.21 添加新实验对话框

(8)清除之前的仿真数据文件

所有实验参数都定义完毕后,需要清除之前的仿真数据文件。选择菜单栏中的Project→Clean Up,并单击需要清除的数据文件,如图1.22所示。

图1.22 清除设置对话框

所有参数都设置完毕后,最终的Sentaurus Workbench视图如图1.23所示。

图1.23 最终的Sentaurus Workbench视图

(9)仿真项目预处理

选择菜单栏中的Project→Preprocess,预处理的日志对话框如图1.24所示。

图1.24 预处理日志对话框

(10)运行仿真项目

选择菜单栏中的Project→Project Operations→Run。

(11)查阅输出结果

当仿真项目运行完之后,Sentaurus Workbench会产生相应的输出文件,包括运行日志文件和仿真结果输出文件等。

① 调阅项目运行日志文件

选择菜单栏中的Project→Logs→Project,日志文件可以帮助找到某一节点失败的原因。此外,日志文件还显示其他仿真过程中产生的标准错误信息。

② 查看项目概要

选择菜单栏中的Project→Project Operations→Project Summary。项目概要提供了正在运行的项目简述,在文件中可以得到以下信息:

● 项目的当前状态;

● 项目最近的修改时间;

● 修改项目的用户名;

● 项目的节点总数;

● 项目运行总时间。

③ 查阅仿真输出结果

边界文件、掺杂信息文件和电学特性仿真文件等输出文件可以通过Sentaurus Workbench Visualization调阅和分析。Inspect是一维模拟结果调阅工具,Tecplot SV是二维、三维模拟结果调阅工具。这些调阅工具都可以通过View Output选项打开,或单击工具栏中的按钮。

参考文献

1.李惠军. 现代集成电路制造技术原理与实践. 北京:电子工业出版社, 2009.

2.Sentaurus Process User Guide; Version A-2008.09.

3.Sentaurus Structure Editor User Guide; Version A-2008.09.

4.Sentaurus Device User Guide; Version A-2008.09.

5.Sentaurus Workbench User Guide; Version A-2008.09.