半导体工艺及器件模拟一题稿.ppt

1 半导体工艺及器件模拟 半导体工艺及器件模拟（仿真）概述 1.什么是仿真？ 仿真（Simulation)和建模（modeling）是密不可分的。 建模是用数学方式抽象地总结出客观事物发展的一般规律。 仿真是在这个一般规律的基础上，对某事物在特定条件下的 行为进行推演和预测。因此建模是仿真的基础，仿真是随着 建模的发展而发展的。 1 2 2 半导体工艺和器件模拟 2.本课程主要研究内容： 半导体工艺模拟 在计算机辅助下，运用数学模型对具体工艺进行模拟的过程。 半导体器件模拟 通过工艺模拟得出的杂质分布结果,并施加一定的偏压，对 所制造器件的电学性质进行分析和研究。 课程重点：工艺流程描述语句，器件的工艺实现，器件几 何结构及掺杂，电学特性仿真，器件的参数提取， IC电路仿真所用器件模型参数提取。 3 半导体工艺和器件模拟 3.半导体仿真器 仿真实质上是通过仿真器来实现的。一般仿真器实质上等于 输入接口+模型库+算法+输出接口,核心部分是模型库的建 立，其中精度、处理速度需要通过算法来调节。一个半导体 仿真器功能是否强大，就是看模型库是否强大。 半导体工艺、半导体物理、部分集成电路理论不仅是学习这 门功课所需要的前期基础知识，也同样是开发仿真软件中最 需要的理论基础。 所以仿真器是随着对半导体理论的探索和对实验数据的累计 的发展而发展的。 3 4 半导体工艺和器件模拟 4. 仿真在整个学科中所处的位置和作用 位置：是基础理论知识和实际生产的链接点 作用： 一方面充分认识半导体物理、半导体器件物理等理论基础 知识在半导体工业中的实际应用。加强理论教学的效果。 仿真也可以部分取代了耗费成本的投片实验，可降低成本， 缩短开发周期和提高成品率。即仿真可虚拟生产并指导实际 生产。 4 5 半导体工艺和器件模拟 工艺仿真： 可实现离子注入、氧化、刻蚀、光刻等工艺过程的模拟。可 用于设计新工艺，改良旧工艺。 器件仿真： 可以实现电学特性仿真，电学参数提取。 可用于设计新型器件，改良旧结构器件，验证器件的电学特 性。如MOS晶体管，二极管，双极性晶体管等。或建立简约 模型以用于电路仿真。 提取器件参数， 5 6 半导体工艺和器件模拟 4.该课程需要哪些基础知识 半导体物理学 半导体器件物理 MOS、BJT、Diode、功率器件等集成电路工艺技术 简单的电路基础知识 6 7 半导体工艺和器件模拟 5. 学到什么程度？ 掌握模拟仿真软件的使用，对半导体工艺、器件进行模拟和 分析。具体包括 ： 复习现有以硅为主的超大规模集成电路工艺技术。学习工艺仿真软件的使用方法（氧化、扩散、离子注入、淀积、刻蚀、光刻等工艺流程描述语句） 7 8 半导体工艺和器件模拟 2）熟悉并学会使用器件仿真软件: （1）学习如何用仿真语句编写器件的结构特征信息 （2）学习如何使用Dessis器件仿真器进行电学特性仿真 （3）利用工艺器件仿真软件Dios，培养和锻炼工艺流程设 计，新器件的工艺流程设计和新器件开发等方面的技 能。 8 9 半导体工艺和器件模拟 常用工艺和器件模拟软件：TsupremIV+Medici, SilVACO, ISE_TCAD（10.0版本） 其中主要商用软件有两个：Silvaco, Sentaurus_TCAD (ISE_TCAD的升级版，是synopsys收购了ISE后整合的产品) 该课程重点介绍软件使用方法，学习工艺和器件模拟流程， 算法的研究不是重点。 9 10 10 半导体工艺和器件模拟 首先结合半导体器件制造的基本工艺，介绍ISE_TCAD平台工艺仿真指令： 半导体工艺模块称为DIOS, 首先需要编写一个文件，其扩展 名必须为*_dio.cmd. 例如：PN_dio.cmd 下面结合半导体器件制备的主要工艺讲解文件中的指令用法。 几乎所有器件制备工艺都是这些工艺步骤的反复应用。 四个最基本的工艺步骤包括增层、光刻、掺杂、热处理 11 11 半导体工艺和器件模拟 1.衬底的准备： 衬底的基本参数 衬底（类型、掺杂浓度、晶向） Substrate(element=P, Concentration=5e15, orientation=100) Element不用P型N型，而用具体掺杂的杂质。 2. 增层：指在晶圆表面形成薄膜的加工工艺，主要包括： 氧化：在DIOS中所有的高温工艺均用Diffusion来表示 氧化的基本参数 氧化（时间，温度，加入的气体） Diffusion(time=10min,temper=900deg,atmosphere=O2) 其他的高温过程，例如Hcl,H2O,H2O2,N2,Epitaxy, prebake, mixture,均采用Diffusion语句作为字头。 12