silvaco教程

ATHENA：MOSFET
ATHENA模擬器計算顯影光阻層。光阻曝光劑量為200 mJ cm-2，曝光後在115℃ 下烘烤45 分鐘，然後圖案顯影60 秒，以上全部是正規參數。其中使用了Dill 顯影 模型。上面的影像顯示在曝光和烘烤後的PAG 濃度。左下的模擬顯示顯影到中途 的光阻圖形，右下的模擬顯示完全顯影的光阻圖形
• 半導體元件模擬軟體：Silvaco公司的ATLAS 模擬器
Athena製程模擬軟體可搭配Atlas元件模擬軟體使用，其功 能之齊全涵蓋了元件設計、製作程序、以及製程完成後的元 件特性分析
ATHENA主要模組
•Ssuprem4 •Flash •Elite •Optolith Ssuprem4以及Flash兩個模組分別用以模擬 「矽」和「III-V族化合物」之摻雜、氧化、 磊晶等製程，Elite模組則用以模擬蝕刻和薄 膜成長製程，至於光罩微影製程則以Optolith 模組模擬
電腦模擬矽晶片製造的技術
在製程上模擬主要應用在: • 區域氧化技術 • 沉積 • 蝕刻 • 植入 • 光阻曝光 模擬軟體中使用的製程仍落後目前工業上使用的製 程，如設備模型的建立
TCAD
• 半導體製程模擬軟體：Silvaco公司的 ATHENA模擬器
模擬各項積體電路製程如擴散摻雜 、離子植入、熱氧化、薄 膜沉積、光微影、蝕刻、金屬化、絕緣等並可整合所有製程 以2-D圖示呈現結果
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Grid specification
•沉積層中並未設定格子層，先前指令line x 將自動 延伸至沉積層 •Total number of grid layers :在沉積層中設定格子 層 Divisions=<n> default值為1，此指令相當於uniform的line y •Norminal grid spacing (μm): DY=<n> •Grid location spacing (μm): YDY=<n> •上述DY、YDY相當non-uniform line y 中的 spacing、loc •Minimum edge spacing : 指定最小間隔 mim.space=<n>
製程模擬
電腦模擬軟體(TCAD:Technology Computer-Aided Design) 1.設計新製程與元件 2.探索半導體元件與技術之極限 3.集中製造技術 4.解決製程問題
半導體工程
•晶體成長、晶圓製造 •無塵室、晶圓清洗、吸附 •微影 •熱氧化 •摻質擴散 •離子佈植 •薄膜沉澱 •蝕刻 •後段技術
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ATHENA、ATLAS
•ATLAS is a physically-based two and three dimensional device simulator. It predicts the electrical behavior of specified semiconductor structures and provides insight into the internal physical mechanisms associated with device operation. •Tonyplot 圖形展現環境 •Deckbuild 程式編輯環境 •程式模擬語法 ATHENA User’ s Manual ATLAS User’ s Manual
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Command : Etch
•Material : 指定的材料被進行蝕刻 SILICON, OXIDE, OXYNITRIDE, NITRIDE, POLYSILICON, ALUMINUM, TUNGSTEN, TITANIUM, PLATINUM, WSIX, TISIX, PTSIX, BARRIER, GAAS, PHOTORESIST, ALGAAS, INGAAS, SIGE, INP
啟動Deckbuild
網路芳鄰模擬軟體伺服器Shortcuts
啟動Deckbuild
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設定Deckbuild
改變工作目錄至自己電腦的資料夾
command ：line
•定義格子Grid形成網格Mesh •Grid的多寡與模擬精確及模擬時間有關 •Grid上限為20,000 •parameters 指定座標 x 、 y 指定位置 location=<n> 指定間隔 spacing=<n> •語法 line x loc=0 spac=0.1
•Impurity concentrations (atom/cm3) :指定 沉積層中雜質的濃度， C.ANTIMONY,
C.ARSENIC, C.BORON, C.PHOSPHOR, C.SILICON, C.GOLD, C.GERMANIUM, C.ZINC, C.SELENIUM, C.BERYLLIUM, C.MAGNESIUM, C.CHROMIUM, C.ALUMINUM, C.GALLIUM and C.CARBON=<n>
• command parameter1=<value1> parameter2=<value2> …..
•parameter皆須指定值(Boolean可不指定)
MOS 製程流程暨模擬軟體指令說明
•指令可簡寫，以不與其他指令簡寫相衝突 為原則 例如 DEPOSIT 可以DEPO取代 •<n> ：integer or real number •<c> ：character
Display setting
缩小
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Tonyplot : Annotation
TonyplotToolsPl材料參數 : SILICON, OXIDE, OXYNITRIDE, NITRIDE, POLYSILICON, ALUMINUM, BARRIER, TUNGSTEN, TITANIUM, PLATINUM, WSIX, TISIX, PTSIX, PHOTORESIST, ALGAAS, INGAAS, SIGE, INP •User defined : MATERIAL=<c> • Thickness (μm) : 指定沉積層的厚度 Thickness=<n>
command : structure
•parameters outfile=<c> 將模擬的結構或solution的資訊寫到輸出檔 •語法 struct outfile=mos01.str
呼叫視覺化軟體Tonyplot
tonyplot automatically save a file and plot it in TONYPLOT. tonyplot -st myfile.str display the myfile.str file. tonyplot -overlay myfile1.str myfile2.str overlay the results of myfile1.str and myfile2.str
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假設欲以60keV硼植入，且已知植入peak約 在0.2微米深度 •製作非均勻格子(non-uniform grid) •在y軸位置0.2微米處取間隔0.02微米 •語法 line y loc=0.2 spac=0.02
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Tonyplot : plot menu
• Mesh :triangular mesh • Edges :sides of triangles • Regions :all material regions • Contour :coloring impurity • Vector :vector impurity • Light :light beam & ray information • Junctions :metallurgical junctions • Electrodes :electrodes regions • 3D :3D plot
ATHENA模擬LOCOS隔離結構初使結構是先沉積二氧化矽在沉積氮化矽,接著蝕 刻左邊露出矽.矽被蝕刻以形成嵌壁式氧化層,此結構進行90分鐘,1000℃的水蒸氣 氧化.在這個結構中也顯示了鳥嘴的形狀隨時間演變的情形
等向性蝕刻因各方向蝕刻速率相當而有明顯的底切(undercut)現象，隨著蝕刻時間的加 長其蝕刻結果(左圖) 非等向性蝕刻具非等向性的蝕刻製程稱之為 Ion Milling，在較長時間的蝕刻後會有輕 微的底切出現(右圖)
•etch poly start x=0.2 y=-1 etch poly cont x=0.4 y=1 etch poly cont x=2 y=1 etch poly done x=2 y=-1 # CLEAN GATE OXIDE ETCH OXIDE DRY THICK=0.03 # SPACER DEPOSITION DEPOSIT OXIDE THICK=0.2 DIVISIONS=8 # SPACER ETCHING ETCH OXIDE DRY THICK=0.23
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Athena 語法規則
•Athena指令區分為兩大類： command與 parameter •每一行均由command指令開始，且一行只 能有一個command指令，但可存在多個 parameter •每一行內的指令均以空格隔開 •指令超過一行須以倒斜線 \ 作為連接符號 •當一行以#開始則視為註解 •大小寫皆可
•LEFT, RIGHT, ABOVE, and BELOW : 配合參數P1.X, P1.Y, P2.X, and P2.Y 所指定 之區域進行蝕刻 •P1.X, P1.Y, P2.X, and P2.Y : P1參數為平 行或垂直線配合上下左右參數使用，P2參數 為指定蝕刻角度 etch poly right p1.x=0.3 •Thickness : 蝕刻厚度 •START, CONTINUE, and DONE : 配合X， Y參數進行蝕刻 •X, Y : 標定蝕刻區域
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• EXAMPLES DEPOSIT OXIDE THICK=0.1 DIVISIONS=4 deposits a conformal layer of silicon dioxide, 1000 Angstroms thick, on the surface of the simulation structure. It will contain 4 vertical grid points. DEPOSIT MATERIAL=BPSG THICKNESS=0.1 DIV=6 C.BORON=1e20 C.PHOS=1e20 deposits a layer of a user defined material BPSG doped with boron and phosphorus DEPOSIT NITRIDE THICK=0.3 DY=0.1 YDY=0.3 DIVIS=10 deposits a conformal layer of silicon nitride with a thickness of 0.3μm. The grid spacing at the bottom of the layer is 0.01μm and the layer will include 10 vertical sublayers. RATE.DEPO MACHINE=MOCVD DEP.RATE=.1 u.m STEP.COV=.75 TUNGSTEN DEPOSIT MACHINE=MOCVD TIME=1 MINUTE define a machine named MOCVD and use it to deposit tungsten with a thickness of 0.1μm on planar areas and step coverage of 0.75.
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command ：go
•GO : 啟動模擬器，此敘述為整個程式的開 始 •可供選擇的模擬器 : ATHENA、 SSUPREM4、FLASH、ELITE、 OPTOLITH、ATLAS •語法 GO ATHENA
command : initialize
•parameters one.d 、 two.d 、auto 指定模擬計算過程的維度 •語法 init two.d