纳米级工艺制程仿真SenTaurusProcess的应用
新一代nm级集成工艺仿真工具_SenTaurusProcess
１引言随着集成电路制造工艺技术的迅速发展和日趋成熟，集成电路的集成度迅速攀升，制造流程及工艺步骤也日趋复杂。
通常，对于大尺寸器件（特别是分立器件），由诸多工艺因素造成的层间界面应力、杂质分布蠕动、空间量子效应及载流子非线性输运等小尺寸效应［１］都可以被忽略。
而对于小尺寸器件，准确地预期及评价工艺制程后的良品率，实现其所谓的工艺级可制造性设计，则必须充分地考虑这些效应。
当前，硅集成电路制造工艺技术已经达到了ｎｍ级水平［２］，人们已经意识到，ｎｍ级器件的设计与研发必须有相应的高精度工艺级仿真工具来支持。
新思科技推出的新一代集成工艺设计工具ＳｅｎＴａｕｒｕｓＰｒｏｃｅｓｓ解决了ｎｍ尺度的可制造性设计技术难题而突破了这一技术瓶颈。
本文所发布的技新一代ｎｍ级集成工艺仿真工具———ＳｅｎＴａｕｒｕｓＰｒｏｃｅｓｓ于英霞，李惠军，侯志刚，张宪敏（山东大学孟尧微电子研发中心，济南２５０１００）摘要：介绍了新思科技（ＳｙｎｏｐｓｙｓＩｎｃ．）最新推出的新一代ｎｍ级ＩＣ制程工艺设计工具———Ｓｅｎ－ＴａｕｒｕｓＰｒｏｃｅｓｓ的基本功能及其仿真领域，详细阐述了ＳｅｎＴａｕｒｕｓＰｒｏｃｅｓｓ功能的拓展。
对ＳｅｎＴａｕ－ｒｕｓＰｒｏｃｅｓｓ增加的模型库浏览器（ＰＤＢ）、一维模拟结果输出（Ｉｎｓｐｅｃｔ）及二、三维模拟结果输出（ＴｅｃｐｌｏｔＳＶ）工具进行了介绍。
重点介绍了ＳｅｎＴａｕｒｕｓＰｒｏｃｅｓｓ所嵌入的诸多小尺寸模型。
关键词：集成电路；纳米层次；工艺仿真；可制造性设计中图分类号：ＴＮ４０２文献标识码：Ａ文章编号：１６７１－４７７６（２００７）０５－０２３１－０４ＴｈｅＮｅｗＧｅｎｅｒａｔｉｏｎＮａｎｏ－ＬｅｖｅｌＩｎｔｅｇｒａｔｅｄＰｒｏｃｅｓｓＳｉｍｕｌａｔｉｏｎＴｏｏｌ：ＳｅｎＴａｕｒｕｓＰｒｏｃｅｓｓＹＵＹｉｎｇ－ｘｉａ，ＬＩＨｕｉ－ｊｕｎ，ＨＯＵＺｈｉ－ｇａｎｇ，ＺＨＡＮＧＸｉａｎ－ｍｉｎ（ＭｅｎｇｙａｏＭｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓＲ＆ＤＣｅｎｔｅｒ，ＳｈａｎｄｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｊｉｎａｎ２５０１００，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓｔｈｅｅｌｅｍｅｎｔａｒｙｆｕｎｃｔｉｏｎｓａｎｄｅｍｕｌａｔｉｏｎａｌｄｏｍａｉｎｓｏｆｔｈｅｎｅｗｇｅｎｅｒａ－ｔｉｏｎｎａｎｏ－ｌｅｖｅｌＩＣｐｒｏｃｅｓｓｄｅｓｉｇｎｔｏｏｌ：ＳｅｎＴａｕｒｕｓＰｒｏｃｅｓｓ，ｗｈｉｃｈｗａｓｒｅｃｅｎｔｌｙｉｓｓｕｅｄｂｙＳｙｎｏｐｓｙｓＩｎｃ．．ＩｔｓｐｅｃｉｆｉｅｓｔｈｅｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｅｘｔｅｎｓｉｏｎｓｏｆＳｅｎＴａｕｒｕｓＰｒｏｃｅｓｓａｎｄｐｒｅｓｅｎｔｓＰａｒａｍｅｔｅｒＤａｔａｂａｓｅＢｒｏｗｓｅｒ（ＰＤＢ），１Ｄｓｉｍｕｌａｔｅｄｒｅｓｕｌｔｓｄｅｆｅｒｅｎｔｔｏｏｌｓ（Ｉｎｓｐｅｃｔ）ａｎｄ２Ｄ／３Ｄｓｉｍｕｌａｔｅｄｒｅｓｕｌｔｓｄｅｆｅｒｅｎｔｔｏｏｌｓ（ＴｅｃｐｌｏｔＳＶ）．ＩｔｅｍｐｈａｓｉｚｅｓａｌｏｔｏｆｓｍａｌｌｓｉｚｅｍｏｄｅｌｓｉｎｓｅｒｔｅｄｉｎＳｅｎＴａｕｒｕｓＰｒｏｃｅｓｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＩＣ；ｎａｎｏ－ｌｅｖｅｌ；ｐｒｏｃｅｓｓｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ；ｄｅｓｉｇｎｆｏｒｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ（ＤＦＭ）收稿日期：２００７－０４－０２纳米器件与技术ＮａｎｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃＤｅｖｉｃｅ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ术内容均由新思科技授权。
工艺仿真软件
半导体器件工艺仿真软件选择ISE TCAD还是MEDICI，Tsuprem42009年04月11日星期六 12:40在介绍ISE TCAD，MEDICI，Tsuprem4之前先介绍Sentaurus吧，介绍完Sentaurus，也许就不需要再介绍ISE TCAD和MEDICI，Tsuprem4了。
Sentaurus Process介绍Synopsys Inc.的Sentaurus Process 整合了：⑴Avanti 公司的TSUPREM系列工艺级仿真工具（Tsupremⅰ，Tsupremⅱ，Tsupremⅲ只能进行一维仿真，到了第四代的商业版Tsuprem4能够完成二维模拟）；⑵Avanti公司的Taurus Process 系列工艺级仿真工具；⑶ISE Integrated Systems Engineering公司的ISE TCAD工艺级仿真工具Dios（二维工艺仿真）FLOOPS-ISE（三维工艺仿真）Ligament（工艺流程编辑）系列工具，将一维、二维和三维仿真集成于同一平台。
在保留传统工艺级仿真工具卡与命令行运行模式的基础上，又作了诸多重大改进：⑴增加、设置了模型参数数据库浏览器（PDB），为用户提供修改模型参数及增加模型的方便途径；⑵增加、设置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）。
Inspect 提供了一维模拟结果的交互调阅。
而Tecplot SV 则实现了仿真曲线、曲面及三维等输出结果的可视化输出。
（ISE TCAD的可视化工具Inspect和tecplot的继承）此外，Sentaurus Process 还收入了诸多近代小尺寸模型。
这些当代的小尺寸模型主要有：⑴高精度刻蚀模型及高精度淀积模型；⑵基于Crystal-TRIM 的蒙特卡罗（Monte Carlo）离子注入模型、离子注入校准模型、注入解析模型和注入损伤模型；⑶高精度小尺寸扩散迁移模型等。
tcad sentaurus仿真计算原理
tcad sentaurus仿真计算原理TCAD Sentaurus仿真计算原理介绍TCAD（Technology Computer-Aided Design）是一种基于计算机的半导体工艺和器件设计工具。
Sentaurus是TCAD的一种常用软件，用于模拟半导体器件的行为特性。
仿真计算原理概述Sentaurus通过一系列的物理模型和数值计算方法，对半导体器件进行仿真计算。
其基本原理如下：1. 几何和网格划分在仿真计算之前，需要将半导体器件的几何形状转化为离散的网格。
常用的方法是使用有限元、有限差分或有限体积等技术进行网格划分。
通过划分网格，将器件的各个区域离散化，为后续的物理模型计算提供基础。
2. 物理模型Sentaurus内置了多种物理模型，用于描述半导体器件中的物理现象。
常见的物理模型包括电子传输、电子能带结构、能量传输、载流子输运、电场和电势分布等。
根据具体需要，选择适合的物理模型进行仿真计算。
3. 边值条件和初始条件在仿真计算中，需要设置合适的边值条件和初始条件。
边值条件是指在器件的边界上施加的电压、电流等参数，用于模拟器件与外部环境的交互。
初始条件是指仿真计算起始时各个区域的初始状态。
4. 数值计算方法Sentaurus使用数值计算方法求解物理模型的方程组。
常见的数值计算方法包括有限差分、有限元、有限体积等。
通过迭代求解，得到近似的数值解。
5. 结果分析与后处理仿真计算完成后，可以对计算结果进行分析和后处理。
常见的分析方法包括绘制电流-电压特性曲线、分析载流子分布等。
后处理技术包括数据处理、数据可视化等，用于对计算结果进行更深入的理解和展示。
使用案例以下是一些TCAD Sentaurus的应用案例：•载流子输运仿真：利用Sentaurus模拟载流子在半导体器件中的输运特性，分析电流分布、电阻和电导率等。
•器件特性优化：通过修改器件的几何形状、材料参数等，以及优化边值条件和初始条件，利用Sentaurus进行仿真计算，找到使器件性能最优化的设计参数。
Sentaurus_Process介绍及使用
§17-1 新一代集成工艺仿真系统Sentaurus Process随着集成电路制造工艺技术的迅速发展和日趋成熟，集成电路的集成度迅速攀升，制造流程及工艺步骤也日趋复杂。
当前，硅集成电路制造工艺技术已经达到了纳米级水平，纳米电子学不断深入发展的前提是基于能够达到纳米精度的制造技术【1】。
反过来，纳米级器件的设计与研发则必须有相应的高精度工艺级仿真软件来支持。
通常，对于大尺寸器件（通常特指分立器件），由诸多工艺因素造成的层间界面应力、杂质分布蠕动、空间量子效应及载流子非线性输运等小尺寸效应[2]均可被忽略。
而对于小尺寸（泛指超大规模集成电路中的集成化器件）器件，准确地预期及评价工艺制程后的良品率、实现其所谓的工艺级可制造性设计，则必须充分地考虑小尺寸效应。
新一代集成工艺设计工具Sentaurus Process恰恰解决了纳米尺度的可制造性设计技术难题，成为当前最为先进的集成电路工艺级仿真工具。
§17-1-1 Sentaurus Process工艺级仿真工具简介[3]Sentaurus Process是Synopsys Inc.最新推出的新一代TCAD工艺级仿真工具，被业界誉为第五代集成电路制程级仿真软件，是当前最为先进的纳米级集成工艺仿真工具。
Sentaurus Process是迄今为止集成电路制程级仿真软体中最为全面、最为灵活的多维（一维、二维、三维）工艺级仿真工具。
Sentaurus Process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，用于实现甚大规模（ULSI）集成电路的工艺级虚拟设计，可显著地缩短集成电路制造工艺级设计、工艺级优化乃至晶圆芯片级产品的开发周期。
Sentaurus Process整合了Avanti的TSUPREM系列工艺级仿真工具、Taurus Process系列工艺级仿真工具及ISE的Dios系列工艺级仿真工具，将一维、两维和三维仿真集成于同一平台，在保留传统工艺级仿真工具卡命令行运行模式的基础上，又作了诸多重大改进：1.增加、设置了模型参数数据库浏览器（PDB），为用户提供修改模型参数及增加模型的方便途径；2. 增加、设置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）。
半导体工艺及器件仿真工具Sentaurus_TCAD
(5) 输出说明语句
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: 用于设臵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已经设臵的图形输出。 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。 print.data: 以x、y、z的坐标格式打印数据。 writePlx: 设臵输出一维掺杂数据文件。 struct: 设臵网格结构及求解信息。
的基础上，又做了一些重要的改参数数据库浏览器（PDB），为用户提供了 修改模型参数和增加模型的方便途径。
• 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）。 • 增加了小尺寸模型。这些小尺寸模型主要有： − 高精度刻蚀模型，
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Sentaurus简介
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。
Sentaurus TCAD还提供互连建模和参数提取工具，为 优化芯片性能提供关键的寄生参数信息。
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Sentaurus TCAD的启动
新一代工艺及器件仿真工具Sentaurus培训讲学
*_fps.cmd *_dvs.cmd *_des.cmd
Workbench (SWB)
Sentaurus Process Simulator
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Synopsys Inc.的Sentaurus Process 整合了：
Avanti 公司的TSUPREM系列工艺级仿真工具（ Tsupremⅰ，Tsupremⅱ，Tsupremⅲ只能进行一维仿真 ，到了第四代的商业版Tsuprem4能够完成二维模拟）
Sentaurus Workbench介绍与使用
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Getting Started
Creating Projects
Building Multiple Experiments
SWB的工具特征
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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，可完成系列化仿真工具软件以及诸 多第三方工具的运行，以参数化形式实现TCAD 项目的优化工程。
Synopsys公司简介
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Synopsys公司总部设在美国加利福尼亚州 Mountain View，有超过60家分公司分布在北美 、欧洲与亚洲。
2002年并购Avant公司后，Synopsys公司成为提供前 后端完整IC设计方案的领先EDA工具供应商。
Sentaurus是Synopsys公司收购瑞士ISE(Integrated Systems Engineering)公司后发布的产品，全面继承 了ISE TCAD,Medici和Tsuprem4的所有特性及优势。
Building Multiple Experiments
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Parameter在cmd文件中的定义与使用:
第1章半导体工艺及器件仿真工具SentaurusTCAD
2021/3/10
浙大微电子
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(1) 文件说明及控制语句 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以及日志文件中。 mater: 返回当前结构中的所有材料列表，或在原列表中增加
2021/3/10
浙大微电子
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(4) 模型和参数说明语句
beam: 给出用于离子束刻蚀的模型参数。 gas_flow: 设置扩散步骤中的气体氛围。 kmc: 设定蒙特卡罗模型。 pdbNewMaterial：用于引入新的材料。 pdbGet: 用于提取数据库参数。 pdbSet: 用于完成数据库参数的修改。 SetFastMode: 忽略扩散和模特卡罗注入模型，加快仿真速度。 SetTemp: 设置温度。 solution: 求解或设置求解参数。 strain_profile: 定义因掺杂引入的张力变化。 temp_ramp: 定义扩散过程中的温度变化。 update_substrate: 设置衬底中的杂质属性，张力，晶格常量等信息。
2021/3/10
浙大微电子
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Sentaurus TCAD的启动
• 运行 vncviewer • 在xterm中输入：
source /opt/demo/sentaurus.env • GENESISe &
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浙大微电子
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浙大微电子Βιβλιοθήκη 5/1172021/3/10
SynopsysSentaurusprocess工具介绍
“可制造性设计”似乎是一个新的词汇。
所谓“可制造性设计”其英文缩写为DFMdesign-for-manufacturability。
事实上。
我们这部书所讨论的主题就是“可制造性设计”。
前面若干章节所讲授的虽然是基于一维的集成电路制造工艺级仿真相对简单一些。
但是也属于工艺级可制造性设计的技术范畴和科学领域。
将重点介绍当今全球最为著名的IC设计软件开发商美国新思科技SynopsysInc.最新发布的新一代TCAD系列设计工具中的新一代集成电路工艺级仿真工具SentaurusProcess注TCAD 系列工具还包括器件物理特性级模拟系统SentaurusDevice及虚拟化加工与制造系统SentaurusWorkbench。
§1 Sentaurus Process工艺级仿真工具SentaurusProcess是SynopsysInc.最新推出的新一代TCAD工艺级仿真工具被业界誉为第五代集成电路制程级仿真软件是当前最为先进的纳米级集成工艺仿真工具。
SentaurusProcess是迄今为止集成电路制程级仿真软体中最为全面、最为灵活的多维一维、二维、三维工艺级仿真工具。
SentaurusProcess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用于实现甚大规模ULSI集成电路的工艺级虚拟设计可显著地缩短集成电路制造工艺级设计、工艺级优化乃至晶圆芯片级产品的开发周期。
SentaurusProcess为国际化的大型工程化计算机仿真系统有Unix版本及Linux版本供用户选用。
对于中国内地用户SentaurusProcess的用户许可授权及安装均由SynopsysInc.中国分支机构北京新思科技、上海新思科技等提供优质的技术支持和服务。
SentaurusProcess仿真系统设置有两种启动方式。
一种是交互启动及运行模式另一种是批处理启动及运行模式。
根据用户的使用需要若要在交互模式下启动SentaurusProcess可以在已安装有SentaurusProcess并启动了该系统的license软件使用许可程序的PC计算机若使用的是SentaurusProcess的Linux版本或计算机工作站若使用的是SentaurusProcess的Unix版本命令行提示符下输入以下命令sprocess§1-2 创建Sentaurus Process批处理卡命令文件编辑SentaurusProcess批处理卡命令文件可使用Unix或Linux操作系统环境下的各类文本编辑器、例如gedit文本编辑器编辑完成。
sentaurus tcad仿真操作与功率半导体器件工艺入门指导书介绍
sentaurus tcad仿真操作与功率半导体器件工艺入门指导书介绍嘿，朋友！如果你对功率半导体器件工艺感兴趣，又想在Sentaurus TCAD仿真操作上有所建树，那你可算是找对地方了。
今天我就来给你好好唠唠这方面的入门指导书。
我有个朋友小李，之前对Sentaurus TCAD那是一窍不通。
就像在黑暗中摸索的人，完全找不到方向。
有一天，他拿到了一本关于Sentaurus TCAD仿真操作与功率半导体器件工艺入门的指导书。
哇塞，那对他来说就像是在沙漠中看到了绿洲一样。
那这本指导书到底有啥厉害的呢？首先啊，它对Sentaurus TCAD的界面介绍得非常详细。
你知道吗？Sentaurus TCAD的界面就像一个装满各种工具的大工具箱，要是没人告诉你每个工具是干啥的，你肯定会晕头转向。
这本指导书就像是一个贴心的老师傅，把每个按钮、每个菜单的功能都讲得清清楚楚。
它会告诉你，这个像小扳手一样的图标是用来调整某个参数的，那个像文件夹的地方是用来存储你的仿真文件的。
这就好比你去一个陌生的城市，有一个熟悉的导游在给你带路，那感觉多踏实啊。
再说说功率半导体器件工艺部分。
这部分内容就像是一把神奇的钥匙，打开了一个全新的世界。
比如说制作一个功率半导体器件，就像盖一栋大楼一样。
从最开始的地基，也就是半导体材料的选择，到一层一层往上盖，每一步的工艺都至关重要。
这本指导书呢，就把这个“盖楼”的过程详细地展示出来了。
它会告诉你，在这个过程中，哪些步骤就像打地基一样，必须要稳稳当当，一步都不能出错。
哪些步骤又像是给大楼装修一样，可以根据不同的需求进行调整。
我还认识一个同学小王，他曾经抱怨说：“这Sentaurus TCAD仿真操作也太难了，我感觉自己就像个无头苍蝇一样乱撞。
”可是当他开始看这本入门指导书之后，就像变了个人似的。
他兴奋地跟我说：“这书简直就是我的救星啊！我现在终于知道怎么开始我的仿真了。
”这就足以看出这本指导书的魅力了。
半导体工艺及器件仿真工具SentaurusTCAD
器件仿真在半导体产业中具有重要地位，是缩短研发周期、降低成本和提 高产品性能的关键手段。
Sentaurus TCAD的器件仿真功能
01
Sentaurus TCAD是一款功能 强大的半导体器件仿真软件， 支持多种器件类型和工艺流程 的仿真。
02
Sentaurus TCAD具备高精度 、高可靠性和高效率的仿真能 力，能够模拟器件的物理特性 、电学性能和可靠性等方面。
03
Sentaurus TCAD还提供了丰 富的后处理和可视化工具，方 便用户对仿真结果进行分析和 评估。
器件仿真案例分析
案例一
模拟不同掺杂浓度对MOSFET阈值电压的影响。通过仿真发现，随着掺杂浓度的增加，阈值电压 逐渐降低。
THANKS FOR WATCHING
感谢您的观看
精确度高
Sentaurus TCAD能够提供高精度的仿真 结果，模拟各种半导体器件的电学、热 学和光学特性。
VS
功能强大
Sentaurus TCAD支持多种半导体工艺和 器件类型，包括CMOS、MEMS、太阳 能电池等。
Sentaurus TCAD的优势与不足
• 用户友好：Sentaurus TCAD提供了直观 的用户界面和丰富的文档支持，方便用户 学习和使用。
案例二
探究不同材料对太阳能电池性能的影响。通过对比硅基太阳能电池和铜基太阳能电池的仿真结果 ，发现铜基太阳能电池具有更高的光电转换效率。
案例三
模拟MEMS传感器在不同温度下的性能表现。通过仿真发现，随着温度的升高，MEMS传感器的 灵敏度逐渐降低。
04 Sentaurus TCAD与其他 仿真工具的比较
新一代工艺及器件仿真工具Sentaurus
2023-11-03
目录
• 引言 • sentaurus概述 • sentaurus仿真流程及操作 • sentaurus与其他仿真软件的比
较
目录
• sentaurus的安装及配置 • sentaurus的使用技巧及常见问
题处理 • 结论与展望
01
引言
对未来发展的展望与建议
展望
增强多物理场仿真能力：随着半导体 技术的不断发展，未来Sentaurus可 以进一步增强对多物理场仿真的支持 ，包括电磁场、流体动力学、温度场 等。
扩展新材料仿真：除了传统的半导体 材料外，Sentaurus还可以进一步扩 展对新型半导体材料和器件的仿真能 力，如石墨烯、碳纳米管等。
对未来发展的展望与建议
• 加强与EDA工具的集成：Sentaurus可以进一步与EDA工具进行集成，实现更高效的自动化设计和仿真流程 。
对未来发展的展望与建议
要点一
要点二
建议
提供更完善的文档和培训： Sentaurus开发商可以提供更详细和 易懂的文档，同时提供更多的培训课 程和在线支持，帮助用户更快地掌握 和使用该工具。
03
sentaurus仿真流程及操 作
建立模型
创建器件结构
使用sentaurus内置的器件模板或手动创建，支持各 种半导体工艺和器件类型。
定义材料属性
设置半导体材料属性，包括掺杂浓度、载流子类型 和迁移率等。
建立物理模型
定义器件的物理模型，包括电流电压关系、热效应 等。
设置仿真参数
运行仿真
设置仿真类型、迭代次数、收敛准则等参数，根据需求选择合适 的工作模式（DC、AC、瞬态、稳定性等）。
新一代工艺及器件仿真工具Sentaurus优秀PPT
Sentaurus Process Simulator
TCAD概述
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TCAD
T4 / Medici Sentaurus ISE Silvaco
sprocess *_bnd.tdr *_fps.tdr sde
*_msh.tdr sdevice
*.plt *.tdr
*_fps.cmd *_dvs.cmd *_des.cmd
Workbench (SWB) 2020/4/28
TCAD概述
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TCAD
T4 / Medici Sentaurus ISE Silvaco
sprocess *_bnd.tdr *_fps.tdr sde
*_msh.tdr sdevice
*.plt *.tdr
*_fps.cmd *_dvs.cmd *_des.cmd
Workbench (SWB) 2020/4/28
1
新一代工艺及器件仿真工具 Sentaurus
发之于心 察之于微 究之以底 亲而为之
2
课程内容
2/110
Sentaurus TCAD介绍与概述 Sentaurus Workbench介绍与使用 Sentaurus Process Simulator介绍与使用 Sentaurus Structure Editor介绍与使用 Sentaurus Device Simulator介绍与使用 Sentaurus其他工具介绍
Building Multiple Experiments
18/110
2020/4/28
Building Multiple Experiments
19/110
2020/4/28
Building Multiple Experiments
新一代工艺及器件仿真工具Sentaurusppt
sentaurus的独特功能
器件仿真
sentaurus可以进行器件的电学、热学、力学等多物理场仿真，还可以模拟器件的制造过程和可靠性测试。
系统级仿真
sentaurus可以将工艺和器件仿真与系统设计进行集成，实现从系统到工艺的全流程仿真。
06
sentaurus的未来发展及展望
技术发展趋势
精确建模与高效仿真
01
02
03
03
sentaurus在工艺仿真中的应用
精确模拟晶体管和电路的行为和特性
工艺仿真需求
加速芯片设计和验证过程，提高开发效率
预测新工艺和器件的长期性能和可靠性
高精度
快速
灵活
可扩展
sentaurus在工艺仿真中的优势
01
02
03
04
实际应用案例
04
sentaurus在器件仿真中的应用
云端仿真与协同设计
智能化仿真与自动化流程
sentaurus未来版本的功能增强和升级计划
要点三
增强模拟功能
sentaurus的未来版本将进一步增强模拟功能，包括更全面的器件类型支持、更精细的物理模型以及更高效的求解算法。
要点一
要点二
升级用户界面
为了提高用户体验，sentaurus将升级用户界面，使其更加友好、易用，并支持多语言和定制化需求。
器件仿真需求
多物理效应仿真
Sentaurus提供了全面的多物理效应仿真工具，包括电路仿真、热仿真、电磁场仿真等，可以更准确地模拟器件的性能。
sentaurus在器件仿真中的优势
精确的器件模型
Sentaurus内置了大量的精确器件模型，可以满足各种不同的器件仿真需求，同时也可以自定义器件模型，以便更好地模拟特定器件的性能。
乳胶源硼扩散的SENTAURUS模拟
乳胶源硼扩散的SENTAURUS模拟刘剑;宋玲玲【摘要】利用半导体TCAD工具Sentaurus对硅片的乳胶源掺硼扩散工艺进行模拟，用淀积后的退火处理过程替代注入后退火的模拟方案，以多种实测条件为标准，用两种条件进行模拟，并结合实测数据，对模型结果进行比较，找到模拟的最终可行方案，弥补Sentaurus软件功能模块上的不足。
%By means of Sentaurus TCAD, a Boron diffusion process with emulsion source is simulated.The anneal after deposition step is used instead of the method of bining with the various of practical results of the process,a feasible method,compensating for the lack of the function,is found to simulate emulsion boron diffusion for.【期刊名称】《微处理机》【年(卷),期】2014(000)005【总页数】2页(P16-17)【关键词】乳胶源硼扩散;SENTAURUS模拟;半导体TCAD;Sentaurus Process模块【作者】刘剑;宋玲玲【作者单位】中国电子科技集团公司第四十七研究所，沈阳 110032;中国电子科技集团公司第四十七研究所，沈阳 110032【正文语种】中文【中图分类】TN4Sentaurus TCAD是对半导体工艺过程进行计算机仿真模拟的重要工具；乳胶源旋涂硼扩散法是半导体工艺线上常用的固态源扩散手段之一。
然而现有版本的Sentaurus软件皆以“注入＋扩散”为实现硅掺杂的主要方式，并不包含乳胶源扩散的模型及语句。
鉴于此，本文将尝试利用介质材料掺杂的近似方法，将两者结合起来，找到一种可以用Sentaurus对乳胶源硼扩散工艺进行模拟的方案，以便在实际生产研发过程中降低新工艺的实验成本。
使用Sentaurus TCAD软件设计和仿真0.18μmH栅P—Well SOI MOSFET器件
使用Sentaurus TCAD软件设计和仿真0.18μmH栅P—Well SOIMOSFET器件【摘要】绝缘体上硅（Silicon On Insulator，简称SOI）以其独特的材料结构有效克服了体硅材料的不足，使其在能够成功应用于辐照恶劣环境中。
本文使用Sentaurus TCAD软件中的SDE（Sentaurus Structure Editor）工具设计一个0.18μmH 栅P-Well SOI MOSFET器件结构，并且运用Sentaurus TCAD软件中的Sentaurus Device工具进行器件特性仿真，使用INSPECT和TECPLOT_SV工具查看仿真结果并得到设计的器件的阈值电压（Vth=1.104V）和饱和电流（Idsat=3.121E-4A）。
【关键词】SOI；P-Well MOSFET；H栅；Sentaurus TCAD1.引言近年来全球范围内出现了新一轮的太空探索热潮，世界各主要航天大国相继出台了一系列雄心勃勃的航天发展规划。
空间技术的迅猛发展，使各种电子设备已经广泛应用于人造卫星、宇宙飞船等设备中，在天然空间辐射环境中往往因经受空间辐射而导致性能降低或失灵，甚至最终导致卫星或空间飞行器灾难性后果。
因此，必须在辐照恶劣环境中的电子设备使用抗辐射的电子元器件。
绝缘体上硅与体硅器件相比较，其独特的绝缘层把器件和衬底隔开，减轻了衬底对器件的影响，降低了源漏极电容、消除了闩锁效应、改善了短沟道效应以及热载流子效应、提高了抗辐照性能等等[1]，因此，SOI技术能够成功地应用于抗辐射领域，其被国际上公认为“二十一世纪的硅集成电路技术”。
SOI与体硅MOS器件结构的比较如图1所示。
图1 体硅器件和SOI器件基本结构的比较通常根据在绝缘体上的硅膜厚度将SOI分成薄膜全耗尽FD（Fully Depleted）结构和厚膜部分耗尽PD（Partially Depleted）结构。
本论文中设计的SOI MOS 器件是薄膜全耗尽结构的，这是因为薄膜SOI结构的器件由于硅膜的全部耗尽完全消除“翘曲效应”[2]，且这类器件具有低电场、高跨导、良好的短沟道特性和接近理想的亚阈值斜率等优点。
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见， 在源 ／漏区边缘附近的硼掺杂浓度明显偏高， 这就是在图 ５ 中我们对该区域的网格进行细化的主 要原因。本设计为了有效抑制短沟道效应， 采用了 Ｈａｌｏ 注 入 工 艺 ， 在 源 ／漏 边 缘 附 近 形 成 了 高 硼 掺 杂。在 ｎｍ 级 ＮＭＯＳ 器件设计中， 该处的工艺结构 设计尤为重要。
１引言
硅 集 成 电 路 制 造 工 艺 技 术 已 经 进 入 ｎｍ 级 层 次 。 Ｓｙｎｏｐｓｙｓ Ｉｎｃ． 最 新 推 出 的 ＳｅｎＴａｕｒｕｓ Ｐｒｏｃｅｓｓ 则是支持 ｎｍ 级集成化器件设计与开发的可制造性 设计手段必不可少的工具。
ＳｅｎＴａｕｒｕｓ Ｐｒｏｃｅｓｓ 整合了诸多款工艺级仿真系 统， 统一了当前的芯片业界标准， 面向当代 ｎｍ 级 集 成 工 艺 制 程 ， 全 面 支 持 小 尺 寸 效 应 的 仿 真 ［ １］ 。 将 ＳｅｎＴａｕｒｕｓ Ｐｒｏｃｅｓｓ 用 于 实 现 超 大 规 模 （ ＶＬＳＩ） 乃 至 甚 大 规 模 （ ＵＬＳＩ） 集 成 电 路 的 工 艺 级 虚 拟 设
图 ９ 输出的是管芯完成之后的二维结构示意 图 。 由 图 可 知， 管 芯 的 沟 道 长 度 为 ９０ ｎｍ， 源 ／漏 区结深约为 ０．０８ μｍ， 很好地完成了 ９０ ｎｍ ＮＭＯＳ 的管芯设计， 超浅源 ／漏结的形成将会有效地减小 源 ／漏区的串联电阻。
如 前 所 述 ， 对 于 ｎｍ 级 ＭＯＳ 器 件 ， 为 了 抑 制 短沟道效应和热载流子效应， 需要采用浅掺杂的 源 ／漏延伸区和 Ｈａｌｏ 区 ， ［５－６］ 但必须抑制热扩散和 增强扩散的影响， 故该过程的控制决定着纳米器件 制程的成败。为了深入地研究该过程， 图 １０ 给出 了 ９０ ｎｍ ＮＭＯＳ 中的 Ｈａｌｏ 区杂质浓度分布的情况， 其中的等位分布， 负值表示 ｐ 型掺杂， 正值表示 ｎ 型掺杂。要得到性能良好的 ｎｍ 级 ＮＭＯＳ 器件， 需 要精确地设计与控制掺杂过程。
计， 可显著地缩短工艺级设计、优化乃至管芯产品 的开发周期。
我们结合典型的 ｎｍ 级 ＮＭＯＳ 工艺制程， 使用 ＳｅｎＴａｕｒｕｓ Ｐｒｏｃｅｓｓ 实现了工艺级可制造性设计。该 仿 真 实 例 为 ９０ ｎｍ 栅 长 ＮＭＯＳ 工 艺 制 程 ， 仿 真 所 涉及到的 ＳｅｎＴａｕｒｕｓ Ｐｒｏｃｅｓｓ 工具的相关技术细节， 均经新思科技 （ Ｓｙｎｏｐｓｙｓ Ｉｎｃ．） 授权。
纳米器件与技术
Ｎａ ｎ ｏ ｅ ｌｅ ｃｔ ｒｏ ｎ ｉｃ Ｄｅ ｖｉｃｅ ＆ Ｔｅ ｃｈ ｎ ｏ ｌｏ ｇ ｙ
纳米级工艺制程仿真 Ｓ ｅ ｎＴａ ｕｒｕｓ Ｐ ｒｏｃｅ ｓ ｓ 的应用
பைடு நூலகம்于英霞， 李惠军， 侯志刚， 张宪敏
（ 山东大学 孟尧微电子研发中心， 济南 ２５０１００）
摘要： 基于 Ｓｙｎｏｐｓｙｓ Ｉｎｃ． 最新推出的新一代 ｎｍ 级 ＩＣ 制程工艺设计工具———ＳｅｎＴａｕｒｕｓ Ｐｒｏｃｅｓｓ， 实 现 了 ＣＭＯＳ 架 构 的 ｎｍ 级 ＮＭＯＳ 制 程 的 工 艺 级 可 制 造 性 设 计 。 仿 真 结 果 体 现 了 ＳｅｎＴａｕｒｕｓ Ｐｒｏｃｅｓｓ 的强大功能和使用 ＳｅｎＴａｕｒｕｓ Ｐｒｏｃｅｓｓ 进行工艺级可制造性设计的必要性。 关键词： 集成电路； 纳米层次； 工艺仿真； 可制造性设计 中图分类号： ＴＮ４０５； ＴＮ４０２ 文献标识码： Ａ 文章编号： １６７１－４７７６ （ ２００７） ０６－０２９５－０４
Ｍ ｉｃｒｏｎａｎｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ／ Ｊ ｕｎｅ ２００７
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微纳电子技术 ２００７ 年第 ６ 期
纳米器件与技术
Ｎａ ｎ ｏ ｅ ｌｅ ｃｔ ｒｏ ｎ ｉｃ Ｄｅ ｖｉｃｅ ＆ Ｔｅ ｃｈ ｎ ｏ ｌｏ ｇ ｙ
４ 结果分析
图 １ 为沿沟道中点 （ 即坐标原点） 纵向掺杂浓 度的分布图。如图所示， 沟道区 Ｂ 杂质占主导地 位， 表现出了 ｐ 型掺杂。本设计在沟道区采用了逆 向掺杂， 即沟道表面附近维持在低掺杂水平， 以控 制器件的阈值电压。而沟道底部呈现高浓度水平， 目的在于抑制短沟道 （ ＳＣＥ） 效应和减小器件的泄 漏电流 ［２－３］ 。由图 １ 还 可 看 到 ， 随 着 深 度 的 增 加 ， 硼浓度开始降低， 最终接近于衬底浓度。在接近坐 标原点的位置处， 工艺制程中部分硅被氧化， 界面 分凝使得表面硅一侧 Ｂ 浓度略有降低。综上所述， 图 １ 表现出丰富的工艺过程信息。
Ａｂｓｔｒ ａｃｔ： Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｅｌｅｍｅｎｔａｒｙ ｆｕｎｃｔｉｏｎｓ ｏｆ ｔｈｅ ｎｅｗ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｎａｎｏ－ｌｅｖｅｌ ＩＣ ｐｒｏｃｅｓｓ ｄｅｓｉｇｎ ｔｏｏｌ： ＳｅｎＴａｕｒｕｓ Ｐｒｏｃｅｓｓ ｉｓｓｕｅｄ ｒｅｃｅｎｔｌｙ ｂｙ Ｓｙｎｏｐｓｙｓ Ｉｎｃ， ｎａｎｏ－ｌｅｖｅｌ ＮＭＯＳ ｐｒｏｃｅｓｓ ｌｅｖｅｌ ＤＦＭ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＣＭＯＳ ｆｒａｍｅｗｏｒｋ ｗａｓ ｒｅａｌｉｚｅｄ． Ｓｉｍｕｌａｔｅｄ ｒｅｓｕｌｔｓ ｒｅｖｅａｌ ｔｈｅ ｐｏｗｅｒｆｕｌ ｆｕｎｃｔｉｏｎｓ ｏｆ Ｓｅｎ－ Ｔａｕｒｕｓ Ｐｒｏｃｅｓｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｎｅｃｅｓｓｉｔｙ ｏｆ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ－ｌｅｖｅｌ ｄｅｓｉｇｎ ｆｏｒ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ ｕｓｉｎｇ ＳｅｎＴａｕｒｕｓ Ｐｒｏｃｅｓｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒ ｄｓ： ＩＣ； ｎａｎｏ－ｌｅｖｅｌ； ｐｒｏｃｅｓｓ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ； ｄｅｓｉｇｎ ｆｏｒ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ （ ＤＦＭ）
表 １ 工艺级仿真相关参数设置一览表
仿真步序
相关仿真参数的设置及其说明
设置初始网格
表 面 区 域 网 格 间 距 设 置 为 ０．３１２５ μｍ， 体 内 区 域 网 格 间 距 设 置 为 １．２５ μｍ， 水 平 方 向网格间距恒定为 ０．０５６２５ μｍ
定义仿真区域 仿真区域初始化
"１００# 衬底， 杂质 Ｂ 浓度 １．５６×１０１６ ｃｍ－３
图 ２ 为源 ／漏 ｎ 型区的掺杂浓度分布示意。浓 度取值是距离沟道中点横向位置为 ０．３ μｍ 处的纵 向浓度分布。由图可见， 源 ／漏区磷和砷的掺杂浓 度之和明显高于硼的掺杂浓度。
图 ３ 和图 ４ 描述的是不同取值点的横向掺杂浓 度分布， 其中图 ３ 是距离坐标原点 （ 沟道表面位 置 ） 为 ０．００３ μｍ （ ３ ｎｍ） 位 置 处 的 横 向 杂 质 浓 度 分布； 图 ４ 是距离坐标原点 （ 沟道表面位置） 为 ０．０１ μｍ （ １０ ｎｍ） 位置处的横向杂质浓度分布。由 图 ３， ４ 可以看出， 沟道区 （ ｘ ≤０．０４５ μｍ） 硼的 掺杂浓度高于磷和砷， 净掺杂应为 ｐ 型， 而在源漏 区 （ ｘ ≥０．０４５ μｍ） ， 磷和砷的掺杂浓 度 高 于 硼 ， 净掺杂应为 ｎ 型。上述仿真结果突出显示出 ＮＭＯＳ 的工艺结构特征。此外， 砷的掺杂浓度在沟道边缘 附近有明显降低， 这是为了抑制沟道长度减小而导 致 的 源 漏 穿 通 ， 采 用 了 轻 掺 杂 漏 ［ ４］ （ ＬＤＤ） 工 艺 所致。应该注意到， 沟道区的逆向掺杂特征在图 ３ 中也有明显的反映。
能 量 １００ ｋｅＶ； 剂 量 １×１０１３ ｃｍ－２， 注 入 角 ７°
能量 ３０ ｋｅＶ； 剂量 ８×１０１２ ｃｍ－２， 注 入 角 ７°
栅氧制备 多晶硅栅极
栅氧厚度 １．４ ｎｍ， 多晶硅厚度 ０．１８ μｍ
多晶硅二次氧化
惰 性 气 氛 退 火 ４ ｍｉｎ ； 氧 气 气 氛 退 火 ２０ ｍｉｎ； 惰性气氛退火 ２４ ｍｉｎ； 刻蚀形成 薄氧化层侧墙
Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｎａｎｏ－Ｌｅｖｅｌ Ｉｎｔｅｇｒ ａｔｅｄ Ｐｒ ｏｃｅｓｓ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ Ｔｏｏｌ ＳｅｎＴａｕｒ ｕｓ Ｐｒ ｏｃｅｓｓ
ＹＵ Ｙｉｎｇ－ｘｉａ， ＬＩ Ｈｕｉ－ｊｕｎ， ＨＯＵ Ｚｈｉ－ｇａｎｇ， ＺＨＡＮＧ Ｘｉａｎ－ｍｉｎ
（ Ｍｅｎｇｙａｏ Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｒ＆Ｄ Ｃｅｎｔｅｒ， Ｓｈａｎｄｏｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｊｉｎａｎ ２５０１００， Ｃｈｉｎａ）
晕环 Ｂ 注入
①网 格 细 化 ； ②注 入 剂 量 ３×１０１３ ｃｍ－２， 注 入 能 量 １２ ｋｅＶ， 注 入 角 ３０°， 旋 转 角 ０°； ③ 注 入 剂 量 １．１５×１０１３ ｃｍ－ ２， 注 入 能 量 １２ ｋｅＶ， 注入角 ３０°， 旋转角 ９０°； ④注入剂量 １．１５ ×１０１３ ｃｍ－２， 注 入 能 量 １２ ｋｅＶ， 注 入 角 ３０°， 旋转角 ２７０°
ｐ 阱注入 热驱动 Ｂ 注入
热驱动 Ｂ 注入分四步进行： 高能注入 形成 ｐ 阱区； 中能量注入形成倒梯度硼剖 面分布为防止穿通； 低能量注入用于调节 阈值电压
能 量 ３００ ｋｅＶ； 剂 量 ３×１０１３ ｃｍ－２， 注 入 角 ７°
能 量 ２００ ｋｅＶ； 剂 量 ２×１０１３ ｃｍ－２， 注 入 角 ７°
使 用 ＳｅｎＴａｕｒｕｓ Ｐｒｏｃｅｓｓ 实 现 了 ９０ ｎｍ 栅 长 ＮＭＯＳ 工艺制程的工艺级仿真。该 ｎｍ 级 ＮＭＯＳ 管芯的管 芯工艺制程如下： 沟道区硼注入及热驱动→栅氧制 备→淀积多晶硅→刻蚀多晶硅栅极→晕圈 （ Ｂ） 注 入→源 ／漏 扩 展 区 （ Ａｓ） 注 入→侧 墙 制 备→源 ／漏 区制备及热驱动 （ ｎ 型 源 ／漏 区 ） →金 属 （ Ａｌ） 电 极制备。针对上述工艺制程， 将工艺级仿真所需要 设置的相关参数整理见表 １， 为随后仿真模拟卡文 件的编撰提供技术准备。
图 １～４ 均 为 一 维 分 布 曲 线 ， 有 助 于 研 究 者 基 于杂质补偿的趋势从整体上把握工艺制造过程中杂 质的补偿行为。由此可见， ＳｅｎＴａｕｒｕｓ Ｐｒｏｃｅｓｓ 的输 出结果对工艺制程整体的把握是非常有价值的。图 １～４ 是系统完成仿真之后通过 ＳｅｎＴａｕｒｕｓ Ｐｒｏｃｅｓｓ 的 辅助工具 Ｉｎｓｐｅｃｔ 调阅并查看的。