工艺及器件仿真工具
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。
第4章-工艺及器件仿真工具ISE-TCAD
2022/1/15
浙大微电子
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➢ Etching(...)用来仿真刻蚀
Etching (Material=<n>, Time=<n>,
Remove=<n>,Rate(Iso/Aniso=<n>)，
over=<n>,stop=<n>)
Etching(Material=OX, Remove=0.08, Over=0)
大家好
第4章 工艺及器件仿真工具
ISE-TCAD
本章内容
• ISE-TCAD简介 • 工具流程平台GENESISe
• 工艺仿真以及网格优化工具
– 2D工艺仿真工具DIOS – 2D网格优化工具MDRAW
• 器件仿真工具
– 2D&3D器件仿真工具DESISS
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本章内容
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➢ Diffusion(...)用来对器件制做工艺中所有高温步骤进行仿真
的命令。包括：热退火、氧化、外延层的生长和硅化物的生长。
DIFFusion(ModDiff=……)
• 其中：ModDiff是选择扩散模型，可以选择的有：
– Conventional、 – Equilibrium 、 – LooselyCoupled 、 – SemiCoupled 、 – PairDiffusion等。
• ISE-TCAD简介 • 工具流程平台GENESISe
• 工艺仿真以及网格优化工具
– 2D工艺仿真工具DIOS – 2D网格优化工具MDRAW
• 器件仿真工具
– 2D&3D器件仿真工具DESISS
工艺仿真软件Tsuprem4与器件仿真软件Medici的使用
2017/8/1
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1、TCAD仿真工具介绍
一、工具简介
目前世界上有四套TCAD仿真工具：
Tsuprem4 / Medici Silvaco ( Athena / Atlas) ISE ( Dios / Mdraw / Dessis) Sentaurus（Process / Structure / Device）
TSUPREM4使用介绍
结构初始化
有两种形式： 1. 读入已有结构：
INITIALIZE IN.FILE=oldstr
2.建立新结构：
结构区间定义 INIT <100> impurity=boron i.conc=1E15
2017/8/1
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2、Tsuprem4 命令语句分类
（1）文件及控制命令 （2）定义器件结构的命令 （3）工艺步骤命令（Tsuprem-4的核心） （4）输出命令
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1、COMMENT命令
用于注释。若注释有多行，下一行前要加“+”符号。
为方便起见，可用“$”符号代替。 例1：COMMENT this is a short comment 或 $ this is a short comment
Medici 和 Atlas 都包含器件构建工具和器件 仿真工具，在后两个软件中器件构建和器 件仿真被拆分成两个独立的工具。
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2、仿真方式
工艺仿真器件仿真
Tsuprem4Medici AthenaAtlas DiosMdrawDessis（或 MdrawDessis） ProcessStructureDevice（或 StructureDevice ）
工艺与器件仿真工具SILVACO
SILVACO-TCAD
浙大微电子
SILVACO简介
SILVACO-TCAD是由SILVACO公司研发的 计算机辅助设计仿真软件，用于半导体器件和集 成电路的研究和开发、测试和生产中。这套完整 的工具使得物理半导体工艺可以给所有阶段的IC 设计提供强大的动力：工艺仿真（ATHENA）和 器件仿真（ATLAS）；SPICE 模型的生成和开发； 互连寄生参数的极其精确的描述；基于物理的可 靠性建模以及传统的CAD。所有这些功能整合在 统一的框架，为工程师在完整的设计中任何阶段 中所做更改而导致的性能、可靠性等效果，提供 直接的反馈。
2020/4/8
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创建一个初始结构
• 定义初始直角网格
− 在UNIX或LINUX系统提示符下，输入命令：deckbuild-an&，以 便进入deckbuild交互模式并调用ATHENA程序。这时会出现如下 图所示deckbuild主窗口，点击File目录下的Empty Document， 清空Deckbuild文本窗口；
接下来，我们通过干氧氧化在硅表面生成栅极氧化 层，条件是1个大气压，950°C，3%HCL, 11分钟。为 了完成这个任务，可以在ATHENA的Commands菜单 中依次选择Process和Diffuse …，ATHENA Diffuse菜 单将会出现。
2020/4/8
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栅极氧化
2020/4/8
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⑨ 为了观察优化过程，我们可以将Targets模式改为Graphics 模式，如下左图所示； ⑩ 最后，点击Optimize键以演示最优化过程。仿真将会重新运 行，并且在一小段时间之后，重新开始栅极氧化这一步骤。最优 化的结果为，温度925.727°C，偏压0.982979，以及抽样氧化 厚度100.209 Å，如右图所示；
使用ATHENA的NMOS工艺仿真(精编文档).doc
【最新整理，下载后即可编辑】§4 工艺及器件仿真工具SILVACO-TCAD 本章将向读者介绍如何使用SILVACO公司的TCAD工具ATHENA来进行工艺仿真以及ATLAS来进行器件仿真。
假定读者已经熟悉了硅器件及电路的制造工艺以及MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)和BJT（双极结晶体管）的基本概念。
4.1 使用ATHENA的NMOS工艺仿真4.1.1 概述本节介绍用ATHENA创建一个典型的MOSFET输入文件所需的基本操作。
包括：a. 创建一个好的仿真网格b. 演示淀积操作c. 演示几何刻蚀操作d. 氧化、扩散、退火以及离子注入e. 结构操作f. 保存和加载结构信息4.1.2 创建一个初始结构1 定义初始直角网格a. 输入UNIX命令：deckbuild-an&，以便在deckbuild交互模式下调用ATHENA。
在短暂的延迟后，deckbuild主窗口将会出现。
如图4.1所示，点击File目录下的Empty Document，清空DECKBUILD文本窗口；图4.1 清空文本窗口b. 在如图4.2所示的文本窗口中键入语句go Athena ；图4.2 以“go athena”开始接下来要明确网格。
网格中的结点数对仿真的精确度和所需时间有着直接的影响。
仿真结构中存在离子注入或者形成PN结的区域应该划分更加细致的网格。
c. 为了定义网格，选择Mesh Define菜单项，如图4.3所示。
下面将以在0.6μm×0.8μm的方形区域内创建非均匀网格为例介绍网格定义的方法。
图4.3 调用ATHENA网格定义菜单2 在0.6μm×0.8μm的方形区域内创建非均匀网格a. 在网格定义菜单中，Direction（方向）栏缺省为X；点击Location（位置）栏并输入值0；点击Spacing（间隔）栏并输入值0.1；b. 在Comment（注释）栏，键入“Non-Uniform Grid(0.6um x0.8um)”,如图4.4所示；c. 点击insert键，参数将会出现在滚动条菜单中；图4.4 定义网格参数图 4.5 点击Insert键后d. 继续插入X方向的网格线，将第二和第三条X方向的网格线分别设为0.2和0.6，间距均为0.01。
新一代工艺及器件仿真工具Sentaurus
implant Boron dose=2.0e13<cm-2> energy=200<keV> tilt=0 rotation=0 implant Boron dose=1.0e13<cm-2> energy= 80<keV> tilt=0 rotation=0 implant Boron dose=2.0e12<cm-2> energy= 25<keV> tilt=0 rotation=0 （P阱）
默认pressure为1atm。 Mgoals.native表示自动采用MGOALS对这层进
行网格分布
Mgoals.native
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保存结构文件
Sentaurus Process中 使用struct命令来保 存结构文件，同样 可以使用Tecplot SV 来调阅结构文件。 保存格式有TDR和 DF-ISE，这里使用 TDR格式来保存
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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。
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）
ISE TCAD的简介
仿真软件ISE TCADISE的简介ISE (Integrated Systems Engineering) 工具是世界著名的TCAD软件提供商旗下的产品，该产品范围包括集成电路工艺模拟和器件仿真。
ISE总部设在瑞士，并在美国硅谷、日本东京、韩国汉城、台湾新竹和中国上海等地先后创立了分支机构。
自1993年创立以来，ISE一直专注于TCAD领域，已为众多半导体制备商提供工艺模拟和器件仿真产品。
自从2004年被Synopsys公司以9500万美元收购后，其DFM(Design-for-Manufacturing，可制造性设计) 软件功能得以增强，已为众多半导体制备商提供工艺模拟和器件仿真产品。
1 ISE的优点ISE TCAD是一款可用于集成电路工艺模拟和器件仿真的软件，它通过运用计算机求解基本的半导体偏微分方程组达到估计器件特性的目的，这种深层次的物理近似使得TCAD能获得更准确的模拟结果，这与传统设计流程中进行新工艺或新型半导体器件结构研究时所要进行的芯片重复测试实验相比，它成本更低并且省时。
相对于其他器件和工艺模拟软件，如MEDICI或TSUPREM4，ISE TCAD的图形化界面（GUI）做得更为人性化、算法更优、模拟程序收敛更容易，其以excel 作为功能选项，使得初学者很容易上手；并且ISE TCAD可以对二维和三维的有限元模型进行定量模拟分析，能更直观的观察到偏压状态下器件内部各种参数的分布；ISE TCAD十分适合一些概念性器件的开发，其标准化的实验流程具有更大的预见性，可有效的减少研发成本和加速工艺制成的改进；该产品不仅可以准确快捷地进行半导体工艺流程模拟和器件仿真，对于各种新兴及特殊器件，例如深亚微米器件、绝缘硅(SOI)、SiGe、功放高压器件、异质结、光电器件、量子器件及纳米器件等，也同样都可以进行精确有效的仿真模拟。
2 ISE的功能模块ISE TCAD由工艺模拟和器件模拟两个功能模块组成。
Silvaco工艺及器件仿真5
4.2 使用ATLAS的NMOS器件仿真4.2.1 ATLAS概述ATLAS是一个基于物理规律的二维器件仿真工具，用于模拟特定半导体结构的电学特性，并模拟器件工作时相关的内部物理机理。
ATLAS可以单独使用，也可以在SILVACO’s VIRTUAL WAFER FAB仿真平台中作为核心工具使用。
通过预测工艺参数对电路特性的影响，器件仿真的结果可以与工艺仿真和SPICE 模型提取相符。
1 ATLAS输入与输出大多数ATLAS仿真使用两种输入文件：一个包含ATLAS执行指令的文本文件和一个定义了待仿真结构的结构文件。
ATLAS会产生三种输出文件：运行输出文件(r un-t i m e ou t pu t)记录了仿真的实时运行过程，包括错误信息和警告信息；记录文件(log files)存储了所有通过器件分析得到的端电压和电流；结果文件(s o l u t i on f il e s)存储了器件在某单一偏置点下有关变量解的二维或三维数据。
2 ATLAS命令的顺序在ATLAS中，每个输入文件必须包含按正确顺序排列的五组语句。
这些组的顺序如图4.52所示。
如果不按照此顺序，往往会出现错误信息并使程序终止，造成程序非正常运行。
图4.52 ATLAS命令组以及各组的主要语句3 开始运行ATLAS要在DECKBUILD下开始运行ATLAS，需要在UNIX系统命令提示出现时输入：deckbuild -as&命令行选项-as指示DECKBUILD将ATLAS作为默认仿真工具开始运行。
在短暂延时之后，DECKBUILD将会出现，如图4.53所示。
从DECKBUILD输出窗口可以看出，命令提示已经从A THENA变为了ATLAS。
图4.53 ATLAS的DECKBUILD窗口4 在ATLAS中定义结构在ATLAS中，一个器件结构可以用三种不同的方式进行定义：1.从文件中读入一个已经存在的结构。
这个结构可能是由其他程序创建的，比如ATHENA或DEVEDIT；2.输入结构可以通过DECKBUILD自动表面特性从ATHENA或DEVEDIT转化而来；3.一个结构可以使用ATLAS命令语言进行构建。
仿真工具(ATLAS)
工艺及器件仿真工具 SILIVACO-TCAD
哈尔滨工程大学微电子实验室 2009.10
ATLAS பைடு நூலகம்学特性
Harbin Engineering University
在这一部分，将对一个NMOSFET器件结 构进行器件仿真。 以下将会演示到： 1. 产生简单的 Vds=0.1V 偏压下的曲线： Ids vs. Vgs 2.提取器件参数，例如Vt，Beta和Theta 3.产生不同的Vgs偏置情况下的Id vs. Vds 曲 线簇
ATLAS 器件构造
Harbin Engineering University
3. 定义电极
ELECTRODE NAME=<en> [NUMBER=<n>] [SUBSTRATE] <pos> <reg>
ATLAS 器件构造
Harbin Engineering University
4. 掺杂分布
进一步详细的关于 这些模型的信息， 可以参看文档：
ATLAS User’s Manual Volume I
ATLAS 电学特性
Harbin Engineering University
数值计算方法命令集：
对于半导体器件问题，有几种不同的方法可以 使用。对于 MOS 结构来说，可以使用非耦合的 GUMMEL 法和耦合的 NEWTON法。简单地说， gummel 法将对每个未知量轮流求解，同时保持 其他变量不变，不断重复这个过程，直到得到稳 定的解。而 Newton 法将会对整个系统的所有未 知量一起求解。 输入： method newton
提取器件参数
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
TCAD工艺仿真
电子设计自动化
第4章 工艺及器件仿真SILVACO TCAD
命令讲解： 命令讲解： 2、网格命令： 、网格命令： line x loc=0.00 spac=0.10 line x loc=0.2 spac=0.01 line x loc=0.6 spac=0.01 # line y loc=0.00 spac=0.008 line y loc=0.2 spac=0.001 line y loc=0.5 spac=0.05 line y loc=0.8 spac=0.15
电子设计自动化
第4章 工艺及器件仿真SILVACO TCAD
电子设计自动化
第4章 工艺及器件仿真SILVACO TCAD TCAD:半导体工艺和器件的计算机辅助设计 软件。目前有三种： 1）、TSUPREM-4和MEDICI。 2）、ISE公司。 2）、SIVACO TCAD。
电子设计自动化
第4章 工艺及器件仿真SILVACO TCAD SIVACO TCAD简介： SIVACO TCAD套件被遍布全球的半导体厂 家用于半导体器件和集成电路的研究和开发、 测试和生产过程中。Virtual Wafer Fab是 TCAD综合环境。
Luminous2D/3D高级器件仿真器：
特别设计用于在非平面半导体器件中的光 吸收和图像生成的建模。使用几何光线追踪而 得到用于一般光源的准确解决方案。此特征使 得Luminous2D/3D能够说明任意拓扑、内部和 外部反射和折射，极化依赖性和偏振极化。 Luminous2D/3D在ATLAS里完全无缝集成于SPisces和Blaze器件仿真器、以及其它ATLAS器 件技术模块。
电子设计自动化
第4章 工艺及器件仿真SILVACO TCAD
VCSEL垂直共振腔面射型激光仿真： VCSEL和ATLAS系统一起使用，为垂直 共振腔面射型激光（VCSEL）生成基于物理的 仿真。VCSEL结合复杂器件仿真以取得电学和 热学行为以及光学行为的最新技术的模型。
半导体工艺及器件仿真工具
提高半导体行业的整体技术水平
• 仿真工具的发展推动半导体工艺和器件的创新
• 提高半导体行业的整体技术水平
降低半导体行业的研发成本
• 通过仿真工具预测和优化工艺和器件性能
• 降低实际实验和测试的成本和时间
对半导体工艺及器件仿真技术的展望
未来仿真技术将更加精确和高效
• 提高仿真精度和可靠性
• 提高仿真效率和计算能力
用
• 通过仿真工具预测生产
线上的问题
• 提高生产效率和降低设
备故障率
03
半导体器件仿真工具
器件仿真工具的分类
器件建模工具
• 用于建立半导体器件的数学模型
• 如器件结构、材料属性等
器件模拟工具
• 基于器件建模工具的结果进行模拟和预测
• 如器件性能、行为等
器件优化工具
• 基于器件模拟工具的结果进行优化
04
半导体工艺及器件仿真技术的挑战与未来趋势
仿真技术面临的挑战
仿真效率和计算能力
• 提高仿真效率和计算能力
• 适应大规模半导体工艺和器件仿真
仿真精度和可靠性
• 提高仿真精度和可靠性
• 减少仿真结果与实际结果的差距
多物理场和多尺度仿真
• 支持多物理场和多尺度仿真
• 更真实地模拟半导体工艺和器件
未来仿真技术的发展趋势
• 基于先进的计算方法和模拟技术
• 主要用于分析简单的半导体器件性
• 可以模拟更复杂的半导体器件和工
• 可以模拟纳米尺度半导体工艺和器
能
艺
件
• 支持多物理场和并行计算
仿真工具的应用领域
半导体工艺设计
半导体器件设计
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
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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
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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
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Building Multiple Experiments
19/110
2020/4/28
Building Multiple Experiments
工艺及器件仿真工具SILVACO-TCAD教程-2
4.1.7栅氧厚度的最优化下面介绍如何使用DECKBUILD中的最优化函数来对栅极氧化厚度进行最优化。
假定所测量的栅氧厚度为100Å，栅极氧化过程中的扩散温度和偏压均需要进行调整。
为了对参数进行最优化，DECKBUILD最优化函数应按如下方法使用：a.依次点击Main control和Optimizer…选项；调用出如图4.15所示的最优化工具。
第一个最优化视窗显示了Setup模式下控制参数的表格。
我们只改变最大误差参数以便能精确地调整栅极氧化厚度为100Å；b.将Maximum Error在criteria一栏中的值从5改为1；c.接下来，我们通过Mode键将Setup模式改为Parameter模式,并定义需要优化参数（图4.16）。
图4.15 DECKBUILD最优化的Setup模式图4.16 Parameter模式需要优化的参数是栅极氧化过程中的温度和偏压。
为了在最优化工具中对其进行最优化，如图4.17所示，在DECKBUILD窗口中选中栅极氧化这一步骤；图4.17 选择栅极氧化步骤d.然后，在Optimizer中，依次点击Edit和Add菜单项。
一个名为Deckbuild：Parameter Define的窗口将会弹出，如图4.18所示，列出了所有可能作为参数的项；图4.18 定义需要优化的参数e.选中temp=<variable>和press=<variable>这两项。
然后，点击Apply。
添加的最优化参数将如图4.19所示一样列出；图4.19 增加的最优化参数f.接下来，通过Mode键将Parameter模式改为Targets模式,并定义优化目标；g.Optimizer利用DECKBUILD中Extract语句的值来定义优化目标。
因此，返回DECKBUILD的文本窗口并选中Extract栅极氧化厚度语句，如图4.20所示；图4.20 选中优化目标h.然后，在Optimizer中，依次点击Edit和Add项。
TCAD基础知识
• Device Simulation
3D-VICTORY DEVICE，Device 3D，Giga3D，Luminous3D，Quantum3D， TFT3D，Magnetic3D，Thermal3D，MixedMode3D 2D-ATLAS，S-pisces，Blaze，MC Device，Giga，MixedMode， Quantum，Ferro，Magnetic，TFT，LED，Luminous，Laser，VCSEL， Organic Display，Organic Solar，Noise，Mercury；
TCAD基础知识介绍
主要内容
第一部分 第二部分 第三部分 第四部分
TCAD基本概念 工艺仿真介绍 器件仿真介绍 器件——电路混合仿真介绍
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1 TCAD基本概念
第一部分 第二部分 第三部分 第四部分
TCAD基本概念 工艺仿真介绍 器件仿真介绍 器件——电路混合仿真介绍
3
1.1.1 TCAD基本概念－TCAD
• 精确预测器件结构中的几何结构，掺杂剂量分配 和应力
• 优化半导体工艺，达到速度、产量、击穿、泄漏 电流和可靠性的最佳结合
12
2.2 工艺仿真器ATHENA的主要模块
SSuprem4 二维核心工艺仿真器
MC Implant
Elite
蒙托卡诺离子注入仿真器 先进的刻蚀和淀积仿真器
MC Deposit/Etch 二维蒙托卡诺淀积和
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
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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。
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初始化命令
➢ Title(…)命令
Title命令是总是出现在DIOS输入文件的最开始的地方， 用来对仿真进行初始化。 必须！
Title(“simple nmos”，MAXV ，NewDiff，SiDiff) 这条 命令对仿真进行了初始化，并把图形窗口命名为“simple nmos”
• 其中MAXV定义仿真中网格点最大数，一般不定义 • NewDiff=1/on（default）表示所有层次都定义网格和掺杂 • SiDiff=1/on（default）表示仅在硅中进行扩散，多晶硅掺杂是均的， 以节约仿真时间 。如果涉及钝化过程中有偏析效应，则应选SiDiff=0/off。
第4章 工艺及器件仿真工具
ISE-TCAD
本章内容
• ISE-TCAD简介 • 工具流程平台GENESISe
• 工艺仿真以及网格优化工具
– 2D工艺仿真工具DIOS – 2D网格优化工具MDRAW
• 器件仿真工具
– 2D&3D器件仿真工具DESISS
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本章内容
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本章内容
• ISE-TCAD简介 • 工具流程平台GENESISe
• 工艺仿真以及网格优化工具
– 2D工艺仿真工具DIOS – 2D网格优化工具MDRAW
• 器件仿真工具
– 2D&3D器件仿真工具DESISS
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工具平台GENESISe简介
• 器件仿真工具
– 2D&3D器件仿真工具DESISS
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DIOS简介
➢ DIOS能使用各种工艺模型仿真完整的制造工艺步骤，包括 刻蚀、淀积、离子注入、扩散和氧化，既有一维的，也有二 维的。它的有些模块功能还支持三维。
➢ DIOS软件的输入既可以在命令窗口键入命令，也可以写在 一个命令描述文件中。另外一个特殊的输入还包括PROLYT 版层次的文件。其中包括详细的不同版层的几何信息。
相应器件；
➢ 对于各种新兴及特殊器件（如深亚微米器件、
绝缘硅SOI、SiGe器件、应力硅器件、异质
结、光电子器件、量子器件及纳米器件等）
也可以进行精确有效的仿真模拟。
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➢ 平台整合工具 － GENESISe，OptimISE，LIGAMENT
➢ 工艺仿真工具 － DIOS，FlOOPS-ISE
运行命令： source /opt/demo/tcad.env
运行命令： GENESISe &
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本章内容
• ISE-TCAD简介 • 工具流程平台GENESISe
• 工艺仿真以及网格优化工具
– 2D工艺仿真工具DIOS – 2D网格优化工具MDRAW
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➢ Grid（）定义器件的结构初始化网格 GRID (X (0.0, 0.4), Y (-10.0, 0.0), Nx=2) 定义网格点和区域，参数Nx=2定义了所包含三角形为2个
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➢ Replace（）对定义的网格进行调整，指定网格的调整标准 Replace (Control (MaxTrl=6, RefineBoundary=-6，
➢ 器件创建与网格优化工具 － MDRAW，MESH，DEVISE，DIP
➢ 器件模拟工具 － DESSIS，Compact Models
➢ 数据输出与显示工具 － INSPECT，Tecplot-ISE
➢ 电磁模拟工具 － EMLAB，TED
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工艺及器件仿真流程
➢ ISE-TCAD是一种建立在物理基础上的数值仿真工 具，它既可以进行工艺流程仿真和器件描述，也可 以进行器件仿真、电路性能仿真以及电缺陷仿真等， 其产品包括完整的工艺及器件模拟工具 。
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ISE-TCAD特点ຫໍສະໝຸດ ➢ 具有友好的图形交互界面，容易上手；
➢ 可以准确快捷地仿真传统半导体工艺流程和
注：不使用工艺仿真，直接利用MDRAW等工具创建器件结
构（掺杂和网格）也是可以的。
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典型工艺与器件仿真流程图
**_dio.cmd
DIOS **.tl1
**_dio.out **_mdr.cmd **_mdr.bnd **_dio.dat.gz **_dio.grd.gz
典型器件设计流程（GENESISe工具流程平台）：
➢ 利用工艺仿真（DIOS）创建器件结构
➢ 使用MDRAW等软件进行器件网格和掺杂的定义与细化
➢ 使用器件仿真软件（DESSIS）进行器件特性仿真
➢ 使用Tecplot-ISE软件观察仿真输出结果，二维、三维 绘图及参数提取
➢ 使用INSPECT软件显示电学参数曲线绘制与分析
➢ 提供一些可以选择的控制命令，比如物理模型、参数、网格 布局和图形输出参数选择。
注： DIOS命令文件的输入语言不区分字母的大小写，不过，
文件名和电极接触点名是区分大小写的。
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DIOS仿真命令
初始化命令
工艺仿真命令
文件保存与输出命令
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• ISE-TCAD简介 • 工具流程平台GENESISe
• 工艺仿真以及网格优化工具
– 2D工艺仿真工具DIOS – 2D网格优化工具MDRAW
• 器件仿真工具
– 2D&3D器件仿真工具DESISS
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ISE-TCAD简介
➢ 工艺和器件仿真工具ISE-TCAD是瑞士ISE （Integrated Systems Engineering ）公司 （2004年被Synopsys公司收购）开发的DFM （Design For Manufacturing）软件。
➢ GENESISe是ISE-TCAD模拟工具的用户图形界 面，为设计、组织和运行ISE-TCAD工具模拟项 目提供一个良好的模拟环境 。
➢ 通过GENESISe可以将众多工具良好衔接起来， 然后自动执行参数化的模拟项目，从而免除了用 户进行命令行输入等繁琐步骤。
➢ 运行启动：
用自己的帐号登录到10.13.83.131\134\136 \137