发之于心察之于微究之以底亲而为之

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发之于心察之于微究之以底亲而为之

新一代工艺及器件仿真工具 Sentaurus

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课程内容

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

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TCAD 概述什么是 TCAD ？

TCAD 计算机辅助技术 (Technology Computer Aided Design)

Process Simulation ； Device Simulation TCAD 工具有哪些？

Sentaurus Workbench (SWB) Sentaurus Process (sprocess) Sentaurus Structure Editor (sde) Sentaurus Device (sdevice) Tecplot SV/Inspect

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Synopsys 公司简介

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。

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TCAD 概述

T4 / Medici

Sentaurus

ISE Silvaco

sprocess

sde

sdeviceTCAD

*_fps.tdr

*_fps.cmd

*_bnd.tdr

*.tdr

*_msh.tdr

*.plt

*_dvs.cmd

*_des.cmd

Workbench (SWB)

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Sentaurus Workbench 介绍与使用

Getting Started

Creating Projects

Building Multiple Experiments

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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。

SWB 的工具特征7/110

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SWB 的工具特征 SWB 被称为“虚拟的集成电路芯片加工厂” SWB 环境科集成 Synopsys 公司的系列化

TCAD 仿真工具，使用户在集成环境下实现TCAD 仿真及优化。

SWB 基于现代实验方法学和现代实验设计优化的建模。用户可根据进程进行实验结果的统计分析、工艺及器件参数的优化。

SWB 支持可视化的流程操作，用户可方便地安排和检测仿真的动态过程。

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安装在 137 服务器下利用 putty 软件在 137 中取得端口号： vncserver –geometry 1280x960

利用 VNC 软件登陆 137 服务器

Getting Started9/110

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打开软件指令： source /opt/demo/sentaurus.env GENESISe&

重装 license 指令 su - （进入 root ，密码向机房管理员索取） /opt/sentaurus09/linux/bin/lmdown –c

/opt/license/synopsys.dat ( 关闭 license) /opt/sentaurus09/linux/bin/lmgrd –c

/opt/license/synopsys.dat （安装 license ） exit ( 退出 root 权限 )

Getting Started10/110

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Creating Projects 主菜单

仿真工具菜单

项目编辑环境

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Creating Projects12/110

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新建文件夹和项目


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构造仿真流程

SP工艺仿真

SE网格策略和电极定义

SD器件特性仿真

SE器件绘制以网格定义

SD器件特性仿真


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Parameter 在 cmd 文件中的定义与使用 :

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TCAD 概述

T4 / Medici

Sentaurus

ISE Silvaco

sprocess

sde

sdeviceTCAD

*_fps.tdr

*_fps.cmd

*_bnd.tdr

*.tdr

*_msh.tdr

*.plt

*_dvs.cmd

*_des.cmd

Workbench (SWB)

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Sentaurus Process Simulator 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）

Avanti 公司的 Taurus Process 系列工艺级仿真工具； ISE 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。

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Sentaurus Process

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：

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）

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；

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Sentaurus Process

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：

高精度刻蚀模型及高精度淀积模型；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；

高精度小尺寸扩散迁移模型等。引入这些小尺寸模型，增强了仿真工具对新材料、新结构及小尺寸效应的仿真能力，适应未来半导体工艺技术发展的需求。

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Sentaurus Process24/110

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Sentaurus Process

Print （ Hello NMOS！）25/110

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Sentaurus Process 26/110

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关键词SP 器件结构说明语句region ：用于指定矩形网络中的矩形材料区域Line ：用于定义器件的矩形区域网格Grid ：执行网络设置的操作命令Doping ：定义分段的线性掺杂剖面分布Refinebox ：设置局部网格参数，并使用 MGOALS库执行网络细化Contact ：设置器件仿真需要的电极结构信息。SP 的工艺步骤说明语句Deposit ：淀积语句Diffuse ：高温热扩散与高温氧化Photo ：光刻胶Mask ：定义掩膜光刻和离子注入所需要的掩膜类型Etch ：刻蚀Strip ：剥离Implant ：实现离子注入仿真的语句

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定义 2D 器件区域

#Hello NMOS

Graphics on

line x location= 0.0 spacing= 1.0<nm> tag=SiTop

line x location=50.0<nm> spacing=10.0<nm>

line x location= 0.5<um> spacing=50.0<nm>

line x location= 2.0<um> spacing= 0.2<um>

line x location= 4.0<um> spacing= 0.4<um>

line x location=10.0<um> spacing= 2.0<um> tag=SiBottom

line y location=0.0 spacing=50.0<nm> tag=Mid

line y location=0.40<um> spacing=50.0<nm> tag=Right

Initial 2D grid.

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region silicon xlo=SiTop xhi=SiBottom ylo=Mid yhi=Right

init concentration=1.0e+15<cm-3> field=Phosphorus wafer.orient=100 （N形衬底）

仿真区域初始化

Boron注入implant Boron dose=2.0e13<cm-2> energy=200<keV> tilt=7 rotation=0

implant Boron dose=1.0e13<cm-2> energy= 80<keV> tilt=7 rotation=0

implant Boron dose=2.0e12<cm-2> energy= 25<keV> tilt=7 rotation=0 （ P阱）

常见掺杂杂质N型：Phosphorus、Arsenic

P型：Boron

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生长栅氧化层 min.normal.size 用来指定边界处的网格间距，离开表面后按照

normal.growth.ratio确定的速率调整， accuracy 为误差精度。

mgoals on min.normal.size=1<nm> max.lateral.size=2.0<um> \ normal.growth.ratio=1.4 accuracy=2e-5

##-Note: accuracy needs to be much smaller than min.normal.size

diffuse temperature=850<C> time=10.0<min> O2

生长多晶硅deposit poly type=anisotropic thickness=0.18<um> （各向异性）mask name=gate_mask left=-1 right=90<nm>

etch poly type=anisotropic thickness=0.2<um> mask=gate_mask

etch oxide type=anisotropic thickness=0.1<um>

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注意点掩膜版使用前必须要先定义， mask Etch 命令用来去除没有光刻胶保护的材料

多晶硅的二次氧化为减小多晶硅栅表面的应力，需要在多晶硅上生长一层薄氧化层

diffuse temperature=900<C> time=10.0<min> O2 pressure=0.5<atm> \ mgoals.native

默认 pressure 为 1atm 。 Mgoals.native表示自动采用 MGOALS对这层进行网格分布

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Mgoals.native32/110

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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struct tdr=NMOS4

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refinebox silicon min= {0.0 0.05} max= {0.1 0.12} \ xrefine= {0.01 0.01 0.01} yrefine=

{0.01 0.01 0.01} add

refinebox remesh

LDD 和 Halo （晕环）注入前网格的细化 min 和 max 定义 refinebox 的范围 Xrefine 和 yrefine 定义 refinebox 的网格细化规则

The first number specifies the spacing at the top or left side of the box, the second number defines the spacing in the center, and the last one at the bottom or right side of the box.

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LDD 和 Halo （晕环）注入

LDD注入形成 N-区域，为了有效抑制热载流子效应 Halo注入目的是在源漏的边缘附近形成高浓度的硼掺杂区域，

用来有效抑制有可能发生的短沟道效应implant Arsenic dose=4e14<cm-2> energy=10<keV> tilt=7 rotation=0 （注入角、旋转角）implant Boron dose=0.25e13<cm-2> energy=20<keV> \

tilt=30<degree> rotation=0

implant Boron dose=0.25e13<cm-2> energy=20<keV> \

tilt=30<degree> rotation=90<degree>





diffuse temperature=1050<C> time=5.0<s>

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LDD 和 Halo （晕环）注入

LDD

Halo

制备前36/110

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侧墙制备制备过程：

在整个结构上淀积一层均匀的氧化硅层及氮化硅层．设置type=isotropic 保证生长速率的各向同性．随后，将淀积的氧化层和氮化硅层刻蚀掉．刻蚀仅在垂直方向进行，则淀积在栅区边缘的材料并未被腐蚀掉，形成侧墙，以此作为源 /漏注入时的掩膜．

deposit oxide type=isotropic rate =1 time=0.005

deposit nitride type=isotropic thickness=60<nm>

etch nitride type=anisotropic thickness=84<nm>

etch oxide type=anisotropic thickness=10<nm>

struct tdr=SP

各相同性淀积

各相异性刻蚀

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制备结果38/110

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Source/Drain注入前网格再细化

refinebox silicon min= {0.04 0.05} max= {0.18 0.4} \

xrefine= {0.01 0.01 0.01} yrefine= {0.05 0.05 0.05} add

refinebox remesh

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Source/Drain注入

implant Arsenic dose=5e15<cm-2> energy=40<keV> \

tilt=7<degree> rotation=-90<degree>

diffuse temperature=1050<C> time=10.0<s>

struct tdr=SDim

为了确保 source 和 drain区域较低的电阻率，采用高剂量（ 5e15cm-2 ）。倾斜 7°角防止沟道效应，离子注入过深

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Source/Drain注入

注入前注入以及退火后

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接触孔 Isotropic （各向同性）刻蚀是为了把残留的金属刻蚀干净

deposit Aluminum type=isotropic thickness=30<nm>

#0.2 到 1μm 的部分被保护了下来mask name=contacts_mask left=0.2<um> right=1.0<um>

etch Aluminum type=anisotropic thickness=0.25<um> mask=contacts_mask

etch Aluminum type=isotropic thickness=0.02<um> mask=contacts_mask

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翻转由于漏源对称，所以翻转，加快设计周期

transform reflect left

#TDR

struct smesh=n@node@

注意： n@node@ 的用法！根据节点自动编号，便于流程化操作

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NMOS 结构44/110

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NMOS 结构45/110

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TCAD 概述

T4 / Medici

Sentaurus

ISE Silvaco

sprocess

sde

sdevice

TCAD

*_fps.tdr

*_fps.cmd

*_bnd.tdr

*.tdr

*_msh.tdr

*.plt

*_dvs.cmd

*_des.cmd

Workbench (SWB)

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Sentaurus Structure Editor

SDE 是 Synopsys Inc. TCAD Sentaurus 系列工具中新增加的、具有器件结构编辑功能的集成化 TCAD 器件结构生成器。可与 sprocess联用，弥补各自的不足。

在图形化用户界面（ GUI-Graphic User Interface ）下，交互可视地生成、编辑器件结构。

也可以在批处理命令模式下使用脚本语言来创建器件的结构设计。

系统的图形用户界面（ GUI ）与批处理命令脚本模式是可逆的可视化的器件结构与参数化的器件结构相对应

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Sentaurus Structure Editor

包含以下几个工具模块：二维器件编辑（ Device Editor ）模块三维器件编辑（ Device Editor ）模块 Procem 三维工艺制程仿真模块

具有的主要特征如下：具有优秀的几何建模内核，为创建可视化模型提供了保障

拥有高质量的绘图引擎和图形用户界面（ GUI ）共享 DFISE 和 TDR 输入和输出的文件格式

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SentaurusSE 3D 图例

Source (Drain)

Drain (Source)

SiO2

Gate

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How to use SDE

启动演示启动方式

命令提示符下输入： sde

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How to use SDE

(sdeio:read-tdr-bnd "n@node|sprocess@_bnd.tdr")(sdedr:define-submesh-placement "ExternalProfilePlacement_1" "ExternalProfileDefinition_1" "" "NoReplace")#t(sdedr:define-submesh "ExternalProfileDefinition_1" "n@node|sprocess@_fps.tdr""n@node|sprocess@_fps.tdr" 'w)#t

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How to use SDE52/110

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How to generate 2D boundaries ？

SDE 主窗口演示

命令编辑器

画图区

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How to generate 2D boundaries ？ To start a new object and discard all

objects that have been previously defined

File > New, or Ctrl+N, or click the corresponding toolbar button.

The corresponding Scheme command is:(sde:clear)

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How to generate 2D boundaries ？开启准确坐标模式

为了能准确定义器件的坐标

Boolean ABAThe corresponding Scheme command is:(sdegeo:set-default-boolean “ABA”)

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How to generate 2D boundaries ？ Selecting Materials

for example, Silicon

Creating Rectangular Regions Draw > Create 2D Region > Rectangle, or

click the corresponding toolbar button. Drag the pointer to draw a rectangle in the

view window. The Exact Coordinates dialog box is displayed.

Enter (-0.5 0.0), (0.5 1.0) in the corresponding fields and click OK.

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How to generate 2D boundaries ？ Creating Other Revice Rectangular Regions

做什么用？顺序能换吗？

The corresponding Scheme command is:(sdegeo:create-rectangle (position -0.5 0.0 0.0) (position 0.5 1.0 0.0) "Silicon" "region_1")(sdegeo:create-rectangle (position -0.2 -40e-4 0.0) (position 0.2 0.0 0.0) "SiO2" "region_2") (sdegeo:create-rectangle (position -0.2 -0.2 0.0) (position 0.2 -40e-4 0.0) "Si3N4" "region_3") (sdegeo:create-rectangle (position -0.1 -0.2 0.0) (position 0.1 -40e-4 0.0) "PolySilicon" "region_4") (sdegeo:create-rectangle (position -0.5 0.1 0.0) (position 0.5 0.2 0.0) "SiO2" "region_5")

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注意坐标轴方向 -0.5 0.5

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X

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How to generate 2D boundaries ？分块处理 ( 需要对不同区域进行不同处理，比如大块的 Si)

Edit>Separate LumpsThe corresponding Scheme command is:(sde:assign-material-and-region-names "all")

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Rounding Edges (侧墙磨边处理 ) Edit > Parameters Define fillet-radius in the Variable field and enter 0.08 for the Value. Click Set and then click Close. Click the Selection Level list and select Select Vertex. Click the Aperture Select button in the toolbar.

Click the upper-left corner of the spacer to highlight the vertex.

Edit > Edit 2D > Fillet. Repeat the last two steps with the upper-right corner of the spacer.

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How to generate 2D boundaries ？ Rounding Edges (侧墙磨边处理 )

The corresponding Scheme command is:(sde:define-parameter "fillet-radius" 0.08 0.0 0.0 )(sdegeo:fillet-2d (find-vertex-id (position -0.2 -0.2 0.0)) fillet-radius) (sdegeo:fillet-2d (find-vertex-id (position 0.2 -0.2 0.0)) fillet-radius)

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How to generate 2D boundaries ？定义 Contacts

Contacts > Contact Sets.The Contact Sets dialog box is displayed.

定义 contacts属性 . 在 Contact Name 中输入名字 . 在 Edge Color 中给 contact 赋 RBG颜色；也可以修改

Edge Thickness 值用来区分 contact ； Face Pattern 一项只对定义 3D contacts 有效

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How to generate 2D boundaries ？定义 Contacts

点击 Set 增加已经定义好的 Contact. 重复操作 Close

为什么要定义电极

The corresponding Scheme command is:(sdegeo:define-contact-set "source" 4.0 (color:rgb 1.0 0.0 0.0 ) "##") (sdegeo:define-contact-set "drain" 4.0 (color:rgb 0.0 1.0 0.0 ) "##") (sdegeo:define-contact-set "gate" 4.0 (color:rgb 0.0 0.0 1.0 ) "##") (sdegeo:define-contact-set "substrate" 4.0 (color:rgb 1.0 1.0 0.0 ) "##") (sdegeo:define-contact-set "bodytie" 4.0 (color:rgb 1.0 0.0 1.0 ) "##")

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How to generate 2D boundaries ？将已经定义好的 Contacts 设置到边界上

Contacts > Contact Sets.The Contact Sets dialog box is displayed.

在已经定义好的库中，选择需要的 contact ，比如source

点击 Activate激活被选中的 contact 其他类似操作

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How to generate 2D boundaries ？将已经定义好的 Contacts 设置到边界上

用选择边界工具选中边界

Contacts > Set Edge(s)

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The corresponding Scheme command is:(sdegeo:define-2d-contact (find-edge-id (position -0.4 0.0 0.0)) "source") (sdegeo:define-2d-contact (find-edge-id (position 0.4 0.0 0.0)) "drain") (sdegeo:define-2d-contact (find-edge-id (position 0.0 1.0 0.0)) "substrate")

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How to generate 2D boundaries ？ Adding Vertices

Draw > Add Vertex or click the corresponding toolbar button.

Exact Coordinates 对话出现输入 (-0.1 0.1) 和 (-0.05 0.1)创造 2 个端点 4/5

The corresponding Scheme command is:(sdegeo:insert-vertex (position -0.10 0.1 0.0)) (sdegeo:insert-vertex (position -0.05 0.1 0.0)) (sdegeo:define-2d-contact (find-edge-id (position -0.07 0.1 0.0)) "bodytie")

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4 个 contacts定义完毕

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如何定义一个区域为 contact选择方式为 Body

Contacts > Set Region Boundary Edges

Edit > 2D Edit Tools > Delete RegionThe corresponding Scheme command is:(sdegeo:set-current-contact-set "gate") (sdegeo:set-contact-boundary-edges

(find-body-id (position 0.0 -0.1 0.0))) (sdegeo:delete-region (find-body-id (position 0.0 -0.1 0.0)))

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How to generate 2D boundaries ？区域重命名

默认区域名字一般为 region_1或者 region_1_lump ，不适合后期进行掺杂或者网格定义等操作

步骤：选取方式为 Body选择区域 Edit > Change Region Name

完成命名规则化

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How to generate 2D boundaries ？卡命令 -R 代表 Region

为了能查看刚改的区域命名情况

The corresponding Scheme command is:(sde:add-material (find-body-id (position 0.0 0.8 0.0)) "Silicon" "R.Substrate") (sde:add-material (find-body-id (position 0.0 0.15 0.0)) "SiO2" "R.Box") (sde:add-material (find-body-id (position 0.0 0.05 0.0)) "Silicon" "R.Siliconepi") (sde:add-material (find-body-id (position 0.0 -20e-4 0.0)) "SiO2" "R.Gateox") (sde:add-material (find-body-id (position -0.15 -0.1 0.0)) "Si3N4" "R.Spacerleft") (sde:add-material (find-body-id (position 0.15 -0.1 0.0)) "Si3N4" "R.Spacerright")

The corresponding Scheme command is:(sde:showattribs "all")

改名

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How to generate 2D boundaries ？保存器件结构 .sat （ SE 特有）

File > Save Mode

保存器件结构 .tdr

The corresponding Scheme command is:(sde:save-model "soifet_bnd")

The corresponding Scheme command is:(sdeio:save-tdr-bnd (get-body-list) "soifet_bnd.tdr")

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How to generating doping profiles

硅衬底掺杂 Device > Constant Profile Placement 材料选择硅选择常数掺杂掺杂杂质为 boron ，浓度为 1e15 点击 Add/Change Placement Close

The corresponding Scheme command is:(sdedr:define-constant-profile "Const.Silicon" "BoronActiveConcentration" 1e+15) (sdedr:define-constant-profile-material "PlaceCD.Silicon" "Const.Silicon" "Silicon")

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硅外延掺杂 Device > Constant Profile Placement 选择区域名为 R.Siliconepi 掺杂杂质为 boron ，浓度为 1e17 点击 Add/Change Placement Close

The corresponding Scheme command is:(sdedr:define-constant-profile "Const.Epi" "BoronActiveConcentration" 1e17) (sdedr:define-constant-profile-region "PlaceCD.Epi" "Const.Epi" "R.Siliconepi")

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How to generating doping profiles 解析掺杂

Mesh > Define Ref/Eval Window > Line （基线） Enter (-0.8 0) for the start point and click OK Enter (-0.2 0) for the end point and click OK 重复

The corresponding Scheme command is:(sdedr:define-refinement-window "BaseLine.Source" "Line" (position -0.8 0.0 0.0) (position -0.2 0.0 0.0)) (sdedr:define-refinement-window "BaseLine.Drain" "Line" (position 0.2 0.0 0.0) (position 0.8 0.0 0.0)) (sdedr:define-refinement-window "BaseLine.SourceExt" "Line" (position -0.8 0.0 0.0) (position -0.1 0.0 0.0)) (sdedr:define-refinement-window "BaseLine.DrainExt" "Line" (position 0.1 0.0 0.0) (position 0.8 0.0 0.0))

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解析掺杂 Device >

Analytic Profile Placement杂质为磷，选取高斯分布方式 SourceExt 和 DrainExt 形成 LDD

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保存掺杂分布 .sat （ SE 特有） File > Save Mode

The corresponding Scheme command is:(sde:save-model “soifet_dop_sde”)

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Generating Meshes

网格策略主要步骤硅外延区域 -精网格布置

Mesh > Refinement Placement选择 R.Siliconepi区域 X 方向，最大网格 0.1最小 0.005 Y 方向，最大 0.0125最小 0.005

选择掺杂渐变函数

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Generating Meshes

定义窗口（不能利用区域的时候） Mesh > Define Ref/Eval

Window > Rectangle 对 channel 和整体部分进行定义

The corresponding Scheme command is:(sdedr:define-refinement-window "RefWin.all" "Rectangle" (position -0.5 1.0 0.0) (position 0.5 -0.2 0.0)) (sdedr:define-refinement-window "RefWin.Channel" "Rectangle" (position -0.1 0.0 0.0) (position 0.1 0.1 0.0))

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Generating Meshes

利用定义好的窗口进行网络布置 Mesh > Refinement Placement Ref/Win选择 RefWin.all X 方向，最大 0.25最小 0.1 Y 方向，最大 0.25最小 0.1较粗略的网格安排

The corresponding Scheme command is:(sdedr:define-refinement-size "RefDef.all" 0.25 0.1 0.25 0.1) (sdedr:define-refinement-placement "PlaceRF.all" "RefDef.all" "RefWin.all")

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Multibox Mesh Strategy in Refinement Windows 策略

由于在某些应用中会需要用到逐渐变化的网格线的策略比如在 MOS 管沟道，尤其是 Silicon-Oxide 交界面处

，需要密集的网格线以便于计算，而离该界面越远，需要的网格可以越宽松。这样既可以省去 CPU 计算时间，又可以为器件结构带来精确计算。

具体步骤如下

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Generating Meshes

Multibox Mesh Strategy Mesh > Multibox Placement选取定义好的 RefWin.Channel块 X 方向和 Y 方向的策略见图

保存

The corresponding Scheme command is:(sdedr:define-multibox-size "MB.Channel" 0.05 0.0125 0.025 1e-4 1 1.35) (sdedr:define-multibox-placement "PlaceMB.Channel" "MB.Channel" "RefWin.Channel")(sde:save-model “soifet_msh_sde”)

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Generating Meshes

Meshing the Device Structure 网格策略基本布置完成，仍然需要利用 Meshing

engine把网格建造出来步骤

Mesh > Build Mesh -s （ 2D必须选） -F （产生 .tdr ）

3D则用 NOFFSET引擎 SNMesh 三角网格

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Generating Meshes

MESH 成果

SDE查看 Tecplot查看

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3D

3D MOSFET

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TCAD 概述

T4 / Medici

Sentaurus

ISE Silvaco

sprocess

sde

sdeviceTCAD

*_fps.tdr

*_fps.cmd

*_bnd.tdr

*.tdr

*_msh.tdr

*.plt

*_dvs.cmd

*_des.cmd

Workbench (SWB)

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Sentaurus Device Simulator

内嵌一维、二维及三维器件物理特性模型仿真的方式主要是通过数值求解一维、二维或

三维的半导体物理基本方程 (泊松方程、连续性方程及运输方程 )

得到经工艺仿真而生成的或自定义的器件在有源或无源以及相应的外围电路作用下的电学参数和电学特性

仿真对象多元化 Sentaurus Device除了能实现传统的硅器件的仿真外，还可以进行光电器件、异质结器件、量子器件以及化合物半导体器件的物理特性模拟

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Sentaurus Device 支持三种仿真类型：单器件型、单器件 -电路型、多器件 -电路型

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Sentaurus Device通过数值模拟和可视化的输出，可以得到器件在无源状态下的内部结构和器件物理特性参数

如各区域内的电位、电场、杂质的纵向分布、横向分布及等位分布

各区域内载流子寿命、迁移率及其与杂质浓度间的定量关系

各区域内的电流密度、电子复合率与产生率的变化各区域内电场场强和内电势分布等数据

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Sentaurus Device 在保留经典器件物理特性模型基础上，又增加了许多小尺寸器件物理模型，以满足当前对纳米器件物理特性分析的技术需求有载流子隧道击穿模型

包括直接隧道击穿热电子发射诱发的击穿非局域隧道击穿等

这些模型的引入为分析各类小尺寸效应的特定成因和危害提供了有效的途径

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SentaurusD Examples

晶体管 CMOS 图像传感器闪存

SCR 结构电流路径

ESD

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Sentaurus Device

File{……} 定义器件结构的输入文件和输出文件的名称………… Thermode{……} 定义器件的电极温度 ( 可以省略 )

………… Electrode{……} 定义器件的电极相关信息………… Physics{……} 定义器件过程中使用的物理模型………… Plot {……} 定义所有的计算变量………… Math{……} 定义 DESSIS 仿真时算法的设置………… Solve{……} 定义电压扫描，仿真电学特性 …………

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File{…}

Grid = “ @tdr@” Parameters = “ @parameters@” Output = “@log@” Current = “@plot@” Plot = “@tdrdat@”

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Electrode{…}

*DC simulation Electrode{ { Name="Anode" Voltage=0.0 } { Name="Cathode" Voltage=0.0 } }

注意：电极的名称要和 Structure Editor 中定义的电极名称完全一致！

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Physics{…}

Physics{eQCvanDort EffectiveIntrinsicDensity( OldSlotboom ) Mobility( DopingDep eHighFieldsaturation( GradQuasiFermi ) hHighFieldsaturation( GradQuasiFermi ) Enormal ) Recombination( SRH( DopingDep )) }}

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Plot{…}

Plot{*--Density and Currents, etc eDensity hDensity TotalCurrent/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

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Plot{…}

*--Generation/Recombination SRH Band2Band * Auger AvalancheGeneration eAvalancheGeneration

hAvalancheGeneration*--Driving forces eGradQuasiFermi/Vector hGradQuasiFermi/Vector eEparallel hEparallel eENormal hENormal*--Band structure/Composition BandGap BandGapNarrowing Affinity ConductionBand ValenceBand eQuantumPotential }

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Math {…}

Math { Extrapolate (外推法 ) Iterations=20 (最大诺顿迭代次数 ) Notdamped=100 （表示在前 100次诺顿迭代计算中采

用无阻尼计算模式） RelErrControl(误差转换控制 ) BreakCriteria{ Current(Contact="Anode" AbsVal=1e-7) } (

}

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Solve{…}

minstep 的数值至少比 initialstep 少 3 个数量级

Solve { *- Build-up of initial solution: NewCurrentFile="init" Coupled(Iterations=100){ Poisson } Coupled{ Poisson Electron } （调用了泊松方程、电子连续方程） *- Bias drain to target bias Quasistationary( InitialStep=0.01 Increment=1.35 MinStep=1e-6 MaxStep=0.02 Goal{ Name="Anode" Voltage= 20 } ){ Coupled{ Poisson Electron } }}

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其他 Sentuarus 工具 Noffset3D （ 3D 网格引擎）

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Inspect100/110

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Inspect101/110

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Inspect102/110

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Inspect103/110

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Tecplot104/110

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看电流流向105/110

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Assignment

用 sprocess跑出一个 NMOS 管 (提供 cmd 文件 )

用 structure editor 优化网格用 sdevice跑出直流击穿电压 (器件关断时，漏

端扫直流电压，漏端漏电流刚大于等于 1x10-9 安培时的漏端电压为击穿电压 )

用 Inspect观察漏端电压 -电流曲线，从电压 -电流曲线数据中得到精确的直流击穿电压值

优化改进器件参数，使器件的直流击穿电压值提高 20% 以上

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谢谢！ Q & A

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发之于心 察之于微 究之以底 亲而为之

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发之于心察之于微究之以底亲而为之