半導(dǎo)體工藝模擬和器件仿真

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1、第九講半導(dǎo)體工藝模擬和器件仿真主講人：馬奎2014-07-14ASIC芯片完整設(shè)計流程工藝設(shè)計工藝模擬器件設(shè)計器件模擬設(shè)計要求行為設(shè)計邏輯設(shè)計制版流片物理設(shè)計系統(tǒng)設(shè)計電路設(shè)計行為模擬邏輯模擬版圖驗證系統(tǒng)模擬電路模擬前端設(shè)計后端設(shè)計目錄半導(dǎo)體工藝半導(dǎo)體器件測試為什么要借助CAD軟件進(jìn)行工藝模擬和器件仿真TCAD簡介Silvaco平臺簡介Deckbuild簡介Silvaco文件類型及命令格式半導(dǎo)體工藝薄膜生長工藝熱氧化工藝淀積工藝光刻和刻蝕工藝摻雜工藝熱擴散離子注入減薄及背面金屬化微電子芯片制造現(xiàn)場微電子工藝線的空氣處理

2、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖半導(dǎo)體工藝_Bipolar工藝流程埋層氧化埋層光刻磷穿透光刻N型硅外延下隔離擴散磷穿透擴散上隔離光刻上隔離擴散低硼區(qū)光刻低硼擴散埋層擴散下隔離光刻濃硼區(qū)光刻濃硼擴散引線孔光刻鋁電極制備背面減薄背面金屬化P型襯底芯片鈍化基區(qū)光刻基區(qū)擴散發(fā)射區(qū)擴散發(fā)射區(qū)光刻半導(dǎo)體工藝_CMOS工藝流程半導(dǎo)體工藝_BCD工藝流程N+襯底準(zhǔn)備長擋避氧化層P_well套刻P_well退火P_well注入場氧化Gate_oixde光刻高壓MOS柵氧Active光刻/腐蝕多晶氧化低壓MOS柵氧淀積PolyPoly光刻/刻蝕P_body退

3、火ZP套刻P_body注入P_body套刻NSD注入NSD套刻ZP退火ZP注入SiO2增密淀積SiO2PSD注入PSD套刻淀積金屬Contact光刻表面鈍化金屬光刻/腐蝕背面金屬化襯底減薄TOPSIDE光刻半導(dǎo)體工藝_小結(jié)工藝過程較復(fù)雜；實際工藝中可視性不強；每一步工藝存在偏差都會導(dǎo)致“全盤皆輸”；各工藝步驟都會耗費昂貴的原材料；基于實驗開發(fā)新工藝需要較長的周期；工藝設(shè)備(尤其是光刻設(shè)備)成本較高。半導(dǎo)體器件測試直流參數(shù)的測試需要用到穩(wěn)壓源、晶體管特性圖示儀、萬用表等。交流參數(shù)的測試需要用到信號源、示波器等。特殊參數(shù)

4、的測試熱特性、抗輻射特性、極限參數(shù)等的測試需要更復(fù)雜的外圍網(wǎng)絡(luò)和更昂貴的儀器設(shè)備。為什么要借助CAD軟件進(jìn)行工藝模擬和器件仿真？？？借助CAD軟件的優(yōu)點對于工藝可避免復(fù)雜的系統(tǒng)和高投入；每一步工藝的可視性強；開發(fā)周期短。對于測試可避免復(fù)雜的系統(tǒng)和高投入；可在工藝工程中進(jìn)行分步測試；方便快捷。TCAD簡介定義TCAD－TechnologyComputerAidedDesign半導(dǎo)體工藝和器件的計算機輔助設(shè)計商用的TCAD工具：Silvaco公司的Athena和AtlasAvanti公司的Tsuprem/MediciIS

5、E公司的Dios/DessisSilvaco平臺簡介簡介提供了TCAD驅(qū)動的CAD環(huán)境，使半導(dǎo)體工藝可以給所有階段的IC設(shè)計提供強大的動力；工藝模擬和器件仿真；SPICE模型的生成和開發(fā)；互連寄生參數(shù)的極其精確的描述；基于物理的可靠性建模以及傳統(tǒng)的CAD；所有功能整合在同一的框架中，為工程師在完整的設(shè)計中任何階段所做的更改而導(dǎo)致的性能、可靠性等效結(jié)果提供直接的反饋。Silvaco仿真路線圖Silvaco軟件架構(gòu)Athena簡介提供半導(dǎo)體工藝的數(shù)值和物理的二維模擬。模擬各項集成電路制造工藝，如：熱擴散、離子注入、熱氧化

6、、薄膜淀積、刻蝕等。所有關(guān)鍵制造步驟的快速精確模擬，包括CMOS、Bipolar、SiGe、SOI、Ⅲ-Ⅴ、光電子器件以及功率器件技術(shù)。精確預(yù)測器件結(jié)構(gòu)中的幾何結(jié)構(gòu)、摻雜劑量分配、應(yīng)力等。Athena的模塊及功能Athena輸入/輸出主要工藝步驟Deposit-淀積Implant-注入Diffuse-擴散Oxide-氧化Etch-刻蝕OPTOLITH-光刻Deposit參數(shù)設(shè)置界面Implant參數(shù)設(shè)置界面Diffuse參數(shù)設(shè)置界面Diffuse&Oxide參數(shù)設(shè)置界面Etch參數(shù)設(shè)置界面OPTOLITH參數(shù)定義定義

7、掩膜結(jié)構(gòu)曝光系統(tǒng)：角度、光線分布、范圍成像控制：計算窗口，光強分布定義材料特性：襯底和光刻膠在特定波長的折射率光阻特性工藝過程堅膜(Bake)曝光(Expose)Atlas簡介能準(zhǔn)確描述以物理學(xué)為基礎(chǔ)的器件電學(xué)、光學(xué)和熱學(xué)性能。解決芯片的成品率和工藝變動問題，對器件進(jìn)行優(yōu)化。包括CMOS、Bipolar、高壓功率器件、Ⅲ-Ⅴ、Ⅱ-Ⅵ、VCSEL、TFT、光電子、激光、LED、CCD、傳感器、熔絲、NVM、鐵電材料、SOI、Fin-FET、HEMT和HBTAtlas模塊及功能Atlas輸入/輸出Deckbuild簡介文

8、本輸入窗口仿真輸出窗口菜單執(zhí)行按鈕Deckbuild命令Extract命令語法：extractnameparameters描述：提取仿真中得到的相關(guān)信息示例：extractname=“j1depth”xjmaterial=“Silicon”mat.occno=1x.val=0.1junc.occno=1Deckbuild命令GO命令語法：go