Silvaco TCAD
功能:可以仿真半导体工艺 和器件特性,
主要的集成环境:
DeckBuild(在此界面可以灵活调用工艺仿真组件、器件仿真组件以及可视化工具等模块)
Silvaco TCAD版本:
Linux 版本:有更多的图形用户界面(GUI),方便用户选择参数,然后自动转化成相应的语句。
Windows 版本:需要书写语句。
Silvaco TCAD 中的数值计算是基于一系列的物理模型及其方程的,这些方程以已经成熟的固体物理和半导体物理理论或者是一些经验公式为基础。
Silvaco TCAD 提供了灵活的方式来设置方程的量:
网格计算:
实际的物理系统非常复杂,连续系统的信息量也巨大到无 法估量,必须将其离散化。所以应用网格计算进行半导体仿真应用。
网格计算,将半导体仿真区域划分成网格,在网格点处计算出希望得到的特性(如:电学性质,光学性质,工艺步骤的速率等等)。
精细的网格能得到较精确的结果,但相应地会增加计算时间,也可能导致不收敛。
Silvaco TCAD控制网格方式:
数值计算考虑要点:
仿真的精确性和选择的物理模型相关。
基于物理的计算是指在仿真计算时采用的方程是有物理意义的,在不同的应用场合使用不同的物理模型。
Silvaco 采用发表在 IEEE 上成熟的物理模型,并打造成 Silvaco library。
器件仿真时主要用到的物理模型和方程如下:
器件仿真的通用框架是泊松方程和连续性方程。【其中 Jn、Jp、Gn、Gp、Rn、Rp、迁移 率、载流子浓度、禁带变窄、少子寿命和光生成速率等等参数都有专门的模型来定义。】不同的模型表达式会有差别。将基本的方程中的量去耦,然后相应的模型求这出这些量,再代入方程进行计算。
电流密度方程和电荷传输模型通常采用玻尔兹曼近似。这些由不同的传输模型,如漂移 —扩散模型,能量平衡传输模型和水力学模型等设定。电荷传输模型主要受所选的生成—复 合模型的影响。电荷传输模型和生成--复合模型使用一些和载流子统计相关的概念。
Silvaco (矽谷科技公司)拥有包括芯片厂、晶圆厂、IC 设计企业、IC 材料业者、ASIC 业者、大学和研究中心等在内的庞大的国内外客户群。
Silvaco 是现今市场上唯一能够提供给 Foundry 最完整的解决方案和 IC 软件厂商。
Silvaco TCAD 功能:
主要的仿真功能及相应模块如下:
Process Simulation
Device Simulation
Interactive Tools
Virtual Wafer Fab
Silvaco TCAD 的主要组件:
在集成环境 DeckBuild 的界面,调用各 TCAD 仿真组建。
例子:
先由 ATHENA 或 DevEdit 生成器件结构
再由 ATLAS 对器件特性进行仿真,
最后由 Tonyplot2D 或 Tonyplot3D 显示输出
DeckBuild 特性功能如下:
Tonyplot功能:
用于对结构的显示。(包括一维、二维结构,三维结构显示需要使 用 Tonyplot3D。)
可显示的类型:
Tonyplot 可以将显示结果导出图片,也可将结构中的物理量的分布导出成数据文件。
Tonyplot 提供动画制作等功能,可以将各步工艺的图像结果制作成动画以观察各工艺的效果。
工艺模拟软件 ATHENA 能对所有关键制造步骤(离子注入,扩散, 1.2 Silvaco TCAD 6 刻蚀,淀积,光刻以及氧化等)进行快速精确的模拟。
仿真能得到包括 CMOS,Bipolar,SiGe, SOI,III-V,光电子以及功率器件等器件结构,并精确预测器件结构中的几何参数,掺杂剂量分布和应力等。
优化设计参数使速度、产量、击穿、泄漏电流和可靠性达到最佳结合。
它通过模拟取代了耗费成本的硅片实验,可缩短开发周期和提高成品率。
ATHENA 主要模块:
ATLAS 器件仿真系统可以模拟半导体器件的电学、光学和热学行为。
ATLAS 主要模块有:
器件编辑器 DevEdit2D/3D 可以编辑器件结构。
Maskviews Layout Editor 可以编辑掩膜结构,以便光刻等后续工艺中采用。Maskviews 有图形化界面。
三维工艺仿真是由掩膜驱动的,即 工艺之前先定义采用的掩膜中的某一层,然后再开始工艺步骤。
目录结构的样式如下( 以 Windows 下的版本为例):
X:\ sedatools
|- Doc(程序安装以及 sflm说明文档)【Standard Floating License Manager,license 管理器】
|- exe(可执行程序的快捷方式)
|- Shortcuts(程序控制及主要仿真环境的快捷方式)
|- lib(组件库)
|- Athena(二维工艺仿真器)
|- 5.16.3.R(版本号)
|- common(包含模型文件、模板、材料参数等)
|- docs(用户手册及组件更新的说明文档文件夹)
|- notes(各版本的新特性说明文档) - x86-nt(Windows 平台下的文件夹)
|- Atlas(二维器件仿真器)
|- Deckbuild
|- Tonyplot |
- Tonyplot3d
|- ssuprem3
|- devedit
|- Maskviews |
- rpc.sflmserverd …
|- example(示例库)
|- athena(工艺仿真的子示例库)
|- athena_adaptmesh
|- atlas
|- mos1
|- tonyplot … …
Silvaco 的文件系统,主要的文件类型:
DeckBuild 是一个交互式、图形化的实时运行环境,在工艺和器件仿真中作为仿真平台。
Linux 版本下,启动 DeckBuild:
Linux terminal> deckbuild&
windows版本下,启动 DeckBuild:
在桌面上点击 S.EDA Tools 图标来打开程序的快捷方式文件夹 ,直接双击 DeckBuild 图标。
DeckBuild 的界面
DeckBuild 上部窗口为命令编辑区, 下部窗口为仿真状态的实时输出区域。
DeckBuild 界面中顶部是工具栏、编辑菜单和命令条按钮。
工具栏菜单有 File、Command、 Execution、Examples 等。
工具栏下是常用编辑操作和命令条按钮。
怎么找examples
Edit>Preferences ,打开 DeckBuild 配置框。DeckBuild Preferences 中可以对仿真施加控制。
DeckBuild 的工作路径
Silvaco TCAD 在运行时生成的临时文件和仿真结果都会保存在工作路径中。
仿真语句中若调用了外部文件,如 C 解释器编辑的函数文件(*.lib)和显示设置文件(*.set)等,则仿真时将在工作路径下寻找相应文件,如果没有找到就会提示出错的信息。
工作路径可在DeckBuild Preferences配置框中的Working Directory 选项卡进行查看或更改。
History Settings
History 功能允许回退到输入文件的某一行,重新从这一行开始往下执行仿真。
参考:《半导体工艺和器件仿真工具 Silvaco TCAD 实用教程》唐龙谷