МУ к лабораторным работам по приборно-технологическому моделированию в системе TCAD Sentaurus, страница 3
Описание файла
PDF-файл из архива "МУ к лабораторным работам по приборно-технологическому моделированию в системе TCAD Sentaurus", который расположен в категории "". Всё это находится в предмете "автоматизация проектирования электронных средств" из 5 семестр, которые можно найти в файловом архиве МГТУ им. Н.Э.Баумана. Не смотря на прямую связь этого архива с МГТУ им. Н.Э.Баумана, его также можно найти и в других разделах. Архив можно найти в разделе "книги и методические указания", в предмете "автоматизация проектирования электронных средств" в общих файлах.
Просмотр PDF-файла онлайн
Текст 3 страницы из PDF
Они считываютфайлы исходных данных, выполняют процесс моделирования и в концезаписывают результаты моделирования в файлы заданного формата. Процессмоделирования представляет собой решение модифицированным методомНьютона системы из m×N нелинейных уравнений, полученных путемдискретизации фундаментальных уравнений физики на конечно-элементнойсетке. Здесь m – число исходных решаемых дифференциальных уравнений, аN – количество вершин стеки конечных элементов. Программа SentaurusProcess (сокращенно Sprocess) выполняет моделирование процессаформирования структуры прибора, а Sentaurus Device (сокращенно Sdevice) –моделирование электрических характеристик структуры;программа визуального просмотра результатов моделирования(Sentaurus Visual) – позволяет анализировать результаты моделированияпутем построения одномерных, двумерных и трехмерных концентрационныхпрофилей структуры.
При этом под концентрационными профилямиподразумевается не только распределение концентрации примеси, но также ираспределениевпространстведругихвеличин,например,электростатического потенциала, квазиуровней Ферми, температуры,концентрации и подвижностей носителей электрических зарядов и т.п.;программа построения графических зависимостей (Inspect) –предназначена для построения двумерных графиков, как правило, длявизуализации электрических характеристик исследуемой структуры ипреобразования файлов этих характеристик в стандартный формат, которыйможно обрабатывать вне системы TCAD Sentaurus (например, форматы –csvдля Excel-подобных программ и -txt);генератор сетки конечных элементов (Mesh) – предназначен дляпостроения конечно-элементной сетки в одномерных, двумерных итрехмерных телах.
Сетка адаптируется к исходной геометрии тела, а также кзначениям концентрации примеси в узлах сетки. От вида сетки взначительной степени зависит устойчивость процесса сходимостиньютоновских итераций и точность математического моделирования.4. Среда Sentaurus Workbench и параметры процесса моделированияСреда Sentaurus Workbench (swb) является основной программнойоболочкой, позволяющей запуск всех компонентов TCAD Sentaurus.
Этаоболочка позволяет также проводить предварительную (препроцессорную)обработку командных файлов и сформировать полный список командныхфайлов, готовых к исполнению, с полным набором комбинаций задаваемыхпользователем параметров. Запуск оболочки осуществляется из окнатерминала Linux командой swb. Внешний вид оболочки представлен нарисунке 9.Рисунок 9 – Внешний вид оболочки Sentaurus WorkbenchВ левой части окна – дерево проектов.
В правой части окна – деревокомпонентов (Family Tree), относящихся к текущему (открытому) проекту.У каждого компонента есть название, область имен параметров иобласть значений параметров. Название компонента дается системой поумолчанию путем «сцепления» (конкатенации) имени программымоделирования, которая запускается этим компонентом, и порядковогономера компонента в проекте. В области имен параметров, как и следует изназвания, пользователем задаются имена параметров (их может не быть),используемые программой моделирования, которая запускается этимкомпонентом.
Для каждого параметра задается значение по умолчанию илимассив значений, при которых выполняется моделирование. Когда в проектеиспользуется несколько параметров, формируется дерево значенийпараметров (см. рисунок 10).Рисунок 10 – Дерево значений параметровКаждая элементарная ячейка дерева, которой соответствует некотораякомбинация значений параметров, носит название узла (node). Количествоузлов у компонента определяется количеством значений параметров какэтого компонента, так и компонентов, предшествующих ему (компонентовслева от него). Для моделирования предназначены только те узлы дерева,которым соответствует строго определенная комбинация всех параметров (нарисунке 10 – только белые ячейки).При использовании параметров в командном файле компонента вместозначения параметра ставится ссылка вида @<имя_параметра_swb>@.Программа swb на этапе препроцессорной обработки для каждогомоделируемого узла заменяет такую ссылку на значение соответствующегопараметра из среды swb и подготавливает список командных файлов кмоделированию, причем количество командных файлов равно числувсевозможных комбинаций значений параметров.
После этого управлениепередается программе моделирования, которая считывает сгенерированныйпрограммой swb файл исходных данных, выполняет инициализациюпроцесса счета и т.д.5. Подготовка исходных данных и моделирование процессаформирования полупроводниковых структурПеред работой системы следует подготовить все необходимые данныедля ввода.Прежде всего, необходимо подготовить данные о технологииизготовления полупроводниковой структуры. При этом рассматриваютсятолько основные операции технологического процесса.
Например, операциюхимической отмывки поверхности можно не учитывать, так как сама модельв TCAD подразумевает, что поверхность кремниевой пластины уже полученачистой и остатки продуктов реакции с предшествующей операции полностьюудалены.Пустьтребуетсяопределитьэлектрическиехарактеристикиn-канального МОП-транзистора, формируемого на подложке p-типа сисходной концентрацией примеси бора 7×1017 1/см3, области стока и истокаформируются ионной имплантацией с энергией 25 кэВ, дозой 2×1015 1/см2.Толщина поликремниевого затвора – 0,3 мкм, подзатворный окиселформируется окислением при температуре 1000°С, в течение 50 секунд.После имплантации истока / стока следует выполнить отжиг при температуре1000 °С в течение 10 секунд. Для надежной изоляции областей истока и стокаот затвора формировать спейсер (боковую изоляцию затвора) шириной0,1 мкм.
Ширина затвора – 0,35 мкм.Рисунок 11 – Топология затвора и положение двумерного сечения, вкотором выполняется моделирование процесса формирования прибораПрежде всего, следует задать топологию затвора и область двумерногомоделирования. Для этого в редакторе слоев Ligament Layout следуетнарисовать в слое POLY топологию затвора в виде прямоугольника. Послеэтого следует задать область моделирования SIM2D, которая определяетдвумерной сечение, в котором будет проводиться моделирование (см.рисунок 11).Переченьосновныхоперацийформированиятранзисторас использованием макрокоманд транслятора Ligament изложен в таблице 3.Для моделирования процесса формирования структуры транзистораиспользуется программа Sprocess.Таблица 3 – перечень основных операцийНазвание шага Макрокоманда (комментарий) Параметры (имя: значение)Инициализация environment (определениеTitle: NMOSпрограммы моделированияSimulator: sprocessдля, которой будетRegion: SIM2Dосуществлена трансляцияDepth: 5 umLigament; определение областимоделирования)substrate (описаниеконцентрационного профиля)Формирование anneal (термообработкаподзатворного в среде кислорода, окислениеокислаповерхности кремния)Формирование deposit (осаждениезатвораполикремния)pattern (формированиефоторезистивной маски пошаблону POLY)etch (травление поликремнияпо маске)etch (Удалениефоторезистивной маски)Формированиеimplant (ионная имплантацияобластейфосфора)истока/стокаanneal (термообработкав среде азота,с активацией примеси)Dopant: boronConcentration: 7e17 1/cm3Time: 50 secTemperature 1000 degCOxygen: 100%Material: PolySiliconThickness: 0.3 umLayer: POLYPolarity: light_fieldThickness: 2 umMaterial: PolySiliconThickness: 0.3 umEtch_type: anisotropicMaterial: Resist,Thickness: 2 umEtch_type: stripDose: 3e15 1/cm2Energy: 25 keVTilt: 0 degTime: 15 secTemperature 1050 degCNitrogen: 100%Продолжение таблицы 3Название шага Макрокоманда (комментарий) Параметры (имя: значение)ФормированиеMaterial: OxideDeposit (осаждение окисла)спейсеровThickness: 0.1 umMaterial: OxideEtch (травление окисла)Thickness: 0.1 umEtch_type: anisotropicСохранениеSprocess: structInsertрезультатовise.mdraw=n@node@Результат моделирования можно просмотреть с помощью программыSentaurus Visual (см.
рисунок 12).Рисунок 12 – Структура транзистора, визуализируемая с помощьюSentaurus Visual. Параметры сетки – по умолчаниюОтдельным этапом подготовки исходных данных является подготовкастратегии разбиения структуры на конечные элементы. Хотя в программе исуществует автоматическая генерация сетки, но, в большинстве случаев,пользователю приходится переопределять сетку для увеличения точностивычислений. В случае с МОП-транзистором наиболее критично разбиениесетки в подзатворной области – области канала.