Методические указания к лабораторным работам по приборно-технологическому моделированию в системе TCAD Sentaurus, страница 3

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.

Поскольку границы затвораимеют координаты 1,5 и 1,85 по оси абсцисс, то и разбиение сетки будетпривязано к этим координатам. В макрокоманде environment в параметреuser_grid следует ввести следующие строки:line y location=0.0структурыline y location=1.5line y location=1.85line y location=3.35всей структурыline x location=0.0структурыline x location=5.0структурыspacing=0.10tag=left ##левая граница всейspacing=0.01 ##левая граница затвораspacing=0.01 ##правая граница затвораspacing=0.10 tag=right ##правая границаspacing=0.001spacing= 1.0tag=top ##верхняя границаtag=bottom ##нижняя границаregion Silicon xlo=top xhi=bottom ylo=left yhi=rightКак видно из приведенного выше текста, шаг сетки задается на каждойгранице каждой маски и на границах всей структуры.Параметр spacing задает шаг дискретизации сетки вблизи заданнойграницы.Рисунок 13 – Структура транзистора, визуализируемая с помощьюSentaurus Visual.

Параметры сетки заданы пользователемНа рисунке 13 представлен двумерный концентрационный профиль,полученный при улучшении сетки с помощью вышеописанных команд. Каквидно из рисунка 13, он будет более точным по сравнению с представленнымна рисунке 12. Следует отметить, что при этом возрастает и время расчета(приблизительно в 2 раза).6. Подготовка исходных данных для подсистемы моделированияэлектрических характеристик Sentaurus DeviceПрограмма Sentaurus Process генерирует 3 главных файла:bnd-файл – файл геометрического описания структуры. Один изнаиболее важных файлов, позволяющий задать местоположение внешнихэлектрических (или термических) контактов к исследуемой структуре.Добавление контактов происходит с использованием редактора структурыSentaurus Structure Editor. Следует помнить, что сам файл напрямую неиспользуется при расчете электрических характеристик.

Иными словами,перед моделированием электрических характеристик после коррекциифайла структуры необходимо сгенерировать сетку заново. Иначевыполненные изменения не будут отражаться на электрическиххарактеристиках.grd.gz-файл – информация о конечно-элементной сетке: положении еевершин, последовательности соединения вершин между собой и т.п. Неизменяется пользователем до генерации сетки.dat.gz-файл – информация о концентрации легирующих примесей вузлах сетки конечных элементов. Не изменяется пользователем до генерациисетки.Эти файлы являются исходными данными для генерации сетки,ориентированной на расчет электрических характеристик.Генератор Mesh на основе созданного пользователем командного файла(cmd-файла) переразбиения сетки производит генерацию пары файлов (grdфайл сетки конечных элементов и dat-файл концентрации примеси), которыенепосредственно используются при моделировании электрическиххарактеристик.

Схематично процесс преобразования файлов представлен нарисунке 14.Рисунок 14 – Преобразование файлов генератором MeshРедактирование структуры можно выполнять в графическом режиме(с помощью Sentaurus Structure Editor). Предоставим пользователямсамостоятельно освоить этот вариант подключения внешних электрических итермических контактов. Рассмотрим несколько иной способ подключениявнешних контактов – без использования графического визуализатораSentaurus Structure Editor.

Он необходим в случае, если возникают сложностипри передаче с сервера графической информации. Также автоматизированноеподключение внешних контактов полезно в случае большого числаисследуемых комбинаций параметров swb.После компонента Sprocess в дерево компонентов следует добавитькомпонент Sentaurus SE. Для этого следует выделить компонент Sprocess иправой клавишей вызвать контекстное меню. В меню выбрать команду Add...и в открывшемся окне нажать на кнопку Tools и выбрать компонент SDE.

Вполе выбора Run As установить флаг Batch и перейти на вкладку Input Files.Установить поле выбора Use Ligament to Create Input Files значение yes.После этого можно закрыть окно кнопкой ОК. Просмотр всех настроеккомпонента можно осуществить вызовом контекстного меню (щелчкомправой клавиши мыши на компоненте) с помощью команды «Properties...».Исходными файлами, так же, как и для Sprocess, являются файлтопологии (Создаваемый в Ligament Layout) и файл маршрута (Создаваемыйв Ligament Flow).