TCAD器件模拟功能-浙江大学信息与电子工程学院讲解学习

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TCAD工艺模拟软件分类
根据功能不同，主要可分为三类： 一是用于模拟离子注入、氧化、扩散等以掺杂为主的狭
义的工艺模拟软件； 二是用于模拟刻蚀、淀积等工艺的IC形貌模拟软件； 三是用于模拟固有的和外来的衬底材料参数或工艺条件
参数的扰动对工艺结果影响的统计模拟软件。
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IC全工序工艺 条件等参数
TCAD 工艺
仿真
掺杂分布 等参数
TCAD 器件
仿真
器件特性 参数
电路模拟用器件 器件 模型及参数 建模
电路 仿真
IC电路 特性
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TCAD发展历程（1）
TCAD作为计算机模拟软件最早可追溯至20世纪50年 代；
1964年，Herman Cummcl和Bell Lab.发表了第一篇 TCAD方面的论文“Solving the Basic Semi-conductor Equations on the Computer in One Dimention” ；
MINIMOS-2是由奥地利维也纳工业大学开发的平面MOSFET 静态特性二维模拟程序；
MEDICI则是近年来运用最广泛的半导体器件二维模拟软件， 最早的版本出现于1992年。
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目前形成的商用TCAD软件
TSUPREM/MEDICI软件——AVANTI公司 （已被SYNOPSYS收购） ATHENA/ATLAS软件—— SILVACO公司 ISE-TCAD软件系列—— ISE公司（也已被 SYNOPSYS收购） SENTAURUS软件包—— SYNOPSYS公司
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TSUPREM4/MEDICI软件
TSUPREM4/MEDICI/DAVINCI软件是AVANTI公司 （已被SYNOPSYS收购）开发的用于二维工艺和器件模 拟的集成软件包： TSUPREM4用于工艺仿真； MEDICI用于二维器件仿真； DAVINCI支持三维器件仿真。
第四章 功率集成电路工艺和器件模拟
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主要内容
TCAD简介 TCAD仿真软件简介 PIC工艺仿真 器件仿真 器件模型
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TCAD概念
集成电路工艺和器件的计算机模拟（Technology CAD， 简称TCAD），是利用组件与制程方面的计算机辅助设 计与仿真软件进行集成电路工艺和器件的“虚拟制造”。
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SUPREM系列
SUPREM-1是SUPREM系列的第一个版本，但由于数值不稳定 和模型精度不够，未能达到实用化阶段；
SUPREM-2在SUPREM-1基础上进行了模型、算法等改进，成 为第一个能实用的IC工艺模拟软件；
SUPREM-3和SUPREM-4的模拟功能得到进一步加强； 基于SUPREM-4并经商用化改进和包装，SYNOPSYS公司推出
显然它的运用可以大大缩减集成电路的研发周期和费 用，从而大大提高集成电路的上市竞争力，已成为半导 体工艺研发过程中不可或缺的工具。
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PIC中的TCAD
对于功率集成电路而言，由于涉及的器件种类繁多， 而且器件参数相差很大，这就决定不能采用标准的 CMOS或Bipolar工艺制程进行制造，而研发一条全 新的特殊工艺工程量是浩大的，因而这就更离不开 TCAD软件来协助进行设计。
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TCAD器件模拟流程
杂质分布 几何参数 偏置参数 网格参数
输入
TCAD器 件模拟器
输出
器件特性
(1、伏安特性、放大倍 速、极限频率、电离率 等 2、MOS器件氧化层电 容、电容－电压特性曲 线、阈值电压等 3、……）
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TCAD工艺、器件和电路仿真结合
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TCAD工艺模拟流程
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TCAD器件模拟
功能： 根据器件结构和尺寸的各种参数，模拟得到半
导体器件特性 目的： 电学特性 寄生参数
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TCAD器件模拟软件分类
分类（根据器件机理不同）： PN结型器件模拟器（最常用和最成熟 ） MOS型器件模拟器（最常用和最成熟 ） 异质结器件模拟器 TFT薄膜器件模拟器
了功能更强的、精度更高、更方便用户的TSUPREM4， SILVACO公司也推出相应的商用化软件SSUPREM4。
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器件仿真系列
SEDAN-1可以很好与SUPREM-2进行对接和联用，但只能处 理半导体器件的一维分析，应用受到很大限制；
随着计算机硬件性能的增强和应用软件开发技术的不断成熟， 相继出现了几种比较优秀和实用的二维模拟软件，如 MINIMOS-2、MEDICI等；
20世纪60年代中期，商品化的CAD设备开始进入发展 和应用阶段；
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TCAD发展历程（2）
20世纪60年代，著名教授Walter Engle所领导的团队已 开始进行二维仿真(two dimensional simulation)；
1978年，斯坦福大学IC实验室的IC工艺模拟软件 SUPREM-2成功开发并投入实用；
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TSUPREM4
用来模拟硅集成电路和离散器件制造工艺步骤的程序； 模拟二维的扩散、离子注入、氧化、外延生长、刻蚀和
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TCAD简介
TCAD作为EDA软件的一个分支，主要分为两部分： 对制造工艺进行模拟，称为工艺TCAD； 对器件特性进行模拟，称为器件TCAD。
Leabharlann Baidu
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TCAD工艺模拟
功能： 制造IC的全工序模拟 模拟单类工艺或单项工艺
目的： 达到优化设计IC制造工艺 快速分析工艺条件对工艺结果影响
1979年相继开发了半导体器件分析软件SEDAN-1，标 志TCAD开始进入实用阶段；
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TCAD发展历程（3）
在接下去二十多年内，斯坦福大学依次推出了 SUPREM-1、SUPREM-2、SUPREM-3和SUPREM-4 IC工艺模拟软件；
在器件模拟方面，相继出现了MEDICI、DESSIS、 ATLAS、FLOOPS等软件。