Технологическое моделирование (TCAD) Лабораторная работа 1

Основные операции микро- и нанотехнологии Нанесение вещества (газовая и жидкостная эпитаксия, нанесение из газовой фазы, плазменное осаждение и др.); Удаление вещества (жидкостное и плазменное травление, шлифование и полировка); Модифицирование вещества (окисление, диффузия и ионная имплантация).

Технологический процесс изготовления биполярного транзистора

Сопроводительный лист технологического процесса

Преимущества, получаемые при применении TCAD Создание и оптимизация технологического процесса и конструкции приборов с меньшими финансовыми и временными затратами, чем при традиционном способе разработки новых устройств; Визуализация процессов и структур.

Задачи, решаемые с помощью Sentaurus TCAD Моделирование технологии создания устройства; Моделирование структуры и топологии; Симуляция электрических, тепловых и оптических характеристик сформированных структур, их работы при малых и больших уровнях сигналов, переходных процессов и т.д.; Моделирование тепловых режимов работы структур и механических напряжений в структурах; Оптимизация технологии, конструкции и топологии по заданным критериям.

Программы в составе пакета Sentaurus TCAD Sentaurus Process Sentaurus Device Sentaurus Structure Editor Tecplot Inspect Sentaurus Workbench Sentaurus TCAD For Manufacturing.

Метод конечных элементов Область моделирования разбивается на конечное число элементов; Фиксируется конечное число точек (узлов), принадлежащих элементу; В каждом узле задается значение искомой величины; С помощью аппроксимирующих функций находится значение искомой величины внутри области.

Конечные элементы

Входные параметры для моделирования технологии Материал, тип и концентрация легирующих примесей; Геометрия масок; Технологические параметры.

Выходные параметры моделирования технологии Профили распределения примесей; Геометрия и структура прибора; Сетка конечных элементов.

Входные параметры моделирования прибора Структура прибора, профили распределения концентрации легирующих примесей; Граничные условия, например, напряжения на электродах; Сетка конечных элементов.

Выходные параметры моделирования прибора Концентрация носителей заряда; Плотность тока; Электрические поля; Скорости генерации и рекомбинации носителей заряда; Оптические и тепловые характеристики прибора.

Материалы, используемые в моделируемых структурах Кремний (монокристаллический, поликристаллический); Германий, соединения типа А 3 В 5 ; Оксид и нитрид кремния; Фоторезист; Металлы: алюминий, медь и др.; Материалы, задаваемые пользователем.

Что определяет точность результатов моделирования? Правильное понимание технологического процесса; Правильное построение сетки конечных элементов; Правильный выбор математической модели для описания технологических процессов и электрофизических параметров полученных структур.

Способы описания геометрии и топологии Координатный; Structure Editor (моделирование 2D и 3D структур, эмулятор 3D процессов, построение сетки и учет легирования); Ligament Layout Editor (топология, шаблоны).

Sentaurus Structure Editor

Построение сетки элементов

Ligament Layout Editor

Sentaurus Process

Ligament Flow Editor

Sentaurus Device

Позволяет извлекать SPICE модели и проводить статистический анализ работы устройства уже на ранних этапах проектирования. Пакет пригоден для анализа: - структур традиционных СБИС вплоть до 100 нм топологии; - устройств SOI, где обеспечивается хорошая сходимость и точность расчетов; -устройств с двойным затвором и FinFET, в которых необходимо учитывать квантовые эффекты, определяющие транспорт носителей заряда; -устройства на основе SiGe; -тонкопленочные транзисторы; -устройства оптоэлектроники; -гетеропереходы в составе HEMT (high-electron-mobility transistor – транзистор с высокой подвижностью электронов, ВПЭ- транзистор) и HBT (heterojunction bipolar transistor – биполярный гетеротранзистор); - полупроводниковые силовые и радиочастотные устройства.

Tecplot

Inspect

Sentaurus Workbench Оболочка, которая интегрирует все модули TCAD для планирования, организации и выполнения моделирования технологии изготовления прибора, измерения его характеристик, обмена информацией между модулями в рамках одного проекта