ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN
BÀI THUYẾT TRÌNH
TCAD
Giáo viên hướng dẫn: Nguyễn Trần Sơn
Giới thiệu TCAD



- TCAD rất quan trọng trong trong công nghiệp bán dẫn, kể cả rời rạc lẫn tích hợp
- Tiết kiệm thời gian và chi phí, cung cấp sự hiểu biết sâu hơn về mặt vật lý
Giới thiệu phần mềm Crosslight
 !"#$ %&'
()*+,$)$- -"#
.,!/)#)$
Các dòng sản phẩm TCAD crosslight
Athena cung cấp khả năng mô phỏng các quá trình mô phỏng 2D, dựa trên quan điểm vật lý, liên quan đến các con số được sử dụng trong công
nghiệp bán dẫn (cấy ion, khuếch tán, quá trình oxy hóa, ăn mòn vật lý và lắng đọng,…)
Tổng quan về Athena
Athena Input File
-Có thể dùng deckbuild hay bất kỳ trình biên soạn nào
-Tập hợp các lệnh với từng bước riêng lẻ của dòng tiến trình và điều
khiển lệnh để chọn các mô hình và tham số vật lý
Athena Simulation
- Tạo Athena input Qle
- Chạy Athena simulation
- Phân tích Athena output Qle
Vấn đề mô phỏng phải được đặt tả trog input le, xác định trong các bước sau:
Đặc tính vấn đề mô phỏng
Hình học ban đầu
-Mô phỏng lưới

-Lớp nền ban đầu
Trình tự các bước tiến trình
-Lắng đọng lớp (Layers deposition)
-Khắc hình học (Geometrical etching)
-Cấy ion (Ion implantation)
-Khuếch tán (Di[usion)
Chạy mô phỏng Athena
Chạy Athena trong Deckbuild
Để chạy Athena trong Deckbuild sử dụng câu lệnh:
> go athena
Chạy một phiên bản Athena
Cú pháp:
> go athena sim_ags=“-V 5.8.0.R”
Chạy Athena không dùng Deckbuild
Chạy trực tiếp Athena trên Unix sử dụng:
> athena <input Qlename>
> athena –V 5.8.0.R <input Qlename>
Athena Output File
Athena Output chủ yếu là Standard Structure File, một định dạng Qle phổ biến của các chương trình mô phỏng silvaco. Lệnh
STRUCTURE của Athena tạo một Stadard Structure File (.str) có chứa lưới, các thông tin giải pháp, mô hình và các tham số khác có
liên quan.
Structure File đã lưu có thể được sử dụng bởi:
•
Ath ena để tiếp tục mô phỏng tiến trình
•
Atlas hay thiết bị mô phỏng khácđể biểu diễn phân tích điện tử
•
Tonyplot để biểu diễn đồ họa cấu trúc được biểu diễn bởi Athena
•
Devedit để điều chỉnh lưới và cấu trúc trước khi chạy một thiết bị mô phỏng

Hướng dẫn cách sử dụng deckbuild để tạo một Athena input Qle điển hình. Đặc biệt, mô phỏng tiến trình một diod pn.
Tạo một cấu trúc thiết bị
Thao tác cơ bản để tạo input Qle
•
Phát triển mạng lưới mô phỏng tốt
•
Xác định chất nền ban đầu (initial subtrate)
•
Biểu diễn lắng đọng lớp (layer deposition)
•
Biểu diễn khắc hình học (geometrical etching)
•
Biểu diễn cấy ion và khuếch tán( ion implantation , di[usion)
•
Điều chỉnh điện cực (Specifying the electrodes)
•
Lưu cấu trúc Qle
Chạy Athena trong Deckbuild
Lưới mô phỏng tương trưng các điêm (các nút) của cấu trúc mà các phương trình mô hình đã giải quyết. Do đó, các đặc tính kỹ thuật chính xác
của lưới rất quan trọng trong mô phỏng tiến trình
Lưới mô phỏng
Số lượng các nút trong lưới có một ảnh hưởng trực tiếp
đến độ chính xác và thời gian mô phỏng.
Một lưới mịn hơn chỉ hiện hữu trong các vùng giới hạn của cấu trúc mô
phỏng ( nơi việc cấy ion xảy ra hoặc nơi lớp chuyển tiếp hình thành)
Mở bảng chọn Commands và chọn Mesh Dene…
-Đơn vị là micromet
-Trong Mesh DeQne Menu, nhấp vào miền Location và chọn giá trị của 0.0
-Sau đó, trong miền Spacing, chọn giá trị của 0.1
-Cuối cùng, nhất Insert và dòng tham số sẽ xuất hiện trong danh sách cuộn

-Đặt vị trí của dòng X thứ hai lên 4 với cùng khoảng cách của 0.1
-Tương tự, ta thiết lập giá trị cho Y
-Trước khi viết thông tin lưới vào input Qle, chọn nút View…
Nhấn View , một bảng xem trước lưới sẽ xuất hiện
-Viết thông tin Mesh DeQne vào input Qle bằng cách nhấn
Write
-Tập các dòng lệnh xuất hiện. Dòng đầu tiên (go Athena)
báo Deckbuild rằng Qle nên chạy bởi Athena
Chọn biểu tượng Mesh Initialize trong Commands
Xác định chất nền ban đầu
-Trong Mesh Initialize cho phép thiết lập chất liệu, sự định hướng và
sự pha tạp nền
-Nồng độ chất nền được quy định bởi điện trở suất (Resitivity) hoặc
bởi nồng độ nguyên tử (Concentration)
-Trong Demensionality chọn nút 2D để chạy mô phỏng trong một
tính toán 2 chiều.
-Thông tin khởi tạo lưới có thể được ghi lại trong Qle khi nhấn nút
Write
Nhấn nút Write, dòng lệnh tương ứng sẽ xuất hiện trong
Deckbuild
Text Subwindow.
Nhấn nút Run để chạy Athena và nhận được cấu trúc ban
đầu
Thông qua chức năng lịch sử một cấu trúc Qle được lưu.
Dòng STRUCT OUTFILE được tạo trong Deckbuild Output
Subwindow
-Dùng chuột để thấy rõ tên Qle cấu trúc (.history01.str)
-Nhấp vào nút Tools
-Chọn Plot


Plot structure
Hình dung cấu trúc ban đầu
-Deckbuild sẽ chạy Tonyplot
-Trong cửa sổ Tonyplot nhấp vào menu Plot và chọn Display.
-Trong Display chọn Meshand Doping để hiển thị lưới khởi tạo và sự
pha tạp chất nền
'!+ !
Các lệnh Init trước đó tạo vùng silicon <100> với kích thước 4.0µm x 3.0µm được
thống nhất pha tạp asen với nồng độ 3e14 atom/cm
3
Cấu trúc mô phỏng này được dùng cho bất kỳ tiến trình
(lắng đọng, cấy, khuếch tán,…)
Chọn Process Deposit Deposit từ menu Commands→ →
-Chọn Oxide từ menu Material và đặt độ dày 0.02 µm
-Đặt tổng số lớp lưới là 5
-Nhấp nút Write
Nhấn nút Write, dòng lệnh tương ứng được biểu diễn trong Deckbuild Text Subwindow. Các Qle history có thể được biểu diễn bởi Tonyplot để kiểm tra cấu trúc từng bước
Bước tiếp th eo trong mô phỏng này là xác định cửa sổ cấy (implant window). Để làm việc này, chất lắng đầu tiên là lớp mảng chắn (lớp cảm
quang). Sau đó, biểu diễn khắc hình học lên layer mà ta muốn cấy . Để thiết lập một bước khắc hình học:
Chọn Process Etch Etch từ menu Commands→ →
-Chọn barrier từ menu Matterial
-Hình dạng tùy ý của khắc có thể thu
được bằng cách sử dụng Any Shape
-Xác định vị trí X và Y của 4 đỉnh ở hình
chữ nhật mà ta muốn loại bỏ
-Nhấp vào nút Write
0'!
Nhấn vào nút Write, 4 dòng khắc sẽ được chèn vào Qle input. Cấu trúc Qle được tạo ra bởi lện khắc này được thể hiện ở biểu đồ
Lệnh cấy có thể thiết lập bằng cách dùng menu Implant. Để mở menu này:
Chọn Process Implant… trong menu Commands→

Các thông số cơ bản có thể được quy định:
-Tên của tạp chất (inpurity)
-Liều (dose) (atm/cm
2
)
-Năng lượng (energy) (KeV)
-Độ nghiêng và xoay (Tilt và Rotation)
-Loại chất liệu (Material Type): trong suốt
(crystaline), vô định hình (amorphous)
Cấy ion
Nhấn Write lệnh cấy sẽ xuất hiện trong Qle input
Mô tả 2D sau khi cấy
Mô tả 1D khi cắt dọc cấu trúc 2D
Trước giai đoạn khuếch tán, cần thiết phải loại bỏ mặt nạ chắn biểu diễn ở quá trình khắc
Ta chọn Process Etch Etch từ menu Commands→ →
-Chọn Barrier từ menu Material
-Chọn All từ menu Geometrical
-Nhấp nút Write
Loại bỏ mặt nạ cấy
Bằng cách này, lệnh sẽ loại bỏ tất cả các chất liệu mảng chắn (barrier material) nào từ cấu trúc xuất hiện trong input Qle.
Chọn Process

Di[use… trong menu Commands
Trong menu di[use có 4 phần. Chỉ có vùng Time/Temperature và Ambient xuất hiện ban đầu.
Các thiết lập tối thiểu của tham số khuếch tán
-Time (mặc định là phút)
-Temperature(mặc định là độ C)
-Áp suất khí (Gas pressure) ( mặc định là 1 atm)
Nếu không gian xung quanh là hỗn hợp oxy hóa, chọn Gas Flow trong mục Ambient
và một menu “thêm” sẽ xuất hiện

Khuếch tán