Лабораторная работа № 1

Моделирование технологических параметров нанопереходов на базе основных оболочек и подсистем tcad sentaurs

1.1. Цель и содержание работы

Цель работы – освоение первичных методик одномерных и двумерных расчетов, анализа и графического представления результатов в TCAD SenTaurus на основе оболочек: SenTaurus WorkBench, Ligament Flow, Inspect, Tecplot_sv и подсистемы технологического моделирования SProcess.

Содержанием работы является исследование простейшего технологического маршрута изготовления диффузионных нанопереходов и анализ их основных параметров: глубины, бокового ухода, слоевого сопротивления в зависимости от различных режимов технологического маршрута.

1.2. Первые понятия, необходимы для работы в tcad SenTaurus

1.2.1. Краткое описание структуры tcad SenTaurus

Система приборно-технологического моделирования TCAD SenTaurus предназначена для компьютерного моделирования технологических маршрутов изготовления различных полупроводниковых многомерных структур и расчета их электрофизических параметров и характеристик. Система обеспечивает проектирование и оптимизацию элементной базы при разработке широкого спектра современных полупроводниковых наносистем различного назначения – от нанотранзисторов для микропроцессоров, схем памяти, цифро-аналоговых ИМС до сенсоров, приборов оптоэлектронной и высокочастотной техники.

Версия Z-2007.03 работает в линуксовой операционной системе UBUNTU (вер. 7.10). Система установлена на сервере, доступ к которому осуществляется с автоматизированных рабочих мест (АРМ), организующих работу конечных пользователей.

Структурно система состоит из различных вычислительных оболочек (framework), базовых подсистем для расчета технологии, структур, сеток и приборов и специализированных утилит. Общее число этих программных продуктов – более 30.

Вычислительные оболочки обеспечивают интеграцию этих TCAD-программных средств, внутренний интерфейс между ними, а так же интерфейс с конечным пользователем, в результате чего создается единая вычислительная среда, в которой и протекает вычислительный эксперимент по моделированию.

Для первоначальной работы пользователь должен иметь представление о следующих программных оболочках и программах-приложениях.

Sentaurus Workbench (SWB) – графическая интерактивная управляющая оболочка, обеспечивающая дружественный интерфейс с пользователем TCAD. SWB предназначена для организации информационного процесса внутри рабочих каталогов, проектов и сценариев, взаимодействия всех программных продуктов, объединенных в единый вычислительный поток, а так же для параметризации входных файлов, планирования вычислительного эксперимента и статистического анализа полученных результатов в рамках проводимого исследования.

Ligament Flow – оболочка, обеспечивающая высокоуровневый интерфейс, при составлении командного файла для моделирования технологических маршрутов. Интерфейс максимально независим от используемых программ технологического моделирования и размерности формируемой структуры.

Inspect – графическая оболочка, предназначенная для визуализации и анализа одномерных графических зависимостей, а так же для нахождения различных параметров для этих зависимостей.

Tecplot_SV – графическая оболочка, предназначенная для визуализации двумерных и трехмерных результатов расчетов для всех моделирующих подсистем SenTaurus.

Sentaurus Process – основная подсистема-приложение, предназначенная для одно-, двух- и трехмерного моделирования технологических процессов для кремния и различных сложных полупроводников. Прежде всего, обеспечивается моделирование маршрутов с циклически повторяющимися процессами имплантации, диффузии, окисления, силицидизации, травления и осаждения.

Наряду с Sentaurus Process в SenTaurus есть еще две дополнительные подсистемы для технологического моделирования: DIOS, SUPREM-IV и Taurus Process.

Sentaurus Structure Editor (SSE) – подсистема-приложение для графического проектирования двумерных и трехмерных полупроводниковых структур, исключающая применение программ технологического моделирования. Проектирование включает в себя генерацию геометрической модели, задание аппроксимационных профилей легирования, выделение областей и определение вычислительной конечно-элементной сетки.

Sentaurus Device – основная подсистема двумерного и трехмерного моделирования полупроводниковых приборов с учетом различных электрофизических приближений: диффузионно-дрейфовом, гидродинамическом, с учетом квантовых поправок и т.д. Обеспечивает расчет, анализ и оптимизацию различного рода параметров и характеристик для широкого ряда полупроводниковых структур: от кремниевых МДП-нанотразисторов и мощных биполярных транзисторов до гомо и гетероструктур на сложных материалах типа A₃B₅, карбиде кремния и т.д.

Mesh Generator – подсистема, обеспечивающая генерацию высококачественной дискретизационной конечно-элементной сетки для одномерных, двумерных и трехмерных расчетов на основе следующих приложений: Mesh и Sentaurus Mesh – упрощенного сеточного генератора для планарных структур и улучшенного для непланарных структур сеточного генератора соответственно.

Дополнительно в системе SenTaurus имеются:

– Noffset3D – 3-D генератор сеток с повышенной вычислительной устойчивостью, обеспечивающий «подстроение» сетки к поверхностным слоям с целью более точного расчета различных параметров, например, ток, текущих в контактах;

– MGoal – библиотека сеток, обеспечивающая оптимальную генерацию 3-D сеток с целью уменьшения времени расчета путем упрощения требований к качеству сетки. Автоматически встроена в SProcess.