SILVACO TCAD教程：使用ATHENA与ATLAS进行工艺和器件仿真

本文主要介绍了如何使用SILVACO公司的TCAD工具，特别是ATHENA进行工艺仿真和ATLAS进行器件仿真。重点集中在设置栅极偏置参数和NMOS工艺仿真的基本步骤。TCAD Silvaco是半导体行业的高级仿真软件，用于设计和优化微电子器件的工艺流程和性能。 在设置栅极偏置参数的过程中，我们看到一个具体的示例，其中涉及到一系列SOLVE语句。首先，`Solve init`语句是初始设置，它提供了热平衡状态下的电势和载流子浓度的初始猜测。接着，`Solve vdrain=0.1`设置漏极的直流偏置为0.1V，若不明确指定其他电极电压，它们默认为0。`Log outf=nmos1_0.log`则用于记录仿真结果到指定的日志文件，保存ATLAS计算的电流、电压等数据。可以通过`log off`或更改文件名来停止记录。 在介绍SILVACO TCAD的NMOS工艺仿真部分，主要讲解了使用ATHENA的基本操作。这包括： 1. 创建仿真网格：定义初始的直角网格，并根据需要在具有离子注入或PN结的区域设置更精细的网格。 2. 淀积操作：模拟材料的沉积过程，如二氧化硅或多晶硅的生长。 3. 几何刻蚀：模拟刻蚀步骤，用于形成器件的结构特征。 4. 氧化、扩散、退火以及离子注入：这些都是MOSFET制造的关键步骤，包括在硅表面生长氧化层、掺杂剂的扩散以及通过离子注入改变材料的电学特性。 5. 结构操作：编辑和调整器件的几何形状。 6. 保存和加载结构信息：便于在不同阶段保存工作进度和复用已有的结构。 在创建初始结构时，通过deckbuild工具，用户输入命令启动ATHENA，并定义网格参数。例如，通过非均匀网格定义，可以在特定区域（如NMOS晶体管的有源区）增加更高的仿真精度。这个过程包括选择适当的网格方向，设定位置和间距，以及插入多个网格线以形成所需的网格结构。 通过这样的仿真过程，工程师能够预测和优化微电子器件的性能，包括MOSFET的阈值电压、漏电流和栅极控制能力等关键参数。这对于设计高效、可靠的集成电路至关重要。