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摘要：日益成熟的集成电路工艺与器件计算机辅助设计工具有助于缩短半导体工艺和器件的开发周期、降低开发成本,因而越来越被广泛应用。通过模拟软件Silvaco TCAD对工艺进行仿真，了解实际集成电路生产涉及的氧化、扩散、淀积、光刻、刻蚀、平坦化等一系列工艺过程；对器件的仿真，熟悉专业基础课程内容如器件的基本结构、材料的性能、载流子的浓度和工作电压等对器件各种性能的影响。并可以加深学生对课程理论的理解,同时提高学习兴趣,从而获得良好教学效果。
摘要：Silvaco TCAD工艺仿真器件仿真
1007-9416(2012)07-0114-03
To improve IC practice teaching with Silvaco TCAD software
ZHU Yun
(School of Electronic Engineering，Xi’an University of Post & Telecommunication，Xi’an 710121，China)
Abstract:The simulation tools for technology computer aided design could be useful for time sing and cost consumption and has been more and more widely used.Based on Silvaco TCAD tools,process simulation could understand the practical integrated circuit production involved the oxidation,diffusion,deposition,photolithography,etching,CMP and a series of technological process.Devices simulation could be familiar with the professional foundation course content such as device structure,material properties,carrier concentration and voltage on the device performance influence.And can deepen students’ understanding of curriculum theory,while increasing interst in studying, so as to obtain good teaching effect.
Key words: Silvaco TCADprocess simulationdevice simulation
普通本科院校要想培养出具有创新意识的应用型人才，必须把创新人才培养的思想贯穿于本科生培养的全过程，并融入到教学计划中去，把对创新精神、实践能力的培养和创新实践的要求落实到课堂教学、实践环节、课外活动及德育工作等各个环节里[1-3]。
随着IT、IC产业的迅猛发展，对集成电路实践教学提出了新的、更高的要求，为适应现代教育的需要，原有的教学理念、教学方法、教学内容等都需要进行改革和创新。在以培养应用型、创新型人才为目标的教学体系中，课程体系和教学内容的更新和优化，尤其是改革实验教学成功与否，直接关系到培养人才质量[4-5]。利用Silvaco TCAD软件，改进集成电路实践教学，巩固学生的理论知识并培养学生的实践能力，加强学生分析问题、解决问题能力，为启发学生的创新意识和培养创新能力起到了重要作用[6]。
具体实施方案为：将传统的工艺实践和Silvaco TCAD实验相结合，建立集成电路制造工艺实验体系，强化学生基本知识的运用；将集成电路实践与软件实验融为一体，以工程实践和能力培养为主线，做到工艺技能训练和工程素质能力培养相结合。
应用TCAD能缩短IC工艺和器件的开发周期，节省试制成本，并能获取实验无法得到的信息以及深化IC工艺和器件的物理研究。
Silvaco TCAD组件包括交互式工具DeckBuild和Tonyplot，工艺仿真工具Athena，器件仿真工具Atlas和器件编辑器DevEdit，以及内部的一些模块。各仿真组件均可在DeckBuild界面调用，例如先用Athena或DevEdit生成器件结构，再由Atlas对器件特性进行仿真，最后由Tonyplot2D或Tonyplot3D显示输出。Silvaco仿真流程如图1所示。
工艺模拟软件Athena能帮助工艺开发和优化半导体制造工艺。Athena提供一个易于使用、模块化的，可扩展的平台。Athena能对所有关键制造步骤（离子注入，扩散，刻蚀，淀积，光刻以及氧化等）精心快速精确的模拟。仿真能得到包括CMOS，Bipolar，SiGE，SOI，III-V，光电子以及功率器件等器件结构，并精确预测器件结构中的集合参数，掺杂剂量分布和应力。优化设计参数使速度、产量、击穿、泄漏电流和可靠性到达最佳结合。它通过模拟取代了耗费成本的硅片实验，可缩短开发周期和提高成品率。
At
Atlas可以仿真硅化物、III-V、II-VI、IV-IV或聚合/有机物等各种材料。可以仿真的器件类型很多，如CMOS、双极、高压功率器件、VCSEL、TFT、光电子、激光、LED、CCD、传感器、熔丝、铁电材料、NVM、SOI、HEMT、Fin和HBT等。
2、实例
首先用Athena仿真器对NMOS管进行工艺模拟，再用Atlas对NMOS管进行器件模拟。工艺模拟中可以掌握其工艺流程，对各项工艺的作用、目的和方法有深刻的把握。在模拟的时候对可能出现的各种结果进行分析、改正并提高。为实际中可能出现的各种问题分析，加以解决，以完成工艺模拟的目的。
创建一个典型MOET结构的基本操作包括：创建一个好的模拟网格→保形沉积( conformal deposition)→几何刻蚀→氧化、扩散、退火以及离子注入→结构操作→保存与下载结构。所有这些操作，都单独在ATHENA工艺模拟器中进行。图2给出了一个完整的NMOS器件的结构图。
在模拟过程中，可以用Tonyplot显示离子注入后杂质的分布情况，如图3（a）（b）（c）所示。
还可以用Extract命令提取器件参数：如栅氧化层厚度、源漏结深、N++源/漏方块电阻、隔氧下LDD区域的方块电阻、长沟道阈值电压等等。仿真运行后，所有提取出来的参数值都出现在输出窗口中，可以看到提取的参数值分别是：
a．x=0.2处的结深为0.595944；
b．x=0.05处的N++方块电阻是28.6859Ω/□；
c．x=0.3处的LDD方块电阻166
再用Atlas仿真器调用刚才得到的NMOS结构，进行器件模拟。给出相应的偏置电压，可以得到NMOS管的I-V特性曲线。如图4所示。
在整个模拟仿真的过程中，可以根据具体情况，适当调节某些参数，得到不一样的仿真结果，使学生对集成电路工艺及器件的理论知识有一个更深刻的了解。利用Silvaco TCAD软件最大的好处就是，节省了流片的成本花费以及时间。
3、结语
集成电路及其工艺CAD 软件在现代集成电路的设计和研发过程中发挥着非常重要的作用。在课程教学中可以充分利用CAD 软件的强大功能，给学生按组布置设计性大作业。教师提出工艺线尺寸、能耗、电路功能等性能指标。学生通过查阅大量相关资料，经过全组讨论制定电路系统及生产工艺设计方案，并在满足基本性能指标的基础上，进一步优化系统性能。此环节对于锻炼学生的独立工作能力、培养团队合作精神和创新能力具有十分重要的作用。
参考文献
王永利,史国栋,龚方红.浅谈工科大学生实践创新能力培养体系的构建[J].中国高等教育,2010,(19):57-58.
余晓明.浅谈工程教育方法和培养模式的
[3] 刘国繁,曾永卫.工程应用型人才培养特色的实践探索[J].中国高等教育,2010,(13):26-27.
[4] 毛剑波,易茂祥,张天畅.微电子学专业实验室建设的探索与实践[J].实验室研究与探索,2005,24(12):118-119.
[5] 廖荣,刘玉荣.微电子工艺实习教学改革探索[J].实验室研究与探索,2010,26(8):274-276.
[6] 商世广.新型材料器件实践教学课程改革与探索[J].西安邮电学院学报,2011,16(6):129-131.
摘要：Silvaco TCAD工艺仿真器件仿真
1007-9416(2012)07-0114-03
To improve IC practice teaching with Silvaco TCAD software
ZHU Yun
(School of Electronic Engineering，Xi’an University of Post & Telecommunication，Xi’an 710121，China)
Abstract:The simulation tools for technology computer aided design could be useful for time sing and cost consumption and has been more and more widely used.Based on Silvaco TCAD tools,process simulation could understand the practical integrated circuit production involved the oxidation,diffusion,deposition,photolithography,etching,CMP and a series of technological process.Devices simulation could be familiar with the professional foundation course content such as device structure,material properties,carrier concentration and voltage on the device performance influence.And can deepen students’ understanding of curriculum theory,while increasing interst in studying, so as to obtain good teaching effect.
Key words: Silvaco TCADprocess simulationdevice simulation
普通本科院校要想培养出具有创新意识的应用型人才，必须把创新人才培养的思想贯穿于本科生培养的全过程，并融入到教学计划中去，把对创新精神、实践能力的培养和创新实践的要求落实到课堂教学、实践环节、课外活动及德育工作等各个环节里[1-3]。
随着IT、IC产业的迅猛发展，对集成电路实践教学提出了新的、更高的要求，为适应现代教育的需要，原有的教学理念、教学方法、教学内容等都需要进行改革和创新。在以培养应用型、创新型人才为目标的教学体系中，课程体系和教学内容的更新和优化，尤其是改革实验教学成功与否，直接关系到培养人才质量[4-5]。利用Silvaco TCAD软件，改进集成电路实践教学，巩固学生的理论知识并培养学生的实践能力，加强学生分析问题、解决问题能力，为启发学生的创新意识和培养创新能力起到了重要作用[6]。
具体实施方案为：将传统的工艺实践和Silvaco TCAD实验相结合，建立集成电路制造工艺实验体系，强化学生基本知识的运用；将集成电路实践与软件实验融为一体，以工程实践和能力培养为主线，做到工艺技能训练和工程素质能力培养相结合。
1、Silvaco TACD软件介绍
Silvaco于1984年创办于美国硅谷，中文名称叫矽谷科技公司。经过20多年来的成长与发展, 现已成为处于世界技术领先地位的EDA公司,在TCAD工艺和器件模拟、Spice参数提取、高精度/高速度电路级Spice仿真、全写作IC设计与验证等领域具有很高的建树。应用TCAD能缩短IC工艺和器件的开发周期，节省试制成本，并能获取实验无法得到的信息以及深化IC工艺和器件的物理研究。
Silvaco TCAD组件包括交互式工具DeckBuild和Tonyplot，工艺仿真工具Athena，器件仿真工具Atlas和器件编辑器DevEdit，以及内部的一些模块。各仿真组件均可在DeckBuild界面调用，例如先用Athena或DevEdit生成器件结构，再由Atlas对器件特性进行仿真，最后由Tonyplot2D或Tonyplot3D显示输出。Silvaco仿真流程如图1所示。
工艺模拟软件Athena能帮助工艺开发和优化半导体制造工艺。Athena提供一个易于使用、模块化的，可扩展的平台。Athena能对所有关键制造步骤（离子注入，扩散，刻蚀，淀积，光刻以及氧化等）精心快速精确的模拟。仿真能得到包括CMOS，Bipolar，SiGE，SOI，III-V，光电子以及功率器件等器件结构，并精确预测器件结构中的集合参数，掺杂剂量分布和应力。优化设计参数使速度、产量、击穿、泄漏电流和可靠性到达最佳结合。它通过模拟取代了耗费成本的硅片实验，可缩短开发周期和提高成品率。
At
源于：查抄袭率本科论文www.udooo.com
hena工艺仿真软件的主要模块有：SSuprem4，二维硅工艺仿真器，蒙特卡洛注入仿真器，硅化物模块的功能，精英淀积和刻蚀仿真器，蒙特卡洛淀积和刻蚀仿真器，先进的闪存材料工艺仿真器，光电印刷仿真器。Atlas器件仿真系统可以模拟半导体器件的电学、光学和热学行为。Atlas提供一个基于物理的，使用简便的模块化的可扩展的平台，用以分析所有二维和三维模式下半导体器件的直流、交流和时域响应。Atlas可以仿真硅化物、III-V、II-VI、IV-IV或聚合/有机物等各种材料。可以仿真的器件类型很多，如CMOS、双极、高压功率器件、VCSEL、TFT、光电子、激光、LED、CCD、传感器、熔丝、铁电材料、NVM、SOI、HEMT、Fin和HBT等。
2、实例
首先用Athena仿真器对NMOS管进行工艺模拟，再用Atlas对NMOS管进行器件模拟。工艺模拟中可以掌握其工艺流程，对各项工艺的作用、目的和方法有深刻的把握。在模拟的时候对可能出现的各种结果进行分析、改正并提高。为实际中可能出现的各种问题分析，加以解决，以完成工艺模拟的目的。
创建一个典型MOET结构的基本操作包括：创建一个好的模拟网格→保形沉积( conformal deposition)→几何刻蚀→氧化、扩散、退火以及离子注入→结构操作→保存与下载结构。所有这些操作，都单独在ATHENA工艺模拟器中进行。图2给出了一个完整的NMOS器件的结构图。
在模拟过程中，可以用Tonyplot显示离子注入后杂质的分布情况，如图3（a）（b）（c）所示。
还可以用Extract命令提取器件参数：如栅氧化层厚度、源漏结深、N++源/漏方块电阻、隔氧下LDD区域的方块电阻、长沟道阈值电压等等。仿真运行后，所有提取出来的参数值都出现在输出窗口中，可以看到提取的参数值分别是：
a．x=0.2处的结深为0.595944；
b．x=0.05处的N++方块电阻是28.6859Ω/□；
c．x=0.3处的LDD方块电阻166
7.6Ω/□；
d．x=0.5处的长沟道阈值电压为0.325191V。再用Atlas仿真器调用刚才得到的NMOS结构，进行器件模拟。给出相应的偏置电压，可以得到NMOS管的I-V特性曲线。如图4所示。
在整个模拟仿真的过程中，可以根据具体情况，适当调节某些参数，得到不一样的仿真结果，使学生对集成电路工艺及器件的理论知识有一个更深刻的了解。利用Silvaco TCAD软件最大的好处就是，节省了流片的成本花费以及时间。
3、结语
集成电路及其工艺CAD 软件在现代集成电路的设计和研发过程中发挥着非常重要的作用。在课程教学中可以充分利用CAD 软件的强大功能，给学生按组布置设计性大作业。教师提出工艺线尺寸、能耗、电路功能等性能指标。学生通过查阅大量相关资料，经过全组讨论制定电路系统及生产工艺设计方案，并在满足基本性能指标的基础上，进一步优化系统性能。此环节对于锻炼学生的独立工作能力、培养团队合作精神和创新能力具有十分重要的作用。
参考文献
王永利,史国栋,龚方红.浅谈工科大学生实践创新能力培养体系的构建[J].中国高等教育,2010,(19):57-58.
余晓明.浅谈工程教育方法和培养模式的
源于：毕业设计论文总结www.udooo.com
改革[J].中国电力教育，2008，120(9)：152-153[3] 刘国繁,曾永卫.工程应用型人才培养特色的实践探索[J].中国高等教育,2010,(13):26-27.
[4] 毛剑波,易茂祥,张天畅.微电子学专业实验室建设的探索与实践[J].实验室研究与探索,2005,24(12):118-119.
[5] 廖荣,刘玉荣.微电子工艺实习教学改革探索[J].实验室研究与探索,2010,26(8):274-276.
[6] 商世广.新型材料器件实践教学课程改革与探索[J].西安邮电学院学报,2011,16(6):129-131.