Synopsys TCAD Sentaurus vW-2024.09

1、Sentaurus过程

硅工艺模拟器

SentaurusProcess以二维和三维模拟硅工艺技术中的制造步骤。SentaurusProcess配备了一套先进的工艺模型，其中包括用设备供应商的数据校准的默认参数，提供了一个预测框架来模拟从纳米级CMOS到高压功率器件的广泛技术。

使用SentaurusProcess，用户可以轻松模拟流程模块，并将其集成到完整的前端生产线（FEoL）流程中。一套先进的氧化、扩散、注入和力学模型，结合强大的网格生成和结构编辑功能，涵盖了超浅结形成、高k/金属栅极和应变硅等重要工艺模块。

Sentaurus工艺提供多种先进的植入和扩散模型。分析植入表涵盖了从亚keV到几MeV的广泛能量范围。高效准确的蒙特卡罗注入模型可以处理分析模型无法很好覆盖的条件，如窄沟槽的侧壁掺杂。

在超浅结处理中，热预算的持续减少需要越来越复杂的扩散、聚集和界面捕获模型，以在最小化瞬态增强扩散和最大化掺杂剂活化之间实现最佳权衡。尖峰和激光退火会导致非平衡点缺陷——掺杂剂对浓度和动态团簇。为了处理这些工艺条件，Sentaurus工艺包括一个五流扩散模型以及{311}缺陷、小间隙团簇（SMIC）、掺杂剂缺陷团簇和瞬态掺杂剂激活的模型。由于工艺诱导应力是提高器件性能的关键技术，Sentaurus工艺计算了由体积变化、热和晶格失配以及沉积薄膜引起的所有主要机械应力源。可以模拟加工过程中的完整应力历史，并将产生的应力场无缝导出到SentaurusDevice，以评估其对电气性能的影响。模型接口语言允许新模型的原型设计和实现，以跟上快速的技术创新。有了这个多功能工具，可以很容易地实现新的扩散、聚集、硅化和氧化模型。

SentaurusProcess还提供了一个动力学蒙特卡罗（KMC）模拟器，用于原子模拟掺杂剂与硅中点缺陷和扩展缺陷的相互作用。

2、中心地形

物理地形模拟器

Sentaurus地形学模拟地形修改过程步骤，如沉积，雕刻，旋转玻璃，回流，和化学机械抛光2-Dand3-D。

SentaurusTopography包括以下沉积过程的模型：

物理蒸汽分解(PVD)

化学蒸汽沉积（CVD）

等离子增强化学蒸汽沉积（PECVD）

低压化学蒸汽沉积（LPCVD）

高密度塑料（HDP）沉积

大气压化学蒸汽沉积（APCVD）

Spincoating流量

仿真的Sentaurus Topography雕刻过程包括：

Wetetch公司

半球

复活开关（RIE）

离子增强技术

离子交换

高密度成型（HDP）雕刻

化学机械抛光(CMP)

此外，Sentaurus Topography和Sentaurus Process之间的接口允许用户在一个环境中组合前端热模拟和地形模拟。

3、Sentaurus结构编辑器

设备编辑器

Sentaurus Structure Editor是一个二维/三维设备编辑器，它使用几何操作构建和编辑设备结构。Sentaurus Structure Editor由ACIS®几何内核提供支持，该内核经过充分验证，广泛应用于许多CAD应用程序中。Sentaurus Structure Editor的图形用户界面（GUI）具有一个命令行窗口，其中显示了与GUI操作相对应的脚本命令。脚本命令也可以直接在命令行窗口中输入。掺杂配置文件和网格策略可以交互式定义。网格划分工具是Sentaurus Process和Sentaurus Device的一部分，可以从Sentaurus Structure Editor GUI调用，生成的网格和掺杂轮廓可以在Sentaurus结构编辑器中自动可视化。

所有交互操作都会被记录下来，并且可以保存日志文件，使用户能够通过重新运行日志脚本文件来重建设备几何形状。二维和三维设备模型是使用二维或三维图元（如矩形、多边形、长方体、圆柱体和球体）从几何上创建的。三维区域也可以通过沿路径挤压二维对象或扫掠二维对象来创建。圆角边缘是通过圆角、三维边缘混合和倒角生成的。可以明确选择解决新对象和现有对象之间重叠的方式，从而在结构生成方面具有更大的灵活性。

复杂的形状是通过在元素之间执行布尔运算（并集、相减、相交）生成的。

Sentaurus Structure Editor的脚本文件使用类似LISP的编程语言Scheme。脚本使得使用简单变量或定义为其他变量函数的变量、条件构造（如“if”或“do-while”块）和循环来创建参数结构变得容易。

4、Sentaurus装置 

硅和化合物 

半导体器件模拟器 

Sentaurus Device在二维和三维中模拟硅和化合物半导体器件的电、热和光学特性。 

Sentaurus Device支持当前和未来半导体技术的设计和优化，包括纳米级CMOS、FinFET、薄膜晶体管（TFT）、闪存、SiGe异质结双极晶体管（HBT）、大规模功率器件、化合物半导体、CMOS图像传感器和太阳能电池。此外，Sentaurus Device能够分析复杂的集成电路现象，如静电放电、闭锁和单事件扰乱。 

Sentaurus Device集成了一套广泛的物理模型和材料参数，并支持直流、交流、瞬态和谐波平衡分析。灵活的多维网格引擎允许用户有效地生成结构化或非结构化网格。 

Sentaurus设备可选模块允许灵活配置特定应用的解决方案。 

Sentaurus Device包括用于模拟最先进的逻辑和存储器件的模型，包括物理效应，如应力和取向依赖的迁移率、非局部隧穿、高k电介质迁移率退化、空间量化和工艺诱导的可变性。需要求解玻尔兹曼输运方程（BTE）的非常小的晶体管可以用基于PDE的BTE解，即所谓的球谐展开法或蒙特卡洛方法进行模拟。 

辐射对半导体器件运行的影响——单粒子翻转（SEU）、单粒子瞬态（SET）和总电离剂量（TID）——也可以用Sentaurus device进行模拟。 

时域有限差分（FDTD）求解器可用于计算必须考虑电磁波特性的结构中的精确光学生成轮廓。 

功率器件中常见的极端操作条件，如二次击穿、多次回跳、浮动保护环和热失控，可以通过动态切换的I-V曲线跟踪和热效应进行模拟。 

高压、大电流和非等温条件下的稳态和瞬态输运可以通过使用混合模式能力嵌入紧凑模型的数值设备进行模拟。 

Sentaurus Device有一套广泛的模型和参数来支持化合物半导体器件的开发，包括空间变化的摩尔分数、异质界面、体和表面捕获、GaN中的极化效应、SiC中的各向异性效应以及二维电子气中的空间量子化。 

此外，专有模型可以通过灵活的物理模型接口（PMI）来实现。小信号散射参数也可以模拟为频率的函数，从而提取重要的品质因数，如最大振荡频率（fmax）和单位增益截止频率（ft）

5、拉斐尔 

电阻和电容场解算器 

Raphael是用于电阻和电容提取的金标准场求解器，旨在模拟当今复杂片上互连的电气和热效应。通过Raphael易于使用的图形用户界面（GUI），可以输入工艺技术数据，自动生成互连结构并表征电容。 

另一种模拟流程允许从掩模（GDSII）和互连技术格式（ITF）文件生成结构。另一种模拟流程允许从掩模（GDSII）和互连技术格式（ITF）文件生成结构。 

Raphael包括对共形电介质、梯形导体和其他先进工艺效果的支持。 

Raphael还可以提取使用Sentaurus结构编辑器和Sentaurus互连生成的结构上的电阻和电容。

6、Sentaurus互连 

后端线路可靠性模拟器 

Sentaurus Interconnect模拟了与后端线路（BEoL）可靠性相关的物理现象。它包括模拟分层、裂纹扩展和其他与机械应力、焦耳热、电迁移和应力迁移相关的可靠性问题的能力。Sentaurus Interconnect专为半导体应用而设计，具有易于使用的GDSII接口、完整的应力历史、对常见BEoL半导体材料的支持以及支持芯片封装交互（CPI）的全球局部子模型。

7、Sentaurus工作台 

TCAD框架 

Sentaurus Workbench是一个完整的图形环境，用于创建、管理、执行和分析TCAD仿真。其直观的图形用户界面允许用户导航和自动化与运行TCAD模拟相关的典型任务，如管理信息流，包括用户输入文件的预处理、项目参数化、设置和执行工具实例，以及使用适当的查看器可视化结果。 

使用Sentaurus Workbench，用户可以自动生成实验设计分割，并可以在计算机网络上分配模拟作业。

8、Sentaurus视觉 

TCAD可视化 

Sentaurus Visual为用户提供最先进的交互式1-D、2-D和3-D可视化和数据探索环境。Sentaurus Visual支持TCL脚本，使输出数据的后处理能够生成新的曲线和提取的参数。

9、Sentaurus PCM工作室 

流程紧凑型模型 

Sentaurus PCM Studio为使用过程紧凑模型（PCM）捕获多元过程-设备关系提供了一个强大的环境，允许快速周转，以识别和分析导致制造中参数产量损失的因素。PCM来自系统的TCAD模拟，并通过一组分析函数封装了过程变化和设备性能之间的关系。

半导体制造商面临着在严格的时间和成本限制内开发工艺技术的挑战。影响开发时间和成本的一个关键因素是完成新工艺开发所需的工程晶圆数量。通过在任何晶圆加工之前和基于晶圆的工艺优化期间模拟工艺流程和设备操作，TCAD减少了工程晶圆的数量，节省了时间和金钱。此外，SentaurusTCAD模拟为工程师提供了关于半导体器件行为的重要见解，这可以带来新的器件概念。

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