晶圆制造
一家晶圆厂的器件工程师把一轮 TCAD 仿真交给 Micius 模型
聊聊你的仿真
- 从结构到曲线
- 搭结构、静电求解、自检、I–V 扫描,在一次对话里接连完成
- 先说边界
- 结果里主动注明:未经校准,不能用于击穿电压或导通电阻签核
- 下一轮由人定
- Micius 提出调整方向,改哪一条由工程师决定
跑一轮 TCAD 仿真,工程师要在几个软件之间来回切换,搭结构、等求解、导结果,改一个参数就重来一遍,结果可不可信还得靠经验判断。知满与一家晶圆厂合作的项目里,工程师一句话交代需求,Micius 模型接手这一轮,交回曲线时先把结果的边界写在前面。
挑战
改一个参数,整轮仿真从头重跑
晶圆厂里,TCAD 仿真(用数值计算模拟器件电学特性的工具)通常只有少数几位熟手会做。一轮仿真,工程师要按工艺步骤把结构搭起来,划网格、选物理模型,提交求解,等软件算出器件里的电势和电场。
以超结功率器件为例。超结靠交替排列的 P 柱和 N 柱配平电荷:两种柱子在反向偏压下互相耗尽,漂移区里的电场才摊得均匀。评估一版设计,先要把这个结构搭出来。
算完往往要把结果导到另一个软件里看分布、出图,转移和输出特性要按偏压点再扫一遍。峰值电场的位置不对,或者曲线不像样,就回去改参数,搭建、求解、读结果从头重来。掺杂比几个点、柱宽试几个值,每个组合都是一整轮。
更耗人的是判断:数值收敛没有、结构和掺杂设得对不对、电场分布像不像样;哪里不对、下一步改什么,都靠有经验的工程师。
方案
一句话交代需求
在这个合作项目里,这一轮可以交给 Micius 模型。Micius 懂器件物理,也会用 TCAD 工具。它能直接调用仿真软件:搭结构、提交求解、读取结果。
工程师用一句话说清:做什么器件、结构上有什么要求、跑哪些求解、扫哪些偏压点。
接到这句话,Micius 先按尺寸和掺杂直接生成参数化的器件结构(这一轮没做工艺仿真),剖面随即出现在工作区。接着它调用求解器做二维静电计算,得到器件里的电势和电场。
往下算之前,Micius 先自检:电荷是否平衡、求解是否收敛,确认结构和求解本身没出错。自检之后,再按指定偏压点扫转移和输出特性(I–V 曲线,即电流随电压的变化),切到曲线视图。每一步做了什么,它边做边写在对话里。
流程示意以前在几个软件间手工走一轮;现在一句话交给 Micius。
以超结 MOSFET 为例:工程师先要看阻断状态下的电势和电场,没问题再扫特性曲线。结构预览出来,接着是静电计算、自检、I–V 扫描,第 1 轮跑完。
读结果
剖面上读数,曲线下写边界
结果就留在二维剖面上。点任意一处,就能读出这一点的掺杂、电势和电场,数值都来自本轮求解,不必再导进另一个软件一处处找。比如点在一根 N 柱的中部,读数卡还会标出所在区域。剖面上还画了等势线,电压在柱子之间怎么分布看得很清楚。三维视图把结构立起来,方便看各区域的位置关系;它只用来看结构,仿真本身是二维的。
流程示意点在 N 柱中部,读出这一点的掺杂、电势和电场。
一轮结束,Micius 在对话里交回一份小结:器件信息、求解结果、自检结论和关键偏压点的电流。没等人问,小结里就写明了边界:峰值电场只是静电筛查值,不是击穿判据;结果没经过工艺或实测校准,不能拿来签核击穿电压或导通电阻。另外,这一轮是二维仿真,没有算雪崩击穿,结果里没有击穿电压;结构按尺寸和掺杂生成,不是工艺仿真的结果。
TCAD 给出的数字看上去都很精确,没校准过的数字容易被当成规格往下传。所以这些边界就写在曲线正下方:这一轮的曲线用来看趋势、比方向。
下一轮
下一轮跑什么,工程师来定
小结之后,Micius 提出下一轮的几个方向,每条写明改什么、看什么:有意打破电荷平衡,看峰值电场对偏差有多敏感;在一个范围里取几个点做小规模 DOE;或者改一改栅氧厚度,看开启特性有什么不同。这类敏感性分析,以前要靠有经验的工程师自己想到。
改哪一条由工程师定。可以选其中一条,也可以在对话里写新的要求:接着改结构、补做验证、加扫偏压点,或者换一个结果视图。如果选第一条、只改 N 柱掺杂,第 2 轮其余设置沿用第 1 轮,照样搭结构、求解、自检、扫曲线。
每一轮的需求、结构、结果、自检结论和边界,都留在同一段对话里,隔几天回来接着看,再决定下一轮改哪一条。
这套做法也适用于
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其他器件
二极管、IGBT、常规 MOSFET 或 LDMOS,同样可以一句话交代结构和要看的特性,由 Micius 搭结构、调用求解器求解、自检,再交回曲线和边界说明。
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从工艺步骤搭结构
按注入、扩散、氧化、刻蚀等工艺步骤搭出器件结构,再接着做器件仿真;工艺条件一变,可以重跑对比。
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按目标连续寻优
给定目标和参数范围后,同样的方式可以连续改参数、重跑、自检,每一轮都留下记录,最后由工程师挑选。
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失效分析中的仿真复核
测试或失效分析中出现异常时,按线索重建器件结构,对比电势和电场分布,帮工程师排查可能的薄弱位置。
