连接虚拟晶圆制造建模与器件级TCAD仿真

大多数过程/设备模拟工具都是基于tcad的。我的意思是，它们共享一个连接过程模拟器和设备模拟器的公共平台，通常使用相同的网格结构。大多数这些TCAD工具都是基于有限元的，最终的三维网格结构本质上是四面体的。网状结构包含许多节点，这些节点定义了创建物理结构(在大多数情况下是晶体管)所需的众多复杂方程组的求解点，并解决了器件的电特性。TCAD的缺点之一是需要计算时间来得到一个解决方案——过程模型解决方案和设备电气解决方案。一个更大的模型区域(例如多个晶体管和/或SRAM单元)通常意味着更长的模拟时间。

Coventor的虚拟晶圆制造方法解决了这一挑战。我们的过程建模平台结合了金标模拟有限公司(GSS)的统计设备TCAD工具套件，以产生SRAM设备级的模拟能力，捕捉真实的过程诱发的统计变化。统计设备建模的最终目标是捕获物理相关工艺参数的内在变化。Coventor SEMulator3D过程建模能力和GSS统计TCAD模拟器GARAND的结合实现了这一目标。

最近，我们使用了通用的16nm FinFET SRAM电池，证明了与GSS合作的好处。目标是在SEMulator3D中对通用SRAM单元建模，并捕捉由特定的Fin模块工艺变化决定的Fin剖面变化，例如Fin蚀刻工艺-深度和角度。记录过程(POR)翅片蚀刻模块被设置为100nm的标称深度，标称蚀刻角度为7o。鳍暴露STI凹槽蚀刻名义上设置为31nm深。然后，每个流程模块步骤都会在DOE上下文中发生变化，从而导致最终Fin剖面的统计变化。

与典型的TCAD工具相比，SEMulator3D的主要优势在于它能够非常快速地对大片区域进行建模，这要归功于它基于体素的网格和计算引擎。在这次GSS/Coventor合作中，一个16nm FinFET SRAM半单元在SEMulator3D中建模，如下所示。通过MOL对整个16nm FinFET POR进行过程预测所需的计算时间小于1小时。额外的翼型变化模拟显然增加了总计算时间，然而，5路3因素(15次总运行)变化研究仅在几个小时内完成。SRAM单元设计从Coventor的标准布局编辑器中导入，使用工业标准GDSII数据格式。

SEMulator3D能够输出四面体网格，便于导入标准的TCAD工具，以及基于单轴体素的网格。四面体网格输出如下所示，单个上拉(PU)、下拉(PD)和通门(PG)晶体管被裁切和输出，以及用于单晶体管模拟研究。先进的建模能力允许多种工艺参数的变化，例如芯轴间隔宽度，它定义了初始鳍的宽度，以研究鳍的轮廓对单个晶体管性能的影响。

最终的替代金属栅(RMG)设备横截面由一组校准的高k参数值精确建模，这些参数值真实地代表了现有公布的数据。

在GSS TCAD工具GARAND中模拟了PU和PD器件，PU器件的电(孔密度剖面)特征如下所示。孔密度作为偏置条件的函数(中间图显示的是鳍截面)是优化器件性能的一个重要特征。右图为通道中部从源到漏的三维孔密度等值线图。注意分散的掺杂原子遍布整个装置的主体。另外的变差建模和TCAD模拟正在进行中，并将在不久的将来报告。