Nominal Simulation

• Startujemy Syprusa poprzez dwukrotne kliknięcie na jego ikonie. Wyświetlony zostanie menu pasek menu na którym aktywne jedynie będą menu: apple, File i Process.

• Wybieramy polecenie Open... z menu File. To bedzie oznaczalo, ze chcemy otworzyc istniejacy plik procesu (process file). Program wyświetli następujące okienko dialogowe:

  

  Jest to standardowe okienko dialogowe Macintosha z dwoma dodatkowymi przyciskami nazwanymi: SYPRUS files i SYPRUS and TEXT files. Domyślnie w okienku wyboru pliku wyświetlane są jedynie pliki procesów stworzone przez Syprusa. Tak długo jak będziemy pracowali jedynie na komputerach Macintosh, nie będziemy mieli potrzeby korzystania z innych plików. Jednakże implementacje Syprusa na inne systemy komputerowe mogą tworzyć pliki, które są kompatybilne z plikami Macintosha, ale są widziane jako pliki tekstowe na Macintoshach. Jeżeli wybierzesz opcję SYPRUS and TEXT files, zostaną wyświetlone wszystkie pliki tekstowe i będziesz mógł wybrać odpowieni plik. To może być użyteczne jeżeli będziesz kiedykolwiek chciał przenieść na swojego Macintosha pliki Syprusa stworzone na innym komputerze.

• Wybierz plik nCMOS0.7 (w katalogu Processes) i kliknij na przycisk Open. Syprus wyświetli dwa okna: okno procesu (z lewej strony ekranu) i okno danych fizycznych (z prawej) jak to pokazuje poniższy rysunek:

  

  W pasku tytułu okna procesu wyświetlona jest nazwa pliku procesu (process file). Okno zawiera opis procesu (etapy tworzenia układu i wartości parametrów procesu takich jak temperatura, czasy trwania, domieszkowania, itp) i pewne dodatkowe dane. Okno danych fizycznych zawiera dane numeryczne dwóch rodzajów: parametry modeli matematycznych procesu technologicznego i niektóre dane numeryczne powiązane z procesem symulowanym, które nie są parametrami etapów wytwarzania. Te dane są przechowywane w pliku z danymi fizycznymi (physical data file). Nazwa pliku z danymi fizycznymi który jest powiązany z danym plikiem procesu przechowywana jest w tym pliku procesu. W tym przykładzie plik procesu nCMOS0.7 jest powiązany z plikiem danych fizycznych nCFIZ0.7. Oba pliki zwykle przechowywane są w tym samym katalogu.

  Możliwe problemy:
  • 

    Jeżeli Syprus nie może znaleźć pliku z danymi fizycznymi, którego nazwa jest przechowywana w pliku procesu, wyświetlone będzie okno dialogowe pokazane po prawej. Jeżeli odwołamy to okienko przez naciśniecie przycisku Yes program wyświetli okno dialogowe wyboru pliku i będziemy mogli wybrać położenie i otworzyć odpowiedni plik danych fizycznych. Jeżeli klikniemy No, żadne pliki nie zostaną otworzone.

• Zmień rozmiar okna procesu (używając przycisku powiększania okna w dolnym prawym rogu lub przycisku zmiany rozmiaru w górnym prawym rogu) tak, aby cała jego szerokość stała się widoczna.

  

  Teraz spójrzmy na górną część okna. Pierwsza linia mówi nam jaki rodzaj procesu jest opisany w tym pliku i jaka warstwa półprzewodnika jest użyta. Następne 6 linii opisuje pierwszy etap procesu.

  Te linie opisują:
  • jaka jest nazwa tego etapu (First oxidation)
  • jaka operacja jest wykonywana (oxidation)
  • jak ta operacja jest wykonywana ("wet" oxidation - oznacza utlenianie z obecnością pary w otoczeniu utleniającym)
  • jakie są parametry tego etapu (czas, temperatura i częsciowe ciśnienie tlenu w tym przypadku).

  Zauważmy, że nazwy tych parametrów są zapisane skrótami i każdy parametr charakteryzowny jest przez swoją wartość nominalną, globalne standardowe odchylenie, lokalne standardowe odchylenie i swój promieniowy współczynnik zmiany. Dokładne znaczenie tych wielkości będzie opisane później. Jak zobaczymy, wszystkie te wartości możemy zmienić.

  W ten sam sposób wszystkie następne kroki procesu są opisane. Oczywiście, zawartości opisów zależą od rodzaju etapu procesu.

• Kliknij dwukrotnie na jednej z linii parametrów procesu, np. linia która definiuje dawkę domieszki podczas tworzenia studni (min. linia WELLIMPDOSE). Linia będzie zaznaczona i okienko dialogowe edycji danych będzie wyświetlone. Okno to pokazuje całą nazwę parametru, minimalną i maksymalną wartość parametru i jego jednostkę. Dodatkowo okienko dialogowe zawiera cztery pola edycji gdzie nominalne wartości takie jak globalne i lokalne odchylenie standardowe i promieniowy współczynnik zmiany mogą być zmienione.

• Zmień wartość nominalną np. na 2.5e+13 i kliknij przycisk OK. Okienko zniknie i nowa nominalna wartość zastąpi starą w linii parametru. W ten sam sposób można edytować inne wartości w lini parametru.

  Uwaga: Można edytować jednynie parametry procesu, ale nie można zmieniać kolejności kroków wykonywanych w procesie, ich nazw, typow itp.

• Przewiń okienko aż osiągniemy dolną część okna.

  

  Linia END OF PROCESS (poniżej opisu ostatniego etapu procesu) dzieli okno na dwie cześci: część opisującą proces i cześć definiującą urządzenie. Część definiująca urządzenie zawiera dwie listy: listę tranzystorów MOS z kanałem typu n i listę tranzystorów MOS z kanałem typu p. Każda z tych list musi zawierać przynajmniej jeden tranzystor. Więcej tranzystorów może być dodanych, i maksymalna ich ilość to dziewieć. Dla każdego tranzystora podane są jego współrzędne w chip-ie i wymiary jego kanału. Te wymiary są charakteryzowane przez ich nominalne wartości, globane standardowe odchylenia, lokalne standardowe odchylenia i ich promieniowe współczynniki zmiany. Jak zobaczymy, współrzędne i wymiary są edytowalne. Będziemy także mogli dodać więcej tranzystorów do listy.

• Kliknij dwukrotnie na lini Width (lub Length). Wyświetlone zostanie okienko edycji danych. Możemy edytować rozmiary kanału tranzystora w ten sam sposób jak zmienialiśmy parametry etapów procesu. Kiedy zakończymy edycje naciskając przycisk OK, stare wartości zostaną zastąpione nowymi.

• Dwukrotnie kliknij na linie tranzystora 1 w liście elementów NMOS.

  Zostanie wyświetlone okienko dialogowe elementu. W tym oknie można zmieniać rozmiary tranzystora i jego pozycje w układzie, oraz dodatkowe atrybuty w dwóch pola typu checkbox. Pozostaw wszystkie wymiary i współrzędne, oraz pozostałe pola takimi jakie są. Kliknij na przycisku More. To samo okienko dialogowe zostanie ponownie wyświetlone. Jednakże numer tranzystora jest zmieniony na 2. Możemy zmienić wszystkie dane dla drugiego tranzystora. Jeżeli zamkniemy okienko używając przycisku Done, drugi tranzystor będzie dodany do listy elementów. Nie używamy na razie innych przycisków.

  Uwaga: Możesz przywołać te same okienka używając poleceń z menu Devices

Opanowaliśmy już, jak możemy zmieniać dane procesu technologicznego i jak definiowane są elementy MOS. Teraz przejdziemy do opisu okna danych fizycznych.

• Zmieńmy rozmiar okna danych fizycznych (physical data window), tak byśmy uzyskali widoczną całą długość okna. Przewiń teraz okno na sam dół, by widoczna była dolna jego część.

  

  Wszystkie wielkości widoczne w oknie mogą być podzielone na dwie grupy (tak jak jest zaznaczone powyżej przerywaną linią). Pierwsza grupa zawiera parametry modelów matematycznych etapów wytwarzania. Drugą część zawiera wielkości które są niezbędne do kształtowania elementu, ale z różnych powodów nie mogą być określone z symulacji procesu. Niektóre z nich charakteryzują domieszki połprzewodnika (min. dozowanie domieszek NSUB, zmniejszony czas życia nośnika w dozowaniu TAUSUB), inne zawierają wielkości określone przez etapy wytwarzania które są niesymulowane lub wielkości dla których dobre modele nie są znane.

  Możesz wyedytować dane w oknie danych fizycznych dokładnie w ten sam sposób jak dane procesu w oknie procesu. Jakkolwiek, nie jest polecana zmiana jakichkolwiek parametrów matematycznego modelu etapu wytwarzania. Nie zmieniaj ich dopóty, dopoki nie masz absolutnej pewności, że wiesz co robisz. Parametry pochodzą z dużej ilości eksperymentalnych prac dostępych w literaturze i w wielu przypadkach zostały zweryfikowane przez autorów SYPRUSa w wielu eksperymentach na linii produkcyjnej. Dowolne zmiany tych parametrów będą zwykle prowadzić do niewłaściwych lub nawet bezpodstawnych wyników w symulacji

• Kliknij dwukrotnie na lini NSUB. Wyświetli się znajome już nam okienko edycji danych . Zmień domyślną wartość składnika domieszki na np. 2.5e+16 i zamknij okno dialogowe przyciskiem OK. Nowa wartość zastąpi starą w lini z danymi.

• Wybierz polecenie Save As... z menu Fiel. Wyświetli się standardowe okienko dialogowe zapisu plików. Zachowaj plik z danymi fizycznymi pod nową nazwą np. nCFIZ0.7modified, ale zachowaj go w tym samym katalogu w którym przechowywane są pliki procesu.

• Kliknij gdziekolwiek wewnątrz okna procesu (może być potrzebna zmiana rozmiaru lub przesunięcie okna danych fizycznych jeżeli okno procesu zostało schowane pod nim). Okno procesu stanie się aktywne.

• Wybierz polecenie Save As... z menu File Wyświetli się standardowe okienko dialogowe zapisu plików. Zachowaj plik procesu pod nową nazwą np. nCMOS0.7modified w tym samym katalogu w którym przechowywane są oryginalne pliki procesu.

• Wybierz polecenie Close z menu File (lub kliknij na przycisk zamykania w górnym lewym rogu okna procesu). Zauważ, że oba okna - okno procesu i okno danych fizycznych - zniknęły. SYPRUS jest teraz gotowy do otworzenia nowego pliku procesu.

• Wybierz polecenie Open z menu File i otwórz ponownie plik procesu, którego zamknąłeś przed chwilą. Zmodyfikowany plik procesu otworzy się ponownie. Razem z nim automatycznie otworzy się zmodyfikowany plik danych fizycznych. Jak widać, pliki te są ze sobą powiązane logicznie. Obojętnie kiedy zachowasz plik procesu, aktualna nazwa pliku danych fizycznych (widoczna na pasku tytułu okna programu) jest przechowana w pliku procesu. W wyniku tego, kiedy otworzysz ponownie plik procesu, odpowiedni plik danych fizycznych jest równiez otwierany automatycznie (o ile nie został usunięty, lub przeniesiony do innego katalogu). Możesz mieć plik danych fizycznych powiązany z kilkoma róznymi plikami procesu. Jest to użyteczne, kiedy próbujesz różnych wersji tego samego procesu, zmieniając niektóre parametry takie jak: temperatura, czasy, dozowanie, itp.

Do tego miejsca nauczyłeś się jak edytować dane i zarządzać plikami procesu i danych fizycznych. Teraz możesz spróbować przeprowadzić proste symulacje.

• Wybierz polecenie Options z menu Process.

  Wywietli się okienko pokazane po prawej. Jest to okno dialogowe wyboru trybu symulacji (simulation mode dialog). Będziesz go używać do wyboru rodzaju i określenia opcji symulacji. Okno dialogowe podzielone jest na 4 sekcje. Pierwsza (górna) sekcja pozwala wybrać tryb symulacji, przykładowy rozmiar dla symulacji statystycznej, oraz temperaturę dla kształtownia elementu. Druga sekcja pozwala zdecydować jakie pliki wyjściowe powinny być zapisywane. Wyświetlone są ikony reprezentujące wybrane pliki wyjściowe. To pozwala na identyfikacje plików po zakończeniu symulacji. Trzecia sekcja pozwala ustalić szczegółowo zawartość plików wyjściowych stworzonych przez SYPRUS-a w trybie statystycznej symulacji. Przyciski OK i Cancel mają swoje typowe znaczenia. Czwarta (dolna) sekcja kontroluje wyświetlanie pośrednich wyników symulacji podczas w czasie symulacji nominalnej.

  Uwaga: Wszystkie ustawienia są przechowywane w pliku procesu. Jeżeli zachowasz plik procesu, wszystkie aktualne ustawienia zostaną przechowane razem z opisem procesu. Jeżeli później otworzysz z powrotem plik procesu, wszystkie ustawienia zostaną wczytane i dostosowane do symulacji. Oczywiście możesz je zmienić w każdej chwili (tylko nie w czasie, kiedy symulacja jest uruchomiona).

• Ustaw opcje w oknie wyborze trybu symulacji tak jak pokazane jest na rysunku powyżej i zamknij je przyciskiem OK.

• Wybierz polecenie Simulate z menu Process. Wyświetli się okienko "Simulation of the nominal process". Jest to okno postępu procesu (process progress window), na którym są wyświetlane w tekstowej postaci wyniki symulacji po zasadniczych krokach obróbki. Okno to zawiera 3 przyciski nazwane: Profiles, Stop i Continue

• Kliknij na przycisk Continue w oknie postępu procesu (lub naciśnij dowolny klawisz na klawiaturze).

  Po każdym kliknięciu wykona się symulacja jednego lub więcej kroków obróbki i wyniki są wyświetlone w oknie, tak jak pokazane na rysunku po prawej. Możesz przesuwać okno to każdej możliwej pozycji na ekranie, ale nie możesz go zamknąć. Okno postępu procesu jest zawsze wyświetlane kiedy kratka Display intermediate results (Pokaż wyniki pośrednie) jest zaznaczona w oknie wyboru trybu symulacji.

• Kliknij na przycisk Profiles w oknie postępu procesu (lub wybierz polecenie Show Profiles z menu Process).

  Wyświetli się kolejne okienko - "CMOS doping profiles". Jest to okno profilów (profile window) pokazujące profile domieszkowania w wybranych przekrojach struktury CMOS. Okno to może być przemieszczane, mieć zmieniony rozmiar i można je zamknąć. Profile są zaznaczone liniami opisanymi na legendzie w prawej górnej części okna. Na kolorowych ekranach części profilu typu p są wyświetlane na czerwono, podczas gdy części typu n są wyświetlane na niebiesko.

  Oś X (która jest pionowa do powierzchni półprzewodnika) rozpoczyna się na powierzchni i kończy na głębokości określonej w oknie wyboru trybu symulacji. Jednakże, ta głębokość możemy zmodyfikować klikając na przycisku Set depth. Oś Y jest skalowana automatycznie.

  Kratki (checkbox) w górnej częsci okna pozwalają na przełączanie widoczności pojedynczych profili.

• Spróbuj zmienić ustawienia w oknie profilów: zaznacz i odznacz kratki, zmień głębokość. Kiedy skończysz, przywróć okno postępu procesu klikając gdziekolwiek wewnątrz niego i klikając na przycisk Continue lub naciskając dowolny klawisz na klawiaturze.

  Kiedy klikniesz na przycisku Continue (lub naciśniesz dowolny klawisz) przebieg symulacji i zawartość obu okien - okna postępu procesu i okno profilów - zostaną uaktualnione.

• W dalszym ciągu klikaj na przycisku Continue (lub naciskaj dowolny klawisz) dopóki zawartość okna nie wygląda jak na rysunku obok (możesz zachować okno profilów otwarte i obserwować jak profile się zmieniają w miarę postępu procesu, lub możesz zamknąć okno klikając na przycisk zamykania okna). W tym momencie symulacja procesu i kształtowanie elementu są zakończone i okno postępu procesu wyświetla wybrane wyniki kształtowania elementów MOS - tranzystorów MOS z kanałem typu n i tranzystorów MOS z kanałem typu p. Dla każdej klasy elementów MOS wyświetlane są dwie wartości napięcia progowego. Pierwsze jest dla typowego elementu, tj. tranzystora MOS z bardzo dużą długością i szerokością kanału, a drugie jest dla długości kanału pierwszego tranzystora na liście elementów (jak widać w oknie procesu). Są również wyświetlone także inne wielkości, wśród których znajdują się dwa parametry ważne w zastosowaniu: współczynnik dobroci (Γ - body bias coefficient) i transkonduktancja

• Jeszcze raz naciśnij przycisk Continue. Okno dialogowe pokazane po prawej zastąpi okno postępu procesu i zakomunikuje nam, że symulacja nominalna została zakończona i plik wynikowy został zapisany. Plik jest przedstawiony dokładnie w ten sam sposób jak na pulpicie Macintosh-a. Zobaczymy to okno dialogowe zawsze kiedy symulacja jest zakończona, lub zatrzymana. Okno dialogowe powie nam jaki jest stan symulacji i jakie pliki wyjściowe zostały zapisane (jeżeli jakieś zostały zapisane). SYPRUS automatycznie tworzy nazwy plików wyjściowych poprzez dodanie odpowiedniego przyrostka do nazwy pliku procesu. W przypadku pliku z wynikami symulacji nominalnej przyrostekiem jest ".nom".

• Zwolnij okno dialogowe przyciskiem OK i wybierz polecenie Show Results (pokaż wyniki) z menu Process. Na ekranie wyświetli się okno "Results of nominal process". Po prawej możesz zobaczyć jego dolną część. Okno to wyświetla wyniki symulacji procesu i kształtowania elementu w postaci tekstowej. Jest podzielone na dwie części. Górna część pokazuje fizyczne i elektryczne parametry "ogólnych" struktur tranzystora MOS, tj. tranzystorów o bardzo dużych rozmiarach. Dolna część okna pokazuje napięcia progowe dla tranzystorów zdefiniowanych w oknie procesu. Znajdziesz dokładnie ten sam zbiór danych wyjściowych w pliku wyjściowym. Jest to plik tekstowy. Dowolny edytor tekstu otworzy go i wyświetli.

  Teraz symulacja nominalna jest już zakończona i możemy sprawdzić wyniki. Możemy wydrukować zawartość okna procesu, okna danych fizycznych i okna wyników symulacji nominalnej na dowolnej drukarce podłączonej do komputera. Jeżeli nie jesteś zadowolony z wyników, możesz spróbować zmienić ustawienia etapów obróbki w oknie procesu i powtórzyć symulacje.

  Uwaga: Jeżeli w jakiśkolwiek sposób zmienisz dane procesu lub dane fizyczne, wyniki symulacji nie będą dłużej ważne ( tj. nie będą odpowiadać zmodyfikowanemu procesowi i danym fizycznym). Po zmodyfikowaniu danych nie będziesz już w stanie otworzyć okna profilów (profile window) i okien wyświetlających wyniki symulacji nominalnej (odpowiadające im pozycje w menu Process nie będą uaktywnione).

  Jeżeli chcesz przyśpieszyć symulacje, otwórz okno wyboru trybu symulacji (pozycja Options w menu Process) i odznacz kratkę Display intermediate results (Pokaż wyniki pośrednie). Wówczas nie pokaże się okno postępu procesu, i symulacja będzie kontynuowana bez zatrzymywania. Kiedy symulacja jest skończona, będziesz mógł otworzyć okno pokazujące wyniki nominalne jak również okno profilów (profile window).