22 双轴应变材料温度特性研究
结构（三维结构显示需要使用Tonyplot3d)，可显示的信息包括几何结构，材料特性，器件仿真得到的电学、光学和热学信息等。如图3.2.2Tonyplot显示的二维器件中的载流子迁移率分布示意图，图3.2.3为Tonyplot显示的器件仿真的沟道载流子迁移率特性曲线。
Tonyplot可以将显示结果导出图片，也可将结构中的信息导出，这样就能清楚地获取仿真的数据结果，以便进行处理。
图3.2.2 载流子迁移率分布
图3.2.3 沟道迁移率曲线
3、 ATHENA
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能对所有关键制造歩骤〔离子注
第三章 应变SiGe模型的仿真验证及Ge组分对应力的影响 23
入，扩散，刻蚀，淀积，光刻以及氧化等）进行快速精确的模拟。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几何参数，揍杂剂量分布和应力。优化设计参数使速度、产量、击穿、泄漏电流和可靠性达到最佳结合。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。
ATHENA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。
设计输入 设计输出
工艺步骤 ATHENA 工艺模拟软件 图3.2.4：ATHENA输入输出
一维和二维结构 电阻和CV分析 E-test数据分析 涂层和刻蚀外形 输出结构到ATLAS 材料厚度，结深 CD外形，开口槽 GDS版图 掩膜层 4、 ATLAS
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-IV、 或聚合义/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、 HEMET 、FIN和HBT丁等。
ATLAS器件仿真软件的主要模块有S-Pisces二维硅器件模拟器)，Device3D(三
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维硅器件模拟器)，Blaze2D/3D（高级材料的二维/三维器件模拟器)，TFT2D/3D(无定型和多晶体二维/三維模拟器),VCSELS模拟器，Laser(半导体激光/二极管模拟器),Luminous2D/3D (光电子器件模块),Ferro(铁电场相关的介电常数模拟器)等。
5、 DevEdit2D/3D结构和Mesh编辑器
器件编辑器DevEdit2D/3D可以编辑得到器件结构。器件编辑器有很多优点，如器件编辑器的结构区域是由一系列特定位置的点构成的，所以结构的边界可以很灵活，而且还可以从工艺仿真得到的结枸基础上进行编辑。
设计输入 设计输出
器件结构的电压和直/交
从ATHENA流电流
或DevEdit中 相对IV的器件参数变动直接输入结构 数据
不同变量的二维等位线
器件描述
C-V曲线 ATLAS 期间模拟软件
瞬态和频域的优点数值 C解释器功能
用语UTMOST SPICE建
模系统的I-V过程文件 图层轮廓
S,Y,H,Z和ABCD参数
图3.2.5为ATLAS的输入输出框架
在熟悉Silvaco的使用方法以及了解其中的各种工艺模型和器件模型之后，设置恰当的网格，选择合适的工艺模型或器件模型，不断优化模型参数，最后可以在Tonyplot中看到仿真结果。
第三章 应变SiGe模型的仿真验证及Ge组分对应力的影响 25
3.3 双轴应变SiGe的物理模型仿真及分析
本论文的工作主要基于双轴应变SiGe材料的研究分析，因此首先对应变SiGe模型中的应力分布进行仿真验证，为后续的工作打下基础。
其次，在Silvaco软件中建立双轴应变SiGe的模型：在Si衬底上外延生长15nm的SiGe层，SiGe层的Ge组分为0.32，在SiGe层上淀积8nm的Si，（100）晶向。运用Silvaco软件对其进行仿真并加以分析。仿真结果如图3.3.1~3.3.5所示。
图3.3.1 应变SiGe/Si中的XX方向应力分布
从图3.3.1中可以很清晰的看到，应变SiGe中越靠近中间部分XX方向的应力越大，向两侧呈辐射状梯次减小，并且可以很明显看到Si中XX方向的应力为正值，SiGe中XX方向的应力为负值，说明应变SiGe在XX方向受到的是压应力，Si中有较小的正的XX方向的应力，受到微弱的张应变。显然这与我们熟知的实际情况相符合。
由于Ge的晶格大小比Si的晶格大4.2%左右，因此，在Si衬底上外延生长一层SiGe，SiGe的晶格会被压缩至趋近于Si的晶格大小，因此SiGe产生XX方向的压应变，应力为压应力；而在SiGe和Si的界面处，SiGe晶格与Si晶格发生相互作用：由于SiGe产生压应变，且有恢复自身晶格大小的趋势，因此会对界面处的Si晶格
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产生相应的张应力，即使Si晶格产生微弱的张应变，因此Si中会受到微弱的张应力。同时，由于SiGe晶格有恢复自身晶格大小的趋势，自界面处SiGe逐渐发生微弱弛豫，应力梯次释放。
仿真图中的应力变化趋势正好拟合了实际的应变SiGe情况。
图3.3.2 Cutline中x=0处的XX方向的应力曲线
单位换算：dyne/cm2=0.1Pa
从Si衬底往上看，得到x=0处的应力曲线如图3.3.2所示，有上面应变SiGe的理论分析可知，在Si和SiGe的界面附近受到的张应力最大，即曲线中左侧第一个极值，张应力极大值为0.9GPa，从衬底到该极值点，Si中的张应力从0逐渐增大。在界面附近，应力由Si中张应力快速变化为SiGe中的压应力，同时界面处的SiGe受到最大的压应力，即图中左侧第二个极值点，压应力极小值为-1.05GPa.而在SiGe层的中间，受到的压应力最小，其值为-0.9GPa。模拟出来的应力大小的数量级与众多参考文献所测量的应变SiGe的应力大小相吻合。
图3.3.3显示的是应变SiGe层中y=0.015处受到的XX方向的应力的变化示意
图，从图中可以看到，应变SiGe层中的应力强度从中间向两侧逐渐减小。