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坐标系统与变换
NOTE
原文来源：Sentaurus Structure Editor User Guide, Version W-2024.09, Synopsys, Inc. PDF 源页码：第 4 章，对应 PDF 第 151–165 页
工作平面
工作平面（Work Plane）是二维建模的基准平面：
- 在三维建模中，你可以将工作平面旋转到任意方向
- 所有二维绘制操作都在当前工作平面上进行
- 拉伸垂直于工作平面
设置工作平面：Geometry > Work Plane
局部坐标系统
可以创建局部坐标系统，方便相对于现有特征定位：
- 定义原点
- 定义坐标轴方向
- 后续变换可以相对于局部坐标系进行
使用场景：
- 器件中有重复单元
- 相对于已有特征定位新结构
- 参数化设计中方便修改整体位置
器件缩放
整体缩放整个结构：
Geometry > Transform > Scale
- 输入缩放因子
- 可以均匀缩放，也可以各向异性缩放
WARNING
缩放会改变所有坐标，确认单位是否匹配后再操作。
实体变换：缩放、平移、旋转、反射
局部缩放
entity:scale Scheme 函数对选中实体进行局部缩放，保持其他部分不变。
区别：
- 全局缩放：整个结构一起缩放
- 局部缩放：仅选中实体缩放，不改变其他实体位置
平移
entity:translate 平移选中实体指定偏移量。
旋转
entity:rotate 绕指定轴旋转选中实体指定角度（弧度制）。
反射
entity:reflect 对指定平面反射生成镜像。
Scheme 变换函数
scheme
; 缩放
(sdegeo:scale entity scale-factor)
; 平移
(sdegeo:translate entity dx dy dz)
; 旋转
(sdegeo:rotate entity axis point angle)
; 反射
(sdegeo:reflect entity plane-point plane-normal)工艺流程化建模：蚀刻与沉积
工艺仿真概述
SDE 不仅可以手工创建结构，还可以模拟光刻工艺流程，从 mask 布局生成结构，模拟沉积、蚀刻等工艺步骤。
基准坐标系统取向
有两种常用坐标系统取向：
| 取向 | 描述 | 适用 |
|---|---|---|
| 统一取向 | 晶圆平面 = xy 平面，厚度方向 = z 轴，生长方向沿 +z | 大部分平面器件 |
| 传统（DF–ISE）取向 | 晶圆平面 = xz 平面，厚度方向 = y 轴 | 兼容旧版 ISE TCAD 习惯 |
选择：Process > Select Coordinate Orientation
Mask 布局输入与 Mask 生成
- 导入 GDSII 格式掩模布局
- SDE 根据层次定义生成对应区域
- 可以对 mask 进行偏移（bias）操作，改变线宽
TCAD Layout Reader
SDE 内置 TCAD Layout Reader 可以：
- 读取 GDSII 文件
- 按层提取几何
- 直接创建对应区域
使用：Process > Load Mask Layout
查找层名和层 ID
导入后可以列出所有层：
scheme
(tcad-layout:get-layer-names)应用拉伸
导入 mask 后，沿深度方向拉伸生成三维结构：
scheme
(tcad-layout:extrude layer-name thickness material)选择仿真域
确定整个仿真结构的 bounding box：
- 包括所有结构
- 留出足够边界
创建并使用 Mask
scheme
; 创建新 mask
(define mymask (sde-process:new-mask))
; 添加矩形
(sde-process:add-rectangle mymask x1 x2 y1 y2)
; 完成定义，生成几何
(sde-process:generate-regions mymask material)偏移 Mask
对整个 mask 进行偏置（biasing）：
- 正偏移 = 扩大
- 负偏移 = 缩小
scheme
(sde-process:offset-mask mymask offset)支持坐标系统取向
SDE 自动遵循当前选择的坐标系统取向，不需要手动变换坐标。
布局驱动的接触分配
根据布局中特定层自动创建接触：
- 层图形对应接触区域
- 自动命名并激活
布局驱动的网格划分
根据布局层定义自动创建网格细化窗口，方便陡峭掺杂梯度区域加密网格。
工艺仿真命令
语法与关键字
工艺仿真命令遵循 Scheme 语法，每个步骤定义操作类型、材料、区域和参数。
算法
SDE 提供多种工艺仿真算法：
| 算法 | 说明 |
|---|---|
lop-move | 移动水平算法 |
lopx | 扩展水平算法 |
PT | 像素追踪算法 |
sweep | 扫描线算法 |
不同算法对特定结构精度和性能有差异，默认 lop-move 通常够用。
限制：混合模型处理
当模型同时包含 SDE 创建的几何和 Process 仿真步骤生成的几何，有一些拓扑限制，保持每个步骤连通性通常没问题。
工艺仿真步骤
定义域
scheme
(define domain (sde-process:define-domain material))生成衬底
scheme
(sde-process:substrate thickness material)图形化（Patterning）
Photo 步骤定义光刻开窗：
scheme
(sde-process:photo mask-name material)关键字组合：
anisotropic：各项异性刻蚀（垂直刻蚀到底）isotropic：各项同性刻蚀（侧向也刻蚀）
沉积（Deposition）
scheme
(sde-process:deposition thickness material)关键字：
anisotropic：各项异性沉积（ conformal 保形）isotropic：各项同性沉积directional：定向沉积
刻蚀（Etching）
scheme
(sde-process:etching)关键字控制刻蚀各向异性，类似 photo。
填充（Fill）
填充空洞到指定材料。
抛光（Polishing）
化学机械抛光，磨掉顶部到指定平面。
互连层生成
自动生成多层互连结构，包括介质和金属。
形状库
SDE 提供常见光刻形状的 Scheme 快速构造函数：
| 函数 | 说明 |
|---|---|
PolygonSTI | STI 沟槽多边形 |
PolygonWaferMask | 晶圆掩模多边形 |
PolyHedronCylinder | 多棱柱圆柱 |
PolyHedronEllipticCylinder | 多棱柱椭圆柱 |
PolyHedronSTI | STI 多面体 |
| ... | ... |
这些封装好的函数可以直接调用，减少手写重复代码。
去除材料
(sde-process:remove-material region) 删除选中材料区域。
本章小结
- 工作平面决定二维绘制方向，拉伸垂直于工作平面
- 局部变换（缩放/平移/旋转/反射）方便精细调整
- 工艺仿真可以从 mask 布局一步步生长出结构，接近实际制造流程
- 选择正确坐标取向避免后续翻转