模擬軟件在基區(qū)方阻實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用

宋玲玲，劉 劍，李 浩

（1.中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第四十七研究所，沈陽110032；2.93271部隊(duì)，沈陽110032）

模擬軟件在基區(qū)方阻實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用

宋玲玲1，劉 劍1，李 浩2

（1.中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第四十七研究所，沈陽110032；2.93271部隊(duì)，沈陽110032）

隨著IC工藝和器件物理研究的進(jìn)展以及計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展成熟，集成電路模擬軟件的功能和應(yīng)用也同步擴(kuò)展。目前國(guó)內(nèi)大型生產(chǎn)線上幾乎均采用了同類軟件，主要用于工藝建模、優(yōu)化工藝流程，一旦模擬與實(shí)驗(yàn)擬合較好，建立模型庫(kù)，將極大的節(jié)省實(shí)驗(yàn)所需時(shí)間、人力和物料。主要采用的是Sentaurus TCAD軟件模擬了TTL工藝的基區(qū)注入后擴(kuò)散情況，模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果非常接近，該結(jié)果已經(jīng)多次應(yīng)用在產(chǎn)品的研制生產(chǎn)中。

模擬；工藝；結(jié)深；方阻

1 引 言

“模擬”英譯是simulation，目前國(guó)內(nèi)比較普遍的定義有三類：

（1）一個(gè)系統(tǒng)或過程的功能用另一個(gè)系統(tǒng)或過程的功能模仿表示；

（2）用能適用于計(jì)算機(jī)的數(shù)學(xué)模型表示實(shí)際物理過程或系統(tǒng)；

（3）不用實(shí)驗(yàn)對(duì)問題進(jìn)行檢驗(yàn)［1］。

目前微電子產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，工序步驟細(xì)化，流片周期越來越長(zhǎng)，以工藝試驗(yàn)形式取得最佳工藝條件的傳統(tǒng)做法，已經(jīng)不能滿足生產(chǎn)需要。而隨著半導(dǎo)體理論知識(shí)的深入、數(shù)字模擬技術(shù)的發(fā)展及計(jì)算機(jī)性能的不斷提高，采用以計(jì)算機(jī)為平臺(tái)、以半導(dǎo)體理論模型為基礎(chǔ)利用數(shù)字模擬技術(shù)進(jìn)行工藝及器件性能仿真逐步代替了傳統(tǒng)的工藝制造方法，SUPREM－2是1978年就已經(jīng)成功試制和釋放使用的IC工藝模擬軟件。由于模擬軟件簡(jiǎn)便高效、節(jié)約成本等優(yōu)點(diǎn)，該類軟件迅速占領(lǐng)了市場(chǎng)，目前已經(jīng)在集成電路生產(chǎn)工藝中起到了不可替代的作用。

2 模擬、實(shí)驗(yàn)過程及結(jié)論

采用Sentaurus Process工藝級(jí)仿真工具模擬TTL型電路的基區(qū)注入退火，該軟件可以通過模擬及仿真來驗(yàn)證和預(yù)期工藝制程中尚存在的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)缺陷，甚至是工藝級(jí)設(shè)計(jì)所存在的問題［2］，是目前應(yīng)用較廣的一款TCAD工藝模擬軟件。

2.1 模型建立

模擬軟件的應(yīng)用首先需要對(duì)基礎(chǔ)網(wǎng)格進(jìn)行定義，接著需要輸入選取的襯底材料（包括材料的電阻率、類型及晶向等）、注入雜質(zhì)（包括雜質(zhì)類型、注入劑量、能量及偏角等）和擴(kuò)散條件（包括氧化溫度、時(shí)間、氣體及流量等）等相關(guān)信息，最后指定需要輸出結(jié)果的命令（包括輸出方阻、結(jié)深和氧化層厚度等指令）。其主要程序語句［3］如下：

2.1.1 初始化網(wǎng)格

line x loc＝0.0 tag＝SiTop spacing＝0.05

line x loc＝6 tag＝SiBottom spacing＝0.05

line y loc＝0.0 tag＝left spacing＝0.05

line y loc＝1 tag＝Right spacing＝0.05

2.1.2 定義電阻率為5的N＜111＞硅片

init concentration＝［CalcConcfromResistivity Silicon Phosphorus 5］field＝Phosphorus wafer.orient＝111！DelayFullD

2.1.3 注入基區(qū)需要硼雜質(zhì)

implant Boron dose＝＠zhuru＠energy＝60 tilt＝7 rot＝0

2.1.4 擴(kuò)散包括溫度時(shí)間氣氛

diffuse temp＿ramp＝T＿E4110A

2.1.5 提取結(jié)果

（1）提取氧化層厚度

sel z＝l

set xB1［interface Oxide／Silicon y＝1］

set xB2［interface Oxide／Gas y＝1］

puts＂DOE：OxB［expr（$xB1－$xB2）］＂

（2）提取結(jié)深

select z＝＂NetActive＂

set xB0［interpolate Silicon y＝1 value＝0］

大屏在線教育作為教育行業(yè)的新風(fēng)口，持續(xù)成為資本市場(chǎng)的熱點(diǎn)，行業(yè)內(nèi)并購(gòu)融資頻發(fā)，一大批在線教育企業(yè)涌現(xiàn)。甚至有人斷言，未來30年，互聯(lián)網(wǎng)將是最好的“學(xué)區(qū)”。海信電視在大屏在線教育的細(xì)分市場(chǎng)方面，已搶占先機(jī)，取得了絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。

set xB3［lindex$xB0 0］

set xB4［interface Oxide／Silicon y＝1］

puts＂DOE：Xj［expr（$xB3－$xB4）］＂

（3）提取方阻

SheetResistance y＝1

Set sheetresistance［SheetResistance y＝1］

Puts“DOE：SheetR”

2.2 模擬結(jié)果

程序語言中的dose＝＠zhuru＠為可變參數(shù)，本論文模擬的注入劑量分別為3.0E14、4.5E14、 5.5E14和6.5E14四個(gè)值，對(duì)應(yīng)的模擬結(jié)果如表1所示。

表1 不同注入劑量對(duì)應(yīng)的模擬結(jié)果

2.3 實(shí)驗(yàn)過程及結(jié)論

采用相同條件的生產(chǎn)線進(jìn)行流片，選用電阻率為5的N＜111＞型單晶硅片，注入不同劑量的11B＋后進(jìn)行清洗、氧化擴(kuò)散，具體實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表2所示。這里需要指出的是，本實(shí)驗(yàn)測(cè)試數(shù)據(jù)是任意五點(diǎn)取值，且由于實(shí)際注入氧化屏蔽層的厚度不均勻，及注入、氧化擴(kuò)散的不均勻性，以及測(cè)試誤差都能造成差異。

表2 不同注入劑量對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果

3 模擬結(jié)果優(yōu)化及實(shí)驗(yàn)對(duì)比分析

通過實(shí)驗(yàn)和模擬結(jié)果的對(duì)比可以看出，無論是氧化層厚度、方阻或是結(jié)深的測(cè)試結(jié)果都與模擬結(jié)果十分接近。為了繪制趨勢(shì)圖，隨后又進(jìn)行了2.0E15、2.5E15、3.0E15、3.5E15四個(gè)不同注入劑量的實(shí)驗(yàn)，具體結(jié)果如表3所示。

表3 擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)結(jié)果表

利用語句中temp＿ramp＝T＿E4110A調(diào)整氧化程序，優(yōu)化模擬結(jié)果，與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表4所示。

依據(jù)表4繪制趨勢(shì)圖，如圖1所示。

4 結(jié)論評(píng)價(jià)

集成電路工藝不斷發(fā)展，如何縮短開發(fā)周期并控制開發(fā)資金投入是新工藝開發(fā)的重要課題，虛擬環(huán)境下進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)為新工藝開發(fā)提供了一條低成本且高效的途經(jīng)［4］。借助于TCAD虛擬FAB系統(tǒng)，可以完成從器件設(shè)計(jì)到器件模型參數(shù)的提取等工藝開發(fā)的所有工作。然而想要建立適合自己生產(chǎn)線上的標(biāo)準(zhǔn)模型，就必須完成單步工藝實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)，優(yōu)化模擬程序使模擬結(jié)果更加接近實(shí)驗(yàn)結(jié)果，最終建立的模型庫(kù)才能應(yīng)用于該生產(chǎn)線上正式產(chǎn)品的研制生產(chǎn)過程。

目前本論文模擬的基區(qū)注入模型已經(jīng)應(yīng)用于生產(chǎn)線上雙極產(chǎn)品的生產(chǎn)，產(chǎn)品測(cè)試正常，且該模型在TTL工藝的新品研制過程中具有指導(dǎo)意義，直接應(yīng)用不僅節(jié)省了研制周期，而且節(jié)省了大量實(shí)驗(yàn)成本。

表4 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及優(yōu)化后的模擬結(jié)果

圖1 模擬及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)趨勢(shì)對(duì)比圖

［1］阮剛等.集成電路工藝和器件的計(jì)算機(jī)模擬［M］.上海：復(fù)旦大學(xué)出版社，2007.

［2］張憲敏，李惠軍，侯志剛，于英霞，等.新一代納米級(jí)器件物理特性仿真工具—SenTaurus Device［J］.納米器件與技術(shù)，2007（6）：299－304.ZHANG Xian min，LIHui jun，HOU Zhi gang，YU Ying xia.New Generation Physical Characteristic Simulation Tool of Nano－Level Device－－Sen Taurus Device［J］.Nanoelectronic Device＆Technology，2007（6）：299－304.

［3］Synopsys.Sentaurus device user guide［Z］.Synopsys Version Y－2006.06，2006.

［4］關(guān)彥青，程?hào)|方，王邦麟.用TCAD進(jìn)行IC新工藝的開發(fā)［J］.微計(jì)算機(jī)信息，2006，22（28）：131－133，169.Guan Yan qing，Cheng Dong fang，Wang Bang lin.Using TCAD In ICProcess Development［J］.Control＆Automation，2006，22（28）：131－133，169.

Application of Simulation Software in Square Resistance Experiment of the Base Regain

SONG Ling－ling1，LIU Jian1，LIHao2
（1.The47th Research Institute of China Electronics Technology Group Corporation，Shenyang 110032，China；2.93271 Troops，Shenyang 110032，China）

With the progress of the IC technology and device physics research and the developmentof computer technology，function and application of the integrated circuit simulation software is also synchronized expansion.For processmodeling and optimization of process procedure，the same software is almost used in the domestic large production line.As the simulation and experiment fitting are better，the establishment of model base will greatly save the time for the experiment，the manpower and materials.The Sentaurus TCAD software is used to simulate the situation of the base region spread after injection of TTL process.The simulation results are close to the experimental ones，which are used in the development and production of the product formany times.

Simulation；Process；Junction depth；Junction depth

10.3969／j.issn.1002－2279.2014.06.005

TN402

：A

：1002－2279（2014）06－0014－03

宋玲玲（1982－），女，河北深州人，工程師，碩士研究生，主研方向：微電子學(xué)與固體電子學(xué)。

2014－04－22