模拟软件在基区方阻实验中的应用

宋玲玲，刘 剑，李 浩

（1.中国电子科技集团公司第四十七研究所，沈阳110032；2.93271部队，沈阳110032）

模拟软件在基区方阻实验中的应用

宋玲玲1，刘 剑1，李 浩2

（1.中国电子科技集团公司第四十七研究所，沈阳110032；2.93271部队，沈阳110032）

随着IC工艺和器件物理研究的进展以及计算机技术的发展成熟，集成电路模拟软件的功能和应用也同步扩展。目前国内大型生产线上几乎均采用了同类软件，主要用于工艺建模、优化工艺流程，一旦模拟与实验拟合较好，建立模型库，将极大的节省实验所需时间、人力和物料。主要采用的是Sentaurus TCAD软件模拟了TTL工艺的基区注入后扩散情况，模拟结果与实验结果非常接近，该结果已经多次应用在产品的研制生产中。

模拟；工艺；结深；方阻

1 引 言

“模拟”英译是simulation，目前国内比较普遍的定义有三类：

（1）一个系统或过程的功能用另一个系统或过程的功能模仿表示；

（2）用能适用于计算机的数学模型表示实际物理过程或系统；

（3）不用实验对问题进行检验［1］。

目前微电子产业发展迅速，工序步骤细化，流片周期越来越长，以工艺试验形式取得最佳工艺条件的传统做法，已经不能满足生产需要。而随着半导体理论知识的深入、数字模拟技术的发展及计算机性能的不断提高，采用以计算机为平台、以半导体理论模型为基础利用数字模拟技术进行工艺及器件性能仿真逐步代替了传统的工艺制造方法，SUPREM－2是1978年就已经成功试制和释放使用的IC工艺模拟软件。由于模拟软件简便高效、节约成本等优点，该类软件迅速占领了市场，目前已经在集成电路生产工艺中起到了不可替代的作用。

2 模拟、实验过程及结论

采用Sentaurus Process工艺级仿真工具模拟TTL型电路的基区注入退火，该软件可以通过模拟及仿真来验证和预期工艺制程中尚存在的设计结构缺陷，甚至是工艺级设计所存在的问题［2］，是目前应用较广的一款TCAD工艺模拟软件。

2.1 模型建立

模拟软件的应用首先需要对基础网格进行定义，接着需要输入选取的衬底材料（包括材料的电阻率、类型及晶向等）、注入杂质（包括杂质类型、注入剂量、能量及偏角等）和扩散条件（包括氧化温度、时间、气体及流量等）等相关信息，最后指定需要输出结果的命令（包括输出方阻、结深和氧化层厚度等指令）。其主要程序语句［3］如下：

2.1.1 初始化网格

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 定义电阻率为5的N＜111＞硅片

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

2.1.3 注入基区需要硼杂质

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

2.1.4 扩散包括温度时间气氛

diffuse temp＿ramp＝T＿E4110A

2.1.5 提取结果

（1）提取氧化层厚度

sel z＝l

set xB1［interface Oxide／Silicon y＝1］

set xB2［interface Oxide／Gas y＝1］

puts＂DOE：OxB［expr（$xB1－$xB2）］＂

（2）提取结深

select z＝＂NetActive＂

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

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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 模拟结果

程序语言中的dose＝＠zhuru＠为可变参数，本论文模拟的注入剂量分别为3.0E14、4.5E14、 5.5E14和6.5E14四个值，对应的模拟结果如表1所示。

表1 不同注入剂量对应的模拟结果

2.3 实验过程及结论

采用相同条件的生产线进行流片，选用电阻率为5的N＜111＞型单晶硅片，注入不同剂量的11B＋后进行清洗、氧化扩散，具体实验结果如表2所示。这里需要指出的是，本实验测试数据是任意五点取值，且由于实际注入氧化屏蔽层的厚度不均匀，及注入、氧化扩散的不均匀性，以及测试误差都能造成差异。

表2 不同注入剂量对应的实验结果

3 模拟结果优化及实验对比分析

通过实验和模拟结果的对比可以看出，无论是氧化层厚度、方阻或是结深的测试结果都与模拟结果十分接近。为了绘制趋势图，随后又进行了2.0E15、2.5E15、3.0E15、3.5E15四个不同注入剂量的实验，具体结果如表3所示。

表3 扩展实验结果表

利用语句中temp＿ramp＝T＿E4110A调整氧化程序，优化模拟结果，与实验数据统计结果如表4所示。

依据表4绘制趋势图，如图1所示。

4 结论评价

集成电路工艺不断发展，如何缩短开发周期并控制开发资金投入是新工艺开发的重要课题，虚拟环境下进行工艺设计为新工艺开发提供了一条低成本且高效的途经［4］。借助于TCAD虚拟FAB系统，可以完成从器件设计到器件模型参数的提取等工艺开发的所有工作。然而想要建立适合自己生产线上的标准模型，就必须完成单步工艺实验检验，优化模拟程序使模拟结果更加接近实验结果，最终建立的模型库才能应用于该生产线上正式产品的研制生产过程。

目前本论文模拟的基区注入模型已经应用于生产线上双极产品的生产，产品测试正常，且该模型在TTL工艺的新品研制过程中具有指导意义，直接应用不仅节省了研制周期，而且节省了大量实验成本。

表4 实验数据及优化后的模拟结果

图1 模拟及实验数据趋势对比图

［1］阮刚等.集成电路工艺和器件的计算机模拟［M］.上海：复旦大学出版社，2007.

［2］张宪敏，李惠军，侯志刚，于英霞，等.新一代纳米级器件物理特性仿真工具—SenTaurus Device［J］.纳米器件与技术，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］关彦青，程东方，王邦麟.用TCAD进行IC新工艺的开发［J］.微计算机信息，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，工程师，硕士研究生，主研方向：微电子学与固体电子学。

2014－04－22