應(yīng)用SUPREM-III進(jìn)行集成電路擴(kuò)散工藝模擬

趙怡然 劉歡 王健

摘 要：隨著集成電路工藝的不斷發(fā)展，工藝模擬軟件功能也在不斷地改善。本文以擴(kuò)散工藝為例，同時(shí)在計(jì)算機(jī)上采用SUPREM-III軟件進(jìn)行擴(kuò)散初始條件的編輯和工藝模擬，并對(duì)結(jié)果進(jìn)行比較分析，從而避免了擴(kuò)散工藝復(fù)雜的工程計(jì)算。

關(guān)鍵詞：集成電路 SUPREM-III 擴(kuò)散工藝模擬

1.引言

隨著超大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展，集成電路技術(shù)領(lǐng)域的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)，已經(jīng)成為優(yōu)化半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)，提高各種集成電路性能，設(shè)計(jì)開發(fā)和研制半導(dǎo)器件的特性必不可少的技術(shù)手段。我在這個(gè)領(lǐng)域里做了一些技術(shù)工作，深深地體會(huì)到從事集成電路技術(shù)研究的技術(shù)人員必須盡快掌握這一技術(shù)，才能解決工藝中的技術(shù)問題，提高開發(fā)研制新品的能力，從而提高占領(lǐng)及開拓集成電路產(chǎn)品市場(chǎng)的技術(shù)實(shí)力。

SUPREM系統(tǒng)是用于通用集成電路及分力半導(dǎo)體器件工藝的計(jì)算機(jī)模擬系統(tǒng)。當(dāng)今國際上廣泛應(yīng)用的是SUPREM-Ⅳ版，是開發(fā)較為完善的一種工藝模擬器。就集成電路工藝模擬的模擬功能來說，集成電路工藝模擬系統(tǒng)可對(duì)集成平面工藝進(jìn)行全工序、全參數(shù)的順序模擬，同時(shí)也可進(jìn)行單項(xiàng)工藝參數(shù)的模擬，現(xiàn)代集成電路技術(shù)中，工藝模擬無論對(duì)于工藝的研究與開發(fā)還是對(duì)于集成電路產(chǎn)品的工藝設(shè)計(jì)都具有重要的意義。計(jì)算機(jī)上采用SUPREM-III完成離子注入工藝初始條件的編輯和離子注入工藝模擬，并對(duì)模擬結(jié)果曲線進(jìn)行比較，并在VC6.0環(huán)境下編程模擬N＋源、漏區(qū)的典型SUPREM運(yùn)行程序。本系統(tǒng)預(yù)先采用SUPREM-III進(jìn)行擴(kuò)散工藝模擬，將晶向、方塊電阻、氧化時(shí)間、氧化厚度、氧化溫度、擴(kuò)散結(jié)深等多組數(shù)據(jù)一一對(duì)應(yīng)地存儲(chǔ)于Foxpro數(shù)據(jù)庫表中，用ODBC技術(shù)實(shí)現(xiàn)Authorware和Foxpro數(shù)據(jù)庫開放式連接。實(shí)驗(yàn)中通過相關(guān)查詢，在Authorware內(nèi)部再利用插值方式，對(duì)操作者給出的晶向、氧化溫度、氧化時(shí)間、氧化厚度、擴(kuò)散結(jié)深、方塊電阻等進(jìn)行計(jì)算后，并給出模擬結(jié)果?？紤]到系統(tǒng)應(yīng)用于教學(xué)而非工程計(jì)算，因此采用了數(shù)據(jù)庫查詢加差值數(shù)據(jù)擬合而非實(shí)時(shí)計(jì)算完成模擬，避免了較長時(shí)間的工程計(jì)算。系統(tǒng)提供了實(shí)際擴(kuò)散爐設(shè)備操作面板，在計(jì)算機(jī)上完成擴(kuò)散工藝控制程序的編輯以及擴(kuò)散爐的操作，并得到相應(yīng)操作的模擬結(jié)果。從而對(duì)擴(kuò)散工藝操作過程有了更深刻的了解［１］。

2.擴(kuò)散工藝模擬軟件

我采用SUPREM軟件來進(jìn)行擴(kuò)散工藝的模擬。大多數(shù)的雜質(zhì)是通過離子注入來實(shí)現(xiàn)摻雜的，雜質(zhì)的激活、注入，擴(kuò)散工藝都可以進(jìn)行模擬，同時(shí)可以和實(shí)際擴(kuò)散工藝分布相比較。SUPREM軟件包含大多數(shù)常用摻雜劑的注入?yún)?shù)。正常條件下，該程序可通過簡單的雙邊高斯分布和高斯分布。還可以通過雙Pearson Ⅳ型earson Ⅳ型分布來預(yù)測(cè)雜質(zhì)分布情況。高版本的程序還可根據(jù)蒙特卡羅方法或者波耳茲曼傳輸方程來預(yù)測(cè)雜質(zhì)分布情況。

3.SUPREM軟件在擴(kuò)散工藝中的應(yīng)用

擴(kuò)散工藝模擬的操作步驟同氧化工藝基本一致，只是兩處略有不同：第一處，在進(jìn)片過程中，在主界面操作臺(tái)下選中擴(kuò)散工藝按鈕，雙擊設(shè)備，從而出現(xiàn)擴(kuò)散工藝界面，界面的左側(cè)為各種擴(kuò)散方法，而右側(cè)區(qū)域則是進(jìn)入擴(kuò)散設(shè)備的模擬系統(tǒng)。第二處，輸入晶片位置號(hào)（1－12）如1號(hào)及硅片晶向如110后按鍵，然后點(diǎn)擊進(jìn)入工藝模擬窗口。把此處修改為輸入晶片位置號(hào)（1－12），如2號(hào)及雜質(zhì)類型（b或p）后按鍵，再進(jìn)入工藝模擬窗口。

從上面的數(shù)據(jù)可以得到擴(kuò)散工藝模擬結(jié)果，分析如下：在擴(kuò)散溫度和晶片類型相同的情況下，結(jié)深的數(shù)值隨擴(kuò)散工藝時(shí)間的增加而增加，擴(kuò)散工藝的時(shí)間越長，結(jié)深的數(shù)值就越大。在擴(kuò)散溫度和擴(kuò)散溫度時(shí)間的情況下，p型晶片的結(jié)深的數(shù)值比b型晶片要大，在擴(kuò)散時(shí)間和晶片類型相同的情況下，結(jié)深的數(shù)值會(huì)隨擴(kuò)散工藝溫度的增加而增加，溫度越高，結(jié)深的數(shù)值越大。結(jié)深與晶片號(hào)無關(guān)，方塊電阻的阻值與晶片號(hào)無關(guān)，在擴(kuò)散溫度和擴(kuò)散時(shí)間相同的情況下，p型晶片比b型晶片的方塊電阻阻值要小得多，在擴(kuò)散溫度和類型相同的情況下，方塊電阻的阻值會(huì)隨擴(kuò)散工藝時(shí)間的增加而減小，擴(kuò)散時(shí)間越長，方塊電阻的阻值就越小，在擴(kuò)散時(shí)間和晶片類型相同的條件下，同時(shí)方塊電阻阻值不為0，方塊電阻的阻值會(huì)隨擴(kuò)散溫度的增加而減小，擴(kuò)散溫度越高，方塊電阻的阻值越小。

4.結(jié)語

從上面的擴(kuò)散工藝模擬結(jié)果，可以得出SUPREM-III是一種可以用作集成電路工藝計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和模擬的有力的工具，它同器件模擬軟件S2P ISCES的聯(lián)用，可以對(duì)MOS場(chǎng)效應(yīng)管和雙極型晶體管特性的進(jìn)行快速分析設(shè)計(jì)。在應(yīng)用的過程中得到SUPREM-III中所用擴(kuò)散等主要工藝的模型有多種模型可以選擇，這樣在工藝模擬中就可以靈活的應(yīng)用。本實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明本次擴(kuò)散工藝模擬系統(tǒng)可以達(dá)到十分理想的模擬精度。是在集成電路工藝研究領(lǐng)域中技術(shù)人員的有利技術(shù)輔助手段之一。

參考文獻(xiàn)：

［1］劉歡，魏立峰，王健，邊福強(qiáng).SUPREM-Ⅲ進(jìn)行集成電路氧化-擴(kuò)散工藝模擬［J］.微計(jì)算機(jī)信息，2007，29(5)：51-54.