集成電路工藝模擬實驗

實驗名稱：集成電路工藝模擬；實驗性質(zhì)：設(shè)計性實驗；實驗時間20105.24

實驗集成電路工藝模擬實驗?zāi)康腎C工藝模擬由運行IC工藝模擬器來實現(xiàn)。IC工藝模擬器由IC工藝模擬軟件及能運行該軟件的具有一定容量和速度的計算機等硬件組成。IC工藝模擬軟件大致可分為3類：第一類，用來模擬離子注入、擴散、氧化等以模擬摻雜分布為主的所謂狹義的IC工藝模擬軟件；第二類，用來模擬刻蝕、淀積等工藝的IC形貌模擬軟件以及第三類，用來模擬固有的和外來的襯底材料參數(shù)及制造工藝條件參數(shù)的擾動對工藝結(jié)果影響的所謂IC工藝統(tǒng)計模擬軟件。IC工藝模擬軟件可用于模擬制造IC的全工序，也可用來模擬單類工藝或單項工藝。IC工藝模擬有優(yōu)化設(shè)計IC制造工藝以及快速分析工藝條件對工藝結(jié)果影響等功能，也是虛擬制造IC的重要組成部分。在工藝條件參數(shù)中，以離子注入、擴散和氧化工藝為例，一般包括：離子注入的能量、劑量和雜質(zhì)種類等；預(yù)淀積或再分布擴散的溫度、時間、雜質(zhì)種類及需要給出的濃度、氣氛或攜帶氣體的種類和分壓等；氧化的溫度、時間，攜帶的氧化劑類別和分壓等襯底材料參數(shù)一般包括襯底材料的晶向、摻雜類型和濃度等。必要的網(wǎng)格參數(shù)、擾動參數(shù)及輸出參數(shù)等。有一些電學(xué)參數(shù)如方塊電阻、閾值電壓等由得出的雜質(zhì)分布、氧化層厚度及已知的襯底材料參數(shù)按有關(guān)解析計算公式計算得出。工藝模擬軟件是在建立各種模擬模型的基礎(chǔ)上用數(shù)值技術(shù)求解，編程得出來的。所以同一個工藝采用不同的模型，最后的模擬結(jié)果是不相同的。SUPREM（StanfordUniversityProcessEngineeringModels__坦福大學(xué)工藝模型）是第一個能模擬幾乎全部IC制造工序的軟件，它與1977年由美國Stanford大學(xué)IC實驗室成功試制，由于存在數(shù)值不穩(wěn)定，模型精度不夠，未能使用。經(jīng)過修改在1978年6月完成了第二代文本，稱為SUPREMII,在SUPREMII程序中已仔細考慮了磷擴散空位模型、氧化增強擴散等，提高了模型精度；由于這些改進，使在SUPREMII成為國際上第一個能實用的IC工藝模擬軟件。SUPREMIII是當今為硅工藝一維模擬的精度最高、功能最強的軟件。在SUPREMIII中又增加了氯化氫擴散模型和多晶硅、氮化硅以及多層結(jié)構(gòu)的模擬等，可以模擬單步制造工藝，也可以模擬集成電路的整個生產(chǎn)過程，得到每步工藝后芯片的氧化層厚度、縱向雜質(zhì)分布、薄層電阻、結(jié)深等工藝參數(shù)。該程序可在微機上運行。讓學(xué)生通過計算機仿真了解半導(dǎo)體工藝的流程以及工藝參數(shù)對器件性能的影響。通過使用SUPREM等工藝模擬軟件，在實驗室內(nèi)搭建一個虛擬的半導(dǎo)體工廠，通過實驗加深學(xué)生對課堂教學(xué)內(nèi)容的理解。從而達到輔助課程教學(xué)的目的。以廉價省時的計算機軟實驗，代替部分昂貴費時的硬實驗，這是今后工業(yè)生產(chǎn)化中計算管理系統(tǒng)的重要課題。本實驗?zāi)康氖橇私庥嬎銠C工藝模擬原理和方法，使用SUPREMIII進行工藝模擬練習(xí)。二、實驗原理工藝模擬結(jié)果的正確與否，關(guān)鍵在于模型參數(shù)取值是否合理。PATER系統(tǒng)考慮了三種主要工藝一氧化、離子注入/退火及預(yù)淀積/推進的模型參數(shù)的提取。用戶只需按菜單提示填寫實驗工藝條件及工藝測量數(shù)據(jù)，程序便自動提取模型參數(shù)，建立新模型并生成模型卡。供以后模擬時調(diào)用。這樣保證了模擬結(jié)果與實測工藝數(shù)據(jù)的吻合。不同的工藝需要提取不同的模擬參數(shù)。熱氧化工藝模擬共有三個模型參數(shù)，即線性生長速率B/A，拋物線生長速率B及干氧快速生長因子FENH；離子注入/退火的模型中只含有一個模型參數(shù)即擴散系數(shù)Dsx;預(yù)淀積/推進工藝模型只考慮摻雜氣氛濃度CONC的修正。半導(dǎo)體生產(chǎn)工藝模擬的輸入文件共包含三類語句：預(yù)置語句。包括：標題語句(TITKE)、注釋語句(COMMENT).柵格語句(GRID)、襯底語句(SUBSTRATE)、結(jié)束語句(END)。輸入/輸出語句。包括打印語句(PRINT)、繪圖語句(PLOT)、貯存語句(SAVE)、裝入語句(LOAD)。工藝步驟/模型語句。包括工序語句(STEP)、模型語句(MODEL)o這些語句各自包含若干參數(shù)，都有各自的語法格式(附錄2)。在PATER系統(tǒng)中，有一個自動生成輸入卡模塊，用戶只需按菜單提示，一步一步填寫工藝卡，系統(tǒng)即會生成工藝模擬輸入文件，進行模擬。故一般工藝人員無需專門學(xué)習(xí)，只要填寫他們熟悉的工藝流程卡，就可以對單步或多步工藝進行模擬分析。三、實驗儀器計算機，SUPREMIII開發(fā)軟件四、實驗內(nèi)容1、熟悉SUPREMIII開發(fā)軟件的操作方法，了解各級管理菜單及數(shù)據(jù)庫文件的填寫內(nèi)容。2、設(shè)計硅柵NMOS工藝的模擬步驟。輸入一組工藝條件，用系統(tǒng)內(nèi)部缺損模型參數(shù)進行模擬。即在某一溫度下，改變時間，進行多次模擬分析。3、提取模擬參數(shù)。輸入工藝試驗條件及實測數(shù)據(jù)，提取模型參數(shù)，得到你所用設(shè)備的工藝模型參數(shù)。4、采用于2、相同的工藝條件，運用提取的模型參數(shù)，進行多次工藝模擬。5、打印輸出文件，整理實驗數(shù)據(jù)，得到工藝模型參數(shù)距工藝規(guī)律曲線。五、實驗報告要求1、寫出硅柵NMOS工藝的模擬設(shè)計程序。2、打印輸出圖形3、書寫實驗報告時要求結(jié)構(gòu)合理，層次分明。卜面我們以-硅柵NMOS工藝的模擬為例了解SUPREMIII的具體應(yīng)用。(a)工藝步驟■步驟一襯底，硅單晶，高阻，P型，晶向<100>步驟二生長40nmSiO2步驟三在SiO2頂部淀積80nmSi4N3層、■步驟四剝?nèi)ビ性磪^(qū)外的氮化物步驟五離子注入B以增加場區(qū)表面的P型摻雜步驟六場區(qū)氧化，濕氧氣氛，3小時，1000°C■步驟七腐蝕有源區(qū)硅表面■步驟八離子注入8，為置器件的閾值電壓■步驟九生長40nm柵氧化層■步驟十淀積0.5um多晶硅層■步驟^一在預(yù)淀積爐中用POCL3作為磷摻雜劑的源■步驟十二腐蝕掉柵區(qū)域外的多晶硅■步驟十三離子注入As以形成源和漏區(qū)■步驟十四源和漏驅(qū)入擴撒：干氧氣氛，30分鐘，1000°C■步驟十五開柵、源和漏的接觸孔步驟十六用CVD法在圓片表面淀積摻磷SiO2(磷硅玻璃)步驟十七回溶磷硅玻璃，1000°C，30分鐘、■步驟十八再打開接觸孔并淀積AL(b)輸入文件用六個文件模擬硅柵NMOS器件制造工藝。文件一模擬器件有源區(qū)的初始加工直至柵和源/漏區(qū)加工工藝的分岔點文件二以第一個文件結(jié)果為起點，完成柵區(qū)的工藝加工文件三以第二個文件結(jié)果為起點，完成源/漏區(qū)的加工工藝文件四基于柵區(qū)模擬結(jié)果執(zhí)行電參數(shù)計算文件五與第一個文件相似，但是模擬器件的場區(qū)工藝加工文件六完成場區(qū)的工藝加工實驗程序：gossuprem3TITLE:NMOSDevice:IsolationRegion#Initialize#Diffusion#Implant#Diffusion#Initializesiliconsubstrate.<100>Siliconc.Boron=1e15Thick=4.0dX=.01Spaces=400Growpadoxide,400A.Temperature=1000Time=40DryO2Implantborontoincreasefieldregiondoping.Borondose=1e13energy=150Growfieldoxide.Temperature=1000Time=180WetO2Extractfieldoxidethickness#extractname="fieldox"thicknessmaterial="SiO~2"mat.occno=1Implantborontoshifttheenhancementthresholdvoltage.ImplantBoronDose=4e11Energy=50GrowgateoxideDiffusionTemperature=1050Time=30DryO2HCL%=3DepositpolysiliconDepositPolysiliconThickness=0.5Temperature=600HeavilydopethepolysiliconusingPOCl3DiffusionTemperature=1000Time=25dTmin=.3PhosphorusSolidsolTonyPlot-ttitle"s3ex02.in:InitialIsolationStructure"Finalisolationregionprocessing.Etchpolysiliconandoxideoversource/drainregions.EtchPolysiliconEtchOxideAmount=.0700ImplantArsenicforsource/drainregions.ImplantArsenicDose=5E15Energy=150Drive-inArsenicandre-oxidizesource/drainregions.DiffusionTemperature=1000Time=30DryO2DepositPhosphorusdopedSiO2usingCVD.DepositOxideThickness=.7500PhosphorusConcentration=1e21Reflowglasstosmoothsurfaceanddopecontactholes.DiffusionTemperature=1000Time=30DepositAluminum.DepositAluminumThickness=1.2Spaces=10ExtractintegratedBoronconcentrationinthefieldregionextractname="Chemical_Boron"1.0e-04*(areafromcurve(depth,impurity="Boron"material="Silicon"mat.occno=1))ExtractFieldThresholdVoltageextractname="Vt"1dvtntypebias=0.0bias.step=0.5bias.stop=