劉 劍，宋玲玲

（中國電子科技集團(tuán)公司第四十七研究所，沈陽110032）

乳膠源硼擴(kuò)散的SENTAURUS模擬

劉 劍，宋玲玲

（中國電子科技集團(tuán)公司第四十七研究所，沈陽110032）

利用半導(dǎo)體TCAD工具Sentaurus對(duì)硅片的乳膠源摻硼擴(kuò)散工藝進(jìn)行模擬，用淀積后的退火處理過程替代注入后退火的模擬方案，以多種實(shí)測條件為標(biāo)準(zhǔn)，用兩種條件進(jìn)行模擬，并結(jié)合實(shí)測數(shù)據(jù)，對(duì)模型結(jié)果進(jìn)行比較，找到模擬的最終可行方案，彌補(bǔ)Sentaurus軟件功能模塊上的不足。

乳膠源硼擴(kuò)散；SENTAURUS模擬；半導(dǎo)體TCAD；Sentaurus Process模塊

1 引 言

Sentaurus TCAD是對(duì)半導(dǎo)體工藝過程進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真模擬的重要工具；乳膠源旋涂硼擴(kuò)散法是半導(dǎo)體工藝線上常用的固態(tài)源擴(kuò)散手段之一。然而現(xiàn)有版本的Sentaurus軟件皆以“注入＋擴(kuò)散”為實(shí)現(xiàn)硅摻雜的主要方式，并不包含乳膠源擴(kuò)散的模型及語句。鑒于此，本文將嘗試?yán)媒橘|(zhì)材料摻雜的近似方法，將兩者結(jié)合起來，找到一種可以用Sentaurus對(duì)乳膠源硼擴(kuò)散工藝進(jìn)行模擬的方案，以便在實(shí)際生產(chǎn)研發(fā)過程中降低新工藝的實(shí)驗(yàn)成本。

2 一組乳膠源硼擴(kuò)散實(shí)例以及模擬建模的考慮

表1是一組實(shí)測數(shù)據(jù)，最終目標(biāo)值范圍為：方阻大約50～200Ω／，結(jié)深大約1.5～3.0μm，這反映了半導(dǎo)體制造過程中的常見工藝要求。其實(shí)現(xiàn)工藝是先采用乳膠旋涂（硼源），然后進(jìn)行預(yù)擴(kuò)散、再擴(kuò)散二次退火實(shí)現(xiàn)最終結(jié)果。

從結(jié)果來看，采用這種方法實(shí)現(xiàn)的擴(kuò)散，具有濃度大、溫度低、時(shí)間短的特點(diǎn)，這是“注入＋擴(kuò)散”方法所難以達(dá)到的。由于Sentaurus軟件當(dāng)中不存在乳膠源的語句，為了達(dá)到模擬目的，必須借助于現(xiàn)有的“摻雜淀積＋退火”模型，用語句中包含的其他材料來代替作為硼摻雜源的有機(jī)乳膠液。

表1 一組隨機(jī)選取的有代表性的實(shí)測數(shù)據(jù)

3 模擬近似方案及程序語句

在Sentaurus軟件的工藝模塊Sentaurus Process當(dāng)中，可以在模擬淀積工藝的同時(shí)指定其摻雜條件。考慮到本文針對(duì)的實(shí)例為硅基摻雜，此處近似模擬采用二氧化硅、多晶硅兩種淀積方案。具體程序語句如下：

具體模擬過程在Workbeach界面中的分段參數(shù)及模擬結(jié)果如圖1所示。

圖1 參數(shù)及模擬結(jié)果

在此次模擬過程中，乳膠源旋涂厚度采用光刻模擬中常用的 3μm，單晶片襯底的電阻率為3Ω·cm，皆與實(shí)測數(shù)據(jù)所在實(shí)驗(yàn)的取值相同。退火條件也是嚴(yán)格按照實(shí)際的工藝條件設(shè)置。唯一要反復(fù)調(diào)試的，只有淀積材料中的雜質(zhì)含量，此處直接以單位體積濃度的形式給出，并根據(jù)最終的方阻、結(jié)深的結(jié)果進(jìn)行增減，圖中的取值即為反復(fù)賦值調(diào)試之后得出的。

4 模擬結(jié)果與實(shí)測數(shù)據(jù)的對(duì)比

從表2中可以看到，通過賦予不同的初始濃度值，用二氧化硅淀積法與多晶硅淀積法所模擬出的結(jié)果方阻大致相同，結(jié)深相差極小，這兩種方法基本上可以互為替換、等效使用。

表2 兩種模擬方案的結(jié)果與實(shí)測方案的對(duì)比

二者的模擬結(jié)果在不同數(shù)值方向上與實(shí)測值符合的程度略有不同，但對(duì)實(shí)測值的接近程度都在可以接受的范圍之內(nèi)。

5 結(jié)束語

實(shí)際可行的模擬方案如上所述，在Sentaurus軟件無法直接實(shí)現(xiàn)乳膠源擴(kuò)散模擬的情況下，利用“摻雜淀積＋退火”的方式，完全可以實(shí)現(xiàn)近似的模擬。本文給出的實(shí)測值來自于特定的生產(chǎn)條件，最終確定此生產(chǎn)條件所用的乳膠源相當(dāng)于摻雜濃度為5.1×1022cm-3的二氧化硅，或是摻雜濃度為6× 1021cm-3的多晶硅，模擬結(jié)果與實(shí)測結(jié)果在給定的范圍內(nèi)基本符合，可以滿足模擬需要。對(duì)于其他生產(chǎn)線，由于所用源材與生產(chǎn)條件的差異，摻雜濃度必然與本文不同，但本文所述的近似模擬的整體方法將仍然適用，可通過此法尋找其特有的介質(zhì)濃度值，以供日后模擬使用。

［1］韓雁，丁扣寶.半導(dǎo)體器件TCAD設(shè)計(jì)與應(yīng)用［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2013.3.

［2］Synopsys公司.Sentaurus Process User Guide手冊F-2011.09版［Z］.Synopsys公司，2011.9.

A SENTAURUS Simulation for Emulsion Boron Diffusion

LIU Jian，SONG Ling-ling
（The 47th Research Institute of China Electronics Technology Group Corporation，Shenyang 110032，China）

By means of Sentaurus TCAD，a Boron diffusion process with emulsion source is simulated.The anneal after deposition step is used instead of themethod of implantion.Combining with the various of practical results of the process，a feasible method，compensating for the lack of the function，is found to simulate emulsion boron diffusion for.

Emulsion boron difusion；Sentaurus TCAD；Sentaurus Process

10.3969／j.issn.1002-2279.2014.05.006

TN4

：A

：1002-2279（2014）05-0016-02

劉劍（1982-），男，吉林通化人，學(xué)士學(xué)位，工程師，主研方向：大規(guī)模集成電路。

2013-11-12