工艺仿真工具DIOS的优化使用

2020/4/11
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本章内容
• 网格定义 • 工艺流程模拟（虚拟制造） • 结构操作及保存输出
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工艺流程模拟
工艺流程模拟主要包括
– 淀积 – 刻蚀 – 离子注入 – 氧化 – 扩散
这一部分是整个工艺仿真的核心。
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网格定义得过疏所导致的错误
采用如下比较粗糙的初始网格设置仿真器件结 构N+_MLSCR：
Grid(X(0,15.2), Y(-4.0, 0), nx=2)
仿真结果如图所示，N阱的结深约为1.6 μm。
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相同工艺条件下，采用如下比较细致的初始网格设置： Replace(control(1D=off,ProtectAxisAligned=1)) Grid((X(0,7.3,7.9,15.2), Y(-4.0,-1.3, -0.3,0,1.5),NX(10,6,10),NY(4,10,10,3)))
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大倾角情况下不用多次注入模式的仿真结果
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DIOS用于描述离子注入之后，退火之前的掺杂分布，共有 8种初始分布函数：Pearson、P4、P4K、P4S、Gauss、GK、 JHG、JHGK。
下表为8种不同分布函数调用参量的情况以及对各参量的 要求，表中x表示实数，x0表示非负数，>0表示正数，∅表示 该函数不调用该参量。
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要解决上述问题，只要在网格定义之前添加一句 关闭一维仿真，对齐网格的语句：
Replace(Control(1D=off,ProtectAxisAligned=1))
如此定义之后，STI工艺完成后的网格如图所示， 不再有前面图中杂乱的三角形网格。
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下图为离子注入时的示意图，图中XY平面为 硅圆片所在平面，Z方向为硅圆片中心轴方向。离 子沿与水平面垂直的方向注入，当硅圆片与水平面 成一定的倾角Tilt的时候，单次注入的离子在硅圆 片上会分布不均，此时通常要分多次注入，每次注 入将硅圆片绕中心轴旋转相等的角度Rotation，从 而保证离子在硅圆片各个方向上分布均匀。
仿真结果如图所示，N阱的结深为1.1μm。
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这种现象比较隐蔽，通常会被忽视， 所以 在网格定义初始就要有这种意识，从而避免这 一种错误。为保险起见，最好在拿到一个新工 艺之后，首先用一个足够密的网格跑完整个程 序，确定各个关键参数值。之后的器件结构仿 真如果出现差别较大的结深，则需要加密网格。
渐变差，最后得到的结构和实际相去甚远。
针对N+改进型横向SCR的一个初始网格设置，
语句描述为：
Grid（X（0,15.2），Y（-4.0,-1.3,0），NX=15，NY=（4,20））
当器件结构在同一Y坐标下，X方向上任意一点
所包含的信息完全相同时，DIOS默认用一维仿真，
如图所示。
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集中的区域或材料边界区域定义细致的网格以提高精度， 在器件底部（有背部工艺例外）等较为无关紧要的区域定义 粗糙的网格，以减少网格结点数，节省仿真时间。
网格定义 • 初始网格的建立 • 仿真过程中网格的优化
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初始网格建立不好
初始网格如果建立不好，可能会在后续仿真中逐
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初始网格建立不好
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在STI工艺步骤之后，同一Y坐标下，X方向上任意一点 所包含的信息已经不完全相同，DIOS转向二维仿真。产生很 多杂乱的三角形网格，如图所示。
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最后得到的仿真结果如图所示，与实际相去甚远，N+注 入区、P+注入区、N阱PN结边界都产生了很多尖角，而且N+ 注入区和P+注入区的结深都已经超过STI的深度，显然不对， 而且这种边界如果导入器件模拟软件中进行仿真，很容易产生 不收敛问题。
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填充式淀积
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刻蚀
DIOS中的刻蚀模式主要有以下几种：
• 等厚度刻蚀法 • 接触终止法刻蚀法 • 刻蚀速率控制法 • 多边形刻蚀法
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离子注入
影响器件结构最终的掺杂分布的因素有： ① 离子注入， ② 之后的退火工艺步骤。离子注入主要影响杂质的初始 分布，退火步骤会引起杂质的再分布。 而影响离子注入的主要因素有： ① 注入离子的成分（Element）、 ② 注入的剂量（Dose）、 ③ 注入的能量（Energy）、 ④ 离子注入时硅圆片的倾角（Tilt）、 ⑤ 离子注入时硅圆片绕中心轴的旋转角度（Rotation）。
第5章 工艺仿真工具（DIOS）
的优化使用
本章内容
• 网格定义 • 工艺流程模拟（虚拟制造） • 结构操作及保存输出
Baidu Nhomakorabea
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本章内容
• 网格定义 • 工艺流程模拟（虚拟制造） • 结构操作及保存输出
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整体准则 在离子注入区域、PN结区域、表面区域等电流相对
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淀积
在DIOS中，主要有三种淀积模型：
– 各向同性淀积 – 各向异性淀积 – 填充式淀积
各向同性淀积是使用最多的一种，其在任何一 个X坐标下淀积的厚度都是一样的，如图所示；
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各向异性淀积
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DIOS仿真器中这种类型的注入必须采 用多次注入模式，
• 通过定义NumSplits参量的数值来设置旋转次数， • 每次旋转角度等于360°/NumSplits， • 每次注入的剂量为总剂量的1/ NumSplits， • 每次注入的能量、硅圆片倾角、注入的离子， • 成分保持不变。