乳胶源硼扩散的SENTAURUS模拟

刘 剑，宋玲玲

（中国电子科技集团公司第四十七研究所，沈阳110032）

乳胶源硼扩散的SENTAURUS模拟

刘 剑，宋玲玲

（中国电子科技集团公司第四十七研究所，沈阳110032）

利用半导体TCAD工具Sentaurus对硅片的乳胶源掺硼扩散工艺进行模拟，用淀积后的退火处理过程替代注入后退火的模拟方案，以多种实测条件为标准，用两种条件进行模拟，并结合实测数据，对模型结果进行比较，找到模拟的最终可行方案，弥补Sentaurus软件功能模块上的不足。

乳胶源硼扩散；SENTAURUS模拟；半导体TCAD；Sentaurus Process模块

1 引 言

Sentaurus TCAD是对半导体工艺过程进行计算机仿真模拟的重要工具；乳胶源旋涂硼扩散法是半导体工艺线上常用的固态源扩散手段之一。然而现有版本的Sentaurus软件皆以“注入＋扩散”为实现硅掺杂的主要方式，并不包含乳胶源扩散的模型及语句。鉴于此，本文将尝试利用介质材料掺杂的近似方法，将两者结合起来，找到一种可以用Sentaurus对乳胶源硼扩散工艺进行模拟的方案，以便在实际生产研发过程中降低新工艺的实验成本。

2 一组乳胶源硼扩散实例以及模拟建模的考虑

表1是一组实测数据，最终目标值范围为：方阻大约50～200Ω／，结深大约1.5～3.0μm，这反映了半导体制造过程中的常见工艺要求。其实现工艺是先采用乳胶旋涂（硼源），然后进行预扩散、再扩散二次退火实现最终结果。

从结果来看，采用这种方法实现的扩散，具有浓度大、温度低、时间短的特点，这是“注入＋扩散”方法所难以达到的。由于Sentaurus软件当中不存在乳胶源的语句，为了达到模拟目的，必须借助于现有的“掺杂淀积＋退火”模型，用语句中包含的其他材料来代替作为硼掺杂源的有机乳胶液。

表1 一组随机选取的有代表性的实测数据

3 模拟近似方案及程序语句

在Sentaurus软件的工艺模块Sentaurus Process当中，可以在模拟淀积工艺的同时指定其掺杂条件。考虑到本文针对的实例为硅基掺杂，此处近似模拟采用二氧化硅、多晶硅两种淀积方案。具体程序语句如下：

具体模拟过程在Workbeach界面中的分段参数及模拟结果如图1所示。

图1 参数及模拟结果

在此次模拟过程中，乳胶源旋涂厚度采用光刻模拟中常用的 3μm，单晶片衬底的电阻率为3Ω·cm，皆与实测数据所在实验的取值相同。退火条件也是严格按照实际的工艺条件设置。唯一要反复调试的，只有淀积材料中的杂质含量，此处直接以单位体积浓度的形式给出，并根据最终的方阻、结深的结果进行增减，图中的取值即为反复赋值调试之后得出的。

4 模拟结果与实测数据的对比

从表2中可以看到，通过赋予不同的初始浓度值，用二氧化硅淀积法与多晶硅淀积法所模拟出的结果方阻大致相同，结深相差极小，这两种方法基本上可以互为替换、等效使用。

表2 两种模拟方案的结果与实测方案的对比

二者的模拟结果在不同数值方向上与实测值符合的程度略有不同，但对实测值的接近程度都在可以接受的范围之内。

5 结束语

实际可行的模拟方案如上所述，在Sentaurus软件无法直接实现乳胶源扩散模拟的情况下，利用“掺杂淀积＋退火”的方式，完全可以实现近似的模拟。本文给出的实测值来自于特定的生产条件，最终确定此生产条件所用的乳胶源相当于掺杂浓度为5.1×1022cm-3的二氧化硅，或是掺杂浓度为6× 1021cm-3的多晶硅，模拟结果与实测结果在给定的范围内基本符合，可以满足模拟需要。对于其他生产线，由于所用源材与生产条件的差异，掺杂浓度必然与本文不同，但本文所述的近似模拟的整体方法将仍然适用，可通过此法寻找其特有的介质浓度值，以供日后模拟使用。

［1］韩雁，丁扣宝.半导体器件TCAD设计与应用［M］.北京：电子工业出版社，2013.3.

［2］Synopsys公司.Sentaurus Process User Guide手册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

刘剑（1982-），男，吉林通化人，学士学位，工程师，主研方向：大规模集成电路。

2013-11-12