氧化及离子注入工艺模拟实验.doc
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实验一氧化及离子注入的TCAD工艺模拟实验
一、实验目的
1.熟悉SilvacoTCAD的仿真模拟环境；
2.掌握氧化工艺的关键影响参数，以及如何在TCAD环境下进行氧化工艺模拟；
3.掌握离子注入的关键工艺影响参数，以及如何在TCAD环境下进行离子注入工艺模拟；
二、实验要求
①仔细阅读实验内容，独立编写程序，掌握基本的TCAD使用；
②熟悉氧化及离子注入的基本原理，和关键工艺参数；
③记录Tonyplot的仿真结果，并进行相关分析。
三、实验内容
1.氧化工艺模拟
参考模拟程序：
goathena
#TITLE:
MixedAmbientOxidationExample
#Thisexampledemonstratesmixedambientoxidationin1D
#
linexloc=0.0sp=1.0
linexloc=1.0sp=1.0
lineyloc=0.0sp=0.05
lineyloc=1.0sp=0.05
initialize
#
diffusetime=60temperature=1000f.o2=4.
structureoutfile=anoxexo4.str
#
end
tonyplot-stanoxexo4.str
#
linexloc=0.0sp=1.0
linexloc=1.0sp=1.0
lineyloc=0.0sp=0.05
lineyloc=1.0sp=0.05
initialize
#
diffusetime=60temperature=1000f.o2=8.
structureoutfile=anoxexo8.str
#
end
tonyplot-stanoxexo8.str
#
linexloc=0.0sp=1.0
linexloc=1.0sp=1.0
lineyloc=0.0sp=0.05
lineyloc=1.0sp=0.05
initialize
#
diffusetime=60temperature=1000f.o2=8f.h2=8.
structureoutfile=anoxexo8h8.str
#
end
tonyplot-stanoxexo8h8.str
#
linexloc=0.0sp=1.0
linexloc=1.0sp=1.0
lineyloc=0.0sp=0.05
lineyloc=1.0sp=0.05
initialize
#
diffusetime=60temperature=1000f.o2=8f.h2=20
structureoutfile=anoxexo8h20.str
#
end
tonyplot-stanoxexo8h20.str
quit
四幅图分别显示的是在相同的时间内，水汽氧化的气压分别在2、4、6、8的情况下衬底的厚度，由图可看出气压越高，衬底厚度越大，即氧化速率越快。
设计氧化工艺模拟程序，分析说明干氧氧化和湿氧氧化的区别:
干氧的氧化膜结构致密、均匀性和重复性好、掩蔽能力强、钝化效果好、但生长速率慢。
湿氧的氧化膜结构疏松，表面有缺陷，含水量多，对杂质的掩蔽能力差，但生长速率快。
一般湿氧很少单独使用，因为它对硅表面影响较大，湿氧和光刻胶的接触也不好。
一般稍微对厚度要求的氧化层两个表面采用干氧，也就是干氧－湿氧－干氧（简称干湿干）的过程。
2、离子注入工艺模拟
设计离子注入工艺模拟程序，分析说明离子注入的关键工艺影响参数
参考程序，教程P23硼离子注入及退火模拟程序及p32程序
硼离子注入程序：
goathena
#TITLE:
SimpleBoronAnneal
#thexdimensiondefinition
linexloc=0.0spacing=0.1
linexloc=0.1spacing=0.1
#theverticaldefinition
lineyloc=0spacing=0.02
lineyloc=2.0spacing=0.20
#initializethemesh
initsiliconc.phos=1.0e14
#performuniformboronimplant
implantborondose=1e13energy=70
#performdiffusion
diffusetime=30temperature=1000
extractname=“xj”xjsiliconmat.occno=1x.val=0.0junc.occno=1
#plotthefinalprofile
tonyplot
#savethestructure
structureoutfile=boronimplant.str
quit
退火模拟程序：
IMPLANT
[GAUSS|PEARSON|FULL.LAT|MONTECARLO|BCA][CRYSTAL|AMORPHOUS]
IMPURITYENERGY=DOSE=[FULL.DOSE]
[TILT=][ROTATION=][FULLROTATION][PLUS.ONE][DAM.FACTOR=]
[DAM.MOD=][PRINT.MOM][X.DISCR=][LAT.RATIO1][LAT.RATIO2]
[S.OXIDE=][MATCH.DOSE|RP.SCALE|MAX.SCALE][SCALE.MOM][ANY.PEARSON]
[N.ION=][MCSEED=][TEMPERATURE=][DIVERGENCE=]
[IONBEAMWIDTH=][IMPACT.POINT=][SMOOTH=]
[SAMPLING][DAMAGE][MISCUT.TH][MISCUT.PH][TRAJ.FILE=]
[N.TRAJ=][Z1=][M1=]
以下为不同角度下的离子注入程序设计：
goathena
#TiltangledependenceusingSVDPmodel
linexloc=0.0spac=0.1
linexloc=1.0spac=0.1
lineyloc=0spac=0.01
lineyloc=0.7spac=0.01
init
implantboronenergy=35dose=1.e13tilt=0rotation=0print.mom
structoutfile=aniiex02_00.str
linexloc=0.0spac=0.1
linexloc=1.0spac=0.1
lineyloc=0spac=0.01
lineyloc=0.7spac=0.01
initone.d
implantboronenergy=35dose=1.e13tilt=1rotation=0print.mom
structoutfile=aniiex02_01.str
linexloc=0.0spac=0.1
linexloc=1.0spac=0.1
lineyloc=0spac=0.01
lineyloc=0.7spac=0.01
init
implantboronenergy=35dose=1.e13tilt=2rotation=0print.mom
structoutfile=aniiex02_02.str
linexloc=0.0spac=0.1
linexloc=1.0spac=0.1
lineyloc=0spac=0.01
lineyloc=0.7spac=0.01
init
implantboronenergy=35dose=1.e13tilt=7rotation=0print.mom
structoutfile=aniiex02_07.str
linexloc=0.0spac=0.1
linexloc=1.0spac=0.1
lineyloc=0spac=0.01
lineyloc=0.7spac=0.01
init
implantboronenergy=35dose=1.e13tilt=10rotation=0print.mom
structoutfile=aniiex02_10.str
tonyplot-overlayaniiex02_*.str-setaniiex02.set
离子注入是离化后的原子在强电场的加速作用下，注射进入靶材料的表层，以改变这种材料表层的物理或化学性质。
离子注入过程是一个非平衡过程，高能离子进入靶后不断与原子核及其核外电子碰撞，逐步损失能量，最后停下来，不具有电活性。
在集成电路制造中运用离子注入技术主要是为了进行掺杂，分为两个步骤：
离子注入和退火再分布。
退火再分布是在离子注入之后为了恢复损伤和使杂质达到预期分布并具有电活性而进行的热处理过程。
影响注入离子分布的因素注入离子在靶内受到的碰撞是随机的，所以杂质分布也是按几率分布的。
注入离子在靶内分布与注入方向有着一定的关系，离子注入浓度分布非常复杂一个重要的影响因素是粒子背散射，由于库伦排斥作用，与靶核发生大角度的弹性散射，使散射离子从样品表面反射回来。
在实际注入中还有更多影响因素，主要有衬底材料、晶向、离子束能量、注入杂质剂量，以及入射离子性质等。
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