Sentaurus Process 中文介绍及使用

1、17-1 新一代集成工艺仿真系统 Sentaurus Process随着集成电路制造工艺技术的迅速发展和日趋成熟，集成电路的集成度迅速攀升，制造流程及工艺步骤也日趋复杂。当前，硅集成电路制造工艺技术已经达到了纳米级水平，纳米电子学不断深入发展的前提是基于能够达到纳米精度的制造技术【1】。反过来，纳米级器件的设计与研发则必须有相应的高精度工艺级仿真软件来支持。通常，对于大尺寸器件（通常特指分立器件），由诸多工艺因素造成的层间界面应力、杂质分布蠕动、空间量子效应及载流子非线性输运等小尺寸效应2均可被忽略。而对于小尺寸（泛指超大规模集成电路中的集成化器件）器件，准确地预期及评价工艺制程后的良品率、实

2、现其所谓的工艺级可制造性设计，则必须充分地考虑小尺寸效应。新一代集成工艺设计工具 Sentaurus Process 恰恰解决了纳米尺度的可制造性设计技术难题，成为当前最为先进的集成电路工艺级仿真工具。17-1-1Sentaurus Process 工艺级仿真工具简介3Sentaurus Process 是 Synopsys Inc.最新推出的新一代 TCAD 工艺级仿真工具，被业界誉为第五代集成电路制程级仿真软件，是当前最为先进的纳米级集成工艺仿真工具。Sentaurus Process 是迄今为止集成电路制程级仿真软体中最为全面、最为灵活的多维（一维、二维、三维）工艺级仿真工具。Senta

3、urus Process 面向当代纳米级集成电路工艺制程，全面支持小尺寸效应的仿真与模拟，用于实现甚大规模（ULSI）集成电路的工艺级虚拟设计，可显著地缩短集成电路制造工艺级设计、工艺级优化乃至晶圆芯片级产品的开发周期。Sentaurus Process 整合了 Avanti 的 TSUPREM 系列工艺级仿真工具、Taurus Process 系列工艺级仿真工具及 ISE 的 Dios 系列工艺级仿真工具，将一维、两维和三维仿真集成于同一平台，在保留传统工艺级仿真工具卡命令行运行模式的基础上，又作了诸多重大改进：1.增加、设置了模型参数数据库浏览器（PDB），为用户提供修改模型参数及增加模型

4、的方便途径；2. 增加、设置了一维模拟结果输出工具（Inspect）和二维、三维模拟结果输出工具（Tecplot SV）。Inspect 提供了一维模拟结果的交互调阅。而 Tecplot SV 则实现了仿真曲线、曲面及三维等输出结果的可视化输出。此外，Sentaurus Process 还收入了诸多近代小尺寸模型。这些当代的小尺寸模型主要有：高精度刻蚀模型及高精度淀积模型；基于 Crystal-TRIM 的蒙特卡罗（ Monte Carlo）离子注入模型、离子注入校准模型、注入解析模型和注入损伤模型；高精度小尺寸扩散迁移模型等等。引入这些小尺寸模型，增强了仿真工具对新材料、新结构及小尺寸效应的

5、仿真能力，适应了未来半导体工艺技术发展的需求。以下，我们就如何使用 Sentaurus Process 集成电路制造工艺仿真系统、396Sentaurus Process 的人机交互方式和创建、编撰工艺制程仿真卡文件的语法规则，以及 Sentaurus Process 工艺仿真系统所设置的文件类型等诸多方面，以教科书的方式详尽地向读者介绍当代最为先进的第五代集成工艺仿真系统 Sentaurus Process。经新思科技（Synopsys Inc.）授权，首次在中国大陆地区发表 Sentaurus Process 的技术内容。1 Sentaurus Process 的安装及启动Sentauru

6、s Process 为国际化的大型工程化计算机仿真系统，有 Unix 版本及 Linux 版本供用户选用。对于中国内地用户，Sentaurus Process 的用户许可授权及安装均由 Synopsys Inc.中国分支机构（北京新思科技、上海新思科技等）提供优质的技术支持和服务。Sentaurus Process 仿真系统设置有两种启动方式。一种是交互启动及运行模式；另一种是批处理启动及运行模式。根据用户的使用需要，若要在交互模式下启动 Sentaurus Process，可以在已安装有 Sentaurus Process 并启动了该系统的 license（软件使用许可程序）的 PC 计算机

7、（若使用的是 Sentaurus Process 的 Linux 版本）或计算机工作站（若使用的是Sentaurus Process 的 Unix 版本）命令行提示符下输入以下命令： sprocess输入上述命令后即可回车执行。Sentaurus Process 将会显示出用户当前所使用的 Sentaurus Process 的系统版本及运行该系统的计算机的相关信息。随后将出现命令提示符，则表示用户的工艺制程仿真即刻进入了 Sentaurus Process 的交互模式。在交互模式下，用户每输入一个卡命令语句，仿真系统就执行一步。但是，为了更有效地、较为连续地执行仿真任务，人们通常不使用交互运

8、行模式，而是采用批处理运行模式。所谓批处理运行模式，是将用户拟定实现的所有仿真内容（归结为一系列仿真命令语句）集中在一个仿真卡命令文件（扩展名为.cmd 的格式文件）中。 Sentaurus Process 通过处理该仿真卡命令文件来执行、实现仿真任务。用户若以批处理模式运行 Sentaurus Process，实现的方式是，键入交互模式命令（sprocess）之后要键入空格，再键入要批处理执行的仿真卡命令文件的文件名，如以下所示：sprocess nmos.cmd上述命令中的 nmos.cmd 即为要批处理执行的仿真卡命令文件名。2 创建 Sentaurus Process 批处理卡命令文件

9、编辑 Sentaurus Process 批处理卡命令文件可使用 Unix 或 Linux 操作系统环境下的各类文本编辑器、例如：gedit 文本编辑器编辑完成。Sentaurus Process 批处理卡命令文件的编撰必须遵循规定的语法规则。简述如下：397（1）系统默认对卡命令语句中的关键词及关键字母大、小写忽略。通常，人们习惯使用小写字母来书写卡命令语句。（2）卡命令语句中定义：使用作为卡命令行的首字母，则用来表示该卡行为注释卡行；而在变量之前使用$，则表示提取该变量值。（3）通常，卡命令行的长度不能超过一个屏幕编辑行。若命令行太长需要续行，则应在该行接近满行的位置处键入反斜线，并回车，

10、转入下一行继续书写命令。但是，如果自然断行发生在单位双花括号之间，即自然断行的位置前有一单面的花括号，此刻不会影响命令的执行，系统会运行到下一个单面花括号所在行时，该命令则执行结束。（4）当卡参数为逻辑参量时，以逻辑参量或逻辑参数名称直接出现。若无任何附加标识时，该逻辑参量值为真；如在该逻辑参量或逻辑参数名称前加惊叹号!标识，则特指该逻辑参量值为假。（5）卡行中使用字符串卡参数，要以双引号“”标识。例如：parameter=“string value”；（6）卡参数中的列表要出现在花括号或双引号中，例如：parameter= item1、item2 或 parameter= “item1、it

11、em2”；需要注意的是，在等号与花括号或等号与双引号之间必须要输入一个空格。否则，系统会报语法错误。（7）Sentaurus Process 卡命令文件的撰写语法支持 for 循环、while 循环、if/else结构、switch 声明及函数定义等。3 Sentaurus Process 批处理文件执行的主要命令语句Sentaurus Process 具有强大的集成电路工艺制程仿真功能，很大程度上反映在它庞大的命令集合上。Sentaurus Process 批处理卡命令文件中的各命令语句是由命令关键词及与该语句相关联的参数列表构成。下面，仅就 Sentaurus Process 仿真系统的主

12、要命令语句及其简要的命令功能分类介绍如下：3.1 Sentaurus Process 的文件说明语句及系统控制语句Sentaurus Process 卡命令文件中的文件说明语句用于说明对文件的操作。系统控制语句用于控制系统的运行，其语句格式及相关的命令格式表述如下：help用于打印 Sentaurus Process 中所有可用的命令列表。fcontinue用于重新开始执行输入的卡命令文件。load从文件中调入数据信息，并将该数据信息插入到当前的网格中。Logfile将注释信息输出到显示器终端及 Sentaurus Process 的日志文件中。mater将当前结构中的所有材料列表调回，或者在

13、原列表中增加新的材料信息。exit用于终止 Sentaurus Process 仿真系统的运行。398fbreak使仿真进入交互模式。fexec用于执行系统命令语句。init用于输入在此之前保存的器件结构数据和信息。interface返回到材料的边界位置。mgoals使用 MGOALS 引擎设置网格参数。tclsel用于选择预处理中的绘图变量。3.2 Sentaurus Process 的器件结构说明语句Sentaurus Process 的器件结构说明语句用于说明 Sentaurus Process 所模拟的器件结构，与此相关的主要命令语句如下：region用于指定矩形网格中的矩形材料区域。

14、line用于定义器件的矩形区域网格。grid执行网格设置的操作命令。substrate_profile定义描述器件衬底掺杂剖面分布的文件。polygon设置描述器件的多边形结构。point设置描述器件结构中的一个点。doping定义分段的线性掺杂剖面分布。profile读取数据文件并重建数据区。refinebox设置局部网格参数并使用 MGOALS 库执行网格细化。bound提取材料边界并返回坐标列表。contact设置器件仿真需要的电极结构信息。transform设置变换结构语句的命令。3.3 Sentaurus Process 的工艺步骤说明语句工艺步骤说明语句主要用于说明 Sentaur

15、us Process 中各工艺模拟的步骤。相关命令语句如下：deposit汽相淀积语句diffuse高温热扩散与高温氧化photo光刻胶淀积mask定义掩膜光刻和离子注入所需要的掩膜类型etch刻蚀语句strip可完成表面介质层或表面介质膜剥离的语句implant实现离子注入仿真的语句stress计算应力结构3.4 Sentaurus Process 的模型说明语句及参数说明语句模型及参数说明语句用于定义和说明仿真中所使用的模型及其相关参数。相关命399令语句有：ArrheniusArrhenius 用来描述常规的指数分布模型。Arrhenius 命令则定义了 Arrhenius 所描述的表达

16、式。beam给出用于离子束刻蚀的模型参数。equation完成一个模型的测试和一个方程的求解。gas_flow为完成一个扩散步骤设定保障扩散所需的环境气氛。kmc设定蒙特卡罗模型进行扩散行为和扩散过程的数值计算。math设置数值参数和矩阵参数。mechdata定义应力计算中使用的本征应力材料。pdbDelayDoublepdbDelayDouble 命令是既可以在卡命令文件中又可以在参数数据库中使用的命令。pdbDelayDouble 命令用于检索扩散过程中使用的双参数（变量）表达式。pdbDopantLikepdbDopantLike 命令是既可以在卡命令文件中又可以在参数数据库中使用的命令

17、。pdbDopantLike 命令用于设定用户引入的新型掺杂剂及掺杂源。pdbGetpdbGet 命令用于提取数据库参数，以方便用户查看或修改。pdbNewMaterial创建用户引入的新型材料。pdbSet通常，执行 pdbGet 命令提取出数据库参数之后，以 pdbSet命令来完成数据库参数的修改。也可以直接执行 pdbSet 命令来完成数据库参数的修改。pdbUnSetString 和 pdbUnSetDouble 命令，表示将创建的参数从数据库中删除。SetDFISEList 设置以 DF-ISE 格式来保存的文件中的求解列表。 SetDiosEquilibriumModelMode

18、和 SetDiosPairModelMode 表示将缺省扩散模型设置改为 Dios 系统（ISE 的工艺仿真工具）所采用的平衡模型和 Dios（ISE）所采用的空穴电子对模型。SetFastMode忽略扩散和蒙特卡罗注入，以加快器件仿真的运行速度。SetTDRList设置文件中以 TDR 格式保存的求解列表。SetTemp热加工温度的设置。SetTS4MechanicsMode设置与 Tsuprem-4 相匹配的机械应力参数和氧化参数。solution进行求解或设置求解参数。strain_profile定义因掺杂引入的张力变化。temp_ramp定义热扩散过程中的环境温度。400term定义方

19、程中使用的新表达式。update_substrate设置衬底中的杂质属性、张力数据及晶格常量数据。reaction指定反应性材料的相关信息。3.5 关于 Sentaurus Process 的输出命令语句输出命令语句用于用户执行仿真结果的打印输出、仿真结果的图形输出、仿真结果中的某些工艺数据及工艺参数的提取、针对器件结构和工艺过程中掺杂杂质的剖面分布图形输出，以及仿真结果中器件电学特性参数的提取等等。仿真系统所能够执行的输出命令语句直接反映了该仿真系统输出功能的强弱。仿真系统输出功能的扩充也是基于用户对仿真结果获取数量和获取方式的需求越来越高。Sentaurus Process 的主要输出命令

20、语句如下：alias用于设置并打印由用户指定的命令缩写。color用于设定、填充被仿真的器件结构中某特定区域杂质浓度等值曲线的颜色。事实上，等值曲线的颜色也可以在仿真之后通过 TecplotSv 来修改。contour设置二维浓度剖面等值分布曲线的图形输出。graphics启动或者更新 Sentaurus Process 已经设置的图形输出。layers设置器件结构材料的边界数据及相关数据的打印输出。print.1d设置沿器件结构中的某一路径打印输出某物理量的值。plot.1d设置沿器件结构某一路径输出某些物理量之间的变化曲线。plot.2d输出器件制程中体内的两维浓度剖面分布曲线。plot.

21、tec启动或者更新 Sentaurus ProcessTecplot SV 所输出的一维、两维和三维图形。plot.xy配置两维剖面绘图，以便在 point.xy 命令中使用。point.xy完成在业已设置好的输出曲线中再增加线段的命令。print.data以 x、y、z 的坐标格式打印数据。SetPlxList设置 WritePlx 命令中要保存的求解列表。WritePlx设置输出一维掺杂信息文件。select选择和确定后续工艺流程中需要输出的变量。slice基于两维或三维结构的仿真提取一维杂质分布的计算数据。struct设置网格结构及求解信息。SheetResistance 完成扩散表面薄

22、层电阻及 p-n 结结深的计算。至此为止，仅是对 Sentaurus Process 卡命令文件中主要卡语句及卡命令的简单表述。较为详尽的语法格式将在后续部分中的仿真实例介绍中进行详细的说明。4 Sentaurus Process 所设置的文件类型401Sentaurus Process 使用的主要文件类型如下：（1）Sentaurus Process 批处理卡命令文件（*.cmd）。批处理卡命令文件即是 17-1-1 节中第二部分创建 Sentaurus Process 批处理卡命令文件一节中所讨论的批处理卡命令文件。批处理卡命令文件是实现 Sentaurus Process 用户与 Sen

23、taurus Process 仿真系统批处理运行模式交互的唯一途径。批处理卡命令文件的文件类型是 Sentaurus Process 可以识别的可编辑输入文件。由以上第三小节内容中所介绍的主要批处理命令可知，批处理卡命令文件包含了用户实现批处理方式实施集成电路制程仿真的所有任务和内容。Sentaurus Process 批处理卡命令文件(*.cmd）可通过文本编辑器打开并编辑（例如：Linux 操作系统环境下的 gedit（文本编辑器）。（2）Sentaurus Processs 日志文件（*.log）Sentaurus Processs 日志文件是 Sentaurus Processs 运行

24、过程中自动产生的。Sentaurus Processs 日志文件中包含着所有工艺步骤仿真所产生的相关信息、使用的工艺模型及工艺参数值。日志文件中所记录、生成的内容和信息则是由用户在 Sentaurus Process 批处理卡命令文件中设置相关命令来控制的。（3）器件结构文件（无扩展名）器件结构文件是由用户在卡命令文件中设定用来保存器件结构信息的格式文件。该文件是 Sentaurus Process 执行卡命令文件之后所生成的输出文件之一。器件结构文件包含有关器件结构和与结构相关的所有数据信息。用户可以通过器件结构文件来保所关心的、重要的器件结构信息。（4）TDR 边界文件(*_bnd.tdr

25、）TDR 边界文件也是用户在 Sentaurus Process 卡命令文件中所设定的专用格式文件，仅用来存储器件的结构信息。通常，TDR 边界文件可作为网格设置工具（Mesh, Noffset3D 和 Sentaurus Mesh）的输入文件，并能被调入到 Tecplot SV 中进行查看。还有一个 DF-ISE 格式的边界文件（*_mdr.bnd），该文件也可作为网格设置工具（Mesh 和 Noffset2D/3D）的输入文件。（5）网格和掺杂信息的 TDR 文件（*_fps.tdr）网格和掺杂信息的 TDR 文件既负责存储器件的结构信息又包括网格数据和掺杂信息，该 TDR 文件既可以被重

26、新载入到 Sentaurus Process 中使用，也可以调入到 Tecplot SV 中查看。该 TDR 文件可以转换成两个 DF-ISE 格式的文件：一个是用来描述器件形状的、扩展名为.grd 的网格文件；另一个是扩展名为.dat 的掺杂分布文件。这两个文件也可以同时被调入到 Tecplot SV 中读取。（6）DF-ISE 掺杂和网格的重定义文件(*_msh.cmd)该文件用于掺杂信息和网格信息的重新定义。通常，在仿真结尾由用户进行保402存。需要说明的是，Sentaurus Process 输出的结构信息及数据文件并不能由器件物理特性模拟工具（Sentaurus Device）直接调

27、用，而必须通过网格设置工具进行处理。该文件可与边界文件一起被作为 Sentaurus Process 网格设置工具的输入文件。（7）DF-ISE 文件（*.plx）DF-ISE 文件用来保存一维杂质浓度分布或定义其它的杂质混合分布区域。这个文件可以被载入 Inspect 中调阅并用于分析。17-1-2Sentaurus Process 的仿真功能及交互工具Sentaurus Process 采纳了 ISE 的交互特征，与诸多交互工具结合，拓展了该工具的交互功能，并使其操作更为简便直观。Sentaurus Process 是当今第一个提供全三维任选（可任意选择一维、二维或三维仿真）的工艺级仿真商

28、用软件。Sentaurus Process 中嵌入的 MGOALS 库可与 Sentaurus Structure Editor（器件结构编辑器）联用，非常方便地实现三维器件结构的构造。众所周知，小尺寸管芯工艺制程过程中将会诱发诸多小尺寸效应，诸如：浅沟槽隔离（STI）时产生的寄生沟道效应、浅沟槽隔离（STI）时产生的应力效应、布线边缘粗糙诱发的尖端放电效应、小尺寸晶体管微结构边缘效应及外向反扩散效应等等。这许多效应都不同程度的具有各向异性的特征，则多维度的定性及定量的仿真与模拟是是十分必要的、也是难能可贵的。显然，三维仿真对于模拟、预测、分析和评估小尺寸效应所带来的工艺隐患及创新性地研发新的

29、工艺结构也是不可多得的。Sentaurus Process 在可实现超大规模集成电路全流程标准工艺仿真的基础上，针对某些重要和关键的工艺制程，在硅化边界移动和氧化边界移动的再生网格处理上，增加了网格数据的实时保存及网格数据的重复调用功能，这对于保障模拟精度和提高仿真速度将是十分有益的。Sentaurus Process引入了最为先进的刻蚀模型，既可以实现多种材料的各向同性的选择性刻蚀，又可进行各向异性的选择性腐蚀，还可以模拟多重离子束Fourier刻蚀。此外，用户定义的掩模参数、温度变化速率、气体流量参数和网格细化箱参数等全局性数据均可保存在专用数据库中以TDR格式的文件保存。数据库被修改后，

30、系统会自动、快捷地生成新的输入文件。1 Sentaurus Process 的仿真领域使用 Sentaurus Process 可实现以下常规集成电路平面工艺制程的仿真：（1）Sentaurus Process 用于各种类型的分立（包括高频、高压、大功率等特种器件）器件、混合集成（BiCMOS）电路及甚大规模（ULSI-小尺寸、纳米级） CMOS 等所有硅基结构模式的器件或电路的工艺制程。也可以自定义其它基础结构的有源器件，仿真其工艺制程。（2）Sentaurus Process 仿真系统涵盖标准的硅基集成电路平面工艺制程中所有标准工序的工艺建模，诸如：常规氧化（低温淀积及高温热氧化）、硅的外

31、延生长、403硅化物生长、高温及低温腐蚀、选择性刻蚀、常规高温热扩散、常规高温热扩驱动、低温离子注入、化学汽相淀积、光刻胶性能的辅助分析等等。（3）Sentaurus Process 可用于改进、评估新的工艺结构、制程的可制造性设计方案。例如：设计与实现新的局域氧化隔离（LOCOSLOCal Oxidation Separate）结构、侧墙掩蔽隔离（SWAMISideWAll Masked Isolation）结构、深沟槽隔离（DTIDeep Trench Isolation）和浅沟槽隔离（STIShallow Trench Isolation）等二维、三维结构的虚拟设计。（4）Sentaur

32、us Process 的离子注入模拟功能强大，可实现在注入过程中晶圆倾斜的状态下、晶圆旋转的状态下，以及屏蔽（shadowing）状态下等多种状态下的注入仿真，还可进行注入损伤程度的预测。可以评估无定型结晶靶、非晶注入靶（PAIPreAmorphization Implant）及氧化物靶注入后产生的沟道效应。（5）Sentaurus Process 内嵌诸多二级效应模型，可模拟杂质在多种影响因素条件对扩散迁移所造成的影响。这其中，包括氧化增强扩散（OED）效应、瞬态增强扩散（TED）效应、空隙聚积效应、掺杂激活及掺杂剂量损耗对杂质迁移行为的影响等等。（6）Sentaurus Process 可

33、定量地研究氧化介质、硅化物在高温热环境的热生长、热匹配行为及各向异性刻蚀；可定量模拟复合性化合物淀积与基底介质产生的界面应力。（7）Sentaurus Process 可模拟半导体表面的介电特性、构造 MOS 结构下的阈值电压变化及 C-V 特性。（8）使用 Sentaurus Process 可十分方便的架构各种器件的两维和三维结构，并进行基于特定结构下的工艺级制程仿真。2 Sentaurus Process 提供的数据库浏览器与 Tsuprem-之前的 IC 制程仿真工具所不同的是，Sentaurus Process 为仿真用户提供了数据库浏览器（PDB）。PDB 实现了数据库的可视化界面

34、描述。这样，使用 Sentaurus Process 设置和定义模型及确定相关参数可以通过 PDB 来完成。通常，使用 Sentaurus Process 进行工艺仿真时会首先使用系统提供的缺省模型，而缺省模型参数就保存在 PDB 的参数属性数据库中。用户使用数据库浏览器（PDB）可以交互式地设置和编辑模型参数，动态地在数据库浏览器（PDB）中确定仿真所使用的模型，还可以将暂时不使用的模型及参数保存起来以备随时使用。用户还可以使用卡命令语句（也称之为 Alagator 脚本语言）定义新的模型，以满足特殊的仿真需求。图 17.1.1 即为 Sentaurus Process 数据库浏览器（PDB

35、）的工作界面。404图 17.1.1：Sentaurus Process 提供的数据库浏览器如图 17.1.1 所示，右侧窗口所选定的第十组参数给出的即是氧化硅与硅界面处空穴表面复合模型中的复合率默认（缺省）表达式，该表达式的形式为： SurfDiffLimit Oxide_Silicon Si Vac 0.0。我们称该式为 Tcl 表达式，它表示了空穴在硅中的扩散率缺省值，是使用函数表达式形式来表达的。用户也可以根据需要编辑和修改该表达式，建立新的表达形式，以满足模拟精度的要求和可制造性虚拟设计的需要。需要强调的是：在数据库浏览器中对设计中使用的参数和模型进行修改并不是唯一的方式，若用户只是

36、在本次设计中修改个别的参数及模型，而并不是想永久性地修改这些参数和模型。通常，则不必修改模型库中的缺省设置，而只需在 Sentaurus Process 输入卡命令文件中通过卡命令参数的修改来实现即可。3 Sentaurus Process 图形输出结果调阅工具（1） 一维输出结果调阅工具 Inspect4Sentaurus Process 内嵌图形输出结果编辑器 Inspect。Inspect 是用来调阅、查看和分析一维图形输出结果（曲线）的交互工具。Inspect 具有灵活、方便的图形用户界面，便于用户对曲线进行新的、修饰性的设置和编辑。Sentaurus Process 提供了通过卡命令

37、文件与 Inspect 图形输出结果交互工具的接口方式，用户可以在输入卡命令文件的任意位置处使用 SetPlxList 和 WritePlx 命令将所需要的掺杂信息保存到一个扩展名为.plx 的 DF-ISE 格式的文件中。随后，用户即可通过 Inspect 工具界面，调用该文件输出杂质浓度分布曲线。图 17.1.2 即为 Inspect 工具的工作界面。405图 17.1.2：输出结果调阅工具 Inspect 编辑界面由上图所示，用户可以在该界面下根据需要对曲线的网格设置及输出的形式、输出规范及相对位置、坐标点距甚至曲线的颜色等进行定义和编辑，以增加输出结果的可视化程度和效果。这种结果的调阅

38、和编辑交互方式较 Tsuprem-的命令行交互方式要简便、直观的多。Inspect 还支持命令脚本语言格式，用户可以通过脚本命令来代替界面操作，还可以对需要的参数进行计算、提取（例如：电容、阈值电压等）。（2）二维结构及数据输出结果调阅工具 Tecplot SV5Sentaurus Process 工艺仿真生成的结构信息结果及二维或三维数据信息结果是通过 Tecplot SV 工具来调阅、查看的。用户可以将结构信息结果及数据信息结果通过 struct 命令的相应选项（tdr、dfise 或 ise.mdraw）保存到 TDR 格式或 DF-ISE 格式的文件中，然后在 Tecplot SV 工

39、具环境下通过调用该文件得到相应的结构信息结果和数据信息结果，并对输出的结果读取、分析和编辑。图 17.1.3 即为 Tecplot SV 输出结果调阅工具的工作界面。图17.1.3：二维输出结果调阅工具Tecplot_SV界面示意如图 17.1.3 所示，用户可以通过二维输出结果调阅工具 Tecplot_SV 调阅、读取 Sentaurus Process 仿真生成的二维结构输出结果剖面图、不同位置处不同杂质浓度的分布行为、杂质浓度等位线的剖面分布和仿真区域的网格设置情况等等。406Sentaurus Process 完成离子注入掺杂的仿真之后，注入造成的注入靶表面损伤和注入诱发的晶格缺陷等情

40、况也可通过 Tecplot_SV 工具进行调阅、读取、分析和编辑。此外，用户还可以使用 Tecplot SV 工具提供的虚拟探针功能来精确地提取二维区域某位置点的重要数据信息。例如：某位置点的材料应力变化值、温度值、杂质的属性和特征、杂质的浓度分布值等等。17-1-3Sentaurus Process 所收入的近代模型Sentaurus Process 全面覆盖分立器件、大规模集成电路及超大规模集成电路常规平面工艺制程的工艺级仿真和工艺级可制造性设计，也可以为用户提供具有更小特征尺寸的、纳米尺度的器件工艺级可制造性设计解决方案。事实上，Sentaurus Process 在经典的常规工艺模型的

41、基础上，对很多模型进行了扩充。例如：在离子注入解析模型及蒙特卡罗（MC）注入模型、高温热掺杂模型中的杂质激活和杂质迁移以及掺杂对内部电场的影响、局部微机械应力变化的建模以及氧化过程中对氧化剂迁移行为的建模等诸多方面进行了完善。以下，本节将就 Sentaurus Process 工艺级仿真和工艺级可制造性设计工具中部分对重要模型所进行的完善和升级作一阐述。1 Sentaurus Process 中的离子注入模型在 Sentaurus Process 中，完成离子注入掺杂工序的仿真可以使用解析注入模型或蒙特卡罗（MC）注入模型6来计算注入离子的分布情况及模拟所造成的注入损伤程度。所谓解析注入模型，

42、是使用经典的高斯分布、泊松分布以及较为近代的双泊松分布建模，来模拟离子注入掺杂的行为及过程。注入后形成的损伤程度则根据 Hobler 模型进行估算。蒙特卡罗注入（MC）模型则是使用统计方法来计算体内注入离子的分布，注入损伤则通过计算点缺陷浓度进行分析。蒙特卡罗注入（MC）模型可以处理解析注入模型无法涵盖的情况，例如：窄沟槽侧墙掺杂。蒙特卡罗注入（MC）模型还能够模拟分子注入和超浅结注入工艺，可充分地满足现代小尺寸器件工艺制程的设计需求。下面，介绍部分实施注入模拟的卡命令语句格式实例：实现解析注入的卡命令语句格式implant energy= dose= tilt= rotation=实现蒙特卡

43、罗注入 Crytal-TRIM 命令的语句格式implant energy= dose= tilt= rotation= crystaltrim基于 Taurus MC 蒙特卡罗注入的命令格式implant energy= dose= tilt= rotation= taurus.mc此外，Sentaurus Process 实施离子注入还可以调入外部掺杂文件，卡命令语句格式为：implant energy= dose= tilt= rotation= load.mc file= 。407为满足现代器件工艺制程仿真的技术需求，Sentaurus Process 实现离子注入仿真收入了诸多描述小

44、尺寸效应的模型，例如：掺杂剂量控制模型（Beam dose control）；有效沟道抑制模型（Effective channeling suppression）；杂质剖面改造模型7 （Profile Reshaping）；无定形靶预注入模型（PreAmorphization implants，PAI）及点缺陷模型等等。掺杂剂量控制模型用来精确地控制离子注入进程的模拟，可实现纳米级器件制程中微量杂质分布的蠕动及对空间量子效应的精确描述。有效沟道抑制模型和杂质剖面改造模型可以有效地描述短沟道效应及器件特征尺寸递减过程中的次级效应。无定形预注入模型用以修正注入损伤所造成的沟道尾部效应，通常，将无定

45、形预注入模型与点缺陷模型结合起来描述注入过程的损伤状况和注入诱生缺陷的行为。Sentaurus Process 离子注入仿真使用的缺省模型关键词为：beam.dose（注入剂量模型）；range.sh（注入射程比例缩放模型）；eff.channeling.supress（有效注入隧道击穿抑制模型）；profile.reshaping（注入形貌修正模型）；PAI（预非晶处理注入模型）。离子注入之后，还要通过不同条件下的退火处理，最终实现杂质的迁移及重新分布。2 Sentaurus Process 中的小尺寸扩散模型集成电路制造工艺过程中，将掺杂剂掺入到半导体材料中的方式有多种，除了上一节讲到的离

46、子注入方法之外，还采取高温热扩散方式来实现。Sentaurus Process 仿真高温热扩散掺杂所依据的主要模型：杂质激活模型；缺陷对杂质迁移的影响；表面与体硅材料的反应性作用模型；表面介质的移动；掺杂对内部电场的影响等等。 Sentaurus Process 通过 diffuse 命令来执行高温热扩散掺杂的仿真，可模拟杂质的热扩散、热驱动、热退火及高温条件下材料的结构层变化（如：氧化介质的生长、硅材料的硅化、硅的外延结构生长等）及工艺过程的热加工诱发的应力场和热应力变化等等。Sentaurus Process 给出的杂质选择性扩散模型和杂质激活模型，可用来很好地模拟杂质的扩散行为和迁移行为

47、。杂质选择性扩散模型基于蒙特卡罗数值分析，适于模拟特征尺寸小于 100 纳米的扩散工艺制程。杂质选择性扩散模型的主要贡献是引入了杂质活化效应对杂质迁移的影响，也间接地涵盖了热扩散工艺制程中产生的热工艺缺陷对杂质迁移的影响。杂质活化模型则主要是考虑了掺杂过程中，缺陷、氧化空位及硅化物界面态所引发的杂质激活效应。杂质激活模型可以对因杂质激活效应而引起的与理论分布的偏差进行补偿或修改。针对现代掺杂工艺及技术对低剂量、高迁移的技术要求，Sentaurus Process 给出了一种激光退火模型（Flash or laser annealmodel），该模型能够对扩散过程中的非均匀加热引起的分布进行模拟

48、，从而可以更加精确地计算器件制程加工过程中的应力分布和热传输延迟。此外，Sentaurus Process 通过点缺陷平衡浓度修正模型，可对应力引发的点缺陷浓度变化规律分析，408而更加精确地计算杂质迁移过程中点缺陷的影响，满足了纳米器件对点缺陷激活杂质迁移的仿真要求。Sentaurus Process 还对杂质扩散因子进行了修正，引进了五步流（five-stream）扩散模型和311点缺陷模型、小间隙结团（SMICs）模型和杂质缺陷结团模型等等。3 Sentaurus Process 对局部微机械应力变化描述的建模器件制程中的热驱动过程及高温热加工过程所潜在的器件结构内部应力的变化是器件工艺

49、热加工过程模拟所必须要考虑的。事实上，这一因素在器件热制造过程中起着异常重要的作用，它决定着器件结构热在热加工过程中是否能保持完整性、热加工工艺过程的效益、热加工过程引发的载流子迁移率变化及扩散率变化等。随着器件尺寸的进一步缩小，器件热加工所造成的内部应力变化还会使材料禁带宽度的变化使得杂质扩散速率以及氧化速率等参数也相应地变化，这样的局部变化会改变局部区域热生长氧化层的结构平衡和形状变异。可见，对器件热制造过程所造成的体内应力变化进行精确地模拟和计算是非常重要的。集成电路工艺制程中，热生长、热淀积、热驱动及不同属性的材料晶粒间界均会诱发局部区域的微机械应力的应变。微机械应变会严重地影响集成化器件的结构完整性，所以，这是小尺寸工艺制程仿真所必须考虑的。换句话说，微机械应变效应是小尺寸工艺建模需要考虑的一个重要因素。学者们注意到，微机械应变效应还影响着带电载流子的迁移率，从而影响器件的漏电流等电学参数。人们还发现，微机械应变会改变能带带宽间接地影响扩散粒子的扩散速率，间接地影响氧化速率。可见，应对小尺寸工艺制程的仿真，精准地计算应力是十分重要的。在可制造性设计中准确评估工艺制程所产生的应变类型及损害趋