新一代nm级集成工艺仿真工具_SenTaurusProcess

１引言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。

通常，对于大尺寸器件（特别是分立器件），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［１］都可以被忽略。

而对于小尺寸器件，准确地预期及评价工艺制程后的良品率，实现其所谓的工艺级可制造性设计，则必须充分地考虑这些效应。

当前，硅集成电路制造工艺技术已经达到了ｎｍ级水平［２］，人们已经意识到，ｎｍ级器件的设计与研发必须有相应的高精度工艺级仿真工具来支持。

新思科技推出的新一代集成工艺设计工具ＳｅｎＴａｕｒｕｓＰｒｏｃｅｓｓ解决了ｎｍ尺度的可制造性设计技术难题而突破了这一技术瓶颈。

本文所发布的技新一代ｎｍ级集成工艺仿真工具———ＳｅｎＴａｕｒｕｓＰｒｏｃｅｓｓ于英霞，李惠军，侯志刚，张宪敏（山东大学孟尧微电子研发中心，济南２５０１００）摘要：介绍了新思科技（ＳｙｎｏｐｓｙｓＩｎｃ．）最新推出的新一代ｎｍ级ＩＣ制程工艺设计工具———Ｓｅｎ－ＴａｕｒｕｓＰｒｏｃｅｓｓ的基本功能及其仿真领域，详细阐述了ＳｅｎＴａｕｒｕｓＰｒｏｃｅｓｓ功能的拓展。

对ＳｅｎＴａｕ－ｒｕｓＰｒｏｃｅｓｓ增加的模型库浏览器（ＰＤＢ）、一维模拟结果输出（Ｉｎｓｐｅｃｔ）及二、三维模拟结果输出（ＴｅｃｐｌｏｔＳＶ）工具进行了介绍。

重点介绍了ＳｅｎＴａｕｒｕｓＰｒｏｃｅｓｓ所嵌入的诸多小尺寸模型。

关键词：集成电路；纳米层次；工艺仿真；可制造性设计中图分类号：ＴＮ４０２文献标识码：Ａ文章编号：１６７１－４７７６（２００７）０５－０２３１－０４ＴｈｅＮｅｗＧｅｎｅｒａｔｉｏｎＮａｎｏ－ＬｅｖｅｌＩｎｔｅｇｒａｔｅｄＰｒｏｃｅｓｓＳｉｍｕｌａｔｉｏｎＴｏｏｌ：ＳｅｎＴａｕｒｕｓＰｒｏｃｅｓｓＹＵＹｉｎｇ－ｘｉａ，ＬＩＨｕｉ－ｊｕｎ，ＨＯＵＺｈｉ－ｇａｎｇ，ＺＨＡＮＧＸｉａｎ－ｍｉｎ（ＭｅｎｇｙａｏＭｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓＲ＆ＤＣｅｎｔｅｒ，ＳｈａｎｄｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｊｉｎａｎ２５０１００，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓｔｈｅｅｌｅｍｅｎｔａｒｙｆｕｎｃｔｉｏｎｓａｎｄｅｍｕｌａｔｉｏｎａｌｄｏｍａｉｎｓｏｆｔｈｅｎｅｗｇｅｎｅｒａ－ｔｉｏｎｎａｎｏ－ｌｅｖｅｌＩＣｐｒｏｃｅｓｓｄｅｓｉｇｎｔｏｏｌ：ＳｅｎＴａｕｒｕｓＰｒｏｃｅｓｓ，ｗｈｉｃｈｗａｓｒｅｃｅｎｔｌｙｉｓｓｕｅｄｂｙＳｙｎｏｐｓｙｓＩｎｃ．．ＩｔｓｐｅｃｉｆｉｅｓｔｈｅｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｅｘｔｅｎｓｉｏｎｓｏｆＳｅｎＴａｕｒｕｓＰｒｏｃｅｓｓａｎｄｐｒｅｓｅｎｔｓＰａｒａｍｅｔｅｒＤａｔａｂａｓｅＢｒｏｗｓｅｒ（ＰＤＢ），１Ｄｓｉｍｕｌａｔｅｄｒｅｓｕｌｔｓｄｅｆｅｒｅｎｔｔｏｏｌｓ（Ｉｎｓｐｅｃｔ）ａｎｄ２Ｄ／３Ｄｓｉｍｕｌａｔｅｄｒｅｓｕｌｔｓｄｅｆｅｒｅｎｔｔｏｏｌｓ（ＴｅｃｐｌｏｔＳＶ）．ＩｔｅｍｐｈａｓｉｚｅｓａｌｏｔｏｆｓｍａｌｌｓｉｚｅｍｏｄｅｌｓｉｎｓｅｒｔｅｄｉｎＳｅｎＴａｕｒｕｓＰｒｏｃｅｓｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＩＣ；ｎａｎｏ－ｌｅｖｅｌ；ｐｒｏｃｅｓｓｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ；ｄｅｓｉｇｎｆｏｒｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ（ＤＦＭ）收稿日期：２００７－０４－０２纳米器件与技术ＮａｎｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃＤｅｖｉｃｅ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ术内容均由新思科技授权。

２ＳｅｎＴａｕｒｕｓＰｒｏｃｅｓｓ工艺级仿真工具的特点［３］ＳｙｎｏｐｓｙｓＩｎｃ．最新推出的新一代ＴＣＡＤ工艺级仿真工具ＳｅｎＴａｕｒｕｓＰｒｏｃｅｓｓ，被业界誉为第五代集成电路制程级仿真软件，是目前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。

ＳｅｎＴａｕｒｕｓＰｒｏｃｅｓｓ面向当代ｎｍ级工艺制程，全面支持小尺寸效应的仿真，用于实现甚大规模（ＵＬＳＩ）集成电路的工艺级虚拟设计，可显著地缩短工艺级设计、工艺级优化乃至芯片产品的开发周期。

ＳｅｎＴａｕｒｕｓＰｒｏｃｅｓｓ整合了Ａｖａｎｔｉ的Ｔｓｕｐｒｅｍ、ＴａｕｒｕｓＰｒｏｃｅｓｓ及ＩＳＥ的ＤＩＯＳ系列工艺级仿真工具，吸纳了诸系列的优点。

首先，在界面交互方面做了诸多重大改进：设置了模型参数数据库浏览器（ＰＤＢ）来修改模型参数或添加模型；设置了一维模拟结果输出工具（Ｉｎｓｐｅｃｔ）和多维模拟结果输出工具（Ｔｅｃｐｌｏｔ＿ＳＶ）来完成图形结果的可视化输出及可视化分析；将一维、二维及三维的工艺级仿真集成于同一平台；更为重要的是，ＳｅｎＴａｕｒｕｓＰｒｏ－ｃｅｓｓ收入了诸多近代小尺寸模型，例如：高精度的刻蚀模型及淀积模型、基于Ｃｒｙｓｔａｌ－ＴＲＩＭ的蒙特卡罗（ＭｏｎｔｅＣａｒｌｏ）离子注入模型、离子注入校准模型、注入分析模型和注入损伤模型、小尺寸扩散迁移模型等。

所有这些，明显地增强了仿真工具对新材料、新结构和新效应的仿真能力。

３ＳｅｎＴａｕｒｕｓＰｒｏｃｅｓｓ的基本功能及功能拓展ＳｅｎＴａｕｒｕｓＰｒｏｃｅｓｓ采纳了ＩＳＥ的交互特点，与诸多交互工具相结合，拓展了仿真功能，并使其操作更为简便直观。

ＳｅｎＴａｕｒｕｓＰｒｏｃｅｓｓ是当今第一个提供全三维任选的工艺级仿真商用软件。

ＳｅｎＴａｕ－ｒｕｓＰｒｏｃｅｓｓ中嵌入的ＭＧＯＡＬＳ库可与ＳｅｎＴａｕｒｕｓＳｔｒｕｃｔｕｒｅＥｄｉｔｏｒ（器件结构编辑器）联用，建立三维器件结构非常方便。

显然，有了三维仿真的支持，使得诸如浅沟槽隔离（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诸多小尺寸三维效应的仿真成为可能。

３．１ＳｅｎＴａｕｒｕｓＰｒｏｃｅｓｓ的仿真领域使用ＳｅｎＴａｕｒｕｓＰｒｏｃｅｓｓ可实现以下工艺制程的仿真。

（１）各类分立器件（包括高频、高压、大功率等特种器件）、混合集成（ＢｉＣＭＯＳ）电路及甚大规模（ＵＬＳＩ－小尺寸、ｎｍ级）ＣＭＯＳ等所有硅基结构模式的器件或电路工艺制程。

（２）标准集成电路平面工艺制程中常规氧化、外延生长、硅化物生长、高低温腐蚀、选择性刻蚀、常规高温扩散、低温离子注入、汽相淀积等工艺流程的仿真及光刻胶性能的分析等辅助功能。

（３）用于改进、评估新的工艺结构设计方案。

例如：实现新的局域氧化隔离（ＬＯＣＯＳ）结构、侧墙掩蔽隔离（ＳＷＡＭＩ）结构、深沟槽隔离（ＤＴＩ）和浅沟槽隔离（ＳＴＩ）等二维、三维结构的虚拟设计。

（４）离子注入过程中晶圆倾斜状态、晶圆旋转状态及屏蔽等多因素状态下的注入仿真；注入损伤程度的预测；针对无定型结晶靶、预非晶化注入靶（ＰＡＩ）及氧化物靶的注入评估注入产生的沟道效应。

（５）ＳｅｎＴａｕｒｕｓＰｒｏｃｅｓｓ内嵌众多二级效应模型，可模拟杂质在多种影响因素条件下对扩散迁移造成的影响，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。

（６）ＳｅｎＴａｕｒｕｓＰｒｏｃｅｓｓ可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）ＳｅｎＴａｕｒｕｓＰｒｏｃｅｓｓ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ＳｅｎＴａｕｒｕｓＰｒｏｃｅｓｓ可十分方便地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。

３．２ＳｅｎＴａｕｒｕｓＰｒｏｃｅｓｓ仿真工具的主要功能拓展ＳｅｎＴａｕｒｕｓＰｒｏｃｅｓｓ在实现全流程标准工艺仿纳米器件与技术ＮａｎｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃＤｅｖｉｃｅ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ真的基础上，基于关键工艺制程，在处理移动边界的硅化和氧化移动边界的再生网格时，增加了网格数据的保存及网格数据的重复调用功能。

ＳｅｎＴａｕ－ｒｕｓＰｒｏｃｅｓｓ引入了最为先进的刻蚀模型，可以实现多种材料的各向同性选择性刻蚀和各向异性选择性腐蚀，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，系统会自动、快捷地生成新的输入文件。

３．２．１关于ＳｅｎＴａｕｒｕｓＰｒｏｃｅｓｓ的数据库浏览器通常，ＳｅｎＴａｕｒｕｓＰｒｏｃｅｓｓ使用缺省模型，缺省模型参数保存在属性数据库中。

数据库浏览器（ＰＤＢ）实现了属性数据库的图形化表示。

ＳｅｎＴａｕ－ｒｕｓＰｒｏｃｅｓｓ设置和定义模型及相关参数可以通过ＰＤＢ来完成，用户使用ＰＤＢ可以交互式地设置和编辑模型参数，可动态地在ＰＤＢ中确定仿真所使用的模型并将暂时不使用的模型保存起来随时设置。

用户还可以使用Ａｌａｇａｔｏｒ脚本语言定义新模型，以满足特殊仿真需求。

图１即为ＳｅｎＴａｕｒｕｓＰｒｏｃｅｓｓ的数据库浏览器（ＰＤＢ）界面。

图１给出了氧化层与硅界面处空穴表面复合率的缺省表达式，该表达式为［ＳｕｒｆＤｉｆｆＬｉｍｉｔＯｘｉｄｅ＿ＳｉｌｉｃｏｎＳｉＶａｃ０．０］上式被称为Ｔｃｌ表达式，它是基于空穴在硅中的缺省扩散率，使用一个函数来实现的。

通常情况下，可以对该表达式进行编辑和修改以满足设计者的需求。

这里需要强调的一点是：设计中使用的模型和参数的修改并不总是在数据库浏览器中实现的，若用户只需在本次设计中修改模型及参数，则不必修改模型库中的缺省设置，而只需在ＳｅｎｔａｕｒｕｓＰｒｏ－ｃｅｓｓ的输入文件中使用卡命令实现即可。

３．２．２关于ＳｅｎｔａｕｒｕｓＰｒｏｃｅｓｓ的结果分析工具３．２．２．１一维结果分析工具———ＩｎｓｐｅｃｔＩｎｓｐｅｃｔ是用来查看和分析一维曲线的交互工具，具有方便的图形用户界面和交互语言，便于用户对曲线进行绘制和编辑。

ＳｅｎＴａｕｒｕｓＰｒｏｃｅｓｓ提供了与Ｉｎｓｐｅｃｔ的接口信息，用户可以在ＳｅｎｔａｕｒｕｓＰｒｏｃｅｓｓ的输入文件中使用ＳｅｔＰｌｘＬｉｓｔ和ＷｒｉｔｅＰｌｘ命令将任意感兴趣点的掺杂信息保存到一个扩展名为．ｐｌｘ的ＤＦ－ＩＳＥ格式的文件中，然后在Ｉｎｓｐｅｃｔ工具界面下，通过调用该文件来绘制所需要的掺杂浓度分布曲线。

图２为Ｉｎｓｐｅｃｔ工具界面，用户可以在该界面下根据需要对曲线、坐标轴、图例和网格等进行设置，以增加可视化程度，这显然比ＴＳＵＰＲＥＭ－Ⅳ的命令行传统交互方式要简便、直观。

３．２．２．２结构及数据分析工具———ＴｅｃｐｌｏｔＳＶＳｅｎｔａｕｒｕｓＰｒｏｃｅｓｓ工艺仿真流程中生成的结构信息和数据信息是通过ＴｅｃｐｌｏｔＳＶ工具来查看的。

用户可以将结构信息和数据信息通过相应的命令保存到一个ＴＤＲ格式或者ＤＦ－ＩＳＥ格式的文件中，然后在Ｔｅｃｐｌｏｔ＿ＳＶ界面下通过调用该文件得到相应的结构和数据信息，并对其进行分析和编辑。