4工艺模拟部分4.1工艺模拟作用工艺模拟是在给定的器件结构、工艺步骤和工艺差数的条件下求解半导体器件内部的结构变化和杂质分布，目前工艺模拟已成为半导体器件和集成电路工艺设计的一种重要工具。为了得到高性能的半导体器件和集成电路，需要合理地选择和调整各工艺过程，选择最佳的工艺条件，即进行工艺优化。过去只能采用“实验”法即采用试流水的方法进行多次的反复实验，这种方法即费时又费钱，有时还得不到合理的结果。随着计算机技术和计算方法的发展，以及我们对于各个工艺的基本物理过程的深入了解，现在已可能将要分析的工艺过程列出数学形式的模型，或者列出比较公认的经验公式，然后通过计算机进行数值求解。这时不再需要实际的工艺设备和准备各种实验条件，就能对各种不同的工艺条件进行分析比较。因此近年来工艺模拟技术得到了广泛的重视和飞速的发展。当然，模拟的精度在很大的程度上取决于工艺模型的数学表达式是否正确，以及采用何种算法。．．．．．．当然，模拟半导体器件的工艺过程也可以采用解析法，它能提供一种直观和易于理解的解，但由于解析式是从简单的物理模型中推导出来的，所以其有效性受到一定的限制，往往只在一组有限的工艺条件下才有效。譬如氧化和扩散过程，这两者往往是一耦合的过程，不能简单地分别加以计算，然后再叠加起来，其严格的解只有通过迭代的数值求解方法才能得到。数值求解的方法比较复杂，但可以得到精确的解，因而付出一定的代价是完全值得的。作为一个好的工艺模拟程序，应该能够对于任何工艺步骤、工艺条件，计算出器件内部的结构特性和杂质分布。结构特性就是设法跟踪不同材料层在位置上的变化，以及由于工艺过程所引起的变形，包括各种材料的厚度和宽度的变化；杂质分布是求出杂质粒子在半导体内部的传输和再分布，同时可预测各工艺参数的偏离对工艺结果的影响程度。器件模拟的目的是把有关的工艺信息（杂质分布、几何尺寸等）送入到器件模拟程序中，并找出限制器件性能的各个工艺因素。因此，如果进一步把工艺模拟与器件模拟程序甚至电路模拟结合起来，就可以得到该工艺条件下的器件性能以及电路性能，这是一项十分有意义的工作。如果反过来，人们能从器件的性能要求出发，设法找到一套合理的工艺步骤和工艺参数，那对器件开发和工艺开发的意义就更大了。这一过程被称作器件综合与工艺综合[4-11]。4.2工艺模拟软件的发展[1][2][3]为了满足人们对工艺模拟软件的实际需求，80年代初期，以美国斯坦福大学集成电路实验室、美国加州大学伯克利分校半导体实验室以及美国贝尔实验室等率先进行了大量工作，开发出并逐步升级、完善了多种工艺模拟系统。目前比较著名的工艺模拟程序有SUPREM，BICEPS，SAMPLE等。SUPREM（StanfordUniversityProcessEngineeringModels）是由美国斯坦福大学开发的。随着人们对集成电路制造工艺过程的深入研究和对工艺过程的控制要求越来越高，对集成电路工艺过程仿真的要求也越来越高。因此，开发者对SUPREM集成电路工艺模拟系统进行了不断的改进和补充。到目前为止，已经先后推出了四代SUPREM工艺模拟系统，第一代为名为SUPREM-Ⅰ，发表于1977年，仅在试验室条件下进行了试用。1980年推出了第二代版本名为SUPREM-Ⅱ，SUPREM-Ⅱ进行了世界范围内的技术转让，有了一定的产业化应用。1983年又对原版本做了较大修改，推出了第三代版本SUPREM-Ⅲ。但SUPREM-Ⅲ只限于一维作一维分析，随着器件尺寸的日益缩小，各工艺之间的影响既有垂直的，又有水平的，只限于二维分析已显得不够。1988年提出了能进行二维分析的SUPREM-Ⅳ。美国TMA公司集相关技术成果在前几个版本的基础之上，历经近十年的时间，于1997年推出了对集成电路平面制造工艺进行二维模拟的第四代版本的商业版TSUPREM-Ⅳ。而后，美国TMA公司又并入美国AVANT！公司，故TSUPREM-Ⅳ的当前注册版权也随之隶属于美国AVANT！公司（现在，AVANT！公司已归于SYNOPSIS公司麾下）。ATHENA是美国SILVACO公司推出的集成电路工艺模拟的商用软件包。ATHENA包括SSUPREM4、ELITE、OPTOLITH和FLASH四个软件。SSUPREM4也是SUPREM-Ⅳ的一种商用改进版，它是ATHENA中最重要的组成部分。SSUPREM4是世界上公认的最先进的集成电路工艺模拟软件之一。其它的工艺模拟软件还有BICEPS、SAMPLE等。BICEPS是于1982年发表的，它既可以模拟一维的，也能够模拟二维情况，它能够模拟扩散、离子注入、预淀积、氧化、外延和腐蚀等工艺。SAMPLE是专用于模拟光学及电子束光刻工艺的模拟程序。4.3工艺模拟的数值分析方法工艺模拟所要模拟的工艺过程有氧化、扩散、离子注