借助集成电路工艺虚拟仿真实验搭建一个虚拟集成电路工艺生产线，该生产线包括了氧化、扩散、气相淀积、刻蚀、光刻、金属化等工艺设备，以及原子力显微镜、X射线衍射仪、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、椭偏仪、C-V测试系统等先进测量仪器。借助工艺虚拟仿真实验可以构建灵活多样的工艺场景，成本低、效率高，使学生可以不受场地与设备的限制，掌握更多的工艺原理，加深对现代集成电路工艺的理解。
 

（一）集成电路工艺一维虚拟仿真实验平台
 

A. 实验功能
 

    集成电路结构和工艺参数分布具有时间上和空间上的差异性，因此通过对集成电路芯片纵向上材料结构、器件结构、杂质分布及杂质迁移行为等的一维虚拟仿真，可以使学生更加深入地理解集成电路工艺原理。
 

B. 主要虚拟仿真实验项目与服务课程

 

序号	实验名称	相关课程
1	离子注入工艺及退火仿真	《集成电路制造技术》 《半导体物理》 《场效应器件物理》、《双极器件物理》、《化合物半导体器件物理》等
2	不同条件下沟道效应仿真
3	扩散掺杂工艺仿真
4	扩散增强机制仿真
5	介质氧化工艺仿真

C. 虚拟仿真实验特色和效果
 

    集成电路工艺一维虚拟仿真实验很好地将理论与实践有机结合、将科研成果转化为实验教学资源，通过虚拟仿真技术，可获得丰富的实验结果和特性，让学生对集成电路工艺中芯片的一维结构和参数的动态特性有全面认识，提高学生对工艺结果的分析能力，增强学生的工艺设计开发能力。在实验内容上紧密联系当今世界集成电路工艺技术的发展前沿，增强学生的学习兴趣和热情，克服了设置真实实验的困难，弥补了真实实验难以实现的教学内容。

    图1给出了虚拟仿真实验项目(1)中不同注入剂量时磷离子注入工艺的一维虚拟仿真结果和实测数据，图中曲线表示虚拟仿真结果，钻石图形为SIMS实测数据，仿真结果与实验结果吻合很好。上述实验结果，采用虚拟仿真技术只需要数秒钟便可精确获得，然而采用真实实验，不但需要借助价格昂贵的离子注入设备，制备多样化样品、花费大量时间和资金，而且测试结果的准确性严重地受制于样品制备水平、测试条件等。

 

 

图1 磷离子注入工艺的一维虚拟仿真

 

（二）集成电路工艺多维虚拟仿真实验平台

A. 实验功能

    集成电路工艺的复杂之处就在于它是一个二维、甚至三维的动态过程，而这种二维和三维特性直接主导着集成电路性能的优劣。因此，通过集成电路工艺多维虚拟仿真实验，可以深入剖析集成电路芯片在不同方向上结构特征、工艺参数等的变化规律，给学生展现一幕立体的工艺生产场景，更好地促进学生对集成电路工艺原理的掌握。

B. 主要虚拟仿真实验项目与服务课程

 

序号	实验名称	相关课程
1	热氧化工艺鸟嘴效应仿真实验	《化合物半导体器件物理》、《半导体物理》、《场效应器件物理》、《集成电路制造技术》、《双极器件物理》等
2	氧化增强扩散效应仿真
3	发射区推进效应仿真
4	离子注入二维分布仿真
5	金属化工艺仿真
6	化学气相淀积工艺仿真
7	多形态光刻与刻蚀工艺仿真
8	工艺集成仿真

C. 虚拟仿真实验特色和效果
 

    集成电路工艺多维虚拟仿真实验以现代集成电路工艺原理为基础，充分借鉴了当今集成电路工艺技术的前沿研究，该实验课程以“立体”的方式展示集成电路工艺环节，表现形式更加生动、形象，表现内容的层次更加清晰。通过集成电路工艺多维虚拟仿真实验，可实现集成电路工艺的“线”(一维虚拟仿真)、“面”(二维虚拟仿真)和“体”(三维虚拟仿真)的虚拟仿真的有机结合和相互促进，最大限度地激发学生的探究式学习兴趣和热情，增强学生对工艺原理的理解、吸收和拓展，克服了设置真实实验的困难，填补了真实实验的空白。
 

    图2给出了虚拟仿真实验项目(4)中离子注入二维虚拟仿真结果，形象展示了注入杂质的分布细节特征，图3给出了虚拟仿真实验项目(8)中完整器件工艺的二维虚拟仿真结果，形象展示了各层材料的形貌和结构特征，图4给出了Fin-FET器件净掺杂分布的三维虚拟仿真结果，立体展现了器件内三维杂质分布特征。上述这些结果在真实实验中难以获得。

 

 
 

图2 离子注入二维虚拟仿真                        图3 完整器件工艺的二维虚拟仿真

 

图4 Fin-FET器件净掺杂分布的三维虚拟仿真