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第1章 半导体工艺及器件仿真工具SentaurusTCAD1

1.1集成工艺仿真系统Sentaurus Process1

1.1.1 Sentaurus Process工艺仿真工具简介1

1.1.2 Sentaurus Process基本命令介绍1

1.1.3 Sentaurus Process中的小尺寸模型4

1.1.4 Sentaurus Process仿真实例5

1.2器件结构编辑工具Sentaurus Structure Editor9

1.2.1 Sentaurus Structure Editor （SDE）器件结构编辑工具简介9

1.2.2完成从Sentaurus Process到SentaurusDevice的接口转换10

1.2.3创建三维结构13

1.3器件仿真工具Sentaurus Device18

1.3.1 Sentaurus Device器件仿真工具简介18

1.3.2 Sentaurus Device主要物理模型18

1.3.3 Sentaurus Device仿真实例21

1.4集成电路虚拟制造系统SentaurusWorkbench简介25

1.4.1 Sentaurus Workbench （SWB）简介25

1.4.2创建和运行仿真项目25

参考文献28

第2章 工艺仿真工具TSUPREM-4及器件仿真工具MEDICI29

2.1工艺仿真工具TSUPREM-4的模型介绍29

2.1.1扩散模型29

2.1.2离子注入模型30

2.1.3氧化模型31

2.1.4刻蚀模型32

2.2 TSUPREM-4基本命令介绍32

2.2.1符号及变量说明32

2.2.2命令类型33

2.2.3常用命令的基本格式与用法33

2.3双极晶体管结构的一维仿真示例48

2.3.1 TSUPREM-4输入文件的顺序48

2.3.2初始有源区仿真49

2.3.3网格生成49

2.3.4模型选择50

2.3.5工艺步骤50

2.3.6保存结构51

2.3.7绘制结果51

2.3.8打印层信息52

2.3.9完成有源区仿真53

2.3.10最终结果54

2.4器件仿真工具MEDICI简介55

2.4.1 MEDICI的特性55

2.4.2 MEDICI的使用56

2.4.3 MEDICI的语法概览57

2.5 MEDICI实例1——NLDMOS器件仿真59

2.6 MEDICI实例2——NPN三极管仿真64

参考文献71

第3章 工艺及器件仿真工具SILVACO-TCAD72

3.1使用ATHENA的NMOS工艺仿真72

3.1.1概述72

3.1.2创建一个初始结构72

3.1.3定义初始衬底74

3.1.4运行ATHENA并绘图74

3.1.5栅极氧化76

3.1.6提取栅极氧化层的厚度77

3.1.7栅氧厚度的最优化77

3.1.8完成离子注入80

3.1.9在TonyPlot中分析硼掺杂特性81

3.1.10多晶硅栅的淀积82

3.1.11简单几何刻蚀84

3.1.12多晶硅氧化85

3.1.13多晶硅掺杂85

3.1.14隔离氧化层淀积87

3.1.15 侧墙氧化隔离的形成87

3.1.16源/漏极注入和退火88

3.1.17金属的淀积90

3.1.18获取器件参数92

3.1.19半个NMOS结构的镜像93

3.1.20电极的确定93

3.1.21保存ATHENA结构文件94

3.2使用ATLAS的NMOS器件仿真95

3.2.1 ATLAS概述95

3.2.2 NMOS结构的ATLAS仿真96

3.2.3创建ATLAS输入文档96

3.2.4模型命令组97

3.2.5数字求解方法命令组98

3.2.6解决方案命令组99

参考文献106

第4章 工艺及器件仿真工具ISE-TCAD107

4.1工艺仿真工具DIOS107

4.1.1关于DIOS107

4.1.2各种命令说明108

4.1.3实例说明112

4.2器件描述工具MDRAW117

4.2.1关于MDRAW117

4.2.2 MDRAW的边界编辑118

4.2.3掺杂和优化编辑129

4.2.4 MDRAW软件基本使用流程134

4.3器件仿真工具DESSIS138

4.3.1关于DESSIS138

4.3.2设计实例140

4.3.3主要模型简介146

4.3.4小信号AC（交流）分析151

参考文献153

第5章 工艺仿真工具（DIOS）的优化使用154

5.1网格定义154

5.2工艺流程模拟156

5.2.1淀积157

5.2.2刻蚀158

5.2.3离子注入159

5.2.4氧化162

5.2.5扩散165

5.3结构操作及保存输出165

参考文献166

第6章 器件仿真工具（DESSIS）的模型分析167

6.1传输方程模型167

6.2能带模型168

6.3迁移率模型170

6.3.1晶格散射引起的迁移率退化170

6.3.2电离杂质散射引起的迁移率退化170

6.3.3载流子间散射引起的迁移率退化172

6.3.4高场饱和引起的迁移率退化173

6.3.5表面散射引起的迁移率退化174

6.4雪崩离化模型174

6.5复合模型176

参考文献177

第7章TCAD工具仿真流程及在ESD防护器件性能评估方面的应用178

7.1工艺和器件TCAD仿真软件的发展历程178

7.2工艺和器件仿真的基本流程179

7.3 TSUPREM-4/MEDICI的仿真示例181

7.3.1半导体工艺级仿真流程181

7.3.2从工艺级仿真向器件级仿真的过渡流程184

7.3.3半导体器件级仿真的流程185

7.4 ESD防护器件设计要求及TCAD辅助设计的必要性187

7.5利用瞬态仿真对ESD防护器件综合性能的定性评估188

7.5.1 TCAD评估基本设置189

7.5.2有效性评估189

7.5.3敏捷性评估189

7.5.4鲁棒性评估190

7.5.5透明性评估192

7.5.6 ESD总体评估193

参考文献194

第8章ESD防护器件关键参数的仿真196

8.1 ESD仿真中的物理模型选择196

8.2热边界条件的设定199

8.3 ESD器件仿真中收敛性问题解决方案200

8.4模型参数对关键性能参数仿真结果的影响204

8.5二次击穿电流的仿真207

8.5.1现有方法的局限性207

8.5.2单脉冲TLP波形瞬态仿真方法介绍208

8.5.3多脉冲TLP波形仿真介绍209

参考文献211

第9章VDMOSFET的设计及仿真验证212

9.1 VDMOSFET概述212

9.2 VDMOSFET元胞设计213

9.2.1结构参数及工艺参数213

9.2.2工艺流程213

9.2.3工艺仿真214

9.2.4器件仿真220

9.2.5器件优化229

9.3 VDMOSFET终端结构的设计232

9.3.1结构参数设计232

9.3.2工艺仿真232

9.3.3器件仿真237

9.3.4参数优化239

9.4 VDMOSFET ESD防护结构设计240

9.4.1 ESD现象概述240

9.4.2 VDMOSFET中的ESD防护结构设计241

9.4.3 ESD防护结构的参数仿真242

参考文献248

第10章IGBT的设计及仿真验证250

10.1 IGBT结构简介250

10.2 IGBT元胞结构设计251

10.2.1 IGBT的正向压降设计251

10.2.2 IGBT的正向阻断电压的设计252

10.2.3元胞几何图形的考虑253

10.2.4 IGBT元胞仿真实例253

10.3高压终端结构的设计258

10.3.1高压终端结构介绍258

10.3.2高压终端结构的仿真260

10.4 IGBT工艺流程设计265

10.4.1使用材料的选择265

10.4.2工艺参数及工艺流程266

参考文献276