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第一章 引言1

1.1 模拟和集成电路模拟简释1

1.1.1 模拟1

1.1.2 集成电路模拟1

1.2 IC工艺和器件模拟简介2

1.2.1 IC工艺模拟2

1.2.2 IC器件模拟4

1.3 本书的内容安排及特点5

第二章 集成电路的工艺模拟7

2.1 SUPREM概述7

2.2 SUPREM-2概述8

2.3 SUPREM-2的工艺模型8

2.3.1 离子注入模型8

2.3.1.1 简单的对称高斯分布9

2.3.1.2 两个相联的半高斯分布10

2.3.1.3 修改过的PearsonⅣ分布10

2.3.1.4 硅表面有二氧化硅层时对射程的修正12

2.3.1.5 热退火对注入杂质分布的影响12

2.3.2 热加工时杂质迁移模型13

2.3.2.1 扩散方程13

2.3.2.2 非本征情况下的扩散系数15

2.3.2.3 硅中存在其他高浓度杂质时对杂质扩散分布的影响17

2.3.2.4 磷的扩散迁移模型18

2.3.2.5 氧化增强扩散20

2.3.2.6 界面流量21

2.3.2.7 产生和损失机构——砷的扩散迁移模型23

2.3.3 热氧化模型24

2.3.3.1 Deal-Grove热氧化生长公式24

2.3.3.2 高硅表面掺杂浓度对硅氧化速率的影响25

2.3.3.3 增量形式的热氧化生长公式26

2.3.4 硅外延模型26

2.4 SUPREM-2中几个电参数的计算27

2.4.1 薄层电阻计算27

2.4.2 MOS阈值电压计算28

2.5 SUPREM-2的使用和应用例举30

2.5.1 SUPREM-2的使用30

2.5.2 SUPREM-2的应用例举30

2.5.2.1 SUPREM-2应用例举一 CMOS P阱模拟30

2.5.2.2 SUPREM-2应用例举二 斯坦福配套元件芯片工艺35

2.6 SUPREM-340

2.6.1 SUPREM-3的离子注入模型40

2.6.2 SUPREM-3的热氧化模型41

2.6.3 SUPREM-3的杂质扩散模型46

2.6.3.1 SUPREM-3执行的非氧化情况下的杂质扩散模型46

2.6.3.2 SUPREM-3执行的氧化表面情况下的杂质扩散模型50

2.6.3.3 SUPREM-3执行的为其他材料的杂质扩散和分凝模型52

2.6.4 SUPREM-3的硅外延模型52

2.6.5 多晶硅模型55

2.6.6 SUPREM-3中的电性能计算56

2.6.7 SUPREM-3的使用和应用例举58

2.6.7.1 SUPREM-3的使用58

2.6.7.2 SUPREM-3的应用例举一 硅栅NMOS工艺58

2.6.7.3 SUPREM-3的应用例举二 掺杂多晶硅发射极双极型晶体管73

2.7 SUPREM-487

2.7.1 SUPREM-4的离子注入模型88

2.7.1.1 解析离子注入模型88

2.7.1.2 Monte Carlo离子注入模型89

2.7.2 SUPREM-4的杂质扩散模型89

2.7.3 SUPREM-4的氧化模型90

2.7.3.1 一维氧化模型90

2.7.3.2 二维氧化模型90

2.7.4 SUPREM-4的其他工艺模型和电参数计算模型94

2.7.5 SUPREM-4的使用和应用例举95

2.7.5.1 SUPREM-4的使用95

2.7.5.2 SUPREM-4的应用例举一 硅的局部氧化工艺的二维模拟95

2.7.5.3 SUPREM-4的应用例举二 CMOS中NMOS管的制造工艺模拟98

第二章参考资料104

第三章 半导体器件的一维模拟108

3.1 SEDAN-1的一般描述108

3.2 SEDAN-1执行的半导体基本方程110

3.3 SEDAN-1中几个参数的物理模型112

3.3.1 杂质浓度及电场对迁移率的影响112

3.3.2 高掺杂浓度引起禁带变窄113

3.3.3 两种复合机构对复合率的贡献114

3.4 SEDAN-1的使用和应用例举115

3.4.1 SEDAN-1的使用115

3.4.2 SEDAN-1的应用例举116

3.4.2.1 SEDAN-1的输入文件例举116

3.4.2.2 SEDAN-1的输出信息例举118

3.5 SEDAN-3121

3.5.1 SEDAN-3概述121

3.5.2 SEDAN-3执行的基本方程122

3.5.3 SEDAN-3中几个参数的物理模型126

3.5.3.1 硅中几个参数的物理模型126

3.5.3.2 GaAS和AlxGal-xAs中几个参数的物理模型130

3.5.4 SEDAN-3的使用和应用例举135

3.5.4.1 SEDAN-3的使用135

3.5.4.2 SEDAN-3的应用例举一 MOS电容的模拟136

3.5.4.3 SEDAN-3的应用例举二 npn晶体管的模拟138

3.5.4.4 SEDAN-3的应用例举三 具有多晶硅发射区的npn晶体管的模拟140

3.5.4.5 SEDAN-3的应用例举四 AlxGal-xAs-GaAs异质结双极型晶体管的模拟142

第三章参考资料145

第四章 半导体器件的二维模拟147

4.1 MINIMOS-2概述147

4.2 MINIMOS-2执行的半导体方程组148

4.3 3种求取二维掺杂分布的方法150

4.4 MINIMOS-2中迁移率及产生和复合模型152

4.4.1 迁移率模型152

4.4.2 产生和复合模型154

4.5 MINIMOS-2的使用和应用例举155

4.5.1 MINIMOS-2的使用155

4.5.2 MINIMOS-2的应用例举155

4.5.2.1 MINIMOS-2的输入文件例举155

4.5.2.2 几个参数的二维图输出例举157

4.6 MEDICI160

4.6.1 MEDICI概述160

4.6.2 MEDICI执行的方程161

4.6.3 MEDICI的物理模型163

4.6.3.1 复合和寿命模型163

4.6.3.2 禁带宽度模型168

4.6.3.3 迁移率模型172

4.6.3.4 其他重要物理模型185

4.6.4 MEDICI的使用和应用例举186

4.6.4.1 MEDICI的使用186

4.6.4.2 MEDICI的应用例举一 沟长为1.5μm的N沟MOSFET187

4.6.4.3 MEDICI的应用例举二 用能量平衡方程模拟LDD MOSFET中衬底电流212

4.6.4.4 MEDICI的应用例举三 SiGe异质结双极型晶体管（HBT）219

第四章参考资料224

第五章 集成电路工艺和器件模拟的发展现状和未来需求227

5.1 集成电路工艺和器件模拟器发展现状227

5.1.1 掺杂分布和氧化模拟器227

5.1.2 光刻刻蚀和淀积的形貌模拟器228

5.1.2.1 SAMPLE228

5.1.2.2 DEPICT系列231

5.1.2.3 ELITE235

5.1.2.4 OPTOLITH235

5.1.2.5 其他形貌模拟器236

5.1.3 结合掺杂氧化和形貌模拟的完整工艺模拟器237

5.1.4 集成电路制造工艺的统计模拟器237

5.1.4.1 FABRICSⅡ的一般介绍237

5.1.4.2 FABRICSⅡ中的随机数产生器238

5.1.4.3 FABRICSⅡ中的工艺和器件模拟器239

5.1.4.4 集成电路制造工艺统计模拟技术的应用和发展240

5.1.5 集成电路中有源器件及无源元件模拟器241

5.1.6 集成电路中的互连寄生模拟器243

5.1.6.1 模拟的基本内容和建模243

5.1.6.2 互连寄生模拟器245

5.2 集成电路工艺和器件模拟近期和远期的需求251

5.2.1 困难挑战252

5.2.1.1 10个论题252

5.2.1.2 近期困难挑战253

5.2.1.3 远期困难挑战256

5.2.1.4 实验验证是关键的困难挑战257

5.2.2 近期和远期的能力需求257

5.2.2.1 近期的能力需求257

5.2.2.2 远期的能力需求261

第五章参考资料262

附录266

附录一 SUPREM-2的输入文件书写格式266

附录二 SEDAN-1的输入文件书写格式280

附录三 MINIMOS-2的输入文件书写格式292