半导体器件TCAD设计与应用PDF电子书下载

第1章 半导体工艺及器件仿真工具SentaurusTCAD 1

1.1集成工艺仿真系统Sentaurus Process 1

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 Editor 9

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 Device 18

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MEDICI 29

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-TCAD 72

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-TCAD 107

4.1工艺仿真工具DIOS 107

4.1.1关于DIOS 107

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MDRAW 117

4.2.1关于MDRAW 117

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DESSIS 138

4.3.1关于DESSIS 138

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