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-3 40
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-4 87
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-3 121
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 MEDICI 160
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MOSFET 187
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 SAMPLE 228
5.1.2.2 DEPICT系列 231
5.1.2.3 ELITE 235
5.1.2.4 OPTOLITH 235
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