集成電路工藝和器件的計(jì)算機(jī)模擬

前言

　　自1958年Jack s．Kilby發(fā)明集成電路（IC）以及1959年Robert N．Noyce發(fā)明實(shí)用的硅IC以來，歷經(jīng)50余年的發(fā)展，IC的功能和應(yīng)用有了驚人的增強(qiáng)和擴(kuò)展，2005年全球基于IC的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值已超過2 200億美元，IC已成為人類社會(huì)進(jìn)入信息時(shí)代的主要物質(zhì)基礎(chǔ)．　　集成電路工藝和器件的計(jì)算機(jī)模擬又稱集成電路工藝和器件技術(shù)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（英文簡(jiǎn)稱為IC TCAD），它是IC設(shè)計(jì)和IC虛擬制造的重要組成部分，是IC工藝和器件特性快速分析的有力工具．應(yīng)用IC’rcAD能縮短IC工藝和器件的開發(fā)周期，節(jié)省試制成本，還能獲取實(shí)驗(yàn)無法得到的信息以及深化IC工藝和器件的物理研究．　　美國Stanford大學(xué)IC實(shí)驗(yàn)室1978年IC工藝模擬軟件SLJPREM一2的成功試制和釋放使用，以及1979年半導(dǎo)體器件分析軟件SEDAN一1的成功試制和釋放使用是IC TCAD開始進(jìn)入實(shí)用的標(biāo)志．20世紀(jì)80年代至今的20多年中，隨著IC工藝和器件物理研究的進(jìn)展，計(jì)算機(jī)硬件性能的增強(qiáng)以及應(yīng)用軟件開發(fā)技術(shù)的成熟，IC TCAD的功能和應(yīng)用也有了同IC發(fā)展同步而得到顯著的增強(qiáng)和擴(kuò)展．　　鑒于IC TCAD對(duì)IC研發(fā)和生產(chǎn)的重要作用，復(fù)旦大學(xué)從1981年引入SUPREM一2為起點(diǎn)開始了對(duì)該項(xiàng)技術(shù)的研究，并從1988年起為微電子及固態(tài)電子學(xué)專業(yè)的研究生開設(shè)了《集成電路工藝和器件的計(jì)算機(jī)模擬》專業(yè)課．本書是作者以該專業(yè)課自編講義為基礎(chǔ)，經(jīng)較多的補(bǔ)充、修改，兼顧基礎(chǔ)和近代進(jìn)展寫成的．本書用約40％的篇幅詳細(xì)介紹在國際上最早實(shí)用的、參考資料齊全的、特別適用于教學(xué)和入門學(xué)習(xí)的幾種知名的經(jīng)典的IC工藝和器件模擬程序所用的物理模型和程序使用方法，用約60％的篇幅闡述IC TCAD的多方面發(fā)展及近代進(jìn)展。

內(nèi)容概要

集成電路工藝和器件的計(jì)算機(jī)模擬，國際上也稱作IC TCAD，是少數(shù)幾種有能力縮減集成電路開發(fā)周期和研制費(fèi)用的技術(shù)之一。　　本書以介紹集成電路工藝和器件的模擬器為主線，概論IC TCAD技術(shù)早期的可實(shí)用的成果、隨后的多方面發(fā)展、當(dāng)今的研究進(jìn)展和商用化現(xiàn)狀，以及近期和遠(yuǎn)期的困難挑戰(zhàn)和能力需求。　　本書適用于大學(xué)微電子或其他相關(guān)專業(yè)的碩士／博士研究生或高年級(jí)本科生作教材或教學(xué)參考書。本書作為一本IC TCAD技術(shù)的入門書，也適用于有需要或有興趣在IT領(lǐng)域工作的研發(fā)、生產(chǎn)和管理人員。

作者簡(jiǎn)介

阮剛，復(fù)旦大學(xué)教授，微電子及固態(tài)電子學(xué)專業(yè)博士生導(dǎo)師。1956～1958年在北京大學(xué)加入五校半導(dǎo)體聯(lián)合教研室，參與創(chuàng)辦我國第一個(gè)半導(dǎo)體專業(yè)，1960年初在復(fù)旦大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)一個(gè)青年科研組，研制成功了我國第一批鍺集成電路。長期從事半導(dǎo)體器件工藝、物理、模型和模擬的教學(xué)和研究

書籍目錄

前言第一章　引言　1.1  模擬和集成電路模擬簡(jiǎn)釋　　1.1.1  模擬　　1.1.2  集成電路模擬　1.2　lC工藝和器件模擬簡(jiǎn)介　　1.2.1  IC工藝模擬　　1.2.2  IC器件模擬　1.3  本書的內(nèi)容安排及特點(diǎn)第二章　集成電路的工藝模擬　2.1  SUPREM概述　2.2  SUPREM-2概述　2.3  SUPREM-2的工藝模型　　2.3.1  離子注入模型　　　2.3.1.1  簡(jiǎn)單的對(duì)稱高斯分布　　　2.3.1.2  兩個(gè)相聯(lián)的半高斯分布　　　2.3.1.3  修改過的PearsonⅣ分布　　　2.3.1.4  硅表面有二氧化硅層時(shí)對(duì)射程的修正　　　2.3.1.5  熱退火對(duì)注入雜質(zhì)分布的影響　　2.3.2  熱加工時(shí)雜質(zhì)遷移模型　　　2.3.2.1  擴(kuò)散方程　　　2.3.2.2  非本征情況下的擴(kuò)散系數(shù)　　　2.3.2.3  硅中存在其他高濃度雜質(zhì)時(shí)對(duì)雜質(zhì)擴(kuò)散分布的影響　　　2.3.2.4  磷的擴(kuò)散遷移模型　　　2.3.2.5  氧化增強(qiáng)擴(kuò)散　　　2.3.2.6  界面流量　　　2.3.2.7  產(chǎn)生和損失機(jī)構(gòu)——砷的擴(kuò)散遷移模型　　2.3.3  熱氧化模型　　　2.3.3.1  Deal-Grove熱氧化生長公式　　　2.3.3.2  高硅表面摻雜濃度對(duì)硅氧化速率的影響　　　2.3.3.3  增量形式的熱氧化生長公式　　2.3.4  硅外延模型　2.4  SUPREM-2中幾個(gè)電參數(shù)的計(jì)算　　2.4.1  薄層電阻計(jì)算　　2.4.2  MOS閾值電壓計(jì)算　2.5　SUPREM-2的使用和應(yīng)用例舉　　2.5.1  SUPREM-2的使用　　2.5.2  SUPREM-2的應(yīng)用例舉　　　2.5.2.1  SUPREM-2應(yīng)用例舉一 CMOS P阱模擬　　　2.5.2.2  SUPREM-2應(yīng)用例舉二 斯坦福配套元件芯片工藝　2.6  SUPREM-3　　2.6.1  SUPREM-3的離子注入模型　　2.6.2  SUPREM-3的熱氧化模型　　2.6.3  SUPREM-3的雜質(zhì)擴(kuò)散模型　　　2.6.3.1  SUPREM-3執(zhí)行的非氧化情況下的雜質(zhì)擴(kuò)散模型　　　2.6.3.2  SUPREM-3執(zhí)行的氧化表面情況下的雜質(zhì)擴(kuò)散模型　　　2.6.3.3  SUPREM-3執(zhí)行的為其他材料的雜質(zhì)擴(kuò)散和分凝模型　　2.6.4  SUPREM-3的硅外延模型　　2.6.5  多晶硅模型　　2.6.6  SUPREM-3中的電性能計(jì)算　　2.6.7  SUPREM-3的使用和應(yīng)用例舉　　　2.6.7.1  SUPREM-3的使用　　　2.6.7.2  SUPREM-3的應(yīng)用例舉一 硅柵NMOS工藝　　　2.6.7.3  SUPREM-3的應(yīng)用例舉二 摻雜多晶硅發(fā)射極雙極型晶體管　2.7  SUPREM-4　　2.7.1  SUPREM-4的離子注入模型　　　2.7.1.1  解析離子注入模型　　　2.7.1.2  Monte Carlo離子注入模型　　2.7.2  SUPREM-4的雜質(zhì)擴(kuò)散模型　　2.7.3  SUPREM-4的氧化模型　　　2.7.3.1  一維氧化模型　　　2.7.3.2  二維氧化模型　　2.7.4  SUPREM-4的其他工藝模型和電參數(shù)計(jì)算模型　　2.7.5  SUPREM-4的使用和應(yīng)用例舉　　　2.7.5.1  SUPREM-4的使用　　　2.7.5.2  SUPREM-4的應(yīng)用例舉一 硅的局部氧化工藝的二維模擬　　　2.7.5.3  SUPREM-4的應(yīng)用例舉二 CMOS中NMOs管的制造工藝模擬　第二章參考資料第三章　半導(dǎo)體器件的一維模擬　3.1  SEDAN-1的一般描述　3.2  SEDAN-1執(zhí)行的半導(dǎo)體基本方程　3.3  SEDAN-1中幾個(gè)參數(shù)的物理模型　　3.3.1  雜質(zhì)濃度及電場(chǎng)對(duì)遷移率的影響　　3.3.2  高摻雜濃度引起禁帶變窄　　3.3.3  兩種復(fù)合機(jī)構(gòu)對(duì)復(fù)合率的貢獻(xiàn)　3.4　SEDAN-1的使用和應(yīng)用例舉　　3.4.1  SEDAN-1的使用　　3.4.2  SEDAN-1的應(yīng)用例舉　　　3.4.2.1  SEDAN-1的輸入文件例舉　　　3.4.2.2  SEDAN-1的輸出信息例舉　3.5  SEDAN-3　　3.5.1  SEDAN-3概述 　　3.5.2  SEDAN-3執(zhí)行的基本方程　　3.5.3  SEDAN-3中幾個(gè)參數(shù)的物理模型　　　3.5.3.1  硅中幾個(gè)參數(shù)的物理模型　　　3.5.3.2  GaAs和AlGaAs中幾個(gè)參數(shù)的物理模型　　3.5.4  SEDAN-3的使用和應(yīng)用例舉　　　3.5.4.1  SED)AN-3的使用 　　　3.5.4.2  SEDAN-3的應(yīng)用例舉一 MOS電容的模擬　　　3.5.4.3  SEDAN-3的應(yīng)用例舉二 npn晶體管的模擬　　　3.5.4.4  SEDAN-3的應(yīng)用例舉三 具有多晶硅發(fā)射區(qū)的npn晶體管的模擬　　　3.5.4.5  SEDAN-3的應(yīng)用例舉四 AlGaAs—GaAs異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管的模擬　第三章參考資料第四章　半導(dǎo)體器件的二維模擬　4.1  MINIMOS-2概述　4.2  MINIMOS執(zhí)行的半導(dǎo)體方程組　4.3  3種求取二維摻雜分布的方法　4.4  MINIMOS-2中遷移率及產(chǎn)生和復(fù)合模型　　4.4.1  遷移率模型　　4.4.2  產(chǎn)生和復(fù)合模型　4.5  MINIMOS-2的使用和應(yīng)用例舉　　4.5.1  MINIMOS-2的使用　　4.5.2  MINlMOS-2的應(yīng)用例舉　　　4.5.2.1  MINIMoS-2的輸入文件例舉　　　4.5.2.2  幾個(gè)參數(shù)的二維圖輸出例舉　4.6  MEDICI　　4.6.1  MEDICI概述　　4.6.2  MEDICI執(zhí)行的方程　　4.6.3  MEDICI的物理模型　　　4.6.3.1  復(fù)合和壽命模型　　　4.6.3.2  禁帶寬度模型　　　4.6.3.3  遷移率模型　　　4.6.3.4  其他重要物理模型　　4.6.4  MEDICI的使用和應(yīng)用例舉　　　4.6.4.1  MEDICI的使用　　　4.6.4.2  MEDICI的應(yīng)用例舉一 溝長為1.5µm的N溝MOSFET　　　4.6.4.3  MEDICI的應(yīng)用例舉二 用能量平衡方程模擬LDD MOSFET中襯底電流　　　4.6.4.4  MEDICI的應(yīng)用例舉三 SiGe異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管(HBT)　第四章參考資料第五章　集成電路工藝和器件模擬的發(fā)展現(xiàn)狀和未來需求　5.1  集成電路工藝和器件模擬器發(fā)展現(xiàn)狀　　5.1.1  摻雜分布和氧化模擬器　　5.1.2  光刻刻蝕和淀積的形貌模擬器　　　5.1.2.1  SAMPLE　　　5.1.2.2  DEPICT系列　　　5.1.2.3  ELITE　　　5.1.2.4  OPTOLITH 　　　5.1.2.5  其他形貌模擬器　　5.1.3  結(jié)合摻雜氧化和形貌模擬的完整工藝模擬器　　5.1.4  集成電路制造工藝的統(tǒng)計(jì)模擬器　　　5.1.4.1  FABRICsⅡ的一般介紹　　　5.1.4.2  FABRICSⅡ中的隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生器　　　5.1.4.3  FABRICSⅡ中的工藝和器件模擬器　　　5.1.4.4  集成電路制造工藝統(tǒng)計(jì)模擬技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展　　5.1.5  集成電路中有源器件及無源元件模擬器　　5.1.6  集成電路中的互連寄生模擬器　　　5.1.6.1  模擬的基本內(nèi)容和建模　　　5.1.6.2  互連寄生模擬器　5.2  集成電路工藝和器件模擬近期和遠(yuǎn)期的需求　　5.2.1  困難挑戰(zhàn)　　　5.2.1.1  10個(gè)論題　　　5.2.1.2  近期困難挑戰(zhàn)　　　5.2.1.3  遠(yuǎn)期困難挑戰(zhàn)　　　5.2.1.4  實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證是關(guān)鍵的困難挑戰(zhàn)　　5.2.2  近期和遠(yuǎn)期的能力需求　　　5.2.2.1  近期的能力需求　　　5.2.2.2  遠(yuǎn)期的能力需求　第五章參考資料附錄　附錄一 SUPREM-2的輸入文件書寫格式　附錄二 SEDAN-1的輸入文件書寫格式　附錄三 MlNIMOS-2的輸入文件書寫格式

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