　　《微电子与集成电路设计系列规划教材：半导体器件TCAD设计与应用》主要内容包括：半导体工艺及器件仿真工具Sentaurus TCAD，工艺仿真工具TSUPREM-4及器件仿真工具MEDICI，工艺及器件仿真工具SILVACO-TCAD，工艺及器件仿真工具ISE-TCAD，工艺仿真工具（DIOS）的优化使用，器件仿真工具（DESSIS）的模型分析，片上（芯片级）ESD防护器件的性能评估，ESD防护器件关键参数的仿真，VDMOSFET的设计及仿真验证，IGBT的设计及仿真验证等。

第1章半导体工艺及器件仿真工具Sentaurus TCAD
1.1 集成工艺仿真系统 Sentaurus Process
1.1.1 Sentaurus Process工艺仿真工具简介
1.1.2 Sentaurus Process基本命令介绍
1.1.3 Sentaurus Process 中的小尺寸模型
1.1.4 Sentaurus Process仿真实例
1.2 器件结构编辑工具Sentaurus Structure Editor
1.2.1 Sentaurus Structure Editor（SDE）器件结构编辑工具简介
1.2.2 完成从Sentaurus Process到SentaurusDevice的接口转换
1.2.3 创建三维结构
1.3 器件仿真工具Sentaurus Device
1.3.1 Sentaurus Device器件仿真工具简介
1.3.2 Sentaurus Device主要物理模型
1.3.3 Sentaurus Device仿真实例
1.4 集成电路虚拟制造系统SentaurusWorkbench简介
1.4.1 Sentaurus Workbench（SWB）简介
1.4.2 创建和运行仿真项目
参考文献

第2章工艺仿真工具TSUPREM-4及器件仿真工具MEDICI
2.1 TSUPREM-4的工艺模型介绍
2.1.1 扩散模型
2.1.2 离子注入模型
2.1.3 氧化模型
2.1.4 刻蚀模型
2.2 TSUPREM-4基本命令介绍
2.2.1 符号及变量说明
2.2.2 命令类型
2.2.3 常用命令的基本格式与用法
2.3 双极晶体管结构的一维仿真示例
2.3.1 TSUPREM-4输入文件的顺序
2.3.2 初始有源区仿真
2.3.3 网格生成
2.3.4 模型选择
2.3.5 工艺步骤
2.3.6 保存结构
2.3.7 绘制结果
2.3.8 打印层信息
2.3.9 完成有源区仿真
2.3.10 最终结果
2.4 半导体器件仿真工具MEDICI简介
2.4.1 MEDICI的特性
2.4.2 MEDICI的使用
2.4.3 MEDICI的语法概览
2.5 MEDICI实例1——NLDMOS器件仿真
2.6 MEDICI实例2——NPN三极管仿真
参考文献

第3章工艺及器件仿真工具SILVACO-TCAD
3.1 使用ATHENA的NMOS工艺仿真
3.1.1 概述
3.1.2 创建一个初始结构
3.1.3 定义初始衬底
3.1.4 运行ATHENA并且绘图
3.1.5 栅极氧化
3.1.6 提取栅极氧化层的厚度
3.1.7 栅氧厚度的最优化
3.1.8 完成离子注入
3.1.9 在TonyPlot中分析硼掺杂特性
3.1.10 多晶硅栅的淀积
3.1.11 简单几何刻蚀
3.1.12 多晶硅氧化
3.1.13 多晶硅掺杂
3.1.14 隔离氧化层淀积
3.1.15 侧墙氧化隔离的形成
3.1.16 源/漏极注入和退火
3.1.17 金属的淀积
3.1.18 获取器件参数
3.1.19 半个NMOS结构的镜像
3.1.20 电极的确定
3.1.21 保存ATHENA结构文件
3.2 使用ATLAS的NMOS器件仿真
3.2.1 ATLAS概述
3.2.2 NMOS结构的ATLAS仿真
3.2.3 创建ATLAS输入文档
3.2.4 模型命令组
3.2.5 数字求解方法命令组
3.2.6 解决方案命令组
参考文献

第4章工艺及器件仿真工具ISE-TCAD
4.1 工艺仿真工具DIOS
4.1.1 关于DIOS
4.1.2 各种命令说明
4.1.3 实例说明
4.2 器件描述工具MDRAW
4.2.1 关于MDRAW
4.2.2 MDRAW的边界编辑
4.2.3 掺杂和优化编辑
4.2.4 MDRAW软件基本使用流程
4.3 器件仿真工具DESSIS
4.3.1 关于DESSIS
4.3.2 设计实例
4.3.3 主要模型简介
4.3.4 小信号AC分析
参考文献

第5章工艺仿真工具（DIOS）的优化使用
5.1 网格定义
5.2 工艺流程模拟
5.2.1 淀积
5.2.2 刻蚀
5.2.3 离子注入
5.2.4 氧化
5.2.5 扩散
5.3 结构操作及保存输出
参考文献

第6章器件仿真工具（DESSIS）的模型分析
6.1 传输方程模型
6.2 能带模型
6.3 迁移率模型
6.3.1 晶格散射引起的迁移率退化
6.3.2 电离杂质散射引起的迁移率退化
6.3.3 载流子间散射引起的迁移率退化
6.3.4 高场饱和引起的迁移率退化
6.3.5 表面散射引起的迁移率退化
6.4 雪崩离化模型
6.5 复合模型
参考文献

第7章 TCAD设计工具、仿真流程及ESD器件的性能评估
7.1 ESD防护设计要求及TCAD辅助设计的必要性
7.2 工艺和器件TCAD仿真软件的发展历程
7.3 工艺和器件仿真的基本流程
7.4 TSUPREM-4/MEDICI的仿真示例
7.4.1 半导体工艺级仿真流程
7.4.2 从工艺级仿真向器件级仿真的过渡流程
7.4.3 半导体器件级仿真的流程
7.5 利用瞬态仿真对ESD综合性能的定性评估
7.5.1 TCAD评估基本设置
7.5.2 有效性评估
7.5.3 敏捷性评估
7.5.4 鲁棒性评估
7.5.5 透明性评估
7.5.6 ESD总体评估
参考文献

第8章 ESD防护器件关键参数的仿真
8.1 ESD仿真中的物理模型选择
8.2 热边界条件的设定
8.3 ESD器件仿真中收敛性问题解决方案
8.4 模型参数对关键性能参数仿真结果的影响
8.5 二次击穿电流的仿真
8.5.1 现有方法局限性
8.5.2 单脉冲TLP波形瞬态仿真方法介绍
8.5.3 多脉冲TLP波形仿真介绍
参考文献

第9章 VDMOSFET的设计及仿真验证
9.1 VDMOSFET概述
9.2 VDMOSFET元胞设计
9.2.1 结构参数及工艺参数
9.2.2 工艺流程
9.2.3 工艺仿真
9.2.4 器件仿真
9.2.5 器件优化
9.3 VDMOSFET终端结构的设计
9.3.1 结构参数设计
9.3.2 工艺仿真
9.3.3 器件仿真
9.3.4 参数优化
9.4 VDMOSFET ESD防护结构设计
9.4.1 ESD现象概述
9.4.2 VDMOSFET中的ESD结构
……

前言/序言

　　随着微电子技术的发展，半导体工艺水平和器件性能不断提升，这其中半导体工艺和器件仿真软件TCAD（Technology Computer Aided Design）的作用功不可没。TCAD是建立在半导体物理基础之上的数值仿真工具，它可以对不同工艺条件进行仿真，取代或部分取代昂贵、费时的工艺实验；也可以对不同器件结构进行优化，获得理想的特性；还可以对电路性能以及电缺陷等进行模拟。
　　技术进步伴随着设计复杂性的增加，导致了TCAD软件功能及其使用越来越复杂。作者结合多年的微电子器件设计和工艺设计的经验，尤其是在功率器件和集成电路片上ESD（静电放电）防护器件方面所做的课题研究，编写了本书，以满足研究和设计工作所需。
　　本书内容主要分两部分：第一部分是主流TCAD软件及其使用介绍，第二部分是TCAD技术的相关模型分析、优化使用方法及在集成电路片上ESD防护器件设计和功率半导体器件设计中的应用。
　　通过学习本书，你可以：
　　利用数值模拟技术进行半导体工艺及器件性能仿真
　　熟悉工艺仿真工具的优化使用
　　设计集成电路片上ESD防护器件
　　设计功率半导体器件
　　在较短时间内以很小的代价设计出合乎要求的半导体器件
　　本书侧重于TCAD技术的应用，选取了主流TCAD软件，每部分的主体设计流程均经过了流片和测试验证，并已用于实际科研工作中，具有较强的代表性和实用性。
　　本书不仅能帮助高等学校微电子学、电子科学与技术或其他相关专业的研究生、高年级本科生和企业设计人员掌握TCAD技术，而且也可以作为从事功率器件和集成电路片上ESD防护设计专业的科技工作者的重要参考资料。
　　教学中，可以根据教学对象和学时等具体情况对书中的内容进行删减和组合，也可以进行适当扩展。为适应教学模式、教学方法和手段的改革，本书配套多媒体电子课件及相应的网络教学资源，请登录华信教育资源网注册下载。
　　本书由浙江大学韩雁教授统筹及定稿，并负责其中第1、2、3、4、7、9和10章的编写，丁扣宝副教授负责第5、6、8章的编写。该书在编写过程中还得到了浙江大学微电子与光电子研究所多名师生的帮助，他们是：黄大海、张世峰、张斌、崔强、王洁、洪慧、胡佳贤、韩成功、彭洋洋、马飞和郑剑锋等。作者在编写的过程中也参考了其他有关文献资料。在此一并表示真诚的感谢。
　　由于作者学识和水平有限，加之TCAD的版本在不断更新发展，错漏之处敬请读者批评指正。
　　韩雁、丁扣宝
　　2013年1月于浙大求是园
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