半导体工艺和器件仿真工具 Silvaco TCAD 实用教程.pdf

半导体工艺和器件仿真工具 Silvaco TCAD 实用教程 唐龙谷 SILVACO TCAD 软件包被遍布全球的半导体厂家用于半导体器件和集成电路的研究、 开发、测试和生产中。 SILVACO TCAD 软件处于业界领导地位。 前 言 现代电子工业飞速发展，极大地改善了人们的生产和生活。半导体器件的持续改进、完 善以及不断涌现的新器件促使电子工业加速发展。但激烈的竞争也让半导体行业倍感压力。 由于技术更新快，设备和原材料的投入相当巨大，现在建立一条生产线动辄要数亿美元。对 高技术人才的要求也是前所未有的。 对于半导体行业来说时间是成本的一大组成，如何更早地将产品推向市场，是决定存败 的关键。如何缩短开发周期，以最低成本将产品推向市场呢？在半导体领域逐步开发出计算 机仿真方法，基于TCAD 软件的计算机辅助设计进入了人们的视野。 得益于固体物理，半导体物理这些基础理论的成熟和完善以及经验数据的积累，逐步开 发出一些计算机仿真计算的程序。最早的是斯坦福大学开发的Suprem3，这是一个工艺仿真 程序，通过设定工艺参数，计算机将计算出工艺结果。早期的计算机仿真功能少，模型也较 粗糙，速度也较慢。随着计算机功能的增强，建立工作站的成本持续降低，使得 TCAD 软 件得以快速发展。经过二十多年的发展，Silvaco TCAD 业已成为半导体工艺和器件仿真领 域的主要产品之一。虽然 TCAD 产品已经被遍布全球的半导体厂家用于半导体器件和集成 电路的研究、开发、测试和生产中，但一直以来书架上充斥着诸如EWB 、PSPICE 、OrCAD、 PCAD 、Protel 、ViewLogic 、Mentor 、Graphics、Synopsys、LSIlogic 、Cadence、MicroSim、 VHDL 等EDA 软件的书籍，关于半导体工艺和器件仿真的TCAD 软件的资料则非常少。 我想借几年的学习和使用经验，做一些尝试，即以书本的形式提供一些在仿真方面的经 验以及一些感悟出的实用技巧，不敢独享。本书详细讲解了Silvaco TCAD 的二维工艺仿真 器 ATHENA ，二维器件仿真器ATLAS 。对一些交互式工具如集成环境DeckBuild ，可视化 工具Tonyplot 也进行了详细介绍。三维仿真则简略地提及了一些需要注意的地方。写这本书 的初衷是想给半导体工艺和器件仿真的初学者提供一个入门级的资料，如果读者已经对 Silvaco TCAD 很熟悉了，也不妨看一看这些经验之谈。学习和使用Silvaco 的时候各人的视 角会不一样，虽然这本书只是介绍一些常用的仿真，例句也有限，但因为流程控制和语法都 有相通的地方，完全可以参照本书和手册的说明灵活地建立仿真以及仿真一些本书未提及的 特性。 本书可以作为本科高年级和研究生的教材，或提供老师在讲解相关课程时的生动灵活的 演示手段。科研工作者也可以此为参考工具，在器件和工艺的设计及验证上提供帮助。 本书的初稿在2009 年5 月既已完成，前后经过近两年的教学实践和摸索，得益于老师 和同学们的大力帮助，使得内容越来越丰富，我要特别感谢他们。我仍诚惶诚恐，唯恐水平 有限而造成错误和不足，希望读者不吝赐教，我将感激不尽。 唐龙谷1 2010.9 月于南京 1邮箱：shaohuachn@126.com，欢迎批评指教，您的意见将是我进一步完善此书的动力。 I 谨以此书献给我辛勤劳作的父母，正是他们不言的教诲，使我一步步成长到今天。 II 目录 第一章 仿真基础1 1