当微电子工业进入深亚微米时代以后,无论是栅工程、沟道工程、还是源-漏工程,对材料的掺杂都是其中的关键技术.形成高质量的超浅结对于整个器件的性能都是极其重要的.在这个过程中,离子注入技术扮演着重要的角色,而对离子注入的准确而高效率的模拟无疑对器件和集成电路的生产至关重要.在超浅结形成之后,由于沟道尺寸减小、沟道内部杂质数目下降,杂质的数量涨落和位置随机分布对于器件整体性能的影响就会凸现出来.在以上背景下,我们从超浅结形成过程中的离子注入模拟,以及超浅结形成以后的掺杂涨落两个方面展开研究,提出了新的模拟算法和涨落模型.离子注入的TCAD方面,我们对分子动力学方法模拟离子注入中的稀有事件算法进行了深入的研究,为了弥补已有的稀有事件算法在精度上重大的缺陷(无法进行剂量模拟和级联碰撞模拟),我们提出了剂量模拟的READE方法和级联模拟的REACE方法,并在软件上实现了新的方法,获得了较好模拟的结果.针对原子级的离子注入模拟的效率,总结了所有分裂算法.对注入模拟的时间进行分析,提出了离子注入模拟效率的快速估算方案.随后通过大量的模拟方法对离子注入的统计噪声进行定量分析,提出了相应的解析公式.在上述研究的基础上,指出了分裂算法的两个中心目标,提出了针对统计噪声的归一化均方差、统计噪声的均方差、以及兼顾两者的统计噪声消减算法.讨论了器件参数的失配,参数涨落的划分,提出了短沟器件阈值电压涨落模型、短沟器件掺杂涨落引起的阈值电压涨落模型.对50nm的NMOS器件进行了模拟,根据模拟验证了我们的模型并提取了模型参数.提出了通过改变衬底偏压,超深亚微米各种涨落和失配的测试方法,并应用SMIC公司的工艺线,设计了90nm器件的失配和涨落的测试版图(包括叉指栅和DTMOS结构).