Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Технология Компьютерлік көмекпен жобалау (CAD немесе TCAD технологиясы) - жартылай өткізгіштерді жасау мен жартылай өткізгіш құрылғыларын пайдалануды үлгілейтін электронды жобалауды автоматтандырудың (EDA) саласы. Өндiрiстiң модельдеуi процесiнiң TCAD деп аталады, ал құрылғының жұмыс iстеуiнiң модельдеуi құрылғының TCAD деп аталады. Бұған процестердің қадамдарын (диффузия және ионды имплантациялау сияқты) модельдеу және негізгі физикаға негізделген электр құрылғыларының мінез-құлқын модельдеу, мысалы, құрылғылардың допингтік профильдері кіреді. TCAD сондай-ақ "компактты модельдерді" (мысалы, белгілі SPICE транзистор модельдері) құруды қамти алады, олар осындай құрылғылардың электрлік мінез-құлқын түсіруге тырысады, бірақ оларды негізгі физикадан шығарып алмайды. SPICE тренажері TCAD-ге қарағанда EDA-ның бөлігі ретінде қарастырылады.
Technology computer aided design (technology CAD or TCAD) is a branch of electronic design automation (EDA) that models semiconductor fabrication and semiconductor device operation. The modeling of the fabrication is termed process TCAD, while the modeling of the device operation is termed device TCAD. Included are the modelling of process steps (such as diffusion and ion implantation), and modelling of the behavior of the electrical devices based on fundamental physics, such as the doping profiles of the devices. TCAD may also include the creation of "compact models" (such as the well known SPICE transistor models), which try to capture the electrical behavior of such devices but do not generally derive them from the underlying physics. SPICE simulator itself is usually considered as part of EDA rather than TCAD.
Кіріспе
Технологиялық файлдар мен жобалау ережелері интегралды схеманы жобалау процесінің негізгі элементтері болып табылады. Олардың технологиялық процестерге қатысты дәлдігі мен беріктігі, оның өзгермелілігі және ИҚ-ның жұмыс шарттары қоршаған орта, паразиттік өзара іс-қимылдар және сынақтар, соның ішінде электростатикалық разряд сияқты қолайсыз жағдайлар өнімділікті, өнімділікті және сенімділікті анықтау үшін өте маңызды. Осы технологияны және жобалау ережелерін әзірлеу технология мен құрылғыларды әзірлеу, өнімдерді жобалау және сапаны қамтамасыз ету шекараларын кесіп өтетін қайталанатын процесті қамтиды. Модельдеу мен модельдеу осы эволюциялық процестің көптеген аспектілерін қолдауда маңызды рөл атқарады. TCAD мақсаттары интегралды схема құрылғыларының физикалық сипаттамасынан басталады, физикалық конфигурация мен байланысты құрылғы қасиеттерін ескере отырып, схема дизайнын қолданатын физика мен электрлік мінез-құлық модельдерінің кең ауқымы арасындағы байланыстарды жасайды. Жабдықтардың физикалық негіздегі модельдеуі, бөлінген және бірлікте жасалған нысандар, IC процесін дамытудың маңызды бөлігі болып табылады. Ол технологияның негізгі түсінігін өлшеуге және осы білімді құрылғыны жобалау деңгейіне, соның ішінде схемаларды жобалауды және статистикалық метрологияны қолдайтын негізгі параметрлерді алуға бағытталған. Мұнда басымдық металл оксидті жартылай өткізгіш (MOS) транзисторларына IC индустриясының жұмыс атқышына берілгенімен, қазіргі заманғы технологияның дамуына негіз болған модельдеу құралдары мен әдістемесінің даму тарихын қысқаша шолу пайдалы.
Technology files and design rules are essential building blocks of the integrated circuit design process. Their accuracy and robustness over process technology, its variability and the operating conditions of the IC — environmental, parasitic interactions and testing, including adverse conditions such as electro static discharge — are critical in determining performance, yield and reliability. Development of these technology and design rule files involves an iterative process that crosses boundaries of technology and device development, product design and quality assurance. Modeling and simulation play a critical role in support of many aspects of this evolution process. The goals of TCAD start from the physical description of integrated circuit devices, considering both the physical configuration and related device properties, and build the links between the broad range of physics and electrical behavior models that support circuit design. Physics based modeling of devices, in distributed and lumped forms, is an essential part of the IC process development. It seeks to quantify the underlying understanding of the technology and abstract that knowledge to the device design level, including extraction of the key parameters that support circuit design and statistical metrology. Although the emphasis here is on Metal Oxide Semiconductor (MOS) transistors — the workhorse of the IC industry — it is useful to briefly overview the development history of the modeling tools and methodology that has set the stage for the present state of the art.
Тарих
Технологияның эволюциясы компьютерлік көмекпен жобалау (TCAD) - процесс, құрылғы және схема симуляциясы мен модельдеу құралдарының синергетикалық үйлесімі - 1960-шы жылдардың соңында басталған биполярлы технологияда және тұйықталған оқшауланған, қос және үштік диффузиялық транзисторлардың қиындықтарында тамыр табады. Бұл құрылғылар мен технологиялар алғашқы интегралдық схемалардың негізі болды; дегенмен, масштабтау мәселелері мен физикалық әсерлердің көбі, тіпті IC-ді әзірлеудің төрт онжылдығынан кейін де, IC-ді жобалаудың ажырамас бөлігі болып табылады. Осы алғашқы буын IC-де процестердің өзгермелілігі мен параметрлік өнімділік мәселе болды - бұл болашақ IC технологиясында бақылаушы фактор ретінде қайта пайда болатын тақырып. Процестерді басқару мәселелері - ішкі құрылғылар мен барлық байланысты паразиттер үшін - үлкен қиындықтар тудырды және процесс пен құрылғыны симуляциялау үшін озық физикалық модельдердің дамуын талап етті. 1960 жылдардың аяғынан бастап 1970 жылдарға дейін модельдеу тәсілдері негізінен бір және екі өлшемді тренажерлар болды. Бұл алғашқы ұрпақтардағы TCAD биполярлы технологияның физикаға бағдарланған қиындықтарын шешуде керемет уәде беріп отырса, MOS технологиясының жоғары масштабталуы мен қуат тұтынуы IC индустриясын революциялады. 1980 жылдардың ортасына қарай CMOS интеграцияланған электрониканың басым драйвері болды. Дегенмен, бұл ерте TCAD дамуы олардың өсуі мен кең таралуы үшін негіз болды, бұл қазіргі уақытта негізгі ағым болып табылатын VLSI және ULSI дәуірлері арқылы технологияның дамуын арттырған маңызды құралдар жиынтығы. МОС технологиясы ширек ғасырдан астам уақыт бойы IC-ны дамытуда басым болды. 1970 және 1980 жылдары NMOS жылдамдық пен аумақ артықшылықтарына байланысты технологияның шектеулері мен оқшаулануға, паразиттік әсерлерге және процесс күрделілігіне байланысты мәселелерге байланысты болды. NMOS LSI-ге үстемдік еткен және VLSI пайда болған кезеңде MOS технологиясының негізгі масштабтау заңдары кодталды және кеңінен қолданылды. Бұл кезеңде TCAD процестерді (негізінен бір өлшемді) мықты модельдеуді жүзеге асыру тұрғысынан жетістікке жетті, содан кейін ол бүкіл салада кеңінен қолданылатын интегралды технологияны жобалау құралына айналды. Сонымен қатар, MOS құрылғыларының табиғатына байланысты екі өлшемді құрылғылар симуляциясы, құрылғыларды жобалау мен масштабтау кезінде технологтардың жұмыс аты болды. NMOS-тан CMOS технологиясына көшу процестер мен құрылғыларды симуляциялау үшін тығыз біріктірілген және толық 2D симуляторлардың қажеттілігін туды. Бұл үшінші буын TCAD құралдары екі ұңғылы CMOS технологиясының толық күрделілігін шешу үшін маңызды болды (3a суретті қараңыз), оның ішінде жобалау ережелері мен латчоп сияқты паразиттік әсерлер мәселелері. Бұл кезеңнің қысқаша, бірақ перспективалық көрінісі 1980 жылдардың ортасына дейін берілген; және жобалау процесінде TCAD құралдарын қалай қолданғаны туралы.
The evolution of technology computer aided design (TCAD) — the synergistic combination of process, device and circuit simulation and modeling tools — finds its roots in bipolar technology, starting in the late 1960s, and the challenges of junction isolated, double and triple diffused transistors. These devices and technology were the basis of the first integrated circuits; nonetheless, many of the scaling issues and underlying physical effects are integral to IC design, even after four decades of IC development. With these early generations of IC, process variability and parametric yield were an issue — a theme that will reemerge as a controlling factor in future IC technology as well. Process control issues — both for the intrinsic devices and all the associated parasitics — presented formidable challenges and mandated the development of a range of advanced physical models for process and device simulation. Starting in the late 1960s and into the 1970s, the modeling approaches exploited were dominantly one and two dimensional simulators. While TCAD in these early generations showed exciting promise in addressing the physics oriented challenges of bipolar technology, the superior scalability and power consumption of MOS technology revolutionized the IC industry. By the mid 1980s, CMOS became the dominant driver for integrated electronics. Nonetheless, these early TCAD developments set the stage for their growth and broad deployment as an essential toolset that has leveraged technology development through the VLSI and ULSI eras which are now the mainstream. IC development for more than a quarter century has been dominated by the MOS technology. In the 1970s and 1980s NMOS was favored owing to speed and area advantages, coupled with technology limitations and concerns related to isolation, parasitic effects and process complexity. During that era of NMOS dominated LSI and the emergence of VLSI, the fundamental scaling laws of MOS technology were codified and broadly applied. It was also during this period that TCAD reached maturity in terms of realizing robust process modeling (primarily one dimensional) which then became an integral technology design tool, used universally across the industry. At the same time device simulation, dominantly two dimensional owing to the nature of MOS devices, became the work horse of technologists in the design and scaling of devices. The transition from NMOS to CMOS technology resulted in the necessity of tightly coupled and fully 2D simulators for process and device simulations. This third generation of TCAD tools became critical to address the full complexity of twin well CMOS technology (see Figure 3a), including issues of design rules and parasitic effects such as latchup. An abbreviated but prospective view of this period, through the mid 1980s, is given in; and from the point of view of how TCAD tools were used in the design process.
Қазіргі заманғы TCAD
Бүгінгі таңда TCAD-тің талаптары мен қолданылуы көптеген негізгі физикалық шектерді қоса алғанда, жобалауды автоматтандыру мәселелерінің кең пейзажын қамтиды. Негізгі мәселе әлі де болса, ішкі құрылғы масштабын және паразиттік экстракцияны қолдайтын көптеген процесс және құрылғыларды модельдеу. Бұл қосымшаларға технология мен жобалау ережесін әзірлеу, компактты модельдерді алу және жалпы алғанда өндіріс үшін жобалау (DFM) кіреді. Гига масштабтағы интеграция (транзисторлар саны О ((миллиард)) және сағаттық жиіліктер О (10 гигагерц)) үшін өзара байланыстың басымдығы электр магниттік симуляция арқылы үлгілеуді қамтитын құралдар мен әдістемелерді әзірлеуді талап етті. Құрылғы мен өзара байланыс деңгейіндегі мәселелердің кең ауқымы, соның ішінде негізгі үлгілеу және өңдеу технологияларына байланыстылықтар 1-суретте жинақталған және келесі талқылауға тұжырымдамалық негіздеме береді. 1-суретте симуляция құралдарының процестер, құрылғылар және контурлар деңгейлерінің иерархиясы көрсетілген. Модельдеу деңгейін көрсететін қораптардың әр жағында TCAD үшін өкілді қосымшаларды схемалық түрде бейнелейтін таңбашалар бар. Сол жақта Өндiрiс үшiн жобалау (DFM) мәселелеріне басымдық беріледі, мысалы: терең емес траншеялық оқшаулау (STI), фазалық ауысу маскасы (PSM) үшін қажет қосымша мүмкіндіктер және химиялық механикалық жазықтық (CMP) мәселелерін өңдеуді қамтитын көп деңгейлі өзара байланыстар үшін қиындықтар және электромагниттік өрісті шешушілерді пайдалана отырып, электромагниттік әсерлерді қарастыру қажеттілігі. Оң жақтағы таңбашалар TCAD нәтижелері мен қолданбаларының дәстүрлі иерархиясын көрсетеді: ішкі құрылғылардың толық процестік симуляциялары, диск тоғының масштабталуын болжау және құрылғылар мен паразиттердің толық жиынтығы үшін технологиялық файлдарды алу. 2-суретте TCAD мүмкіндіктері қарастырылады, бірақ бұл жолы жобалау ағыны туралы ақпарат және оның электрондық жобалау автоматикасының (EDA) физикалық қабаттары мен модельдеуімен қалай байланысы бар. Мұнда процестер мен құрылғыларды модельдеудің модельдеу деңгейлері интегралдық мүмкіндіктер ретінде қарастырылады (TCAD ішінде), олар бірлесіп "карталауды" маска деңгейіндегі ақпараттан EDA деңгейінде қажетті функционалдық мүмкіндіктерге, мысалы, компактты модельдерге ("технологиялық файлдар") және тіпті жоғары деңгейдегі мінез-құлық модельдеріне дейін қамтамасыз етеді. Сонымен қатар, экстракция мен электрлік ережелерді тексеру (ERC) көрсетіледі; бұл қазіргі уақытта талдамалық формулаларға енгізілген көптеген егжей-тегжейлі мәліметтер, шын мәнінде, технологияны масштабтаудың күрделенуін қолдау үшін терең ТКД деңгейіне байланысты болуы мүмкін екенін көрсетеді.
Today the requirements for and use of TCAD cross cut a very broad landscape of design automation issues, including many fundamental physical limits. At the core are still a host of process and device modeling challenges that support intrinsic device scaling and parasitic extraction. These applications include technology and design rule development, extraction of compact models and more generally design for manufacturability (DFM). The dominance of interconnects for giga scale integration (transistor counts in O(billion)) and clocking frequencies in O (10 gigahertz)) have mandated the development of tools and methodologies that embrace patterning by electro magnetic simulations—both for optical patterns and electronic and optical interconnect performance modeling—as well as circuit level modeling. This broad range of issues at the device and interconnect levels, including links to underlying patterning and processing technologies, is summarized in Figure 1 and provides a conceptual framework for the discussion that now follows. Figure 1 depicts a hierarchy of process, device and circuit levels of simulation tools. On each side of the boxes indicating modeling level are icons that schematically depict representative applications for TCAD. The left side gives emphasis to Design For Manufacturing (DFM) issues such as: shallow trench isolation (STI), extra features required for phase shift masking (PSM) and challenges for multi level interconnects that include processing issues of chemical mechanical planarization (CMP), and the need to consider electro magnetic effects using electromagnetic field solvers. The right side icons show the more traditional hierarchy of expected TCAD results and applications: complete process simulations of the intrinsic devices, predictions of drive current scaling and extraction of technology files for the complete set of devices and parasitics. Figure 2 again looks at TCAD capabilities but this time more in the context of design flow information and how this relates to the physical layers and modeling of the electronic design automation (EDA) world. Here the simulation levels of process and device modeling are considered as integral capabilities (within TCAD) that together provide the "mapping" from mask level information to the functional capabilities needed at the EDA level such as compact models ("technology files") and even higher level behavioral models. Also shown is the extraction and electrical rule checking (ERC); this indicates that many of the details that to date have been embedded in analytical formulations, may in fact also be linked to the deeper TCAD level in order to support the growing complexity of technology scaling.
Қызмет көрсетушілер
Қазіргі уақытта TCAD құралдарын жеткізушілердің арасында Delphea, Synopsys, Silvaco, Crosslight Software, Cogenda Software, Global TCAD Solutions және Tiberlab бар. Ашық кодты GSS, Archimedes, Aeneas, NanoTCAD ViDES, DEVSIM, GMPT және GENIUS коммерциялық өнімдердің кейбір мүмкіндіктеріне ие.
Current major suppliers of TCAD tools include Delphea, Synopsys, Silvaco, Crosslight Software, Cogenda Software, Global TCAD Solutions and Tiberlab. The open source GSS, Archimedes, Aeneas, NanoTCAD ViDES, DEVSIM, GMPT and GENIUS have some of the capabilities of the commercial products.