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.

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.

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.

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.

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.