CAD technologii

Hierarchia technologii budowy narzędzi CAD od poziomu procesu do obwodów. Ikony po lewej stronie przedstawiają typowe problemy produkcyjne; ikony po prawej stronie odzwierciedlają wyniki skalowania MOS na podstawie TCAD

Technologia projektowania wspomaganego komputerowo ( technologia CAD lub TCAD ) to gałąź automatyzacji projektowania układów elektronicznych , która modeluje wytwarzanie półprzewodników i działanie urządzeń półprzewodnikowych. Modelowanie wytwarzania jest określane jako Process TCAD, podczas gdy modelowanie działania urządzenia jest określane jako Device TCAD. Obejmuje to modelowanie etapów procesu (takich jak dyfuzja i implantacja jonów ) oraz modelowanie zachowania urządzeń elektrycznych w oparciu o podstawową fizykę, taką jak profile dopingu urządzeń. TCAD może również obejmować tworzenie kompaktowych modeli (takich jak dobrze znane modele tranzystorów SPICE ), które próbują uchwycić zachowanie elektryczne takich urządzeń, ale generalnie nie wyprowadzają ich z podstawowej fizyki. Sam symulator SPICE jest zwykle uważany za część ECAD , a nie TCAD.

Wstęp

Pliki technologiczne i zasady projektowania są podstawowymi elementami składowymi procesu projektowania układów scalonych . Ich dokładność i niezawodność w porównaniu z technologią procesową, jej zmiennością i warunkami pracy układu scalonego — środowiskowymi, pasożytniczymi interakcjami i testami, w tym niekorzystnymi warunkami, takimi jak wyładowania elektrostatyczne — mają kluczowe znaczenie dla określenia wydajności, wydajności i niezawodności. Rozwój tych technologii i plików reguł projektowych obejmuje iteracyjny proces, który przekracza granice rozwoju technologii i urządzeń, projektowania produktów i zapewniania jakości. Modelowanie i symulacja odgrywają kluczową rolę we wspieraniu wielu aspektów tego procesu ewolucji.

Cele TCAD zaczynają się od fizycznego opisu układów scalonych, biorąc pod uwagę zarówno konfigurację fizyczną, jak i powiązane właściwości urządzeń, i budują powiązania między szerokim zakresem fizyki i modeli zachowań elektrycznych, które wspierają projektowanie obwodów. Modelowanie urządzeń oparte na fizyce, w postaci rozproszonej i skupionej, jest istotną częścią rozwoju procesu IC. Ma na celu ilościowe określenie podstawowego zrozumienia technologii i abstrakcję tej wiedzy na poziomie projektu urządzenia, w tym wyodrębnienie kluczowych parametrów wspierających projektowanie obwodów i metrologię statystyczną.

Chociaż nacisk kładziony jest tutaj na tranzystory z półprzewodnikami z tlenku metalu (MOS) — koniem roboczym przemysłu układów scalonych — przydatne jest krótkie omówienie historii rozwoju narzędzi i metodologii modelowania, które przygotowały grunt pod obecny stan sztuka.

Historia

Ewolucja technologii Projektowanie wspomagane komputerowo (TCAD) — synergiczne połączenie narzędzi do symulacji i modelowania procesów, urządzeń i obwodów — ma swoje korzenie w technologii bipolarnej , począwszy od późnych lat 60. - tranzystory rozproszone. Te urządzenia i technologia były podstawą pierwszych układów scalonych; niemniej jednak wiele problemów związanych ze skalowaniem i leżącymi u ich podstaw efektami fizycznymi jest integralną częścią projektowania układów scalonych, nawet po czterech dekadach rozwoju układów scalonych. W przypadku tych wczesnych generacji układów scalonych problemem była zmienność procesu i wydajność parametryczna — temat, który ponownie pojawi się jako czynnik kontrolujący również w przyszłej technologii układów scalonych.

Kwestie kontroli procesu — zarówno w przypadku urządzeń wewnętrznych, jak i wszystkich powiązanych pasożytów — stanowiły ogromne wyzwania i wymagały opracowania szeregu zaawansowanych modeli fizycznych do symulacji procesów i urządzeń. Począwszy od późnych lat sześćdziesiątych i siedemdziesiątych XX wieku, stosowane podejścia do modelowania polegały głównie na jedno- i dwuwymiarowych symulatorach. Podczas gdy TCAD w tych wczesnych generacjach okazał się obiecujący w rozwiązywaniu zorientowanych na fizykę wyzwań technologii bipolarnej, doskonała skalowalność i zużycie energii technologii MOS zrewolucjonizowały przemysł układów scalonych. W połowie lat osiemdziesiątych CMOS stał się dominującym sterownikiem zintegrowanej elektroniki. Niemniej jednak te wczesne osiągnięcia TCAD przygotowały grunt pod ich rozwój i szerokie zastosowanie jako podstawowego zestawu narzędzi, który wykorzystał rozwój technologii w epokach VLSI i ULSI, które są obecnie głównym nurtem.

Rozwój układów scalonych przez ponad ćwierć wieku był zdominowany przez technologię MOS. W latach 70. i 80. NMOS był faworyzowany ze względu na przewagę szybkości i obszaru, w połączeniu z ograniczeniami technologicznymi i obawami związanymi z izolacją, efektami pasożytniczymi i złożonością procesu. W epoce LSI zdominowanej przez NMOS i pojawienia się VLSI podstawowe prawa skalowania technologii MOS zostały skodyfikowane i szeroko stosowane. Również w tym okresie TCAD osiągnął dojrzałość w zakresie realizacji solidnego modelowania procesów (głównie jednowymiarowych), które następnie stało się integralnym narzędziem do projektowania technologii, powszechnie stosowanym w całej branży. Jednocześnie symulacja urządzeń, głównie dwuwymiarowa ze względu na naturę urządzeń MOS, stała się koniem roboczym technologów przy projektowaniu i skalowaniu urządzeń. Przejście od NMOS do CMOS spowodowała konieczność stosowania ściśle powiązanych iw pełni dwuwymiarowych symulatorów do symulacji procesów i urządzeń. Ta trzecia generacja narzędzi TCAD stała się kluczowa dla rozwiązania pełnej złożoności technologii dwudołkowej CMOS (patrz rysunek 3a), w tym kwestii zasad projektowania i efektów pasożytniczych, takich jak zatrzask . Skrócony, ale prospektywny obraz tego okresu, do połowy lat osiemdziesiątych, znajduje się w; oraz z punktu widzenia wykorzystania narzędzi TCAD w procesie projektowania.

Nowoczesny TCAD

Obecnie wymagania dotyczące TCAD i korzystanie z niego przecinają bardzo szeroki krajobraz zagadnień związanych z automatyzacją projektowania, w tym wiele podstawowych ograniczeń fizycznych. U podstaw nadal leży wiele wyzwań związanych z modelowaniem procesów i urządzeń, które wspierają wewnętrzne skalowanie urządzeń i ekstrakcję pasożytniczą. Aplikacje te obejmują opracowywanie technologii i reguł projektowych, ekstrakcję modeli kompaktowych i bardziej ogólnie projektowanie pod kątem możliwości produkcyjnych (DFM). Dominacja interkonektów do integracji w skali giga (liczba tranzystorów w O (miliardach)) i częstotliwości taktowania w O (10 gigahercach)) wymusiła opracowanie narzędzi i metodologii, które obejmują modelowanie za pomocą symulacji elektromagnetycznych - zarówno dla wzorów optycznych, jak i modelowanie wydajności połączeń elektronicznych i optycznych, a także modelowanie na poziomie obwodów. Ten szeroki zakres problemów na poziomie urządzeń i połączeń, w tym powiązania z podstawowymi technologiami tworzenia wzorców i przetwarzania, podsumowano na rysunku 1 i zapewnia ramy koncepcyjne do dyskusji, która teraz nastąpi.

Rysunek 1 przedstawia hierarchię poziomów procesów, urządzeń i obwodów narzędzi symulacyjnych. Po każdej stronie pól wskazujących poziom modelowania znajdują się ikony, które schematycznie przedstawiają reprezentatywne aplikacje dla TCAD. Lewa strona kładzie nacisk na projektowania dla produkcji (DFM), takie jak: izolacja płytkich wykopów (STI), dodatkowe funkcje wymagane do maskowania przesunięcia fazowego (PSM) oraz wyzwania dla wielopoziomowych połączeń międzysieciowych, które obejmują problemy z przetwarzaniem chemiczno-mechanicznym planaryzacja (CMP) oraz konieczność uwzględnienia efektów elektromagnetycznych za pomocą solwerów pola elektromagnetycznego . Ikony po prawej stronie pokazują bardziej tradycyjną hierarchię oczekiwanych wyników i aplikacji TCAD: pełne symulacje procesów wewnętrznych urządzeń, przewidywania skalowania prądu napędowego i ekstrakcja plików technologicznych dla pełnego zestawu urządzeń i pasożytów.

Rysunek 2 ponownie przedstawia możliwości TCAD, ale tym razem bardziej w kontekście informacji o przepływie projektowym i ich związku z warstwami fizycznymi i modelowaniem świata automatyzacji projektowania elektronicznego (EDA). Tutaj poziomy symulacji modelowania procesów i urządzeń są uważane za integralne możliwości (w ramach TCAD), które razem zapewniają „mapowanie” informacji na poziomie maski do możliwości funkcjonalnych potrzebnych na poziomie EDA, takich jak modele kompaktowe („pliki technologiczne”) i nawet modele behawioralne wyższego poziomu. Pokazano również ekstrakcję i sprawdzanie reguł elektrycznych (ERC); wskazuje to, że wiele szczegółów, które do tej pory były osadzone w formułach analitycznych, może w rzeczywistości być również powiązane z głębszym poziomem TCAD w celu obsługi rosnącej złożoności skalowania technologii.

Przepływ pracy

TCAD zazwyczaj integrują się z procesem projektowania układów scalonych i zawierają następujące narzędzia:

Dostawcy

Obecni główni dostawcy narzędzi TCAD to Synopsys , Silvaco , Crosslight Software , Cogenda Software, Global TCAD Solutions i Tiberlab. Open source GSS, Archimedes, Aeneas, NanoTCAD ViDES, DEVSIM i GENIUS mają niektóre możliwości produktów komercyjnych.

  •   Podręcznik automatyzacji projektowania elektronicznego dla układów scalonych , Lavagno, Martin i Scheffer, ISBN 0-8493-3096-3 Badanie w dziedzinie automatyzacji projektowania elektronicznego . To podsumowanie pochodzi (za pozwoleniem) z tomu II, rozdział 25, Modelowanie urządzeń — od fizyki do ekstrakcji parametrów elektrycznych , autorstwa Roberta W. Duttona, Chang-Hoon Choi i Edwina C. Kan.
  • S. Selberherr , W. Fichtner i HW Potzl, „Minimos - pakiet programów ułatwiający projektowanie i analizę urządzeń MOS”, Proceedings NASECODE I (Analiza numeryczna urządzeń półprzewodnikowych), s. 275–79, Boole Press, 1979.
  1. ^    Automatyzacja projektowania elektronicznego dla implementacji układów scalonych, projektowania obwodów i technologii procesowej . Luciano Lavagno, Igor L. Markov, Grant Martin, Lou Scheffer (wyd. 2). Boca Raton. 2016. ISBN 978-1-4822-5461-7 . OCLC 948286295 . {{ cite book }} : CS1 maint: other ( link )
  2. ^   Lui, Bazyli; Migliorato, P (1997-04-01). „Model rekombinacji nowej generacji do symulacji urządzeń, w tym efekt Poole-Frenkla i tunelowanie wspomagane fononami” . Elektronika półprzewodnikowa . 41 (4): 575–583. doi : 10.1016/S0038-1101(96)00148-7 . ISSN 0038-1101 .
  3. ^ WO2000077533A3 , Lui, Basil, „Metoda i symulator symulacji urządzeń półprzewodnikowych”, wydany 26.04.2001  
  4. ^   Lui, Bazyli; Tam, SWB; Migliorato, P. (1998). „Ekstraktor parametrów z polikrzemu Tft” . MRS Online Proceedings Library (OPL) . 507 :365. doi : 10.1557/PROC-507-365 . ISSN 0272-9172 .
  5. Bibliografia _ _ _
  6. ^ RW Dutton i DA Antoniadis, Symulacja procesu projektowania i sterowania urządzeniami , Międzynarodowa Konferencja Obwodów Półprzewodnikowych (ISSCC), Technical Digest, s. 244-245, luty 1979
  7. ^ RH Dennard, FH Gaensslen, HN Yu, VL Rodeout, E. Bassous i AR LeBlanc, Projektowanie tranzystorów MOSFET z implantacją jonów o bardzo małych wymiarach fizycznych , IEEE Jour. Obwody półprzewodnikowe, tom. SC-9, s. 256-268, październik 1974.
  8. ^ RW Dutton i SE Hansen, modelowanie procesów technologii urządzeń z układami scalonymi , Proceeding IEEE, tom. 69, nie. 10, s. 1305-1320, październik 1981.
  9. ^ PE Cottrell i EM Buturla, „Dwuwymiarowa statyczna i przejściowa symulacja transportu nośników mobilnych w półprzewodniku”, Proceedings NASECODE I (Analiza numeryczna urządzeń półprzewodnikowych), s. 31-64, Boole Press, 1979.
  10. ^ CS Rafferty, MR Pinto i RW Dutton, metody iteracyjne w symulacji urządzeń półprzewodnikowych , IEEE Trans. elektr. Dev., tom. ED-32, nr 10, s. 2018-2027, październik 1985 r.
  11. ^ MR Pinto i RW Dutton, Dokładna analiza warunków wyzwalania dla zatrzasku CMOS , IEEE Electron Device Letters, tom. EDL-6, nr. 2 lutego 1985.
  12. ^ RW Dutton, Modelowanie i symulacja dla VLSI , International Electron Devices Meeting (IEDM), Technical Digest, s. 2-7, grudzień 1986.
  13. ^   KM Cham, S.-Y. Oh, D. Chin i JL Moll, Projektowanie wspomagane komputerowo i rozwój urządzeń VLSI, Kluwer Academic Publishers (KAP), 1986. ISBN 978-0-89838-204-4
  14. ^ RW Dutton i AJ Strojwas, Perspectives on technology and technology-driven CAD , IEEE Trans. CAD-ICAS, tom. 19, nie. 12, s. 1544-1560, grudzień 2000.
  15. ^ Globalne rozwiązania TCAD
  16. ^ Wieloskalowe narzędzie do symulacji tiberCAD
  17. ^ GSS: Symulator półprzewodników ogólnego przeznaczenia
  18. Bibliografia _
  19. Bibliografia _
  20. ^ Oprogramowanie DEVSIM TCAD

Linki zewnętrzne

Pobrano z „ https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Technology_CAD&oldid=1141768724 ”