테크놀로지 CAD

Technology CAD
프로세스 레벨에서 회선까지 구축되는 테크놀로지 CAD 도구 계층.왼쪽 아이콘은 일반적인 제조상의 문제를 나타내고 오른쪽 아이콘은 TCAD를 기반으로 한 MOS 스케일링 결과를 나타냅니다.

기술 컴퓨터 지원 설계(기술 CAD 또는 TCAD)는 반도체 제조 및 반도체 장치 작동을 모델링하는 전자 설계 자동화 분야입니다.제조의 모델링은 프로세스 TCAD라고 불리며 디바이스 동작의 모델링은 디바이스 TCAD라고 불립니다.프로세스 단계 모델링(확산 및 이온 주입 등) 및 디바이스의 도핑 프로파일과 같은 기초 물리학에 기초한 전기 디바이스의 동작 모델링이 포함된다.TCAD에는 콤팩트모델(SPIXE 트랜지스터 모델 등)의 작성도 포함됩니다.이 모델에서는 이러한 디바이스의 전기적 동작을 포착하려고 하지만 일반적으로 기초 물리학에서 도출하지 않습니다.SPICE 시뮬레이터 자체는 보통 TCAD가 아닌 ECAD의 일부로 간주됩니다.

서론

테크놀로지 파일과 설계 규칙은 집적회로 설계 프로세스의 필수적인 구성 요소입니다.프로세스 기술에 대한 정확성과 견고성, 가변성 및 IC의 작동 조건(정전기 방전 등의 불리한 조건을 포함한 환경, 기생적 상호작용 및 테스트)은 성능, 수율 및 신뢰성을 결정하는 데 매우 중요합니다.이러한 테크놀로지 및 설계 규칙 파일의 개발에는 테크놀로지 및 디바이스 개발, 제품 설계 및 품질 보증의 경계를 넘는 반복 프로세스가 포함됩니다.모델링과 시뮬레이션은 이러한 진화 과정의 많은 측면을 지원하는 데 중요한 역할을 합니다.

TCAD의 목표는 물리적 구성과 관련 장치 특성을 모두 고려하여 집적회로 장치의 물리적 설명에서 시작하여 회로 설계를 지원하는 광범위한 물리 모델과 전기적 동작 모델 간의 연결을 구축합니다.분산형 및 일괄형 디바이스의 물리 기반 모델링은 IC 프로세스 개발의 필수적인 부분입니다.또한 회로 설계 및 통계 도량형을 지원하는 주요 매개변수의 추출을 포함하여 기술에 대한 기본적인 이해를 정량화하고 그 지식을 기기 설계 수준으로 추상화하고자 한다.

여기서 중점을 두고 있는 것은 금속 산화물 반도체(MOS) 트랜지스터입니다만, 이 트랜지스터는 IC 업계의 대명사입니다.모델링 툴과 방법론의 개발 이력을 간략히 소개하면, 현재의 최첨단 기술의 기반이 됩니다.

역사

프로세스, 디바이스 및 회로 시뮬레이션과 모델링 툴의 시너지 효과가 높은 조합인 기술 컴퓨터 지원 설계(TCAD)의 진화는 1960년대 후반부터 시작된 양극성 기술과 접합 절연, 이중 및 삼중 확산 트랜지스터의 과제에 뿌리를 두고 있습니다.이러한 장치와 기술은 최초의 집적회로의 기초가 되었습니다. 그럼에도 불구하고, 많은 확장 문제와 근본적인 물리적 효과는 IC 설계에 필수적입니다. IC 개발의 40년 후에도 마찬가지입니다.이러한 초기 세대의 IC에서는, 프로세스의 가변성과 파라메트릭의 수율이 문제가 되어, 향후의 IC 테크놀로지의 제어 요소로서도 다시 부각될 것입니다.

프로세스 제어의 문제(본질 디바이스와 관련된 모든 기생충에 대한 문제)는 만만치 않은 문제를 야기하고 프로세스 및 디바이스 시뮬레이션을 위한 일련의 고급 물리적 모델을 개발해야 했습니다.1960년대 후반부터 1970년대까지 활용된 모델링 접근법은 주로 1차원 및 2차원 시뮬레이터였습니다.이러한 초기 세대의 TCAD는 양극화 기술의 물리 지향적 과제를 해결하는 데 있어 흥미로운 가능성을 보여주었지만, MOS 기술의 뛰어난 확장성과 전력 소비는 IC 산업에 혁명을 가져왔다.1980년대 중반까지 CMOS는 통합 전자 제품의 주요 동인이 되었습니다.그럼에도 불구하고 이러한 초기 TCAD 개발은[2][3] VLSI 및 ULSI 시대를 거치면서 기술 개발을 활용한 필수 도구 세트로서 성장과 광범위한 배치를 위한 기반을 마련했습니다.

IC 개발은 25년 이상 MOS 기술이 주도해 왔다.1970년대와 1980년대에 NMOS는 속도와 면적의 이점, 그리고 격리, 기생 효과 및 프로세스 복잡성과 관련된 기술적 한계와 우려로 인해 선호되었다.NMOS가 지배하는 LSI의 시대와 VLSI의 출현 동안, MOS 기술의 근본적인 스케일링 법칙이 체계화되고 광범위하게 [4]적용되었습니다.TCAD가 견고한 프로세스 모델링(주로 1차원)을 실현하는 데 있어서 성숙기에 접어든 것도 이 시기였습니다.이 때 TCAD는 [5]업계 전반에 걸쳐 사용되는 기술 설계 도구로서 필수적인 역할을 했습니다.동시에 MOS 디바이스의 특성으로 인해 주로 2차원적인 디바이스 시뮬레이션은 [6]디바이스의 설계와 확장에서 테크놀로지스트의 핵심이 되었습니다.NMOS에서 CMOS 기술로 전환함에 따라 프로세스 및 장치 시뮬레이션을 위해 긴밀하게 결합된 완전한 2D 시뮬레이터가 필요하게 되었습니다.이 3세대 TCAD 툴은 설계 규칙과 래치업 [7][8]등의 기생 효과 문제를 포함하여 트윈웰 CMOS 테크놀로지의 복잡성(그림 3a 참조)에 대처하기 위해 매우 중요했습니다.설계 프로세스에서 TCAD 도구가 어떻게 사용되었는지에 [10]대한 관점에서 1980년대 중반까지의 이 기간에 대한 간략하지만 전향적인 견해가 제시되어 있다.[9]

최신 TCAD

오늘날 TCAD에 대한 요구사항과 사용은 많은 기본적인 물리적 한계를 포함하여 설계 자동화 문제의 광범위한 판도를 가로지르고 있습니다.핵심에는 여전히 본질적인 장치 확장 및 기생 추출을 지원하는 프로세스 및 장치 모델링 문제가 다수 존재합니다.이러한 애플리케이션에는 기술 및 설계 규칙 개발, 소형 모델 추출 및 보다 일반적인 제조 가능성 설계(DFM)[11]가 포함됩니다.기가 스케일 통합용 인터커넥트(O(10억 단위 트랜지스터 수) 및 클로킹 주파수(10기가헤르츠 단위)의 우세로 인해 광학적 패턴과 전자적 및 광학적 인터커넥트 성능 모델링을 위한 도구와 방법론의 개발이 요구되었습니다.회선 레벨의 모델링.기초가 되는 패턴 작성 및 처리 테크놀로지에 대한 링크를 포함한 디바이스 및 인터커넥트 수준의 광범위한 문제는 그림 1에 요약되어 있으며, 이후 논의의 개념적 프레임워크를 제공합니다.

그림 1은 시뮬레이션 툴의 프로세스, 디바이스 및 회로 레벨의 계층을 나타내고 있습니다.모델 레벨을 나타내는 박스 양쪽에 TCAD의 대표적인 애플리케이션을 도식적으로 나타내는 아이콘이 있습니다.왼쪽은 얕은 트렌치 절연(STI), 위상 편이 마스킹(PSM)에 필요한 추가 기능, 화학 기계 평탄화(CMP) 처리 문제를 포함한 다단계 인터커넥트의 과제 등 제조를 위한 설계(DFM) 문제에 중점을 두고 있다.자기장 솔버오른쪽 아이콘은 기존 TCAD 결과 및 응용 프로그램의 계층 구조를 보여줍니다. 즉, 내장 장치의 전체 프로세스 시뮬레이션, 드라이브 전류 확장 예측 및 전체 장치 및 기생충 세트에 대한 기술 파일 추출입니다.

그림 2에서는 TCAD 기능을 다시 살펴봅니다. 그러나 이번에는 설계 흐름 정보의 맥락과 이것이 전자 설계 자동화(EDA) 환경의 물리적 계층 및 모델링과 어떻게 관련되어 있는지 더 자세히 살펴봅니다.여기서 프로세스 및 디바이스 모델링의 시뮬레이션 수준은 마스크 수준의 정보에서 콤팩트 모델("테크놀로지 파일") 및 보다 높은 수준의 동작 모델 등 EDA 수준에서 필요한 기능 기능에 대한 "매핑"을 제공하는 (TCAD 내) 필수 기능)으로 간주됩니다.또한 추출 및 전기 규칙 검사(ERC)도 표시되어 있다. 이는 지금까지 분석 공식에 포함되어 있던 많은 세부 사항이 기술 확장의 복잡성 증가를 지원하기 위해 실제로 더 깊은 TCAD 수준과 연계되어 있을 수 있음을 나타낸다.

워크플로우

TCAD는 보통 집적회로 설계 프로세스와 통합되어 다음 도구를 포함합니다.

프로바이더

현재 TCAD 툴의 주요 공급업체로는 Synopsys, Silvaco, Crosslight, Cogenda Software, Global TCAD Solutions 및 [12]Tiberlab이 있습니다.오픈 소스 GSS,[13] Arkimedes,[14] Aeneas,[15] NanoTCAD ViDES, DEVSIM [16]및 GENIES는 상용 제품의 기능을 일부 갖추고 있습니다.

레퍼런스

  • Lavagno, Martin 및 Scheffer의 집적회로를 위한 전자 설계 자동화 핸드북 ISBN0-8493-3096-3 전자설계 자동화 분야 조사.이 요약은 (허가를 받아) Robert W가 Vol II, 25장 장치 모델링(물리학에서 전기 매개변수 추출까지)에서 도출한 것이다.더튼, 최창훈, 에드윈 C. 칸.
  • S. S. Selberherr, W. Fichtner 및 H.W. Potzl, "Minimos - MOS 디바이스 설계 및 분석을 용이하게 하는 프로그램 패키지", Proceedings NACECODE I (반도체 디바이스의 수치 분석), 페이지 27.5-79, Boil Press, 1979.
  1. ^ Electronic design automation for IC implementation, circuit design, and process technology. Luciano Lavagno, Igor L. Markov, Grant Martin, Lou Scheffer (2 ed.). Boca Raton. 2016. ISBN 978-1-4822-5461-7. OCLC 948286295.{{cite book}}: CS1 유지보수: 기타 (링크)
  2. ^ H.J. DeMan과 R.Mertens, SITCAP — 컴퓨터 지원 회로 분석 프로그램용 바이폴라 트랜지스터 시뮬레이터, 국제 솔리드 스테이트 회로 회의(ISSCC), Technical Digest, 1973년 2월 페이지 104-5
  3. ^ R.W. 더튼과 지방 검사Antoniadis, 소자 설계 및 제어를 위한 프로세스 시뮬레이션, 국제 솔리드 스테이트 회로 회의(ISSCC), Technical Digest, 페이지 244-245, 1979년 2월
  4. ^ R.H. Dennard, F.H. Gaensslen, H.N. Yu, V.L. Roadout, E. Bassous 및 A.R. LeBlanc, 매우 작은 물리 치수의 이온 주입 MOSFET 설계, IEEE Jour.솔리드 스테이트 회로, vol.SC-9, 페이지 256-268, 1974년 10월
  5. ^ R.W. Dutton 및 S.E. Hansen, 집적회로 장치 기술의 프로세스 모델링, Proceeding IEEE, vol. 69, no. 10, 1305-1320 페이지, 1981년 10월.
  6. ^ P.E. 코트렐과 E.M.Buturla, "반도체 내 이동 통신사 운송의 2차원 정적 및 과도 시뮬레이션", Proceedings NACECODE I(반도체 장치의 수치 분석), 31-64페이지, Boole Press, 1979.
  7. ^ C.S. Rafferty, M.R. Pinto 및 R.W. Dutton, 반도체 장치 시뮬레이션의 반복적 방법, IEEE Trans.Elec. Dev., vol. ED-32, No.10, 페이지 2018-2027, 1985년 10월
  8. ^ M.R. Pinto 및 R.W. Dutton, CMOS 래치업에 대한 정확한 트리거 조건 분석, IEEE Electron Device Letters, vol. EDL-6, no. 2, 1985년 2월.
  9. ^ R.W. Dutton, VLSI 모델링 및 시뮬레이션, International Electron Devices Meeting(IEDM), Technical Digest, 2-7페이지, 1986년 12월.
  10. ^ K.M. 챔, S.Y.오, D. Chin과 J.L. Moll, 컴퓨터 지원 디자인 및 VLSI 디바이스 개발, Kluwer Academic Publishers(KAP), 1986.ISBN 978-0-89838-204-4
  11. ^ R.W. Dutton과 A.J. Strojwas, 테크놀로지 및 테크놀로지 기반 CAD, IEEE Trans.CAD-ICAS, vol. 19, no. 12, 페이지 1544-1560, 2000년 12월
  12. ^ TiberCAD 멀티스케일 시뮬레이션 도구
  13. ^ 범용 반도체 시뮬레이터
  14. ^ 아르키메데스
  15. ^ 아이네이아스
  16. ^ DEVSIM TCAD 소프트웨어

외부 링크

  • TCAD Central:상용 및 오픈 소스 TCAD 소프트웨어 디렉토리