Hispanopedia Wiki
Articulo de referencia

Tecnología CAD

Jerarquía de herramientas CAD de tecnología, desde el nivel de proceso hasta los circuitos. Los iconos del lado izquierdo muestran problemas típicos de fabricación; los iconos d...

Hispanopedia WikiContenido en espanolLectura gratuita
Jerarquía de herramientas CAD de tecnología, desde el nivel de proceso hasta los circuitos. Los iconos del lado izquierdo muestran problemas típicos de fabricación; los iconos del lado derecho reflejan los resultados de escalado MOS basados ​​en TCAD [ 1 ] : 717

El diseño asistido por computadora de tecnología ( CAD de tecnología o TCAD ) es una rama de la automatización del diseño electrónico (EDA) que modela la fabricación de semiconductores y el funcionamiento de dispositivos semiconductores . El modelado de la fabricación se denomina TCAD de proceso , mientras que el modelado del funcionamiento del dispositivo se denomina TCAD de dispositivo . Se incluyen el modelado de pasos de proceso (como difusión e implantación iónica ) y el modelado del comportamiento de los dispositivos eléctricos basado en la física fundamental, [ 2 ] [ 3 ] como los perfiles de dopaje de los dispositivos. El TCAD también puede incluir la creación de "modelos compactos" (como los conocidos modelos de transistores SPICE ), que intentan capturar el comportamiento eléctrico de dichos dispositivos, pero generalmente no los derivan de la física subyacente. El simulador SPICE en sí se considera generalmente parte de EDA en lugar de TCAD.

Introducción

Los archivos de tecnología y las reglas de diseño son componentes esenciales del proceso de diseño de circuitos integrados . Su precisión y robustez frente a la tecnología de proceso, su variabilidad y las condiciones de funcionamiento del circuito integrado (interacciones ambientales y parasitarias, pruebas, incluyendo condiciones adversas como descargas electrostáticas) son fundamentales para determinar el rendimiento, la productividad y la fiabilidad. El desarrollo de estos archivos de tecnología y reglas de diseño implica un proceso iterativo que abarca el desarrollo de tecnología y dispositivos, el diseño de productos y el control de calidad. El modelado y la simulación desempeñan un papel crucial en el apoyo a muchos aspectos de este proceso evolutivo.

Los objetivos de TCAD parten de la descripción física de los dispositivos de circuitos integrados, considerando tanto la configuración física como las propiedades relacionadas del dispositivo, y construyen los vínculos entre la amplia gama de modelos de comportamiento físico y eléctrico que sustentan el diseño de circuitos. El modelado de dispositivos basado en la física, en formas distribuidas y concentradas, es una parte esencial del desarrollo de procesos de CI. Busca cuantificar la comprensión subyacente de la tecnología y abstraer ese conocimiento al nivel de diseño del dispositivo, incluyendo la extracción de los parámetros clave [ 4 ] que sustentan el diseño de circuitos y la metrología estadística .

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.

History

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[5][6] 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.

El desarrollo de circuitos integrados durante más de un cuarto de siglo ha estado dominado por la tecnología MOS. En las décadas de 1970 y 1980, la tecnología NMOS fue la preferida debido a sus ventajas en velocidad y área, junto con limitaciones tecnológicas y preocupaciones relacionadas con el aislamiento, los efectos parásitos y la complejidad del proceso. Durante esa era de LSI dominada por NMOS y el surgimiento de VLSI, las leyes de escalado fundamentales de la tecnología MOS se codificaron y se aplicaron ampliamente. [ 7 ] También fue durante este período que TCAD alcanzó la madurez en términos de la realización de un modelado de procesos robusto (principalmente unidimensional), que luego se convirtió en una herramienta integral de diseño tecnológico, utilizada universalmente en toda la industria. [ 8 ] Al mismo tiempo, la simulación de dispositivos, predominantemente bidimensional debido a la naturaleza de los dispositivos MOS, se convirtió en la herramienta principal de los tecnólogos en el diseño y escalado de dispositivos. [ 9 ] La transición de la tecnología NMOS a CMOS resultó en la necesidad de simuladores estrechamente acoplados y completamente bidimensionales para simulaciones de procesos y dispositivos. Esta tercera generación de herramientas TCAD se volvió fundamental para abordar la complejidad total de la tecnología CMOS de doble pozo (véase la Figura 3a), incluyendo cuestiones de reglas de diseño y efectos parásitos como el enganche . [ 10 ] [ 11 ] Una visión abreviada pero prospectiva de este período, hasta mediados de la década de 1980, se presenta en; [ 12 ] y desde el punto de vista de cómo se utilizaron las herramientas TCAD en el proceso de diseño. [ 13 ]

TCAD moderno

Hoy en día, los requisitos y el uso de TCAD abarcan un amplio espectro de problemas de automatización del diseño, incluyendo muchos límites físicos fundamentales. En el núcleo aún se encuentran numerosos desafíos de modelado de procesos y dispositivos que respaldan el escalado intrínseco de dispositivos y la extracción de parásitos. Estas aplicaciones incluyen el desarrollo de tecnología y reglas de diseño, la extracción de modelos compactos y, más generalmente, el diseño para la fabricación (DFM). [ 14 ] El predominio de las interconexiones para la integración a escala de gigabytes (número de transistores en el orden de mil millones) y frecuencias de reloj en el orden de 10 gigahercios ha exigido el desarrollo de herramientas y metodologías que abarquen el modelado mediante simulaciones electromagnéticas —tanto para patrones ópticos como para el modelado del rendimiento de interconexiones electrónicas y ópticas— , así como el modelado a nivel de circuito. Esta amplia gama de problemas a nivel de dispositivo e interconexión, incluyendo vínculos con las tecnologías subyacentes de modelado y procesamiento, se resume en la Figura 1 y proporciona un marco conceptual para la discusión que sigue a continuación.

La Figura 1 muestra una jerarquía de niveles de proceso, dispositivo y circuito de las herramientas de simulación. A cada lado de los recuadros que indican el nivel de modelado hay iconos que representan esquemáticamente aplicaciones representativas para TCAD. El lado izquierdo enfatiza los problemas de diseño para la fabricación (DFM), tales como: aislamiento de zanja poco profunda (STI), características adicionales requeridas para el enmascaramiento de cambio de fase (PSM) y desafíos para interconexiones multinivel que incluyen problemas de procesamiento de planarización químico-mecánica (CMP), y la necesidad de considerar efectos electromagnéticos usando solucionadores de campo electromagnético . Los iconos del lado derecho muestran la jerarquía más tradicional de resultados y aplicaciones esperados de TCAD: simulaciones de proceso completas de los dispositivos intrínsecos, predicciones de escalado de corriente de accionamiento y extracción de archivos de tecnología para el conjunto completo de dispositivos y parásitos.

La Figura 2 vuelve a analizar las capacidades de TCAD, pero esta vez en el contexto de la información del flujo de diseño y su relación con las capas físicas y el modelado del mundo de la automatización del diseño electrónico (EDA). Aquí, los niveles de simulación del modelado de procesos y dispositivos se consideran capacidades integrales (dentro de TCAD) que, en conjunto, proporcionan el mapeo desde la información a nivel de máscara hasta las capacidades funcionales necesarias a nivel de EDA, como los modelos compactos ("archivos de tecnología") e incluso modelos de comportamiento de nivel superior. También se muestra la extracción y la verificación de reglas eléctricas (ERC); esto indica que muchos de los detalles que hasta la fecha se han incorporado a formulaciones analíticas, también pueden vincularse al nivel más profundo de TCAD para dar soporte a la creciente complejidad de la escalabilidad tecnológica.

Flujo de trabajo

Los TCAD normalmente se integran con el proceso de diseño de circuitos integrados e incluyen las siguientes herramientas:

Proveedores

Actualmente, los principales proveedores de herramientas TCAD incluyen Delphea , Synopsys , Silvaco , Crosslight Software , Cogenda Software y Global TCAD Solutions. El software de código abierto GSS, [ 15 ] Archimedes, [ 16 ] Aeneas, [ 17 ] NanoTCAD ViDES, DEVSIM, [ 18 ] GMPT y GENIUS tienen algunas de las capacidades de los productos comerciales.

Referencias

  • Manual de automatización del diseño electrónico para circuitos integrados , por Lavagno, Martin y Scheffer, ISBN 0-8493-3096-3Un estudio del campo de la automatización del diseño electrónico . Este resumen se extrajo (con permiso) del volumen II, capítulo 25, " Modelado de dispositivos: de la física a la extracción de parámetros eléctricos" , de Robert W. Dutton, Chang-Hoon Choi y Edwin C. Kan.
  • S. Selberherr , W. Fichtner y HW Potzl, "Minimos: un paquete de programas para facilitar el diseño y análisis de dispositivos MOS", Actas de NASECODE I (Análisis numérico de dispositivos semiconductores), págs. 275-279, Boole Press, 1979.
  1. ^ Lavagno, Luciano; Markov, Igor L.; Martin, Grant; Scheffer, Lou (2016). Automatización del diseño electrónico para la implementación de circuitos integrados, diseño de circuitos y tecnología de procesos (2.ª ed.). CRC Press. ISBN 978-1-4822-5461-7OCLC 948286295​ ​
  2. ^ Lui, Basil; Migliorato, P (1997-04-01). "Un nuevo modelo de generación-recombinación para la simulación de dispositivos que incluye el efecto Poole-Frenkel y el efecto túnel asistido por fonones" . Solid-State Electronics . 41 (4): 575– 583. Bibcode : 1997SSEle..41..575L . doi : 10.1016/S0038-1101(96)00148-7 . ISSN 0038-1101 . 
  3. ^ WO2000077533A3 , Lui, Basil, "Método y simulador de simulación de dispositivos semiconductores", publicado el 26 de abril de 2001 
  4. ^ Lui, Basil; Tam, SWB; Migliorato, P. (1998). "Un extractor de parámetros de TFT de polisilicio" . MRS Online Proceedings Library . 507 365. doi : 10.1557/PROC-507-365 . ISSN 0272-9172 . 
  5. ^ Deman, H.; Mertens, R. (1973). "SITCAP: un simulador de transistores bipolares para programas de análisis de circuitos asistidos por computadora". 1973 IEEE International Solid-State Circuits Conference. Digest of Technical Papers . Vol. XVI. pp.  104–105 . doi : 10.1109/ISSCC.1973.1155152 .
  6. ^ Dutton, R.; Antoniadis, D. (1979). "Simulación de procesos para el diseño y control de dispositivos". 1979 IEEE International Solid-State Circuits Conference. Digest of Technical Papers . Vol. XXII. pp.  244– 245. doi : 10.1109/ISSCC.1979.1155937 .
  7. ^ Dennard, RH; Gaensslen, FH; Yu, Hwa-Nien; Rideout, VL; Bassous, E.; Leblanc, AR (1974). "Diseño de MOSFET implantados con iones con dimensiones físicas muy pequeñas". IEEE Journal of Solid-State Circuits . 9 (5): 256– 268. Bibcode : 1974IJSSC...9..256D . doi : 10.1109/JSSC.1974.1050511 .
  8. ^ Dutton, RW; Hansen, SE (1981). "Modelado de procesos de tecnología de dispositivos de circuitos integrados". Actas del IEEE . 69 (10): 1305– 1320. doi : 10.1109/PROC.1981.12168 .
  9. ^ PE Cottrell y EM Buturla, "Simulación estática y transitoria bidimensional del transporte de portadores móviles en un semiconductor", Actas de NASECODE I (Análisis numérico de dispositivos semiconductores), págs. 31-64, Boole Press, 1979.
  10. ^ Rafferty, CS; Pinto, MR; Dutton, RW (1985). "Métodos iterativos en la simulación de dispositivos semiconductores". IEEE Transactions on Electron Devices . 32 (10): 2018– 2027. Bibcode : 1985ITED...32.2018R . doi : 10.1109/T-ED.1985.22234 .
  11. ^ Pinto, MR; Dutton, RW (1985). "Análisis preciso de la condición de activación para el enganche CMOS". IEEE Electron Device Letters . 6 (2): 100– 102. Bibcode : 1985IEDL....6..100P . doi : 10.1109/EDL.1985.26057 .
  12. ^ Dutton, RW (1986). "Modelado y simulación para VLSI". Reunión Internacional de Dispositivos Electrónicos de 1986. págs.  2–7 . doi : 10.1109/IEDM.1986.191096 .
  13. ^ KM Cham, S.-Y. Oh, D. Chin y JL Moll, Diseño asistido por ordenador y desarrollo de dispositivos VLSI, Kluwer Academic Publishers (KAP), 1986. ISBN 978-0-89838-204-4
  14. ^ Dutton, RW; Strojwas, AJ (2000). "Perspectivas sobre la tecnología y el CAD impulsado por la tecnología". IEEE Transactions on Computer-Aided Design of Integrated Circuits and Systems . 19 (12): 1544– 1560. doi : 10.1109/43.898831 .
  15. ^ "GSS: Simulador de semiconductores bidimensional" . gss-tcad.sourceforge.net .
  16. ^ "Arquímedes GNU" .
  17. ^ "Arquímedes" . www.gnu.org .
  18. ^ "DEVSIM TCAD Simulador de dispositivos semiconductores" . devsim.org .
  • TCAD Central : Un directorio de software TCAD comercial y de código abierto.
Obtenido de " https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Technology_CAD&oldid=1342174575 "
Lecturas relacionadas
6 articulos
Automatización del diseño electrónicoAutomatización del diseño electrónicoLa automatización del diseño electrónico ( EDA ), también conocida como diseño electrónico asistido por computadora ( ECAD ), [1] es una categoría ...Fabricación de dispositivos semiconductoresFabricación de dispositivos semiconductoresLa fabricación de dispositivos semiconductores es el proceso utilizado para fabricar dispositivos semiconductores , típicamente circuitos integrado...SemiconductorSemiconductorUn lingote de silicio monocristalino Un semiconductor es un material que se encuentra entre el conductor y el aislante en capacidad de conducir cor...DopanteUn dopante (también llamado agente dopante ) es una pequeña cantidad de una sustancia que se añade a un material para alterar sus propiedades físic...Implantación de ionesImplantación de ionesUn sistema de implantación de iones en las instalaciones tecnológicas de LAAS en Toulouse, Francia. La implantación de iones es un proceso de baja ...Modelado de dispositivos semiconductoresModelado de dispositivos semiconductoresEl modelado de dispositivos semiconductores crea modelos del comportamiento de los dispositivos eléctricos basados ​​en la física fundamental, como...