Silvaco TCAD仿真1——TCAD概述

 TCAD介绍

TCAD(Technology Computer Aided Design):半导体工艺模拟以及器件模拟工具。 TCAD是EDA的一个分支。

  • process simulation:semiconductor structure fabrication。
  • device simulation:semiconductor device operation。一般用IV特性去看

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TCAD流程:

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怎么设计元件,怎样做元件的模拟? 

  • 第一条路:DeckBuild  -> command file  ->device simulator
  • 第二条路:process simulator ->structure files ->device simulator

使用TCAD原因:

  • 减少开发成本:ITRS roadmap表明,TCAD仿真可以将开发周期的成本降低30%左右。
  • 内部物理过程可视化:你可以看到设备内部。测量告诉你发生了什么,而不是为什么它发生,TCAD提供了为什么答案。
  • 虚拟实验:试验具有因果关系。LF器件在TCAD中表现出意想不到的特性,对各种理论进行了实验研究。如果SIM理论与实测结果相吻合,那么很有可能你已经找到了这个结果。
  • 改进公司内部交流:改善公司内部沟通。设备修改及其预期效果可以可视化。

谁用TCAD :

 Foundries 和 Integrated Device Manufacturers

  •  当foundry厂工艺开始变得复杂时
  • 当运行晶圆开始花钱且耗时时
  • 开发早期的新兴技术以获得商业优势

 Fabless companies

  • 用于更好地理解设备性能以及如何调整其应用。

Research Organization (Government、 Universities)

  • 使用TCAD探索新概念和学习半导体物理

TCAD应用:

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TCAD当前挑战:

 TCAD 受当前物理模型和材料表征的指导和限制。 

  • 如果用户不了解他们的技术中涉及的物理,用户不会从TCAD 得到什么帮助。

客户需求迅速增加

现在有更多的处理能力可用

  • 早期的 TCAD  domin大小通常不会扩展到完整的设备
  • 今天domin尺寸更大,可以模拟多个设备,3D模拟

 TCAD 模拟需要准确且具有预测性

  • 合理的模拟时间是必须的。
  • 用户需要理解准确性和时间之间的权衡。

访问代工厂信息

  • 如果代工厂不能提供详细信息,则需要做更多的工作来模拟工艺

TCAD未来前景:

 CAD驱动的TCAD

TCAD 现在在电路设计中扮演着更重要的角色

TCAD 驱动电路优化是 TCAD 的下一个重要步骤。

  • TCAD仿真和建模(Spice模型开发)同时进行,属于同一个团队,是Design的核心技术协同优化 (Design Technology Co-OptimizationDTCO)

寄生 (RC) 是高级节点的性能限制因素。

  • TCAD 驱动的 RC 提取现在用于优化 MEOL 和 BEOL 流程

原子驱动的TCAD(purdue NEMO5 NanoElectronics MOdelincTools)

持续的小型化迫使工业考虑量子效果

新技术通常需要新材料

  • 密度泛函理论 (DFT) 模拟用于计算新材料的电子结构

TCAD 即服务 。

  • TCAD工程师越来越稀缺
  • 客户正在寻找 TCAD 服务而不是内部专家

商用的 TCAD 工具:

  • Silvaco 公司的 ATHENA 和 ATLAS。(Silvaco:主要的产品有 TCAD、Analog/AMS/RF、 Custom IC CAD、Interconnect Modeling 和 Digital CAD。
  • Synopsys 公司的 TSupprem 和 Medici(Synopsys 公司最新发布的 TCAD 工具命名为 Sentaurus。
  • ISE 公司(已经被 Synopsys 公司收购)的 Dios 和 Dessis

EDA设计流程中的TCAD

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Design Technology Co-Optimization (DTCO)
         考虑技术(工艺和设备设计)如何影响电路性能的用于开发新技术的仿真方法

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 MixedMode Simulation

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参考:積體電路工程課程 (Silvaco TCAD - ATLAS)

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