Автоматизация проектирования БИС. кн.: Практ. пособие. Кн. 5. В. Я. Кремлев. Физико-топологическое моделирование структур элементов БИС/Под. ред. Г. Г. Казеннова. — М: Высш. шк., 1990.—144 с: ил.


В пособии рассматриваются основные подходы к проектированию элементов БИС и их физико-топологические и схемотехнические модели. В качестве основной физической модели применяются диффузионно-дрейфовые уравнения, на основе которых синтезируются электрические эквивалентные схемы. Описываются численные методы и алгоритмы расчета, используемые в САПР элементов БИС. Приводятся основные сведения по постановке и решению задач проектирования элементов БИС с использованием численных экспериментов на ЭВМ. Физико-топологическое моделирование структур элементов БИС является неотъемлемой составной частью современных САПР БИС. На этапе проектирования моделирование элементной базы позволяет решить вопросы, связанные с оптимизацией структурных и топологических решений интегральных структур элементов БИС для достижения максимальной плотности компоновки, максимального быстродействия и минимальной потребляемой мощности. Методы анализа и соответствующее прикладное математическое обеспечение являются основным инструментом разработчика современных БИС и СБИС. Физико-топологическое моделирование основано на использовании математических моделей, численных методов решения дифференциальных уравнений с учетом результатов расчета и экспериментальных данных.
Физико-математическую основу моделирования интегральных компонентов составляют фундаментальные уравнения переноса электронов и дырок в полупроводниках. Непосредственно эти уравнения ввиду чрезвычайной сложности и громоздкости их численного интегрирования имеют ограниченное применение. Это делает невозможным решение задачи проектирования интегральных элементов на единой модельной и алгоритмической основе и приводит к необходимости ее разделения на более простые задачи.
В настоящее время в практике проектирования используется большое число простых и экономичных моделей, эффективных для определенных типов элементов, а также для конкретных этапов их проектирования. Эти модели отличаются принятыми допущениями, размерностью, системами независимых переменных, видами краевых задач и алгоритмами их решения.
Для эксплуатации программ и интерпретации полученных результатов необходимо прежде всего понимание используемых моделей, поэтому в данном учебном пособии значительное внимание уделяется выводу основных модельных уравнений.
Принятая последовательность изложения позволяет овладеть основами физико-топологического моделирования, а не просто дает определенную сумму знаний. Согласно общепринятой методологии подсистема проектирования элементов занимает нижний уровень иерархической САПР БИС. Этот уровень иерархии покрывает задачи проектирования новой элементной базы, включая разработку приборов с учетом новых физических принципов и конструктивно-топологических вариантов элементов БИСВ связи с постоянной разработкой новой элементной базы БИС необходимы методы моделирования, позволяющие посредством численных экспериментов на ЭВМ устаналивать количественные зависимости между электрофизическими, топологическими параметрами интегральных структур и множеством их эксплуатационных параметров с учетом сложных взаимодействий в конкретных БИС. При этом решаются основные задачи: 1) исследование физических процессов в технологических установках; 2) исследование физических процессов в объеме и на поверхности интегральных структур при внешних воздействиях; 3) исследование электрических взаимодействий полупроводниковых приборов в составе БИС.
Моделирование физических процессов в технологических установках позволяет получить, в частности, количественные характеристики полупроводниковых интегральных структур. К таким характеристикам прежде всего относятся распределение концентраций легирующих примесей в эпитаксиальных, ионно-легированных и диффузионных слоях, толщины таких слоев и другие электрофизические параметры. Они являются исходными данными для проектирования элементов БИС.
Следует отметить, что моделирование технологических процессов является важным, но не единственным источником данных, которые используются на следующем этапе проектирования.