شبیه‌سازی فرایند نیم‌رسانا

شبیه‌سازی فرایند نیم‌رسانا  مدل‌سازی ساخت افزاره‌های نیم‌رسانا مانند ترانزیستور است. این شاخه ای از خودکارسازی طراحی الکترونیکی است و بخشی از یک زیرشاخه است که به‌عنوان فناوری کَد یا تی‌کَد شناخته می‌شود.،: فصل 24

هدف نهایی شبیه‌سازی فرایند، پیش‌بینی دقیق توزیع آلاینده فعال، توزیع تنش و هندسه افزاره است. شبیه‌سازی فرایند معمولاً به عنوان ورودی برای شبیه‌سازی افزاره، مدل‌سازی مشخصات الکتریکی افزاره استفاده می‌شود. پردازش و شبیه‌سازی افزاره، ابزارهای اصلی مرحله طراحی را تشکیل می‌دهند که به‌عنوان تی‌کَد یا فناوری طراحی به کمک رایانه شناخته می‌شوند. با در نظر گرفتن فرایند طراحی مدار مجتمع به عنوان یک سری مراحل با کاهش سطوح انتزاع، سنتز منطق در بالاترین سطح و تی‌کَد با نزدیک‌ترین مرحله به ساخت، فازی با کمترین میزان انتزاع خواهد بود. به دلیل مدل‌سازی فیزیکی دقیق، شبیه‌سازی فرایند تقریباً به‌طور انحصاری برای کمک به توسعه افزاره‌های منفرد، چه گسسته یا به عنوان بخشی از یک مدار مجتمع، استفاده می‌شود. 

ساخت افزاره‌های مدار مجتمع نیازمند یک سری گام‌های پردازشی است که جریان فرایند نامیده می‌شود. شبیه‌سازی فرایند شامل مدل‌سازی تمام مراحل ضروری در جریان فرایند به منظور بدست آوردن پروفایل‌های آلاینده و تنش و تا حدی کمتر، هندسه افزاره است. ورودی برای شبیه‌سازی فرایند، جریان فرایند و یک جانمایی  است. جانمایی به‌عنوان یک برش خطی در یک جانمایی کامل برای یک شبیه‌سازی دوبُعدی یا یک برش مستطیلی از جانمایی برای یک شبیه‌سازی سه‌بُعدی انتخاب می‌شود.

تی‌کَد به‌طور مرسوم عمدتاً بر بخش ساخت ترانزیستور از جریان فرایند متمرکزشده است که با تشکیل اتصال‌های سورس و درین پایان می‌یابد - همچنین به عنوان تولید انتهای خط نیز شناخته می‌شود. انتهای خط تولید، به عنوان مثال لایه‌های میان‌هابند و دی‌الکتریک در نظر گرفته نمی‌شوند. یکی از دلایل ترسیم، در دسترس بودن ابزارهای تحلیل قدرتمند مانند فنون‌های میکروسکوپ الکترونی، میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) و میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM) است که امکان اندازه‌گیری دقیق هندسه افزاره را فراهم می‌کند. هیچ ابزار مشابهی برای اندازه‌گیری دقیق با وضوح بالا پروفایل‌های آلاینده یا تنش در دسترس نیست. با این وجود، علاقه فزاینده ای برای بررسی تعامل بین گام‌های تولید مرحلهٔ پیشین  و مرحلهٔ پسین  وجود دارد. به عنوان مثال، تولید مرحلهٔ پیشین ممکن است باعث ایجاد تنش در ناحیه ترانزیستور تغییرکردن عملکرد افزاره شود. این تعاملات نیاز به میانجی‌های  بهتر برای ابزارهای شبیه‌سازی مرحلهٔ پسین یا منجر به یکپارچه‌سازی برخی از این قابلیت‌ها در ابزارهای TCAD می‌شود.

علاوه بر گسترش دامنه اخیرِ شبیه‌سازی فرایند، همیشه تمایل به داشتن شبیه‌سازی‌های دقیق‌تر وجود داشته‌است. با این حال، مدل‌های فیزیکی ساده‌شده معمولاً برای به حداقل رساندن زمان محاسبات مورد استفاده قرار گرفته‌اند. اما، کوچک شدن ابعاد افزاره، تقاضاهای فزاینده ای را برای دقت پروفایل‌های آلاینده و تنش ایجاد می‌کند، بنابراین مدل‌های فرایند جدیدی برای هر نسل از افزاره‌ها اضافه می‌شود تا با نیازهای دقت جدید مطابقت داشته باشد. بسیاری از مدل‌ها مدت‌ها قبل از اینکه مورد نیاز باشند توسط محققان طراحی شده‌اند، اما گاهی اثرات جدید تنها زمانی شناسایی و درک می‌شوند که مهندسان فرایند یک مشکل را کشف‌کنند و آزمایش‌هایی انجام شود. در هر صورت، روند افزودن مدل‌های فیزیکی بیشتر و در نظر گرفتن اثرات فیزیکی دقیق‌تر ادامه خواهد داشت و ممکن است تسریع شود.

روش‌های شبیه‌سازی فرایند 
مراحل فرآیندی که اغلب با شبیه‌سازی فرایند مرتبط هستند عبارتند از کاشت یون، بازپخت (پخش و فعال‌سازی آلاینده)، زُدایش، لایه‌نشانی، اکسایش و برآرایی. سایر مراحل متداول عبارتند از: مسطح‌سازی شیمیایی-مکانیکی (CMP)، سیلیسیدِش ، و فروکشی .

منابع

پیوند به بیرون 
 آزمایشگاه TCAD: مونتاژ ابزارهای TCAD که شبیه‌سازی مدار، افزاره و فرایند را ممکن می‌سازد.
 آزمایشگاه فرایند: شبیه‌ساز فرایند مبتنی‌بر اکسایش PROPHET
 آزمایشگاه فرایند : پخش وابسته‌به غلظت هم پخش استاندارد و هم پخش وابسته‌به غلظت را شبیه‌سازی می‌کند (شبیه‌ساز فرایند مبتنی‌بر PROPHET)
 آزمایشگاه فرایند : پخش با نقص-تزویج‌شده، پخش آلاینده تزویج‌شده با نقص‌های نقطه‌ای را شبیه‌سازی می‌کند (براساس PROPHET)
 PROPHET پروفت یک برنامه کامپیوتری برای حل مجموعه معادلات دیفرانسیل جزئی در یک، دو یا سه بُعد فضایی است. تمام ضرایب مدل و پارامترهای مواد در یک کتابخانه پایگاه داده موجود است که می‌تواند توسط کاربر تغییر یا اضافه شود. حتی معادلاتی که باید حل شوند می‌توانند توسط کاربر نهایی مشخص شوند. PROPHET در ابتدا برای شبیه‌سازی فرایند نیم‌رسانا توسعه داده‌شد. قابلیت‌های شبیه‌سازی افزاره نیز در حال حاضر وجود دارد.
 ابزارهای تی‌کَد دانشگاه استنفورد نسخه غیرتجاری شامل کد منبع یونیکس برای SUPREM 3 و ۴.
خودکارسازی طراحی الکترونیکی