1561-5405 10.24151/1561-5405 Proceedings of Universities. Electronics Scientifical and technical journal "Proceedings of Universities. Electronics" Научно-технический журнал «Известия высших учебных заведений. Электроника» 1561-5405 2587-9960 National Research University of Electronic Technology Национальный исследовательский университет "Московский институт электронной техники" 10.24151/1561-5405-2025-30-5-607-617ZKNZEE621.3.049.77Схемотехника и проектированиеDevelopment of domestic CAD system for instrument-technological modeling for microelectronic technologiesРазработка отечественной САПР приборно-технологического моделирования для микроэлектронных технологийЧаплыгин Юрий АлександровичЧаплыгинЮрий АлександровичChaplyginYury A.Yury A. ChaplyginКрасюков Антон ЮрьевичКрасюковАнтон ЮрьевичKrasukovAnton Yu.Anton Yu. KrasukovКрупкина Татьяна ЮрьевнаКрупкинаТатьяна ЮрьевнаKrupkinaTatiana Yu.Tatiana Yu. KrupkinaБалашов Александр ГеннадьевичБалашовАлександр ГеннадьевичBalashovAlexander G.Alexander G. BalashovЛосев Владимир ВячеславовичЛосевВладимир ВячеславовичLosevVladimir V.Vladimir V. LosevНациональный исследовательский университет «МИЭТ», (Россия, 124498, г. Москва, г. Зеленоград, пл. Шокина, 1)29102025Том. 30 №5607617http://ivuz-e.ru/issues/Том 30 №5/razrabotka_otechestvennoy_sapr_priborno_tekhnologicheskogo_modelirovaniya_dlya_mikroelektronnykh_tekh/http://ivuz-e.ru#

The implementation of an effective system of device and process simulation (TCAD) is currently one of essential components of ensuring technological self-sufficiency in microelectronics design and manufacturing. This problem solution includes creation of domestic TCAD tools and of a system of recommended practices and techniques for device and process simulation adjusted to the specific needs of manufacturing enterprises with account for available level of domestic technologies. In this work, the possibilities of existing CAD tools for device and process simulation are analyzed. The specifics of TCAD simulation of the process routes and devices currently available for fabrication on the domestic microelectronic enterprises, in particular, for technological routes for IC elements formation based on low-voltage CMOS devices, BIT devices, planar and vertical power MOSFETs and integrated magnetic field converters are given. The characteristics of developed software modules as a part of the domestic TCAD tool – mod-ules for process and device simulation and TCAD results visualizing – are presented. It has been demonstrated that these software modules allow for two-dimensional technological and device modeling for silicon CMOS and BCD technologies with 130 nm design rule and higher.

Создание эффективной системы приборно-технологического моделирования (ПТМ) в настоящее время является одной из важных составляющих обеспечения технологической независимости проектирования и производства изделий микроэлектроники. Решение этой задачи включает в себя создание отечественных программных средств САПР ПТМ и системы практических рекомендаций и методик ПТМ, настроенных на конкретные потребности производственных предприятий с учетом доступного уровня отечественных технологий. В работе проанализированы возможности существующих САПР ПТМ. Рас-смотрены структура и задачи программных средств ПТМ. Проанализированы особенности ПТМ для отечественных микроэлектронных технологий. Приведены особенности приборно-технологического моделирования технологических маршрутов и приборов для реализации на базе отечественных микроэлектронных предприятий, в том числе для производственных процессов создания элементной базы ИС на основе низковольтной КМОП-технологии, биполярной технологии, планарных и вертикальных силовых МОП-транзисторов, интегральных преобразователей магнитного поля. Представлены характеристики разработанных программных модулей в составе отечественной САПР ПТМ – модулей технологического, приборного моделирования и визуализации результатов ПТМ. Показано, что данные программные модули обеспечивают возможность двумерного приборно-технологического моделирования для кремниевых КМОП- и BCD-технологий с проектными нормами 130 нм и выше.

элементная база ИСприборно-технологическое моделированиеСАПРотечественные микроэлектронные технологииIC elementsdevice and process simulationCADdomestic microelectronic technologies Tong Yu. Simulation and optimization of metal gate CMOS process and circuit by TCAD. J. Phys.: Conf. Ser. 2023;2634(1):012011. https://doi.org/ 10.1088/1742-6596/2634/1/012011Huet K., Aubin J., Raynal P.-E., Curvers B., Verstraete A., Lespinasse B. et al. Pulsed laser annealing for advanced technology nodes: Modeling and calibration. Appl. Surf. Sci. 2020;505:144470. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2019.144470Ma X., Huang Y., Tang X., Luo Y., Shen H., Xiao F. Numerical modeling of FS-trench IGBTs by TCAD and its parameter extraction method. Microelectron. Reliab. 2023;147:115053. https://doi.org/10.1016/j.microrel.2023.115053Groppo E., Gossner H., Brederlow R. TCAD modeling of ESD diode overshoot during ultrafast TLP events. IEEE Electron Device Lett. 2025;46(3):468–471. https://doi.org/10.1109/led.2025.3531797Wong H. Yu., Fossito Tenkeu A. C. Advanced TCAD simulation and calibration of gallium oxide vertical transistor. ECS J. Solid State Sci. Technol. 2020;9(3):035003. https://doi.org/10.1149/2162-8777/ab7673Miccoli C., Iucolano F. Study of oxide trapping in SiC MOSFETs by means of TCAD simulations. Mater. Sci. Semicond. Process. 2019;97:40–43. https://doi.org/10.1016/j.mssp.2019.02.035Silvestri L., Palsgaard M., Rhyner R., Frey M., Wellendorff J., Smidstrup S. et al. Hierarchical modeling for TCAD simulation of short-channel 2D material-based FETs. Solid-State Electron. 2023;200:108533. https://doi.org/10.1016/j.sse.2022.108533Ding Q., Kuhlmann A. V., Fuhrer A., Schenk A. A generalizable TCAD framework for silicon FinFET spin qubit devices with electrical control. Solid-State Electron. 2023;200:108550. https://doi.org/10.1016/j.sse.2022.108550Lomonaco J., Rostand N., Martinie S., Bournel A. TCAD simulation methodology of total ionizing dose effects for PDSOI transistor with a hump characteristic. Solid-State Electron. 2024;211:108813. https://doi.org/10.1016/j.sse.2023.108813Fan G., Ma T., Sun X., Shao L., Low K. L. Graph attention network-based unified TCAD modeling enabling fast design technology co-optimization through transfer learning. IEEE Trans. Electron Devices. 2025;72(1):474–481. https://doi.org/10.1109/ted.2024.3493854Petrosyants K. O., Silkin D. S., Popov D. A., Ismail-Zade M. R., Kharitonov I. A., Pereverzev L. E. et al. Features of TCAD and SPICE simulation of a charged particle impact into a 6T SRAM cell manufactured using the CMOS 28-nm technology node. Russ. Microelectron. 2024;53(7):737–743. https://doi.org/10.1134/S1063739724700823Петросянц К. О., Исмаил-Заде М. Р., Кожухов М. В., Попов Д. А., Пугачёв А. А., Самбурский Л. М. и др. Подсистема TCAD- и SPICE-моделирования элементов кремниевых БИС с учетом влияния температуры, радиации и старения. Наноиндустрия. 2022;15(S8-1(113)):183–194. https://doi.org/10.22184/1993-8578.2022.15.8s.183.194. EDN: SUZPKY.Petrosyants K. O., Ismail-Zade M. R., Kozhukhov M. V., Popov D. A., Pugachev A. A., Sambursky L. M. et al. TCAD and SPICE subsystem for modeling silicon VLSI elements in view of temperature, radiation and aging effects. Nanoindustriya = Nanoindustry. 2022;15(S8-1(113)):183–194. (In Russ.). https://doi.org/10.22184/1993-8578.2022.15.8s.183.194Чаплыгин Ю. А., Артамонова Е. А., Красюков А. Ю. Зависимость теплового сопротивления мощного МОП-транзистора на подложке кремний-на-изоляторе от конструктивно-технологических параметров его структуры. Изв. вузов. Электроника. 2011;(5):44–47. EDN: OHKFXP.Chaplygin Yu. A., Artamonova E. A., Krasyukov A. Yu. Dependence of the thermal resistance of a powerful MOSFET on a silicon-on-insulator substrate on the construction-technological parameters of its structure. Russ. Microelectron. 2012;41(7):376–378. https://doi.org/10.1134/S1063739712070049Козлов A. В., Красюков А. Ю., Крупкина Т. Ю., Чаплыгин Ю. А. Моделирование характеристик и оптимизация конструктивно-технологических параметров интегральных магниточувствительных элементов в составе микро- и наносистем. Изв. вузов. Электроника. 2015;20(5):489–496. EDN: UNSUQR.Kozlov A. V., Krasjukov A. Yu., Krupkina T. Yu., Chaplygin Yu. A. Simulation of characteristics and optimization of the constructive and technological parameters of integrated magnetosensitive elements in micro and nanosystems. Russ. Microelectron. 2016;45(7):522–527. https://doi.org/10.1134/S1063739716070088