Блок-схема алгоритму реалізації власного комплексного підходу [106] до вирішення завдання статистичного аналізу в процесі наскрізного проектування виробів мікроелектроніки від етапу проектування технологічного процесу до проектування системи представлена ​​на рис. 5.3. Вихідні характеристики (результати апроксимації) кожного попереднього етапу є вхідними параметрами для подальшого етапу проектування.

Рис. 5.3. Алгоритм процедури наскрізного статистичного проектування

Вхідна інформація для етапу проектування технології – технологічні параметри (Р.) окремих операцій обробки напівпровідникових структур. До цих параметрів відносяться, наприклад, дози та енергії имплантационного легування структурних елементів формованого приладу, тривалість, температура і характеристики середовища в процесі окислення, парціальні тиску окремих газових компонент, тривалість і температура термообробки, розмір зерна в процесі формування полікремнієвих затвора МОП-транзистора та інші численні характеристики технологічного процесу формування приладовій структури. Результати етапу проектування технологічного маршруту формування приладовій структури – профілі розподілу домішок, геометричні характеристики приладу, включаючи глибини залягання р-п-переходів, значення поверхневих опорів.

SUPREM – типовий програмний комплекс, призначений для моделювання технології. У наших розрахунках використовується двомірна програма SSuprem4, що входить до складу модуля ATHENA програмного комплексу компанії Silvaco.

Моделювання електричних характеристик приладу здійснюється на основі результатів проектування технології допомогою використання модуля ATLAS програмного комплексу компанії Silvaco. Основа модуля ATLAS – стандартна програма моделювання приладу PISCES. Spice-параметри математичної моделі приладу є аргументами D. етапу проектування приладу, значення яких визначаються вихідними характеристиками попереднього етапу проектування технології. Екстракція Spice-параметрів в наших розрахунках реалізується з використанням власної оптимизационной методології, викладеної в роботі [107].

Наступний етап процесу наскрізного проектування, моделювання схеми, здійснюється (у разі аналогової схеми) за допомогою використання стандартної програми Spice, яка є ядром всіх сучасних комплексів схемотехнічного проектування, таких як Cadence, Synopsys, MentorGraphics. Вплив флуктуацій вхідних параметрів С. (Spice-параметрів приладів), діапазон розкиду яких визначено на попередньому етапі проектування приладу, досліджується в процесі проведення статистичного аналізу в циклі Монте-Карло (МС-аналіз) або статистичного аналізу за найгіршим нагоди (Worst-Case- аналіз). У наших розрахунках ці види аналізу здійснюються з використанням програмного комплексу компанії Cadence.

Останній етап процедури наскрізного процесу проектування – дослідження вихідних характеристик системи та їх розкиду, обумовленого флуктуаціями характеристик схеми. Завдання параметрів для моделювання / проектування системи, в тому числі вихідних даних для проведення статистичного аналізу, здійснюється з використанням апаратного мови опису VHDL-AMS.

Очевидно, що описаний підхід послідовного перетворення статистичної інформації від етапу проектування технології до етапу проектування системи може дати адекватні результати лише за умови забезпечення достатньої точності моделювання характеристик проектованого об’єкта від елементної бази до системи в цілому. У звичайному підході, коли статистичний і оптимізаційний аналізи проводяться окремо для кожного етапу наскрізного проектування, без суворого обліку взаємозв’язку цих видів аналізу між окремими етапами проектування, неможливо не тільки проаналізувати розкид характеристик поведінки системи, але і вивести обмеження на розкид параметрів технології виданих по розкиду характеристик приладу / схеми / системи. У нашому підході, як показано, обговорювані завдання вирішуються за допомогою комплексного використання як стандартних програмних засобів проектування в мікроелектроніці, так і власних програмних засобів для поліноміальної апроксимації результатів комп’ютерних та натурних експериментів, заснованих на RSM методології, а також для статистичного аналізу та оптимізації параметрів.

При створенні програмного забезпечення для організації наскрізного процесу статистичного моделювання технології / приладу / схеми / системи з використанням сучасних програмних комплексів проектування в мікроелектроніці (таких як Mentor Graphics, Cadence Synopsys і Silvaco) необхідно врахувати такі основні вимоги:

– Забезпечення крос-платформенности, необхідної для зручності використання і сумісності з різними версіями програмного забезпечення;

– Зручний графічний інтерфейс, ідентично представляющийся під різними платформами;

– Можливість інтеграції з іншими програмними комплексами.

Крім того, необхідно забезпечити такі можливості:

– Реалізувати блоки планування експериментів, апроксимації та оптимізації в циклі Монте-Карло як з використанням вбудованих в програмні комплекси проектування технології / приладу / схеми / системи можливостей, так і з застосуванням власних методик і алгоритмів;

– Розробити модулі імпорту / експорту файлів з метою програмних засобів для організації статистичного проектування в програмних комплексах «наскрізного» проектування інтегральних мікросхем компанії Silvaco [108-109];

– Реалізувати в програмному забезпеченні математичні алгоритми на об’єктно-орієнтованому крос-платформенном мові програмування Python, а також математичних бібліотек типу Scipy і Numpy, що мають максимально оптимізований програмний код і низький час розрахунків;

– Реалізувати користувальницький інтерфейс за допомогою графічної бібліотеки wxWidgets.

Таким чином, програмне забезпечення розробляється з використанням мови програмування Python [109] і бібліотеки побудови графічного інтерфейсу wxWidgets [111]. Для зручності подальшого доопрацювання і розширення можливостей програма організована за модульним принципом, де кожен модуль логічно не залежить від інших, входять до її складу, модулів.

Джерело: Білоус О.І., Єфименко С.А., Турцевич А.С., Напівпровідникова силова електроніка, Москва: Техносфера, 2013. – 216 с. + 12 с. кол. вкл.