TCAD
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半導体プロセス・デバイス開発のためのTCADシミュレーション
プロセスの構築、デバイス特性の予測、新材料の原子単位のモデル化、メッシュ生成、寄生成分の抽出、測定値からのSPICEモデル作成まで、すべてをSilvacoの1つのTCADフローで実行できます。
TCADシミュレーションとは？
TCADシミュレーション（Technology Computer-Aided Design）は、半導体の製造過程と完成したデバイスの挙動を、物理に基づいてソフトウェアでモデル化する技術です。イオン注入、酸化、エッチングなどのプロセス工程を実行して仮想デバイス構造を作成し、その構造内のキャリア輸送を解くことで、電流、容量、降伏電圧、自己発熱を予測します。
測定では見えないものを可視化
プロセス条件を振った試作には数週間を要し、ウェハ投入コストもかかりますが、得られるのは1つの問いへの答えです。新しいデバイスについて必要な情報の多くは、シリコンができてから得られます。その時点では、重要な意思決定は数か月前に済んでいます。
スプリットロットです。ソフトウェア上でレイアウト、プロセス工程、バイアス条件を変更し、何が変化するかを確認できます。個々の物理モデルの有効・無効も切り替えられます。シミュレーションが測定データと一致すれば、根本原因に近づいています。
結果の活用先
DTCOフローの後続工程です。TCADが生成した構造とSPICEモデルは、レイアウト、回路シミュレーション、RC抽出へと引き継がれます。そのため、プロセス変更が、回路チームが設計に利用できる数値として伝わります。
プロセスレシピからSPICEモデルまで
各ツールが構造またはモデルを後続工程に渡し、それぞれ
個別にライセンスを取得できます。
入力
お客様のプロセス定義
積層構造、レシピ、レイアウト
個々の原子レベルでバンド構造、ひずみ、量子輸送を計算し、較正されたパラメータをプロセスモデルとデバイスモデルに渡します。ドリフト拡散では記述できないほど小さいデバイスに導入してください。
目の前の課題から始める
プロセスシミュレーション Victory Process
GDSIIレイアウトから始め、イオン注入、エッチング、成膜、応力までの製造工程をソフトウェア上で実行し、製造ラインに投入する前にプロセスフロー全体をエミュレーションします。
デバイスシミュレーション Victory Device
DC、AC、過渡バイアス条件で2Dまたは3Dデバイスを解析し、必要に応じて自己発熱や光応答を含めることも、SPICE回路内で実行することもできます。
原子レベル・材料モデリング Victory Atomistic
最大100万原子の構造で、新材料や、量子効果が挙動を支配するほど小さいデバイスをモデル化します。
メッシュ生成と構造 Victory Mesh
既存の2Dまたは3D構造のメッシュを再生成・細分化してデバイスシミュレーションやRC抽出に用いるほか、ソリッドモデリングで新しい構造をゼロから構築できます。
寄生成分抽出 Victory RCx
エッチングと成膜の工程によって形成された実際の3D形状から、
抵抗と容量を抽出します。
測定とパラメータ抽出 Utmost IV
測定したデバイスを、お使いの回路シミュレータで
利用できるコンパクトSPICEモデルに変換します。
Silvacoの6つのTCADツールを比較
Victory Process
製造工程をシミュレーションして、デバイス構造を構築します。
- モンテカルロ法と解析的手法によるイオン注入、およびシリコンとSiC向けに較正された拡散・酸化モデル
- GDSIIレイアウトから直接、工程に応じて1D、2D、3Dで物理的なエッチング、成膜、エピタキシー、リソグラフィ、応力を解析
- Open Model InterfaceとOpen Material Databaseを通じて独自の物理モデルや材料を追加
Victory Device
電流・電圧、熱、光について、その構造の性能を予測します。
- DC、AC、過渡条件でドリフト拡散輸送とエネルギーバランス輸送を解析
- 自己発熱、光学、放射線およびシングルイベント効果の追加モジュール
- 複数マシンに分散できるマルチスレッドソルバーを使用して、SPICEネットリスト内でミックスドモード解析を実行
Victory Atomistic
連続体モデルの適用限界となるスケールを扱います。
- 強束縛法によるバンド構造と自己無撞着なSchrödinger-Poisson解析
- フォノン散乱、表面粗さ散乱、不純物散乱を含むNEGF量子輸送
- 約100万原子まで拡張可能で、FinFET、ナノワイヤ、2D材料、量子ドットに対応
Victory Mesh
デバイスソルバーが収束できるメッシュを提供します。
- Delaunay方式または形状適合方式による2D・3D再メッシュ生成と自動細分化
- 構造の切り出し、鏡映、伸縮、ゼロからの構築に対応するソリッドモデリング
- Victory Processの出力とSilvaco構造ファイルを読み込み、.stlと.vtkを出力
Victory RCx
実際のプロセスで生成された形状から、抵抗と容量を抽出します。
- 45°や90°以外の角度を持つデバイスを含む任意形状に対応する、物理ベースの3Dフィールドソルバー
- 指定した精度に応じてメッシュを適応的に細分化し、必要な領域に計算時間を集中
- ノード名、抵抗、容量をネットリストにバックアノテーション
Utmost IV
測定データやシミュレーションデータを、回路シミュレーション用のコンパクトモデルに変換します。
- 測定器を用いた特性評価とDoEに基づくパラメータ抽出
- BSIM-CMG、BSIM4/6、HiSIM、PSPなどのコンパクトモデル、およびFinFETとGAAFETへの対応
- SmartSpiceでの検証、およびHSPICE、Spectre、Eldo、LTspice、QSpiceで動作するモデル
シミュレーションの活用例
10種類のデバイス。それぞれに固有の物理があり、測定ではなく
TCADを利用する理由があります。
パワーデバイス
SiC、GaN、IGBT、トレンチMOSFET
先端CMOSとFinFET
3D形状が静電特性を決める領域
GAAとCFET
量子閉じ込めによって原子レベルのモデリングが必要となる領域
DRAMとNAND
セル構造と保持特性を変化させる要因
ディスプレイとOLED
TFTバックプレーン、LED、OLEDデバイス
TCADシミュレーションの精度はどの程度ですか？
精度は較正に依存します。初期状態のモデルは傾向を正しく捉えます。お客様のシリコン測定値に合わせて較正すると、数値も正確になります。較正は4つのステップを繰り返して行います。
01
測定
テスト構造、スプリットロット、前世代ノードの部品など、すでにお持ちのシリコンを使用します。Utmost IVが測定値を取り込みます。
02
抽出
Utmost IVは、教科書的な既定値を使う代わりに、お客様のデータにモデルパラメータをフィッティングします。
01
較正
フィッティングしたパラメータをプロセスモデルとデバイスモデルに入力します。Victory Deviceは、シリコンに加えて化合物半導体にも対応する編集可能な材料データベースでこれらを管理します。まだ測定していない材料の数値には、Victory Atomisticで物理的な根拠を与えることができます。
02
相関確認
フィッティングに使用していない測定値で、較正済みモデルを検証します。その測定値との一致度によって、信頼して外挿できる範囲が決まります。
ファウンドリ、PDK、プラットフォームへの対応
動作環境と、利用するデータ。
ファウンドリとプロセスデザインキット
Victory Processは、ファウンドリキットではなく、お客様のプロセス定義とレイアウトを基に動作します。そのため、PDKが存在する前にプロセスをモデル化したり、初回シリコンの完成前にプロセスに基づく仮想PDKを生成したりできます。Silvacoのアナログ・カスタム設計ツールではファウンドリPDKを利用しており、現行キットはams AG、Tower Semiconductor、X-FAB、YITOA Micro Technologyの130 nmから600 nmのプロセスをカバーしています。これは一例です。お使いのプロセスについてお問い合わせください。
オペレーティングシステム
2025 baselineのすべてのツールは64ビットLinuxで動作し、大半はWindowsにも対応しています。対象はRed Hat Enterprise Linux 7、8、9、CentOS 7、Rocky Linux 8、9、Windows Professional 10、11です。Victory AtomisticのみLinux専用です。Linuxへのインストールには、インストールガイドに記載された少数の32ビット互換パッケージとフォントパッケージも必要です。
マルチコア、クラスタ、GPU
Victory Processはマルチスレッドで動作し、Victory Deviceのソルバーライブラリは分散計算に対応しています。そのため、大規模な3D計算では、1台のワークステーションの代わりにクラスタ全体を利用できます。GPUについては、Silvacoは2026年7月、NVIDIA AIとアクセラレーテッドコンピューティングで物理ベースのデジタルツインを高速化するため、NVIDIAとの取り組みを発表しました。使用するツールとシミュレーション内容をアプリケーションエンジニアにお伝えいただければ、お客様のハードウェアで得られる効果をご案内します。
Silvaco TCADを活用するお客様
大学の研究室からTier 1半導体企業まで、400社・機関を超えるお客様がSilvacoで
TCAD業務を行っています。ディスプレイメーカー上位10社のうち8社も含まれます。
2025年10月28日
パワーデバイス
Vicor
パワーモジュールのデバイスモデリングを2Dから3D Victory TCADへ移行し、実際のデバイス形状に沿ったシミュレーションと、設計反復の削減を実現しました。
2025年7月1日
GaNと化合物半導体
Wavetek
5G、Wi-Fi、IoT接続向けGaNデバイスの開発にVictory TCADを選択しました。
2025年4月2日
シリコンフォトニクス
ProMOS Technologies
「Silvacoの製品の優位性、サービス、技術サポートは、当社がフォトニックデバイス開発にSilvacoを選択する決め手となり、イノベーションの加速に役立っています。」
Lynn Lin、バイスプレジデント、ProMOS Technologies
2022年3月2日
CMOSイメージセンサ
Teledyne e2v
「Victory TCADソリューションにより、異なる画素構造を迅速に解析できます。形状の違いによる影響を容易に検討し、性能に影響する主要なパラメータを特定できます。」
Ana González Márquez、技術・製品開発ディレクター、Teledyne e2v
SiCに取り組むSK Powertech、GaNに取り組むFraunhofer ISITなど、詳細はSilvacoニュースでご覧ください
現行リリース
Silvaco TCAD 2025 baseline
6つのツールすべてが2025 baselineで提供され、2025年12月のSimulation Standardで紹介されています。Victory Processではソルバーとメッシュ生成が強化され、シミュレーションの一部で56–75%の高速化を実現しました。Victory Deviceには熱と光のマルチフィジックス解析が追加され、Victory RCxではノードごとに抵抗率をモデル化できます。また、スイートの大半がWindowsでネイティブ動作するようになりました。
このbaselineのバージョン
Victory Process
8.57.5.R
Victory Device
2.0.1.R
Victory Atomistic
1.12.0.R
Victory Mesh
1.12.0.R
Victory RCx
1.4.6.R
Utmost IV
2.24.0.R
Silvacoはリリース日を公開していません。このbaselineの日付付き資料は、Q4 2025のSimulation Standard記事です。バージョンは年間を通じて更新されます。
最近のTCAD論文とウェビナー
登録不要で閲覧できます。
Simulation Standard
Q4 2025
ノーマリオフp-GaN HEMTの動的RDS(on)、リーク、降伏、およびMLベースの設計探索に向けた予測TCADモデリング
ウェビナー
Utmost IVによるTCADを考慮したSPICEモデル抽出：製造からサロゲート回路モデリングまで
Simulation Standard
1200 V縦型GaN FinFETのTCAD降伏シミュレーション
ウェビナー
デバイス全体規模のGAA-NS-FET設計探索・最適化に向けた高速統合量子輸送ソリューション
大学と研究
教育・研究向けSilvaco TCAD
認定を受けた学位授与機関には、専用のライセンス体系を用意しています。TCAD Academic Omni Licenseは1つのライセンスですべてのTCADフレームワークを利用でき、研究ライセンスは低価格で提供され、カリキュラムパッケージはクラス全体をカバーします。すでに200を超える大学がSilvacoソフトウェアを教育・研究に活用しています。
教材も含まれます。サンプルライブラリにはPlummer–Griffinのプロセス例とArizona State Universityのデバイス例が収録されています。ソフトウェア更新はライセンスに含まれ、技術サポートはお客様の教育機関が担当します。
TCADソフトウェアのライセンスとサポート
ライセンスオプション
Victory Omniは、Interactive Toolsを除くすべてのTCADフレームワークを、同時に1つのツールという条件で利用できます。単一の年間料金で、購入地域内の各拠点をカバーします。個別ツールの期間ライセンスと組み合わせることもできます。Time-Based Licensingのリース期間は1年、2年、3年で、更新とサポートが含まれます。すべてのライセンスはネットワークライセンスサーバーから提供されるフローティング形式で、仮想マシンをそのサーバーとして使用することはできません。
インストールとOS対応
64ビットLinuxおよびWindows 10、11に対応しています。ライセンスはSFLM 7.4.16.RまたはサードパーティのFlexLM 11.19.2.Rサーバーで提供され、インストールガイドではダウンロードからライセンス設定、登録までを説明しています。
ドキュメント
2025 baselineのツール別リリースノート、ハードウェア要件表、インストールガイドに加え、ツール別・用途別に整理された実践例を提供しています。
サポートポータル
有効な保守契約に基づいてサポートケースを作成し、解決まで進捗を確認できます。ダウンロードも同じポータルから利用できます。
期待どおりに動作しないデバイスをご相談ください
積層構造と、説明できない現象をお送りください。アプリケーションエンジニアが適切なツールを
ご案内し、TCADでは解決できない場合は、その旨を明確にお伝えします。
よくある質問
TCADシミュレーションは何に使用しますか？
ウェハを投入する前のプロセス・デバイス開発に使用します。TCADシミュレーションは、通常ならスプリットロットで調べる課題をソフトウェア上で解決します。例えば、注入ドーズの変更がしきい値電圧をどう変えるか、デバイスのどこで降伏が起きるか、ある形状で別の形状よりリークが大きい理由などです。回路設計者が利用するコンパクトSPICEモデルも生成します。
プロセスシミュレーションとデバイスシミュレーションの違いは何ですか？
プロセスシミュレーションは、注入、アニール、エッチング、成膜などの製造シーケンスを再現し、デバイス構造を出力します。次にデバイスシミュレータが、その構造のバイアス下での挙動を、電流-電圧特性や容量-電圧特性から降伏、発熱まで解析します。前者がデバイスを定義し、後者が性能を示すため、多くのプロジェクトでは両方が必要です。
Victory ProcessとVictory Deviceの違いは何ですか？
Victory ProcessはSilvacoのプロセスシミュレータです。プロセス工程とGDSIIレイアウトを1D、2D、3D構造に変換します。Victory Deviceはデバイスシミュレータで、その構造をDC、AC、過渡条件で解析し、SPICEネットリスト内で協調シミュレーションできます。通常、その間にVictory Meshでメッシュを細分化します。
TCADシミュレーションの精度はどの程度ですか？
精度を決めるのは、ソルバー以上に較正です。Utmost IVでお客様のシリコン測定値にモデルをフィッティングし、その後、フィッティングに使用していないデータで検証します。その検証用データとの一致度が、計画に織り込める精度です。
パワーデバイスにはどのSilvacoツールを使用すべきですか？
Victory ProcessとVictory Deviceを組み合わせ、通常は3Dで使用します。パワーデバイスの降伏は形状に依存し、2D断面ではその形状を適切に表現できない場合があるためです。Vicorがパワーデバイスのモデリングを3D Victory TCADへ移行したのも、このためです。Victory Meshが構造を細分化し、Utmost IVが測定した部品からSPICEモデルを作成します。
Silvaco TCADはSiCとGaNに対応していますか？
はい。Victory Processには較正済みの炭化ケイ素酸化モデルが含まれ、Victory Deviceの材料パラメータはシリコンと化合物半導体に対応しています。SK Powertechは2023年にSiCパワーデバイス業務向けに採用し、WavetekはGaN接続用部品向けに採用しました。また、Fraunhofer ISITはGaNについてSilvacoと協業しています。
AthenaとAtlasの後継は何ですか？
Silvacoの現在のTCADフローでは、Victory Processが製造工程を、Victory Deviceが電気的挙動を担当します。Victory Deviceは従来のAtlas入力を受け付けるため、既存のデッキをゼロから作り直すのではなく移行できます。
Silvaco TCADで利用できるファウンドリPDKはどれですか？
必須のPDKはありません。Silvaco TCADはファウンドリキットではなく、プロセス記述とレイアウトから始めるため、PDKがまだないプロセスもモデル化できます。ファウンドリキットが重要になるのは、Silvacoのアナログ・カスタムICツールを用いる回路設計側です。公開されている対応例には、X-FAB、Tower Semiconductor、ams AG、YITOAのプロセスが含まれます。
Silvaco TCADをGPUで実行できますか？
Silvacoは、1回の実行でより広い設計空間を確認することを目指し、GPUとCPUの性能を考慮してTCADソルバーを設計しています。GPUによる効果はツールとシミュレーションの種類によって異なるため、お客様のケースについてアプリケーションエンジニアにご確認ください。2026年に発表されたNVIDIAとの協業は、この取り組みを物理ベースのデジタルツインへと拡張するものです。
Silvaco TCADは大学の研究で利用できますか？
はい。商用とは異なる学術向け条件で利用できます。低価格の研究ライセンス、教育用カリキュラムパッケージ、すべてのフレームワークを利用できるTCAD Academic Omni Licenseを用意しています。更新はライセンスに含まれます。200を超える大学が参加しており、認定された学位授与機関であれば大学プログラムを通じて申請できます。