TCAD
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반도체 공정 및 소자 개발을 위한 TCAD 시뮬레이션
하나의 Silvaco TCAD 흐름에서 공정을 구축하고 소자를 예측하며, 새로운 재료를 원자 단위로 모델링하고, 메시 생성과 기생성분 추출을 수행하며, 측정값을 SPICE 모델로 변환합니다.
TCAD 시뮬레이션이란 무엇인가요?
TCAD 시뮬레이션(Technology Computer-Aided Design)은 반도체의 제조 과정과 완성된 소자의 동작을 소프트웨어로 모델링하는 물리 기반 기법입니다. 이온 주입, 산화 및 식각 같은 공정 단계를 실행하여 가상 소자 구조를 생성한 다음, 구조 내 캐리어 수송을 해석하여 전류, 정전용량, 항복 전압 및 자기 발열을 예측합니다.
측정으로 볼 수 없는 것을 보여줍니다
공정 조건을 나누어 실험하려면 수 주와 웨이퍼 투입 비용이 들며, 하나의 질문에 답할 수 있습니다. 새로운 소자에 대해 알아야 할 대부분의 정보는 실리콘이 나온 후에야 얻지만, 중요한 결정은 이미 수개월 전에 내려진 상태입니다.
스플릿 로트 실험을 대체합니다. 소프트웨어에서 레이아웃, 공정 단계 또는 바이어스 조건을 변경하고 무엇이 달라지는지 확인합니다. 개별 물리 모델도 켜고 끌 수 있습니다. 시뮬레이션이 측정 데이터와 일치하면 근본 원인에 가까워진 것입니다.
결과의 활용
나머지 DTCO 흐름으로 전달됩니다. TCAD가 생성한 구조와 SPICE 모델은 레이아웃, 회로 시뮬레이션 및 RC 추출로 이어지므로 공정 변경 사항이 회로 팀이 설계에 활용할 수 있는 수치로 전달됩니다.
공정 레시피에서 SPICE 모델까지
각 도구는 다음 단계로 구조 또는 모델을 전달하며,
개별 라이선스로 사용할 수 있습니다.
입력
공정 정의
레이어 스택, 레시피, 레이아웃
개별 원자 수준에서 밴드 구조, 변형률 및 양자 수송을 계산하고 보정된 파라미터를 공정 및 소자 모델에 전달합니다. 소자가 너무 작아 드리프트-확산으로 설명하기 어려울 때 사용합니다.
당면한 작업에서 시작하세요
공정 시뮬레이션 Victory Process
GDSII 레이아웃에서 시작하여 이온 주입부터 식각, 증착 및 응력까지 팹 공정을 소프트웨어에서 실행하고, 생산 라인에 적용하기 전에 전체 공정 흐름을 에뮬레이션합니다.
소자 시뮬레이션 Victory Device
DC, AC 및 과도 바이어스 조건에서 2D 또는 3D 소자를 해석하고 필요에 따라 자기 발열과 광학 응답을 포함하거나 SPICE 회로 안에서 실행합니다.
원자 수준 및 재료 모델링 Victory Atomistic
최대 100만 원자의 구조에서 새로운 재료와 양자 효과가 동작을 결정할 만큼 작은 소자를 모델링합니다.
메싱 및 구조 Victory Mesh
소자 시뮬레이션 또는 RC 추출을 위해 기존 2D 또는 3D 구조를 재메싱하고 세분화하거나, 솔리드 모델링으로 새 구조를 처음부터 만듭니다.
기생성분 추출 Victory RCx
식각 및 증착 단계 후에 남는 실제 3D 형상에서 저항과 정전용량을
추출합니다.
측정 및 파라미터 추출 Utmost IV
측정한 소자를 회로 시뮬레이터에서 지원하는 콤팩트 SPICE 모델로
변환합니다.
Silvaco TCAD 도구 6개 비교
Victory Process
소자를 만드는 팹 공정 단계를 시뮬레이션하여 소자 구조를 생성합니다.
- 실리콘 및 SiC에 대해 보정된 확산 및 산화 모델과 Monte Carlo 및 해석적 이온 주입
- GDSII 레이아웃에서 직접 시작하여 각 단계에 필요한 1D, 2D 또는 3D로 물리적 식각, 증착 및 에피택시와 리소그래피 및 응력을 처리
- Open Model Interface 및 Open Material Database를 통해 자체 물리 모델과 재료 추가
Victory Device
구조의 성능을 전류와 전압, 열과 빛의 관점에서 예측합니다.
- DC, AC 및 과도 조건에서 해석하는 드리프트-확산 및 에너지 균형 수송
- 자기 발열, 광학, 방사선 및 단일 사건 효과를 위한 추가 모듈
- 여러 시스템에 분산되는 멀티스레드 솔버에서 SPICE 넷리스트 내부의 혼합 모드 실행
Victory Atomistic
연속체 모델의 한계에 도달하는 규모에서 사용합니다.
- 강결합 밴드 구조 및 자기일관 Schrödinger-Poisson 해석
- 포논, 표면 거칠기 및 불순물 산란을 포함한 NEGF 양자 수송
- 약 100만 원자까지 확장하며 FinFET, 나노와이어, 2D 재료 및 양자점을 지원
Victory Mesh
소자 솔버가 수렴할 수 있는 메시를 제공합니다.
- Delaunay 또는 등각 기법과 자동 세분화를 이용한 2D 및 3D 재메싱
- 자르기, 미러링, 늘이기 또는 처음부터 구조를 생성하는 솔리드 모델링
- Victory Process 출력과 Silvaco 구조 파일을 읽고 .stl 및 .vtk로 내보내기
Victory RCx
실제 공정에서 생성된 형상에서 저항과 정전용량을 추출합니다.
- 45° 및 90° 이외의 각도로 배치된 소자를 포함한 임의 형상용 물리 기반 3D 필드 솔버
- 지정한 정확도에 맞춘 적응형 메시 세분화로 필요한 곳에 실행 시간을 집중
- 노드 이름, 저항 및 정전용량을 넷리스트에 역주석으로 반영
Utmost IV
측정 또는 시뮬레이션 데이터를 회로 시뮬레이션용 콤팩트 모델로 변환합니다.
- 계측기 기반 특성화 및 DoE 기반 파라미터 추출
- FinFET 및 GAAFET를 지원하는 BSIM-CMG, BSIM4/6, HiSIM 및 PSP 등의 콤팩트 모델
- SmartSpice에서 검증하며 HSPICE, Spectre, Eldo, LTspice 및 QSpice에서 실행되는 모델
주요 시뮬레이션 대상
각기 다른 물리와 측정 대신
TCAD를 사용하는 이유를 가진 10가지 소자 유형.
전력 소자
SiC, GaN, IGBT 및 트렌치 MOSFET
첨단 CMOS 및 FinFET
3D 형상이 정전기 특성을 결정하는 영역
GAA 및 CFET
양자 구속으로 원자 수준 모델링이 필요한 영역
DRAM 및 NAND
셀 구조 및 리텐션에 영향을 주는 요인
디스플레이 및 OLED
TFT 백플레인, LED 및 OLED 소자
TCAD 시뮬레이션은 얼마나 정확한가요?
정확도는 보정에 달려 있습니다. 기본 모델은 추세를 올바르게 예측합니다. 측정한 실리콘 데이터에 보정하면 수치도 정확해지며, 보정은 4단계 루프로 이루어집니다.
01
측정
이미 보유한 실리콘을 활용하세요. 테스트 구조, 스플릿 로트 또는 이전 노드의 부품이 해당합니다. Utmost IV가 측정값을 받아들입니다.
02
추출
Utmost IV는 교과서의 기본값 대신 사용자 데이터에 모델 파라미터를 피팅합니다.
01
보정
피팅한 파라미터를 공정 및 소자 모델에 전달합니다. Victory Device는 실리콘뿐 아니라 화합물 반도체도 지원하는 편집 가능한 재료 데이터베이스에 이를 저장합니다. 아직 측정하지 않은 재료의 수치는 Victory Atomistic으로 물리적 근거를 확보할 수 있습니다.
02
상관 검증
피팅에 사용하지 않은 측정값으로 보정된 모델을 확인합니다. 측정값과의 일치도가 신뢰할 수 있는 외삽 범위를 결정합니다.
파운드리, PDK 및 플랫폼 지원
실행 환경과 적용 대상.
파운드리 및 공정 설계 키트
Victory Process는 파운드리 키트가 아닌 공정 정의와 레이아웃에서 시작합니다. 따라서 PDK가 존재하기 전에 공정을 모델링하거나 첫 실리콘 전에 가상의 공정 기반 PDK를 생성할 수 있습니다. 파운드리 PDK는 Silvaco의 아날로그 및 커스텀 설계 도구에서 활용하며, 현재 키트는 ams AG, Tower Semiconductor, X-FAB 및 YITOA Micro Technology의 130 nm~600 nm 공정을 지원합니다. 이는 일부 예시이므로 사용하는 공정에 대해 문의하세요.
운영체제
2025년 기준 릴리스의 모든 도구는 64비트 Linux에서 실행되며 대부분 Windows도 지원합니다. 지원 환경은 Red Hat Enterprise Linux 7, 8 및 9, CentOS 7, Rocky Linux 8 및 9, Windows Professional 10 및 11입니다. Victory Atomistic은 예외적으로 Linux만 지원합니다. Linux 설치에는 설치 가이드에 명시된 일부 32비트 호환성 및 글꼴 패키지도 필요합니다.
멀티코어, 클러스터 및 GPU
Victory Process는 멀티스레드로 실행되며 Victory Device의 솔버 라이브러리는 분산 컴퓨팅을 지원하므로 대규모 3D 작업에서 단일 워크스테이션 대신 전체 클러스터를 사용할 수 있습니다. GPU 분야에서는 Silvaco가 2026년 7월 NVIDIA AI 및 가속 컴퓨팅에서 물리 기반 디지털 트윈을 가속하기 위한 NVIDIA와의 협력을 발표했습니다. 사용하려는 도구와 시뮬레이션을 애플리케이션 엔지니어에게 알려주시면 하드웨어가 제공하는 이점을 확인할 수 있습니다.
Silvaco TCAD를 활용하는 고객
대학 연구실부터 Tier 1 반도체 기업까지 400곳 이상의 고객이 Silvaco로 TCAD
작업을 수행합니다. 여기에는 세계 10대 디스플레이 제조업체 중 8곳이 포함됩니다.
2025년 10월 28일
전력 소자
Vicor
전력 모듈 소자 모델링을 2D에서 3D Victory TCAD로 전환하여 실제 소자 형상에 맞춰 시뮬레이션하고 설계 반복 횟수를 줄였습니다.
2025년 7월 1일
GaN 및 화합물 반도체
Wavetek
5G, Wi-Fi 및 IoT 연결용 GaN 소자 개발을 위해 Victory TCAD를 선택했습니다.
2025년 4월 2일
실리콘 포토닉스
ProMOS Technologies
“Silvaco의 제품 리더십, 서비스 및 기술 지원은 포토닉 소자 개발을 위해 Silvaco를 선택하는 데 중요한 역할을 했으며 혁신 속도를 높이는 데 도움이 되었습니다.”
Lynn Lin, 부사장, ProMOS Technologies
2022년 3월 2일
CMOS 이미지 센서
Teledyne e2v
“Victory TCAD 솔루션을 통해 다양한 픽셀 구조를 빠르게 분석할 수 있습니다. 여러 형상의 영향을 손쉽게 살펴보고 성능에 영향을 주는 핵심 파라미터를 파악할 수 있습니다.”
Ana González Márquez, 기술 및 제품 개발 디렉터, Teledyne e2v
SK Powertech의 SiC, Fraunhofer ISIT의 GaN 및 기타 사례를 Silvaco 뉴스에서 확인하세요.
현재 릴리스
Silvaco TCAD 2025 기준 릴리스
6개 도구 모두 2025년 기준 릴리스에 포함되며 2025년 12월 Simulation Standard에서 다룹니다. Victory Process에는 개선된 솔버와 메싱이 추가되어 시뮬레이션의 일부 구간에서 56–75%의 속도 향상을 제공합니다. Victory Device에는 다중물리 열 및 광학 실행이 추가되고 Victory RCx는 노드별 비저항을 모델링하며, 제품군의 대부분이 이제 Windows에서 기본 실행됩니다.
이 기준 릴리스의 버전
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
Silvaco는 릴리스 날짜를 공개하지 않습니다. 2025년 4분기 Simulation Standard 기사가 이 기준 릴리스의 날짜가 명시된 참조 자료입니다. 버전은 연중 업데이트됩니다.
최근 TCAD 논문 및 웨비나
등록 없이 읽을 수 있습니다.
Simulation Standard
2025년 4분기
동적 RDS(on), 누설, 항복 및 ML 기반 설계 탐색을 위한 Normally-Off p-GaN HEMT의 예측 TCAD 모델링
웨비나
Utmost IV를 활용한 TCAD 연계 SPICE 모델 추출: 제조에서 대리 회로 모델링까지
Simulation Standard
1200 V 수직형 GaN FinFET의 TCAD 항복 시뮬레이션
웨비나
전체 소자 규모에서 GAA-NS-FET 설계 탐색 및 최적화를 위한 빠르고 통합된 양자 수송 솔루션
대학 및 연구
교육 및 연구용 Silvaco TCAD
공인 학위 수여 기관에는 별도의 라이선스 프로그램이 제공됩니다. TCAD Academic Omni License는 단일 라이선스로 모든 TCAD 프레임워크를 지원하고, 연구용 라이선스는 저렴하게 제공되며, 커리큘럼 패키지는 전체 수업을 지원합니다. 이미 200개 이상의 대학이 Silvaco 소프트웨어로 교육과 연구를 수행합니다.
교육 자료도 포함됩니다. 예제 라이브러리에는 Plummer–Griffin 공정 예제와 Arizona State University 소자 예제 모음이 있습니다. 라이선스에 소프트웨어 업데이트가 포함되며 기술 지원은 소속 기관에서 담당합니다.
TCAD 소프트웨어의 라이선스 및 지원
라이선스 옵션
Victory Omni는 Interactive Tools를 제외한 모든 TCAD 프레임워크를 한 번에 하나씩 사용할 수 있도록 지원하며, 단일 연간 요금이 구매 지역 내 모든 사업장에 적용됩니다. 개별 도구의 기간제 라이선스와 함께 사용할 수 있습니다. Time-Based Licensing은 업데이트와 지원이 포함된 1년, 2년 또는 3년 임대 방식입니다. 모든 라이선스는 네트워크 라이선스 서버에서 플로팅 방식으로 제공되며 가상 머신은 해당 서버로 사용할 수 없습니다.
설치 및 OS 지원
64비트 Linux와 Windows 10 및 11을 지원합니다. SFLM 7.4.16.R 또는 타사 FlexLM 11.19.2.R 서버가 라이선스를 제공하며, 설치 가이드에서 다운로드부터 라이선스 설정 및 등록까지 안내합니다.
문서
2025년 기준 릴리스의 도구별 릴리스 노트, 하드웨어 요구사항 문서 및 설치 가이드와 도구 및 응용별로 정리된 실습 예제.
지원 포털
유효한 유지보수 계약에 따라 지원 요청을 등록하고 해결될 때까지 진행 상황을 확인하세요. 다운로드도 동일한 포털에서 이용할 수 있습니다.
예상대로 동작하지 않는 소자를 가져오세요
레이어 스택과 설명하기 어려운 현상을 보내주세요. 애플리케이션 엔지니어가 적합한
도구를 안내하고, TCAD가 답이 아닌 경우에도 명확히 설명합니다.
자주 묻는 질문
TCAD 시뮬레이션은 어디에 사용되나요?
웨이퍼 투입 전에 공정과 소자를 개발하는 데 사용합니다. TCAD 시뮬레이션은 이온 주입량 변경이 문턱 전압에 미치는 영향, 소자가 항복하는 위치, 특정 형상에서 누설이 더 큰 이유 등 스플릿 로트 실험으로 확인해야 할 질문에 소프트웨어로 답합니다. 또한 회로 설계자가 사용하는 콤팩트 SPICE 모델도 생성합니다.
공정 시뮬레이션과 소자 시뮬레이션의 차이는 무엇인가요?
공정 시뮬레이션은 제조 순서(이온 주입, 어닐링, 식각, 증착)를 재현하여 소자 구조를 출력합니다. 이후 소자 시뮬레이터는 전류-전압 및 정전용량-전압 곡선부터 항복과 발열까지 바이어스 조건에서 구조의 동작을 분석합니다. 첫 번째는 소자를 정의하고 두 번째는 성능을 알려주므로 대부분의 프로젝트에는 둘 다 필요합니다.
Victory Process와 Victory Device의 차이는 무엇인가요?
Victory Process는 Silvaco의 공정 시뮬레이터입니다. 공정 단계와 GDSII 레이아웃을 1D, 2D 또는 3D 구조로 변환합니다. Victory Device는 소자 시뮬레이터로서 DC, AC 및 과도 조건에서 구조를 해석하고 SPICE 넷리스트 안에서 공동 시뮬레이션할 수 있습니다. 일반적으로 두 단계 사이에서 Victory Mesh가 메시를 세분화합니다.
TCAD 시뮬레이션은 얼마나 정확한가요?
솔버보다 보정이 정확도를 훨씬 더 크게 결정합니다. Utmost IV로 자체 실리콘 측정값에 모델을 피팅한 다음 피팅에 사용하지 않은 데이터로 테스트하세요. 이 별도 검증 데이터에서 확인한 일치도가 계획에 활용할 수 있는 정확도입니다.
전력 소자에는 어떤 Silvaco 도구를 사용해야 하나요?
Victory Process와 Victory Device를 함께 사용하며 일반적으로 3D로 분석합니다. 전력 소자의 항복은 2D 단면으로 잘못 표현될 수 있는 형상에 따라 달라지기 때문입니다. 이것이 Vicor가 전력 소자 모델링을 3D Victory TCAD로 전환한 이유입니다. Victory Mesh는 구조를 세분화하고 Utmost IV는 측정한 부품을 SPICE 모델로 변환합니다.
Silvaco TCAD는 SiC와 GaN을 지원하나요?
예. Victory Process에는 보정된 탄화규소 산화 모델이 포함되며 Victory Device의 재료 파라미터는 실리콘뿐 아니라 화합물 반도체도 지원합니다. SK Powertech는 2023년 SiC 전력 소자 개발에, Wavetek은 GaN 연결용 부품 개발에 이를 채택했으며 Fraunhofer ISIT는 GaN 분야에서 Silvaco와 협력하고 있습니다.
Athena와 Atlas를 대체한 제품은 무엇인가요?
Silvaco의 현재 TCAD 흐름에서는 Victory Process가 제조 단계를, Victory Device가 전기적 동작을 처리합니다. Victory Device는 기존 Atlas 입력을 지원하므로 기존 덱을 처음부터 다시 만드는 대신 마이그레이션할 수 있습니다.
Silvaco TCAD에 사용할 수 있는 파운드리 PDK는 무엇인가요?
PDK는 필요하지 않습니다. Silvaco TCAD는 파운드리 키트가 아닌 공정 설명과 레이아웃에서 시작하므로 아직 PDK가 없는 공정을 모델링할 수 있습니다. 파운드리 키트는 회로 설계 측의 Silvaco 아날로그 및 커스텀 IC 도구에서 중요하며, 공개된 예시는 X-FAB, Tower Semiconductor, ams AG 및 YITOA 공정을 포함합니다.
Silvaco TCAD를 GPU에서 실행할 수 있나요?
Silvaco는 한 번의 실행으로 더 넓은 설계 공간을 확인할 수 있도록 GPU 및 CPU 성능을 고려해 TCAD 솔버를 설계합니다. GPU의 효과는 도구와 시뮬레이션 유형에 따라 다르므로 애플리케이션 엔지니어에게 해당 사례를 확인하세요. 2026년에 발표된 NVIDIA 협력은 이 작업을 물리 기반 디지털 트윈으로 확장합니다.
Silvaco TCAD는 대학 연구용으로 제공되나요?
예. 상업용과 별도의 학술용 조건으로 저렴한 연구용 라이선스, 교육용 커리큘럼 패키지, 모든 프레임워크를 지원하는 TCAD Academic Omni License를 제공합니다. 라이선스에는 업데이트가 포함됩니다. 200개 이상의 대학이 참여하며 공인 학위 수여 기관은 University Program을 통해 신청할 수 있습니다.