Unter ECAD (Electronic Computer-Aided Design) versteht man Systeme für den computerunterstützten Entwurf von integrierten Schaltungen. Als Ergebnis liefern diese Programme eine Beschreibung der physikalischen Struktur des Chips in Form von Fotomasken. Die Struktur der Masken wird nur selten manuell erstellt, meist erfolgt die Eingabe auf einer höheren Stufe, z.B. auf Transistor-Ebene oder in einer Hardware-Programmiersprache (Hardware Description Language). Die prozesstechnischen Grenzen der Fertigung werden in vereinfachter Form durch die sogenannten Design Rules widergespiegelt. Sie geben z.B. die minimale Leiterbreite, Abstände und die Größe der Vias an. ECAD-Systeme enthalten einen Design-Rule-Checker, mit dem die erzeugten Masken überprüft werden. Weiters können Schaltungssimulation auf Transistor-Ebene, Logik-Ebene oder Register-Ebene durchgeführt werden. Dabei werden für Transistoren analytische Modelle und für die Kapazitäten und Widerstände der Verbindungsstrukturen einfache geometrische Modelle verwendet. Diese Modelle sind fix für eine bestimmte Herstellungstechnologie konzipiert und müssen für jede neue Technologie speziell kalibriert werden.
Unter TCAD (Technology Computer Aided Design) versteht man die Simulation des physikalischen Herstellungsprozesses (wie z.B. Diffusion, Deposition, Ätzen, ...) auf Grundlage der Maskeninformation und der Prozessparameter mit numerischen Modellen. Anhand des resultierenden geometrischen Modells des Chips bzw. eines Teils davon können dann weitere physikalisch motivierte Simulationen durchgeführt werden. So kann man etwa das elektrische und thermische Verhalten von Transistoren und Verbindungsleitungen analysieren, indem man die Laplace-Gleichung, Halbleitergleichungen und Wärmeleitungsgleichung löst. Diese Analysen können durchgeführt werden, noch bevor der erste Testchip gefertigt wird, wodurch aufwendige Messverfahren eingespart werden können. Manche Größen lassen sich überhaupt nicht direkt messen (wie z.B. die Strom- und Temperaturverteilung in einem Via) und können ausschließlich durch Simulationen bestimmt werden. Damit lassen sich Kosten und Zeit für die Entwicklung neuer Technologien deutlich reduzieren.
Mit jeder neuen Halbleitergeneration steigt auch die Anforderung an die Genauigkeit der verwendeten Modelle und Simulationen, da die Toleranzreserven beim Entwurf immer kleiner werden und man den physikalischen Materialgrenzen immer näher kommt. Deshalb geht der Trend in Richtung Zusammenwachsen von ECAD- und TCAD-Tools. So können etwa in kritischen Bereichen, in denen die Anforderungen an die Genauigkeit mit einfachen Modellen nicht mehr erfüllt werden können, hoch genaue Methoden aus dem TCAD-Bereich zur Anwendung kommen. Aus Gründen der Effizienz (im Hinblick auf CPU-Zeit und Speicher) ist es aber unerlässlich, die Bereiche, die mit aufwendigen Methoden simuliert werden, möglichst klein zu halten. Es ist jedoch schwierig, die Entscheidung welche Modelle in welchen Bereichen zur Anwendung kommen sollen, zu automatisieren, sowie zwischen den einzelnen Bereichen geeignete Schnittstellen zu finden [37,38,39].