JP3152184B2 - Device simulation method - Google Patents

Device simulation method

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JP3152184B2 JP31655897A JP31655897A JP3152184B2 JP 3152184 B2 JP3152184 B2 JP 3152184B2 JP 31655897 A JP31655897 A JP 31655897A JP 31655897 A JP31655897 A JP 31655897A JP 3152184 B2 JP3152184 B2 JP 3152184B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体デバイスの
シミュレーション方法に関する。
[0001] The present invention relates to a method for simulating a semiconductor device.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体デバイスシミュレーション技術と
して例えば下記記載の文献等が参照される。
2. Description of the Related Art For example, the following literature is referred to as a semiconductor device simulation technique.

【0003】(1)壇 良 編著、「プロセス・デバイ
ス・シミュレーション技術」、産業図書、pp.99〜
104、1990年。 (2)R. Thoma et al.,“Hydrodynamic Equatio
ns for Semiconductors with Nonparabolic Band
Structure”, IEEE Transactions onElectro
n Devices, Vol. 38, No. 6, pp.1343〜135
3, June, 1991。 (3)林 洋一、壇 良、「順応メッシュ型デバイスシ
ミュレーション〜評価基準の比較〜」、電子情報通信学
会技術研究報告、SDM90−106、pp.41〜4
5、1990。
(1) Ryo Tan, edited by "Process / Device Simulation Technology", Industrial Books, pp. 99 ~
104, 1990. (2) R. Thoma et al., “Hydrodynamic Equatio
ns for Semiconductors with Nonparabolic Band
Structure ”, IEEE Transactions on Electro
n Devices, Vol. 38, No. 6, pp. 1343-135
3, June, 1991. (3) Yoichi Hayashi, Ryo Tan, "Adaptive mesh-type device simulation-Comparison of evaluation criteria-", IEICE Technical Report, SDM90-106, pp. 139-143. 41-4
5, 1990.

【0004】[一般的なデバイスシミュレーションの概
要]半導体デバイスの数値解析においては、キャリア
(電子、正孔)を、流体と見做して近似したドリフト−
拡散モデルと、より高次の近似をしたエネルギー輸送モ
デルが広く用いられている。定常状態でのドリフト−拡
散モデルのデバイスシミュレーションにおいては、基本
方程式として、以下に示される様な、電荷保存式、電子
電流連続式、正孔電流連続式が設定される[上記文献
(1)参照]。
[Outline of General Device Simulation] In the numerical analysis of a semiconductor device, a carrier (electrons, holes) is regarded as a fluid and a drift is approximated.
Diffusion models and higher-order approximation energy transport models are widely used. In the device simulation of the drift-diffusion model in a steady state, a charge conservation formula, an electron current continuous formula, and a hole current continuous formula as shown below are set as basic equations [see the above-mentioned document (1)]. ].

【0005】divD=ρ(電荷保存式) …(1) D=εE …(2) E=−gradψ …(3) ρ=q(p−n+ND−NA) …(4) D :電束密度 ρ :電荷密度 E :電界 ε :誘電率 q :素電荷 p :正孔密度 n :電子密度 ND :ドナー密度 NA :アクセプタ密度[0005] divD = ρ (charge conservation equation) ... (1) D = εE ... (2) E = -gradψ ... (3) ρ = q (p-n + N D -N A) ... (4) D: the electric flux density [rho: charge density E: electric field epsilon: dielectric constant q: elementary charge p: hole density n: electron density n D: donor concentration n A: acceptor density

【0006】 divJn=q・(R−G)(電子電流連続式)…(5) divJp=−q・(R−G)(正孔電流連続式)…(6) Jn :電子電流 Jp :正孔電流 R :キャリア再結合項 G :キャリア生成項DivJ n = q · (RG) (continuous electron current) (5) divJ p = −q · (RG) (continuous hole current) (6) J n : electron current J p : hole current R: carrier recombination term G: carrier generation term

【0007】 Jn=q・n・μn・E+q・Dn・grad n…(7) Jp=q・p・μp・E−q・Dp・grad p…(8) μn :電子移動度 μp :正孔移動度 Dn :電子拡散係数 Dp :正孔拡散係数J n = q · n · μ n · E + q · D n · grad n ··· (7) J p = q · p · μ p · E−q · D p · grad p · (8) μ n : Electron mobility μ p : hole mobility D n : electron diffusion coefficient D p : hole diffusion coefficient

【0008】[0008]

【数1】 (Equation 1)

【0009】kB :ボルツマン定数 T :格子温度K B : Boltzmann constant T: lattice temperature

【0010】上述の式で、解かれるべき変数は,ポテン
シャルψ、電子密度n、正孔密度pである。
In the above equation, the variables to be solved are the potential ψ, the electron density n, and the hole density p.

【0011】定常状態のエネルギー輸送モデルは、上記
のドリフト−拡散モデルの方程式にキャリア(電子と正
孔)のエネルギー保存式が付加された以下のような形の
式が設定される[上記文献(2)参照]。
The steady-state energy transfer model is set as an equation of the following form in which the energy conservation equation of carriers (electrons and holes) is added to the equation of the drift-diffusion model described above [the above-mentioned literature ( 2)].

【0012】 divD=ρ(電荷保存式) …(11) D=εE …(12) E=−gradψ …(13) ρ=q(p−n+ND−NA) …(14) [0012] divD = ρ (charge conservation equation) ... (11) D = εE ... (12) E = -gradψ ... (13) ρ = q (p-n + N D -N A) ... (14)

【0013】[0013]

【数2】 (Equation 2)

【0014】Tn *:電子温度 Tp *:正孔温度 τin:電子運動量緩和時間 τip:正孔運動量緩和時間[0014] T n *: electron temperature T p *: hole temperature τ in: electron momentum relaxation time τ ip: hole momentum relaxation time

【0015】[0015]

【数3】 (Equation 3)

【0016】mn * :電子の有効質量 mp * :正孔の有効質量 Mn -1 :電子の逆有効質量テンソル Mp -1 :正孔の逆有効質量テンソル 〈 〉 :k空間での平均操作[0016] m n *: electron effective mass m p *: hole effective mass M n -1: Electronic reverse effective mass tensor M p -1: inverse effective mass tensor of the hole <>: in k-space Average operation

【0017】[0017]

【数4】(Equation 4)

【0018】Sn:電子エネルギー流密度 Sp:正孔エネルギー流密度 Tn eq:電子平衡温度 Tp eq:正孔平衡温度S n : electron energy flow density S p : hole energy flow density T n eq : electron equilibrium temperature T p eq : hole equilibrium temperature

【0019】[0019]

【数5】 (Equation 5)

【0020】〈εn〉:平均電子エネルギー 〈εp〉:平均正孔エネルギー 〈εn ep〉:電子平衡エネルギー 〈εp ep〉:正孔平衡エネルギー τwn:電子エネルギー緩和時間 τwp:正孔エネルギー緩和時間n >: average electron energy <ε p >: average hole energy <ε n ep >: electron equilibrium energy <ε p ep >: hole equilibrium energy τ wn : electron energy relaxation time τ wp : positive Pore energy relaxation time

【0021】[0021]

【数6】 (Equation 6)

【0022】τsn :電子エネルギー流密度Snに対応
した緩和時間 τsp :正孔エネルギー流密度Spに対応した緩和時間 vn :電子速度 vp :正孔速度
[0022] tau sn: electron energy flux density S relaxation time corresponding to the n tau sp: hole energy flux density S relaxation time corresponding to the p v n: electron velocity v p: hole Speed

【0023】上述のエネルギー輸送モデルの式で、解か
れるべき変数はポテンシャルψ、電子密度n、正孔密度
p、電子温度Tn *、正孔温度Tp *である。ここで、キャ
リア温度の記号に*を付けてあるのは、次式のような熱
力学的な温度定義
In the above equation of the energy transfer model, variables to be solved are the potential ψ, the electron density n, the hole density p, the electron temperature T n * , and the hole temperature T p * . Here, * is attached to the symbol of the carrier temperature, which means the thermodynamic temperature definition as shown in the following equation.

【0024】[0024]

【数7】 (Equation 7)

【0025】と区別するためである。繁雑さを避けるた
めに、以下の記述では*を省略する。
This is for the purpose of distinction. To avoid complexity, the following description omit *.

【0026】一般に、指定された複数の印加バイアスを
境界条件として、順次バイアスを更新して、これらの電
荷保存式、電子電流連続式、正孔電流連続式、電子エネ
ルギー保存式、正孔エネルギー保存式の5つの方程式が
計算される。
In general, biases are sequentially updated with a plurality of specified applied biases as boundary conditions, and these charge conservation type, electron current continuous type, hole current continuous type, electron energy conservation type, hole energy conservation type The five equations of the equation are calculated.

【0027】これらの式は非線形な方程式であるため、
一般に、ニュートン法と呼ばれる反復計算を行って解を
求める。ニュートン法とは、以下のような手法である。
Since these equations are nonlinear equations,
Generally, a solution is obtained by performing an iterative calculation called Newton's method. The Newton method is the following method.

【0028】変数xについて方程式 F(x)=0 …(31) が与えられているとする。ある初期値x0を与えた時、
ある変動量δx0をx0に加えた値が解を与えるならば F(x0+δx0)=0 …(32) である。そして、F(x)の微係数をF′(x0)とし
て、F(x0+δx0)をδx0について一次のテイラー
展開を行うと、次式(33)、(34)となる。
It is assumed that the equation F (x) = 0 (31) is given for a variable x. Given an initial value x 0 ,
If a value obtained by adding a certain amount of variation δx 0 to x 0 gives a solution, then F (x 0 + δx 0 ) = 0 (32). When the differential coefficient of F (x) is F ′ (x 0 ) and F (x 0 + δx 0 ) is subjected to first-order Taylor expansion for δx 0 , the following equations (33) and (34) are obtained.

【0029】 [0029]

【0030】[0030]

【数8】 (Equation 8)

【0031】そこで今度は、 x1=x0+δx0 …(35) とおいて、x1について同様の計算を行う。Therefore, this time, the same calculation is performed for x 1 , where x 1 = x 0 + δx 0 (35).

【0032】これを順次繰り返してi回目の計算でのδ
iが、適当な微小量εよりも小さくなったならば(こ
れを“収束した”と言い、この判定を“収束判定”、微
小量εを“収束条件”と言う。)、その時のxiが方程
式(31)の解である。
This is sequentially repeated to calculate δ in the i-th calculation.
If x i becomes smaller than the appropriate minute amount ε (this is called “converged”, this judgment is called “convergence judgment”, and the minute amount ε is called “convergence condition”), x at that time i is the solution of equation (31).

【0033】処理の流れは図8にフローチャートとして
示した手順となる。
The processing flow is the procedure shown as a flowchart in FIG.

【0034】また、図9は、この手順を模式的に表した
ものである。一次元の場合では、図9に示すように、接
線とx軸との交点を次回のxの値としながら、解へ近付
いて行く。与えられた初期値が解に近ければ近いほど、
解を得るのに必要な反復回数が少なくて済み、解を得る
までの計算時間が短い。以上がニュートン法の手法であ
る。
FIG. 9 schematically shows this procedure. In the one-dimensional case, as shown in FIG. 9, the solution approaches the solution while setting the intersection of the tangent and the x-axis as the next value of x. The closer the given initial value is to the solution, the more
The number of iterations required to obtain the solution is small, and the calculation time to obtain the solution is short. The above is the Newton method.

【0035】前述のニュートン法の説明においては、1
個の変数の方程式の場合であったが、デバイスシミュレ
ーションにおいては、解析領域全体にメッシュを生成
し、メッシュ点上の変数について方程式を設定する。解
析メッシュの例を、図7に示す。すなわち、ポテンシャ
ル、電子密度、正孔密度、電子温度、正孔温度がメッシ
ュ点数Nの数だけ変数として表れるため、5N個の連立
方程式を解くことになる。前述の電荷保存式、電子電流
連続式、正孔電流連続式、電子エネルギー保存式、正孔
エネルギー保存式を、右辺の項を移項した形で、次式の
ように表す。
In the above description of the Newton method, 1
In the device simulation, a mesh is generated in the entire analysis region, and an equation is set for variables on the mesh points. FIG. 7 shows an example of the analysis mesh. That is, since the potential, the electron density, the hole density, the electron temperature, and the hole temperature are expressed as variables by the number of mesh points N, 5N simultaneous equations are solved. The above-described charge conservation equation, electron current continuation equation, hole current continuation equation, electron energy conservation equation, and hole energy conservation equation are expressed as follows by transposing the terms on the right side.

【0036】[0036]

【数9】 (Equation 9)

【0037】上式のψ,n,p,Tn,Tpはそれぞれポ
テンシャル、電子密度、正孔密度、電子温度、正孔温度
を表し、また、それぞれN個の変数を表す。この場合、
電荷保存式、電子電流連続式、正孔電流保存式、電子エ
ネルギー保存式、正孔エネルギー保存式を同時に解くカ
ップルド法(結合法)と、電荷保存式、電子電流連続
式、正孔電流保存式、電子エネルギー保存式、正孔エネ
ルギー保存式を別々に解くガンメル法(非結合法、また
は、デカップルド法)とがある。
Ψ, n, p, T n , and T p in the above equation represent potential, electron density, hole density, electron temperature, and hole temperature, respectively, and represent N variables, respectively. in this case,
Coupled method (coupling method) that simultaneously solves charge conservation, electron current continuous, hole current conservation, electron energy conservation, and hole energy conservation, and charge conservation, continuous electron current, hole current conservation There is a Gummel method (non-bonding method or decoupled method) that separately solves the equation, the electron energy conservation equation, and the hole energy conservation equation.

【0038】カップルド法の手順を図10に、ガンメル
法の手順を図11に示す。図10の処理手順1002の
行列の式において、Fψn′の記号は次の偏微分を表し
ている。
FIG. 10 shows the procedure of the coupled method, and FIG. 11 shows the procedure of the Gummel method. In the formula of the matrix of the procedure 1002 of FIG. 10, the symbol Fψ n 'represents the following partial differential.

【0039】[0039]

【数10】 (Equation 10)

【0040】他の添字の場合も同様である。カップルド
法では全ての変数について同時に解いている。ガンメル
法では、注目している変数以外は固定して、それぞれの
方程式を解いている。例えば、電子エネルギー保存式を
解く処理手順では、電子温度以外のポテンシャル、電子
密度、正孔密度、正孔温度が固定される。
The same applies to other subscripts. The coupled method solves all variables simultaneously. In the Gummel method, each equation is solved with the variables other than the variables of interest fixed. For example, in the processing procedure for solving the electron energy conservation equation, potentials other than the electron temperature, the electron density, the hole density, and the hole temperature are fixed.

【0041】それぞれの反復で方程式を解くためには行
列計算が行われる。一回の反復で、カップルド法では5
N×5Nの行列を一つ解き、ガンメル法ではN×Nの行
列を5個解く。
A matrix calculation is performed to solve the equation at each iteration. One iteration, 5 for coupled method
One N × 5N matrix is solved. In the Gummel method, five N × N matrices are solved.

【0042】カップルド法は少ない反復回数で解を得る
ことが可能であるが、良い初期値を与えて計算しないと
収束しないことがある。ガンメル法は、初期値依存性は
強くないが、反復回数を多く必要とする。一回の反復に
かかる計算時間はガンメル法の法がカップルド法よりも
短いが、反復回数はカップルド法の方がガンメル法より
も少なくて済む。
The coupled method can obtain a solution with a small number of iterations, but may not converge unless it is calculated with a good initial value. The Gummel method is not strongly dependent on the initial value, but requires a large number of iterations. The calculation time for one iteration is shorter in the Gummel method than in the Coupled method, but the number of iterations is smaller in the Coupled method than in the Gummel method.

【0043】多くの場合、解を得るまでに要する全体の
計算時間は、カップルド法の方が短いことが知られてい
る。そのため、良い初期値さえ与えることが出来れば、
カップルド法によって短い計算時間で半導体デバイスの
解析を行うことができる。
In many cases, it is known that the total calculation time required to obtain a solution is shorter in the coupled method. Therefore, if a good initial value can be given,
By the coupled method, analysis of a semiconductor device can be performed in a short calculation time.

【0044】解くべき基本方程式を解析メッシュ上で表
される式へ変形する離散化には、コントロール・ボリュ
ーム法が用いられる。
A control volume method is used for discretizing the basic equation to be solved into an equation expressed on an analysis mesh.

【0045】図12の実線で表されている三角形メッシ
ュの一部を例にとると、図12の破線で示されるような
メッシュ点につながるメッシュエッジの2等分線によっ
て作られる多角形がコントロールボリュームである。コ
ントロールボリュームの多角形の頂点はメッシュの三角
形要素の外心(外接円の中心)となっている。
Taking a part of the triangular mesh represented by the solid line in FIG. 12 as an example, the polygon formed by the bisector of the mesh edge connected to the mesh point as shown by the broken line in FIG. Volume. The vertices of the polygon of the control volume are the circumcenters (centers of circumscribed circles) of the triangular elements of the mesh.

【0046】コントロールボリューム法では、メッシュ
エッジIJ ̄(反転)上の物理量の流れ(たとえば電
流)は、そのエッジ上の流れの密度(たとえば電流密
度)に、コントロールボリュームの辺OP ̄(一般に2
次元のときでも断面積(cross section)と呼ばれてい
る)を乗じた量で表される。
In the control volume method, the flow (for example, current) of a physical quantity on the mesh edge IJ ̄ (inversion) depends on the flow density (for example, current density) on the edge, and the side OP 辺 (generally 2
Even when it is a dimension, it is multiplied by the cross section.

【0047】[孤立した高密度キャリア領域によって収
束が困難な解析について]デバイスシミュレーションに
おいて、解析している領域中に高密度キャリア領域が孤
立する状況が現れると(すなわちフローティングな領域
が現れると)、解の収束が著しく困難になり、解が得ら
れないことがある。しかし、そのような状況の中には解
析領域を調整することにより、孤立した高密度キャリア
領域の出現を防ぐことが可能な場合がある。例えば図1
3に示すようなPN接合に逆バイアスをかける解析がそ
のような場合である。
[Analysis of Difficulty Converging Due to Isolated High-Density Carrier Region] In a device simulation, if a situation where a high-density carrier region is isolated in a region under analysis appears (that is, a floating region appears), The convergence of the solution becomes extremely difficult, and the solution may not be obtained. However, in such a situation, it may be possible to prevent the appearance of an isolated high-density carrier region by adjusting the analysis region. For example, FIG.
An analysis for applying a reverse bias to the PN junction as shown in FIG. 3 is such a case.

【0048】電極TNに正のバイアスを少しずつ印加し
て解析していくと、空乏層がP型の領域で広がっていく
(図14参照)。これはN型領域のドナー密度よりもP
型領域のアクセプタ密度が低いためである。この例のよ
うにアクセプタ密度が高低の差を持った分布であると、
アクセプタ密度の高い所での空乏層の拡がりが相対的に
小さくなる。
When a positive bias is gradually applied to the electrode TN for analysis, the depletion layer spreads in the P-type region (see FIG. 14). This is higher than the donor density in the N-type region by P
This is because the acceptor density of the mold region is low. If the distribution of the acceptor density has a difference in height as in this example,
The spread of the depletion layer at a place where the acceptor density is high becomes relatively small.

【0049】さらに高い正のバイアスを印加した状態で
は、空乏層がさらに拡がり、解析領域の境界に達する
(図15参照)。この例の場合、アクセプタ密度が高い
所での空乏層の拡がりが小さい為、解析領域の右上と左
上の部分に孤立した高密度キャリア領域が生じる。
When a higher positive bias is applied, the depletion layer further expands and reaches the boundary of the analysis region (see FIG. 15). In the case of this example, since the expansion of the depletion layer at a high acceptor density is small, isolated high-density carrier regions are generated at the upper right and upper left portions of the analysis region.

【0050】このような高密度キャリア領域が孤立して
いる状態(すなわちフローティングの状態)の解析は解
の収束が困難で、解が得られないことがある。
In the analysis of a state where such a high-density carrier region is isolated (that is, a floating state), it is difficult to converge a solution, and a solution may not be obtained.

【0051】収束が困難な場合の従来技術として、メッ
シュを密にする手法が知られている[上記文献(3)参
照]。この手法は、自動的にメッシュを密にしていく順
応型メッシュの手法である。処理手順の概略を図17に
示す。
As a conventional technique in the case where convergence is difficult, a technique for making a mesh denser is known [refer to the above reference (3)]. This method is an adaptive mesh method for automatically increasing the mesh density. FIG. 17 shows an outline of the processing procedure.

【0052】バイアスを設定して、基本方程式を解き、
収束しなかった場合には(図17のステップ1703の
No分岐)、未収束の解をポテンシャルを用いて、メッ
シュエッジの両端点の電位差が予め定めた基準値以上に
大きいかどうかを調べ、大きいメッシュエッジを再分割
してメッシュを密にする(図17のステップ170
5)。こうして再生成されたメッシュを用いて、再度、
基本方程式を解く。
By setting a bias and solving the basic equation,
If not converged (No branch in step 1703 in FIG. 17), the potential of the unconverged solution is checked using a potential to determine whether or not the potential difference between both end points of the mesh edge is larger than a predetermined reference value. The mesh edges are subdivided to make the mesh dense (step 170 in FIG. 17).
5). Using the regenerated mesh,
Solve basic equations.

【0053】しかし、孤立した高密度キャリア領域が存
在するときには、メッシュが密になっても孤立領域が解
消されるわけではないため、収束性は改善されない。
However, when an isolated high-density carrier region exists, the convergence is not improved because the isolated region is not eliminated even if the mesh becomes dense.

【0054】収束が困難な場合のもうひとつの従来技術
として、解析バイアスを細かく刻んで解析していく手法
がある。その処理手順の概略を図18に示す。
As another conventional technique in the case where convergence is difficult, there is a technique in which the analysis bias is finely divided and analyzed. FIG. 18 shows an outline of the processing procedure.

【0055】バイアスを設定し、基本方程式を解き、収
束しなかった場合には(図18のステップ1803のN
o分岐)、前回解析したバイアスと今回解析したバイア
スとの中間の値をバイアスに設定して(図18のステッ
プ1805)、再度、基本方程式を解く。
When the bias is set, the basic equation is solved, and the convergence is not achieved (N in step 1803 in FIG. 18).
(o branch), an intermediate value between the previously analyzed bias and the currently analyzed bias is set as the bias (step 1805 in FIG. 18), and the basic equation is solved again.

【0056】しかし、いずれは高いバイアスまで解析が
進み、孤立した高密度キャリア領域が存在する状況が現
れるので、この手法でも収束性は改善されない。
However, eventually, the analysis proceeds to a high bias, and a situation appears in which an isolated high-density carrier region exists. Therefore, even with this method, the convergence is not improved.

【0057】[0057]

【発明が解決しようとする課題】前述したように、従来
技術では、図13に示した例のような、孤立した高密度
キャリア領域が存在する場合の収束の困難を解決できな
い、という問題点を有している。
As described above, the conventional technique cannot solve the problem of difficulty in convergence when there is an isolated high-density carrier region as in the example shown in FIG. Have.

【0058】しかし、図13に示した例の場合には、図
16に示すように左右の解析領域の境界を広くすること
で、孤立した高密度キャリア領域の出現を防ぐことがで
きる。
However, in the case of the example shown in FIG. 13, the appearance of an isolated high-density carrier region can be prevented by widening the boundary between the left and right analysis regions as shown in FIG.

【0059】通常、解析を行うユーザは空乏層の拡がり
までチェックしないので、この例のような孤立した高密
度キャリア領域に気が付かずに、解析をあきらめる可能
性がある。
Normally, the user performing the analysis does not check until the expansion of the depletion layer, so that the user may give up the analysis without noticing the isolated high-density carrier region as in this example.

【0060】すなわち、このような孤立した高密度キャ
リア領域を、デバイスシミュレータが検出してユーザに
注意を促し、適切な解析領域を設定させることで、収束
の困難を回避することが課題として存在している。
That is, there is a problem that the device simulator detects such an isolated high-density carrier region, alerts the user, and sets an appropriate analysis region to avoid difficulty in convergence. ing.

【0061】したがって、本発明は、上記問題点及び課
題に鑑みてなされたものであって、その目的は、孤立し
た高密度キャリア領域が存在する場合においても解を得
ることがデバイスシミュレーション方法を提供すること
にある。
Accordingly, the present invention has been made in view of the above problems and problems, and an object of the present invention is to provide a device simulation method that can obtain a solution even when an isolated high-density carrier region exists. Is to do.

【0062】[0062]

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本願第1発明は、本発明は、収束が困難な場合に、
孤立した高密度キャリア領域を検出してユーザに通知す
る工程を有する。
Means for Solving the Problems In order to achieve the above object, the first invention of the present application provides the present invention, in which convergence is difficult.
And detecting the isolated high-density carrier region and notifying the user.

【0063】また、本願第2発明は、収束が得られた場
合にも孤立した高密度キャリア領域を検出してユーザに
通知する工程を有する。
Further, the second invention of the present application includes a step of detecting an isolated high-density carrier region and notifying the user even when convergence is obtained.

【0064】[0064]

【発明の実施の形態】本発明のデバイスシミュレーショ
ン方法は、その好ましい実施の形態において、コンピュ
ータによる半導体デバイスの数値解析において、バイア
スを設定して基本方程式を解き、収束が困難な場合に、
未収束の解を用いて、孤立した高密度キャリア領域を検
出してユーザに通知する処理手順を有する。本発明の実
施の形態によれば、孤立した高密度キャリア領域が存在
して収束が困難な解析において、収束性を改善し、解を
得ることが可能になる。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION In a preferred embodiment of the device simulation method according to the present invention, in a numerical analysis of a semiconductor device by a computer, a bias is set and a basic equation is solved.
There is a processing procedure for detecting an isolated high-density carrier region using the unconverged solution and notifying the user. According to the embodiment of the present invention, it is possible to improve convergence and obtain a solution in an analysis in which an isolated high-density carrier region exists and convergence is difficult.

【0065】[0065]

【実施例】上記した本発明の実施の形態について更に詳
細に説明すべく、本発明の実施例について図面を参照し
て以下に説明する。
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of the present invention;

【0066】[実施例1]図1は、本発明の一実施例の
処理フローを説明するためのフローチャートである。
[Embodiment 1] FIG. 1 is a flowchart for explaining the processing flow of an embodiment of the present invention.

【0067】図1を参照すると、各バイアス条件の設定
(ステップ101)をしたあと、基本方程式を解く(ス
テップ102)。
Referring to FIG. 1, after setting each bias condition (step 101), a basic equation is solved (step 102).

【0068】収束して解が得られた場合(ステップ10
3のYes分岐)、まだ解析していないバイアス条件が
残っていれば(ステップ104のNo分岐)、ステップ
101に戻り、さらに次の解析バイアス条件の解析に進
む。
When a solution is obtained by convergence (step 10
If the bias condition that has not been analyzed remains (No branch in step 104), the process returns to step 101 and proceeds to the analysis of the next analysis bias condition.

【0069】一方、収束せず、解が得られなかった場合
には(ステップ103のNo分岐)、未収束の解を用い
て孤立した高密度キャリア領域の検出を行い(ステップ
105)、検出結果を出力する(ステップ106)。検
出した領域の座標データ等をグラフィックスツールで表
示できるように加工して出力することで、ユーザに分か
りやすいものになる。
On the other hand, if the solution does not converge and a solution is not obtained (No branch in step 103), an isolated high-density carrier region is detected by using an unconverged solution (step 105). Is output (step 106). By processing the coordinate data of the detected area or the like so that it can be displayed by a graphics tool and outputting the processed data, it becomes easy for the user to understand.

【0070】解析を行っているユーザは、検出結果を見
て、前述の解析例のような孤立した高密度キャリア領域
が存在したならば、解析領域を適切なものに調整するこ
とにより、収束の困難を回避し、解を得ることが可能に
なる。
The user performing the analysis looks at the detection result, and if there is an isolated high-density carrier region as in the above-described analysis example, the user adjusts the analysis region to an appropriate one so that the convergence is reduced. It is possible to avoid difficulties and obtain a solution.

【0071】次に、検出処理の詳細な処理手順を、図2
の流れ図を参照して説明する。
Next, the detailed processing procedure of the detection processing will be described with reference to FIG.
This will be described with reference to the flowchart of FIG.

【0072】まず、解析対象のデバイスの電極の中から
一つの電極を選ぶ(ステップ201)。図4に、模式的
に示すように、その電極上のメッシュ節点を始点とす
る。そして、始点からメッシュエッジでつながっている
節点を探索していく。節点は探索済みフラグの立ってい
ないものを選ぶ(図2のステップ203)。
First, one electrode is selected from the electrodes of the device to be analyzed (step 201). As schematically shown in FIG. 4, the starting point is a mesh node on the electrode. Then, a search is made for nodes connected by mesh edges from the start point. Nodes having no searched flag set are selected (step 203 in FIG. 2).

【0073】選んだ節点のキャリアが始点と同じ型で高
密度ならば、つぎの始点とする(ステップ204)。こ
こで、キャリア密度の高低を判別する基準値はあらかじ
め適当な値を決めておく。
If the carrier of the selected node is of the same type as the starting point and has a high density, the next starting point is set (step 204). Here, an appropriate value is determined in advance as a reference value for determining the level of the carrier density.

【0074】また、選んだ節点のキャリアが始点と違う
型であるならば、反対型フラグと探索済みフラグとを立
てる(ステップ205)。
If the carrier of the selected node is of a type different from the starting point, an opposite type flag and a searched flag are set (step 205).

【0075】また、選んだ節点のキャリアが低密度であ
るならば、低密度フラグと探索済みフラグとを立てる
(ステップ206)。
If the carrier at the selected node has a low density, a low density flag and a searched flag are set (step 206).

【0076】元の始点には探索済みフラグを立てる(ス
テップ207)。ここまでの処理を模式的に示したの
が、図5である。
At the original starting point, a searched flag is set (step 207). FIG. 5 schematically shows the processing up to this point.

【0077】次に、始点がまだあるかどうか調べ、まだ
始点があれば、以上のステップ203〜207の探索処
理を繰り返す(ステップ208)。
Next, it is checked whether or not there is still a starting point. If there is still a starting point, the above-described search processing in steps 203 to 207 is repeated (step 208).

【0078】ステップ203〜207の反復によって、
始点となっている節点がなくなったら、反対型フラグの
立っている節点について、反対型フラグと探索済みフラ
グをクリアする(ステップ209)。
By repeating steps 203 to 207,
When there are no more starting nodes, the opposite type flag and the searched flag are cleared for the node where the opposite type flag is set (step 209).

【0079】ここまでの処理で、一つの電極につながっ
ている孤立していない高密度キャリア領域のメッシュ節
点に対して、探索済みフラグを立てることが出来る。
By the processing up to this point, a search completion flag can be set for a mesh node in a high density carrier region that is not isolated and connected to one electrode.

【0080】さらに、上記ステップ201〜209を、
未処理の電極がなくなるまで繰り返す(ステップ21
0)。
Further, the above steps 201 to 209
Repeat until there are no unprocessed electrodes (step 21)
0).

【0081】こうして、全ての電極について、それぞれ
の電極につながっている孤立していない高密度キャリア
領域の節点に対して、探索済みフラグを立てることが出
来る。
In this manner, for all the electrodes, the search completed flag can be set for the nodes of the non-isolated high-density carrier region connected to the respective electrodes.

【0082】以上の処理の結果、探索済みのフラグが立
っていない節点を調べて、キャリアが高密度な節点を探
すことによって、電極とつながっていないフローティン
グの状態の、孤立した高密度キャリア領域を検出するこ
とが出来る(ステップ211、212)。ここまでの処
理手順を、図6に模式的に示す。
As a result of the above processing, the node where the searched flag is not set is checked, and the node where the carrier has a high density is searched for, and the isolated high density carrier region in a floating state not connected to the electrode is searched. It can be detected (steps 211 and 212). FIG. 6 schematically shows the processing procedure so far.

【0083】[実施例2]図3は、本発明の第2の実施
例の処理フローを説明するためのフローチャートであ
る。
[Embodiment 2] FIG. 3 is a flow chart for explaining the processing flow of the second embodiment of the present invention.

【0084】図3を参照すると、本実施例においては、
図1を参照して説明した前記実施例1の処理手順におい
て、収束した場合においても、得た解を用いて孤立した
高密度キャリア領域を検出し(ステップ304)、結果
を出力する(ステップ305)。
Referring to FIG. 3, in the present embodiment,
In the processing procedure of the first embodiment described with reference to FIG. 1, even in the case of convergence, an isolated high-density carrier region is detected using the obtained solution (step 304), and the result is output (step 305). ).

【0085】これにより、収束してはいるが、孤立した
高密度キャリア領域の存在によって、収束性が悪化して
いて、収束に必要な反復計算の回数が増大している場合
にも、ユーザは高密度キャリア領域の存在を認識して適
切な解析領域を設定することにより、収束性を改善する
ことが可能になる。
As a result, even if the convergence is deteriorated due to the existence of the isolated high-density carrier region, although the convergence is made, the number of repetitive calculations required for the convergence is increased. By recognizing the existence of the high-density carrier region and setting an appropriate analysis region, convergence can be improved.

【0086】[0086]

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、孤
立した高密度キャリア領域の存在によって収束が困難な
解析において、解を得ることを可能とする、という効果
を奏する。
As described above, according to the present invention, it is possible to obtain a solution in an analysis in which convergence is difficult due to the presence of an isolated high-density carrier region.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の一実施例の処理フローを示すフローチ
ャートである。
FIG. 1 is a flowchart illustrating a processing flow according to an embodiment of the present invention.

【図2】本発明の一実施例における検出処理の詳細フロ
ーを示すフローチャートである。
FIG. 2 is a flowchart illustrating a detailed flow of a detection process according to an embodiment of the present invention.

【図3】本発明の第2の実施例の処理フローを示すフロ
ーチャートである。
FIG. 3 is a flowchart illustrating a processing flow according to a second embodiment of the present invention.

【図4】本発明の一実施例における検出処理の始点の設
定を模式的に示した図である。
FIG. 4 is a diagram schematically illustrating setting of a start point of a detection process according to an embodiment of the present invention.

【図5】本発明の一実施例における高密度キャリア領域
のメッシュ節点の探索の様子を模式的に示した図であ
る。
FIG. 5 is a diagram schematically showing a state of searching for a mesh node in a high-density carrier region in one embodiment of the present invention.

【図6】本発明の一実施例における高密度キャリア領域
のメッシュ節点の探索が終わった様子を模式的に示した
図である。
FIG. 6 is a diagram schematically illustrating a state in which a search for a mesh node in a high-density carrier region in one embodiment of the present invention has been completed.

【図7】デバイスシミュレーションで用いられるメッシ
ュの例を示した図である。
FIG. 7 is a diagram showing an example of a mesh used in a device simulation.

【図8】ニュートン法の処理手順のフローチャートであ
る。
FIG. 8 is a flowchart of a processing procedure of the Newton method.

【図9】ニュートン法の処理手順を模式的に表した図で
ある。
FIG. 9 is a diagram schematically illustrating a processing procedure of the Newton method.

【図10】カップルド法の処理手順のフローチャートで
ある。
FIG. 10 is a flowchart of a processing procedure of the coupled method.

【図11】ガンメル法の処理手順のフローチャートであ
る。
FIG. 11 is a flowchart of a processing procedure of the Gummel method.

【図12】コントロールボリュームを模式的に示す説明
図である。
FIG. 12 is an explanatory diagram schematically showing a control volume.

【図13】解析例の模式的な図である。FIG. 13 is a schematic diagram of an analysis example.

【図14】図13の解析例でバイアスをかけた状態の模
式的な図である。
FIG. 14 is a schematic diagram showing a state where a bias is applied in the analysis example of FIG. 13;

【図15】図13の解析例において、さらに高いバイア
スをかけた状態の模式的な図である。
FIG. 15 is a schematic diagram showing a state where a higher bias is applied in the analysis example of FIG. 13;

【図16】図13の解析例において、解析領域を広くし
た状態の模式的な図である。
FIG. 16 is a schematic diagram showing a state where an analysis area is widened in the analysis example of FIG. 13;

【図17】第一の従来技術の処理手順の概略を示したフ
ローチャートである。
FIG. 17 is a flowchart showing an outline of a processing procedure of the first conventional technique.

【図18】第二の従来技術の処理手順の概略を示したフ
ローチャートである。
FIG. 18 is a flowchart showing an outline of a processing procedure of a second conventional technique.

【数4 】 [Equation 4]

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】半導体デバイスのデバイスシミュレーショ
ンを数値解析を用いて情報処理装置で行う方法におい
て、 収束が困難な場合に、孤立した高密度キャリア領域を検
出してユーザに通知する工程を有することを特徴とする
デバイスシミュレーション方法。
1. A method for performing device simulation of a semiconductor device in an information processing apparatus using numerical analysis, comprising a step of detecting an isolated high-density carrier region and notifying a user when convergence is difficult. Characteristic device simulation method.
【請求項2】半導体デバイスのデバイスシミュレーショ
ンを数値解析を用いて情報処理装置で行う方法におい
て、 収束が得られた場合にも、孤立した高密度キャリア領域
を検出してユーザに通知する工程を有する、ことを特徴
とするデバイスシミュレーション方法。
2. A method of performing device simulation of a semiconductor device in an information processing apparatus using numerical analysis, comprising a step of detecting an isolated high-density carrier region and notifying a user even when convergence is obtained. , A device simulation method.
【請求項3】半導体デバイスのデバイスシミュレーショ
ンを数値解析を用いて情報処理装置で行う方法におい
て、 バイアスを設定し基本方程式を解き、収束が困難で解が
得られない場合、未収束の解を用いて孤立した高密度キ
ャリア領域の検出を行い、検出結果を出力することを特
徴とするデバイスシミュレーション方法。
3. A method for performing device simulation of a semiconductor device in an information processing apparatus using numerical analysis, wherein a bias is set and a basic equation is solved. If convergence is difficult and a solution cannot be obtained, an unconverged solution is used. A device simulation method comprising: detecting a high-density carrier region which is isolated in a separate manner; and outputting a detection result.
【請求項4】孤立した高密度キャリア領域の検出を行う
にあたり、 (a)一つの電極上のメッシュ節点を始点とし、該始点
からメッシュエッジで繋がっている、探索済みフラグの
立っていない節点を探索し、 (b)選んだ節点のキャリアが始点と同じ型で高密度な
らば次の始点とし、一方、選んだ節点のキャリアが低密
度であるならば、低密度フラグと探索済みフラグとを立
て、あるいは、選んだ節点のキャリアが始点と違う型で
あるならば、反対型フラグと探索済みフラグを立て、 (c)元の始点には探索済みフラグを立て、 (d)始点となっている節点がなくなったら、反対型フ
ラグの立っている節点について、反対型フラグと探索済
みフラグをクリアし、これにより、前記一つの電極につ
ながっている孤立していない高密度キャリア領域のメッ
シュ節点に対して、探索済みフラグを立て、 (e)それぞれの電極につながっている孤立していない
高密度キャリア領域の節点に対して、探索済みフラグを
立てる処理を全ての電極について行い、 (f)上記処理の結果、探索済みのフラグが立っていな
い節点を調べ、キャリアが高密度な節点を探すことによ
り、電極とつながっていないフローティングの状態の、
孤立した高密度キャリア領域を検出する、ことを特徴と
する請求項3記載のデバイスシミュレーション方法。
4. A method for detecting an isolated high-density carrier region, comprising the steps of: (a) setting a mesh node on one electrode as a starting point, and connecting the starting point with a mesh edge and having no searched flag set; (B) If the carrier of the selected node is of the same type as the starting point and has a high density, the next starting point is used. If the carrier of the selected node has a low density, the low density flag and the searched flag are set. Stand, or the carrier of the selected node is different from the starting point
If so, raise the opposite flag and the searched flag. (C) Raise the searched flag at the original starting point. (D) If there are no more starting nodes, Clearing the opposite flag and the searched flag, thereby setting a searched flag for the mesh node of the non-isolated high-density carrier region connected to the one electrode, and (e) setting each electrode The process of setting a searched flag is performed for all the nodes of the non-isolated high-density carrier region connected to the above, for all the electrodes. (F) As a result of the above process, the node where the searched flag is not set is checked By searching for a node where the carrier is dense, the floating state where the carrier is not connected to the electrode,
4. The device simulation method according to claim 3, wherein an isolated high-density carrier region is detected.
【請求項5】半導体デバイスのデバイスシミュレーショ
ンを情報処理装置で行うに際して、バイアスを設定し基
本方程式を解き、収束が困難で解が得られない場合、未
収束の解を用いて孤立した高密度キャリア領域の検出を
行うにあたり、 (a)一つの電極上のメッシュ節点を始点とし、該始点
からメッシュエッジで繋がっている、探索済みフラグの
立っていない節点を探索するステップ、 (b)選んだ節点のキャリアが始点と同じ型で高密度な
らば次の始点とし、一方、選んだ節点のキャリアが低密
度であるならば、低密度フラグと探索済みフラグとを立
て、あるいは、選んだ節点のキャリアが始点と違う型で
あるならば、反対型フラグと探索済みフラグを立て、
の始点には探索済みフラグを立てるステップ、 (c)始点となっている節点がなくなったら、反対型フ
ラグの立っている節点について、反対型フラグと探索済
みフラグをクリアし、これにより、前記一つの電極につ
ながっている孤立していない高密度キャリア領域のメッ
シュ節点に対して、探索済みフラグを立てるステップ、 (d)それぞれの電極につながっている孤立していない
高密度キャリア領域の節点に対して、探索済みフラグを
立てる処理を全ての電極について行い、 (e)上記処理の結果、探索済みのフラグが立っていな
い節点を調べ、キャリアが高密度な節点を探すことによ
り、電極とつながっていないフローティングの状態の、
孤立した高密度キャリア領域を検出するステップ、 を情報処理装置で実行するためのプログラムを記録した
記録媒体。
5. When performing a device simulation of a semiconductor device by an information processing apparatus, a bias is set and a basic equation is solved. In detecting a region, (a) a step of starting from a mesh node on one electrode as a starting point, and searching for a node that is connected from the starting point by a mesh edge and has no searched flag set, (b) a selected node If the carrier of the selected node is of the same type as the starting point and the density is high, the next starting point is used. If the carrier of the selected node is low density, the low density flag and the searched flag are set, or the carrier of the selected node Is different from the starting point
If so, setting the opposite type flag and the searched flag, and setting the searched flag at the original starting point. (C) When there are no more starting nodes, the opposite node is set with the opposite type flag set. Clearing a type flag and a searched flag, thereby setting a searched flag for a mesh node of the non-isolated high-density carrier region connected to the one electrode; A process of setting a searched flag is performed for all the electrodes of the connected non-isolated high-density carrier region. (E) As a result of the above process, a node where the searched flag is not set is checked. By searching for nodes where the carrier is dense, a floating state that is not connected to the electrode,
A step of detecting an isolated high-density carrier region, wherein the program is executed by an information processing apparatus.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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