JPH08241992A - デバイスシミュレーション用メッシュ作成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 所望の解析内容に応じてメッシュの生成を行
い、適当なメッシュを生成できるデバイスシミュレーシ
ョン用メッシュ作成装置を提供すること。 【構成】 メッシュ作成装置１０は、素子形状認識手段
１１と、メッシュ生成手段１２と、メッシュ出力手段１
３と、解析内容入力手段１４と、第１のデータ記憶手段
１５と、第２のデータ記憶手段１６とからなる。素子形
状認識手段１１は、第１のデータ記憶手段１５に記憶さ
れている素子構造データを読み込み、上記ＭＯＳ型ＦＥ
Ｔ２０の形状を認識する。メッシュ生成手段１２は、最
も粗いメッシュを生成する第１のメッシュ生成手段１８
と、前記メッシュデータに加えて、与えられた解析内容
に応じてメッシュを追加生成する第２のメッシュ生成手
段１９とからなる。このメッシュ生成手段１２は、メッ
シュ間隔の許容範囲を求めることもできる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体デバイスを設計
するためのデバイスシミュレーションに使用されるメッ
シュを生成するデバイスシミュレーション用メッシュ生
成装置に関し、特に半導体デバイスの解析内容に応じた
メッシュを生成するデバイスシミュレーション用メッシ
ュ作成装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、デバイスシミュレーション装置
は、半導体デバイスの設計を促進するために用いるもの
であり、半導体デバイスの電気的特性を解析して当該電
気特性の予測と確認を行なう装置である。このようなデ
バイスシミュレーション装置では、半導体デバイスの電
気的特性をシミュレーションするために、半導体デバイ
ス内部の電界分布及びキャリアである正孔及び電子の電
界中の運動の様子を求めるための物理モデルを設け、こ
の物理モデルに必要なデータを与えることにより半導体
デバイスの電気的特性を解析している。このため、デバ
イスシミュレーション装置では、半導体デバイスの全領
域を小区間に分割し、解析対象である半導体デバイスの
形状とそのデバイス中の不純物分布を考慮し、計算する
ため点を表すメッシュを手動又は自動で指定して、半導
体デバイスの電気的特性をシミュレーションしている。

【０００３】ところで、前記メッシュのデータは、半導
体デバイスの横方向と深さ方向について別々に指定する
必要があり、しかもｐ型不純物領域とｎ型不純物領域の
境界においては当該メッシュを非常に細かく指定する必
要がある。このようなメッシュの指定を手動で行うのは
困難であるので、メッシュを自動的に生成する装置（例
えば、特開平４ー３１７３５４号公報参照）、あるいは
物理モデルに最適のメッシュ構造をあらかじめ用意して
おき、シミュレーションに使用する物理モデルを決定し
たときに当該モデルに最適なメッシュを選択できるよう
にした装置（例えば、特開平６ー９７０２０号公報参
照）が提案されている。

【０００４】なお、上述した従来のメッシュ自動的生成
装置について補足説明すると、この装置は半導体素子の
不純物分布から半導体素子の内部のＰＮ接合面を計算
し、かつ半導体素子の内部の全領域を小区間に分割し、
さらに小区間内のメッシュ条件を計算する。このように
して、メッシュを自動的に生成するようにしたものであ
る。以上にように、メッシュを自動生成し、あるいは物
理モデルに最適なメッシュ構造を選択することにより、
メッシュデータを人手によらず得ておき、これをデバイ
スシミュレーション装置に与えてデバイスシミュレーシ
ョンを行なうことにより、半導体デバイスのシミュレー
ション時間を短縮化している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来のデバ
イスシミュレーション装置では、さまざまな種類のデバ
イスシミュレーションの解析が行われており、上述した
メッシュ生成装置や最適メッシュを選択する装置による
メッシュの指定のみでは、最も細かいメッシュを必要と
する解析を想定してメッシュを指定しなければならなか
った。このため、例えば、粗いメッシュのみでよい解析
のみしか解析しない場合には、シミュレーションの時間
的損失が生じるという欠点があった。

【０００６】また、従来のメッシュ生成装置や最適メッ
シュを選択する装置では、デバイスシミュレーションの
結果である電気的特性がメッシュに依存するという点を
まったく考慮していないため、信頼できない結果となる
可能性があった。そこで、本発明は、あらかじめ入力し
た所望の解析内容に応じてメッシュの生成を行うことに
より、適当なメッシュを生成することができるデバイス
シミュレーション用メッシュ作成装置を提供することを
目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明に係
るデバイスシミュレーション用メッシュ作成装置は、ユ
ーザーが希望する解析内容を入力する入力手段と、デバ
イス構造データ及び入力された解析内容に基づきメッシ
ュを生成するメッシュ生成手段と、生成したメッシュを
出力するメッシュ出力手段とを備えることにより前記目
的を達成する。請求項２記載の発明に係るデバイスシミ
ュレーション用メッシュ作成装置は、メッシュ生成手段
は、デバイス構造データのうちデバイス形状データに基
づきあらかじめ最も粗いメッシュを生成する第１のメッ
シュ生成手段と、前記第１のメッシュ生成手段からのメ
ッシュに加えて、入力された解析内容に基づいてメッシ
ュを追加生成する第２のメッシュ生成手段とを備えるこ
とにより前記目的を達成する。

【０００８】請求項３記載の発明に係るデバイスシミュ
レーション用メッシュ作成装置は、ユーザーが希望する
解析内容を入力する入力手段と、解析内容に応じたメッ
シュに関するデータを記憶したデータ記憶手段と、入力
された解析内容及び前記データ記憶手段からのメッシュ
に関するデータに基づきメッシュを生成するメッシュ生
成手段と、生成したメッシュを出力するメッシュ出力手
段とを備えることにより前記目的を達成する。請求項４
記載の発明に係るデバイスシミュレーション用メッシュ
作成装置は、記憶手段は、メッシュ間隔とデバイスの所
定のパラメータとの関係を記述したデータが格納される
ようにして前記目的を達成する。請求項５記載の発明に
係るデバイスシミュレーション用メッシュ作成装置は、
メッシュ生成手段は、前記データ記憶手段から取り込ん
だメッシュの標準値及びメッシュとパラメータとの関係
を記述したデータと、前記入力手段から得た解析内容の
誤差とを取り込み、これらを基にメッシュ間隔の許容範
囲を求めることができるように構成して前記目的を達成
する。

【０００９】

【作用】上記請求項１記載の発明では、上述のように構
成してあるので、ユーザーが希望する解析内容を解析内
容入力手段を通して入力すると、その解析内容に基づい
て、メッシュ生成手段がシミュレーションしようとする
デバイスのメッシュを生成し、当該メッシュをメッシュ
出力手段を介してデバイスシミュレーション装置に与え
ることができる。請求項２記載の発明では、デバイス形
状データを基に第１のメッシュ生成手段においてシミュ
レーションするのに必要な最大限のメッシュをとりあえ
ず生成し、第２のメッシュ生成手段において当該メッシ
ュに加えて、入力された解析内容に基づいて最終的に必
要なメッシュを追加生成している。

【００１０】上記請求項３記載の発明では、上述したよ
うに構成してあるので、解析内容が解析内容入力手段か
ら入力されたときに、解析内容に応じたメッシュに関す
るデータをデータ記憶手段から取り出し、当該データと
前記解析内容とに基づいて最終的に必要かつ十分なメッ
シュを生成している。上記請求項４記載の発明では、記
憶手段は、メッシュ間隔の許容範囲を求めるために必要
な、メッシュ間隔とデバイスの所定のパラメータとの関
係を記述したデータ及び基本メッシュを格納している。
上記請求項５記載の発明では、メッシュ生成手段は、入
力手段から得た解析内容の誤差が入力されると、前記デ
ータ記憶手段からメッシュの標準値及びメッシュとパラ
メータとの関係を記述したデータを読み出して、このデ
ータ、基本メッシュ及び解析内容の誤差からメッシュ間
隔の許容範囲を求めている。

【００１１】

【実施例】以下、本発明を図１乃至図７を参照して詳細
に説明する。図１に、本発明の一実施例に係るデバイス
シミュレーション用メッシュ作成装置を実現する処理シ
ステムを示す。この図において、符号１はコンピュータ
であり、このコンピュータ１には図示しないが演算処理
装置、主記憶装置、入出力装置、その他の補助制御装置
が内蔵されている。また、このコンピュータ１には、グ
ラフィック端末２、磁気ディスク等の補助記憶装置３及
びプリンタ４が接続されており、かつ図示しないがキー
ボード等の入力装置も接続されている。さらに、前記グ
ラフィック端末２には、ハードコピー装置５が付属して
いる。このコンピュータ１が主記憶装置に格納されてい
る処理プログラムを実行することにより、デバイスシミ
ュレーション用メッシュ作成装置を実現するようになっ
ている。

【００１２】ここで、前記グラフィック端末２は、デー
タ作成とグラフィックを出力できるようになっている。
前記補助記憶装置３は、コンピュータ１で計算した結果
を保存し、あるいは半導体デバイス（半導体素子）の形
状やメッシュデータを記憶している。前記プリンタ４
は、必要なデータ等をプリントアウトする。図２に、本
発明の一実施例に係るデバイスシミュレーション用メッ
シュ作成装置の構成例を示す。また、図３に素子形状デ
ータを説明するためにＭＯＳ型ＦＥＴの模型を示し、図
４に同ＦＥＴのメッシュデータの一例を示す。図５は、
メッシュ間隔としきい値（Ｖth）の関係を示す特性図で
あり、横軸にＹ方向メッシュ間隔が、縦軸にしきい値
（Ｖth）がとられている。図６は、メッシュ間隔とドレ
イン電流（Ｉｏ）の関係を示す特性図であり、横軸にＹ
方向メッシュ間隔が、縦軸にドレイン電流（Ｉｏ）がと
られている。

【００１３】図２において、デバイスシミュレーション
用メッシュ作成装置１０は、素子（デバイス）形状認識
手段１１と、メッシュ生成手段１２と、メッシュ出力手
段１３と、解析内容入力手段１４と、第１のデータ記憶
手段１５と、第２のデータ記憶手段１６とからなる。な
お、素子形状認識手段１１、メッシュ生成手段１２及び
メッシュ出力手段１３は、上記コンピュータ１が所定の
プログラムを実行することにより実現されるようになっ
ている。このとき、前記補助記憶装置３等に格納されて
いるデバイス（素子）構造データで必要なものは、第１
のデータ記憶手段１５に移されるようになっている。同
様に、前記補助記憶装置３等に格納されている基本メッ
シュデータ及び他の関連データのうちで必要なものは、
第２のデータ記憶手段１６に移されるようになってい
る。

【００１４】なお、第１のデータ記憶手段１５及び第２
のデータ記憶手段１６は、電源を切っても記憶内容が消
去されないようにしてあるときには、前述のようにせ
ず、全てのデバイス（素子）構造データ及びメッシュデ
ータ等を格納しておくものとする。また、第１のデータ
記憶手段１５に記憶されているデバイス（素子）構造デ
ータは、デバイスの形状データと当該デバイス中の不純
物濃度データとからなるものとする。

【００１５】ここで、前記素子構造データのうちデバイ
ス形状データについて説明すると、例えば図３に示すＭ
ＯＳ型ＦＥＴ２０の場合には、シリコン基板２１の内部
の上部に所定の間隔をおいてソース２２及びドレイン２
３が形成されており、かつ前記ソース２２及びドレイン
２３に跨がってゲート酸化膜２４が一定の膜厚で形成さ
れており、そのゲート酸化膜２４の上にゲート２５が形
成された構造となっている。このようなデバイス形状及
び当該デバイスの不純物濃度からなる素子構造データ
は、通常、プロセスシミュレーション（プロセス設計に
使用されるものであり、かつデバイスの形状と不純物濃
度を予測等するもの）の結果として作られるか、デバイ
スシミュレーション中で座標入力等して作られるように
なっており、これらは第１のデータ記憶手段１５に記憶
されている。

【００１６】また、ＭＯＳ型ＦＥＴ２０の内部の構造デ
ータについて、図３に示すような点線丸部分の一部を拡
大して示すと、例えば図４に示すようなメッシュデータ
２００となっている。このメッシュデータ２００は、図
４に示すように、所定の間隔ｄと、所定の幅ｗで分割さ
れたものとして生成されることになる。前記素子形状認
識手段１１は、第１のデータ記憶手段１５に記憶されて
いる素子構造データを読み込み、上記ＭＯＳ型ＦＥＴ２
０の形状を認識できるようになっている。この素子形状
認識手段１１の出力はメッシュ生成手段１２に供給され
るようになっている。

【００１７】前記メッシュ生成手段１２は、前記素子形
状認識手段１１からの認識データのうち素子形状データ
のみに基づいて最も粗いメッシュを生成する第１のメッ
シュ生成手段１８と、前記第１のメッシュ生成手段１８
からのメッシュデータに加えて、与えられた解析内容に
応じてメッシュを追加生成する第２のメッシュ生成手段
１９とからなる。また、このメッシュ生成手段１２は、
メッシュ間隔の許容範囲を求めることもできるようにな
っている。前記メッシュ出力手段１３は、メッシュ生成
手段１２から出力されたメッシュを図示しないデバイス
シミュレーション装置に供給できるようになっている。
前記解析内容入力手段１４は、ユーザーが希望する解析
内容をメッシュ生成手段１２の第２のメッシュ生成手段
１９に与えられるようになっている。

【００１８】上述したような実施例の動作を、図１〜図
６及び図７のフローチャートを参照して説明する。ま
ず、素子形状認識手段１１は、指定に応じて第１のデー
タ記憶手段１５に格納されている素子構造データのうち
必要なものを読み込み、次のように形状認識する（ステ
ップ１０１）。すなわち、素子形状認識手段１１は、例
えば図３に示すようなＭＯＳ型ＦＥＴ２０の素子構造デ
ータであった場合、ソース２２、ドレイン２３、ゲート
２５、シリコン基板２１の電極位置、ＰＮ接合位置（シ
リコン基板２１とソース２２との間、シリコン基板２１
とドレイン２３との間に形成されている接合面）、ゲー
ト酸化膜２４の膜厚を抽出する。そして、素子形状認識
手段１１は、当該認識内容をメッシュ生成手段１２に与
える（ステップ１０２）。

【００１９】前記メッシュ生成手段１２では、前記素子
形状認識手段１１からの形状認識データによって基本の
メッシュ位置を決定する（ステップ１０３）。一方、選
択された素子形状に対して、ユーザーは、所望の解析内
容を解析内容入力手段１４から入力する（ステップ１０
４）。すると、この解析内容は第２のメッシュ生成手段
１９に与えられるので、この第２のメッシュ生成手段１
９は、第１のメッシュ生成手段１５でラフに生成したメ
ッシュに対して、解析内容に応じたメッシュを追加生成
する（ステップ１０５）。

【００２０】このようにして第２のメッシュ生成手段１
９で求められたメッシュは、メッシュ出力手段１３に供
給される（ステップ１０６）。前記メッシュ出力手段１
３は、与えられたデータを図示しないデバイスシミュレ
ーション装置に与える（ステップ１０７）。以上説明し
たように、本実施例では、素子構造データのうちの素子
形状データのみを基に第１のメッシュ生成手段１８によ
ってデバイスシミュレーションを行なう上で必要とされ
るメッシュのうちで最大限に粗いメッシュを求め、つい
で前記生成したメッシュに加えて、第２のメッシュ生成
手段１９で与えられた解析内容を基に追加メッシュを生
成するようにしたので、所定のデバイスをシミュレーシ
ョンするのに最適なメッシュを提供できる。

【００２１】次に、メッシュ間隔の許容範囲を求める動
作について説明する。まず、解析内容入力手段１４から
解析内容の許容誤差を入力する。この実施例では、例え
ばしきい値（Ｖth）の許容誤差を入力するものとする。
メッシュ生成手段１２は、第２のデータ記憶手段１６に
記憶されているメッシュ関連データを読み込む。例え
ば、メッシュ生成手段１２は、第２のデータ記憶手段１
６からメッシュと素子の電気的特性の関係を示すデータ
を取り込んだものとする。例えばデバイス（素子）のし
きい値（Ｖth）とＹ方向メッシュの関係を示すデータ
は、次のようなものであるとする。すなわち、しきい値
電圧（Ｖth）は、図５に示すように所定の深さ（Ｙ方向
メッシュ位置）まで一定であるが、当該深さ以降は急激
に変化し、ある深さ（Ｙ方向メッシュ位置）に達すると
再び緩やかな変化となる特性を有しているものであると
する。なお、ここで、Ｙ方向のメッシュとは、図４に示
すように、図示上下方向に間隔ｄで分割されてなるメッ
シュ（図示矢印で示す）のことをいう。

【００２２】ところで、理想的には、素子のしきい値
（Ｖth）は、メッシュ間隔によらず変化しないほうが望
ましい。しかしながら、実際には、上述したようにＹ方
向メッシュに対してしきい値（Ｖth）が変化している
（図５参照）。したがって、なるべくメッシュ間隔に対
してしきい値（Ｖth）の変化が小さいメッシュを選ぶ必
要がある。そこで、メッシュ生成手段１２は、上記しき
い値（Ｖth）が例えば１０〔パーセント〕の変化まで許
容可能と条件が与えられているとするならば、メッシュ
標準値が例えば２〔ｎｍ〕のしきい値（Ｖth）より計算
し、５〔ｎｍ〕以下というメッシュ間隔を決定する。そ
こで、例えば計算時間を最小にしたいという条件に与え
られているときには、メッシュ間隔が大きいことが望ま
れるので、メッシュ生成手段１２は、５〔ｎｍ〕という
値でメッシュを生成している。

【００２３】一方、解析内容入力手段１４からメッシュ
生成手段１２に、例えばしきい値（Ｖth）とドレイン電
流値Ｉon（ドレイン電圧が低く、ゲート電圧が高いとき
いのドレイン電流値とする）が入力されたときに、第２
のメッシュ生成手段１９は、それぞれの許容値から導出
された間隔の重なりが存在する場合に、図６に示すよう
に、２〔ｎｍ〕〜５〔ｎｍ〕という間隔という値でメッ
シュを生成している。上記実施例では、メッシュ生成手
段１２は、このようにしてメッシュ間隔の許容範囲を求
めるとこができ、デバイスシミュレーションをする上で
最適なメッシュを供給することができる。

【００２４】なお、例えば、図３に示すＭＯＳ型ＦＥＴ
２０の場合、Ｘ方向のメッシュについては、ドレイン２
３やソース２２に加わる電圧が重要となる。そこで、ド
レイン２３に加える電圧によって広がる空乏層幅を予測
して、ドレイン電圧に対するＸ方向メッシュの間隔の関
係のデータを第２のデータ記憶手段１６に格納してお
く。このようなドレイン電圧に対するＸ方向メッシュの
間隔の関係のデータを使用し、上述したような処理を行
なうことにより、メッシュの許容範囲を求めることがで
きる。これにより、デバイスシミュレーションをする上
で最適なメッシュを供給することができる。

【００２５】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１記載の発
明によれば、解析内容に応じてデバイスシミュレーショ
ンに使用するに必要で十分なメッシュを生成でき、デバ
イスシミュレーションの結果である電気的特性のメッシ
ュ依存性を排除しつつ、計算時間を最小とすることがで
きる。請求項２記載の発明によれば、素子形状のみに基
づき、シミュレーションをするのに必要で最大限のメッ
シュを生成しておき、その後に解析内容に応じてメッシ
ュを追加することができるので、より簡略なメッシュ生
成が可能とすることがけきる。請求項３記載の発明によ
れば、所望の解析内容に対してメッシュに関するデータ
を用いて、より計算時間の少なくなるメッシュを得るこ
とができる。請求項４記載の発明によれば、シミュレー
ションに必要な必要で十分なるメッシュを求めるに必要
なデータが記憶されているので、最適メッシュの計算が
容易になる。請求項５記載の発明によれば、所望の解析
内容に対して許容範囲を入力することにより、より計算
時間の少なくなるメッシュを選択可能となる他、複数の
解析内容に対応したメッシュを選択し得ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るデバイスシミュレーション用メッ
シュ作成装置の実施例を実現する装置の構成例を示すブ
ロック図である。

【図２】同実施例を示すブロック図である。

【図３】同実施例で用いるデバイスの一例を示す模式図
である。

【図４】同実施例で得るメッシュの一例を説明するため
に示す説明図である。

【図５】同実施例で使用するしきい値とメッシュ間隔と
の関係を示す特性図である。

【図６】同実施例で使用するドレイン電流とメッシュ間
隔との関係を示す特性図である。

【図７】同実施例の動作を説明するためのフローチャー
トである。

【符号の説明】

１ コンピュータ ２ グラフィック端末 ３ 補助記憶装置 ４ プリンタ ５ ハードコピー １１ 素子形状認識手段 １２ メッシュ生成手段 １３ メッシュ出力手段 １４ 解析内容入力手段 １５ 第１のデータ記憶手段 １６ 第２のデータ記憶手段 １８ 第１のメッシュ生成手段 １９ 第２のメッシュ生成手段

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ユーザーが希望する解析内容を入力する
   入力手段と、 デバイス構造データ及び入力された解析内容に基づきメ
   ッシュを生成するメッシュ生成手段と、 生成したメッシュを出力するメッシュ出力手段とを備え
   たことを特徴とするデバイスシミュレーション用メッシ
   ュ作成装置。
2. 【請求項２】 前記メッシュ生成手段は、 デバイス構造データのうちデバイス形状データに基づき
   あらかじめ最も粗いメッシュを生成する第１のメッシュ
   生成手段と、 前記第１のメッシュ生成手段からのメッシュに加えて、
   入力された解析内容に基づいてメッシュを追加生成する
   第２のメッシュ生成手段とを備えたことを特徴とする請
   求項１記載のデバイスシミュレーション用メッシュ作成
   装置。
3. 【請求項３】 ユーザーが希望する解析内容を入力する
   入力手段と、 解析内容に応じたメッシュに関するデータを記憶したデ
   ータ記憶手段と、 入力された解析内容及び前記データ記憶手段からのメッ
   シュに関するデータに基づきメッシュを生成するメッシ
   ュ生成手段と、 生成したメッシュを出力するメッシュ出力手段とを備え
   たことを特徴とするデバイスシミュレーション用メッシ
   ュ作成装置。
4. 【請求項４】 前記記憶手段は、メッシュ間隔とデバイ
   スの所定のパラメータとの関係を記述したデータが格納
   されるようにした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用メッシュ作成装置。
5. 【請求項５】 前記メッシュ生成手段は、 前記データ記憶手段から取り込んだメッシュの標準値及
   びメッシュとパラメータとの関係を記述したデータと、
   前記入力手段から得た解析内容の誤差とを取り込み、こ
   れらを基にメッシュ間隔の許容範囲を求めることができ
   るように構成したことを特徴とする請求項３または４記
   載のデバイスシミュレーション用メッシュ作成装置。