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- 半導体プロセスシミュレーション・デバイスシミュレーションの技術例
2021年3月19日 16:00
NTTデータ数理システムでは、長年培ってきた数値計算技術と物理的な知見をベストミックスさせて、半導体分野の実問題に適用して参りました。本ページでは、その例をご紹介いたします。
プロセスシミュレーション
昨今、3次元の複雑形状を有するデバイスが増えてきており、出来上がり形状の評価、および不良箇所の検出を早期に行うことが重要になってきています。その際、プロセスシミュレーションは、有力な手段になります。
プロセスシミュレーションでは、半導体の製造工程（プロセス）を一つ一つ計算機の上で辿り、最終的な出来上がり形状（2次元/3次元）を精密に作成します。 出来上がり形状の詳細な解析や3次元デザインルールチェックによって、試作前に、形状評価や不良個所の検出を行うことができます。
当社は、高速・高精度なプロセスシミュレータ（ParadiseWorld-2）とともに、出来上がり形状の詳細解析ツールを有しており、複雑化するプロセスのインテグレーションを強力に支援いたします。
また、特定のプロセス工程に焦点を当て、詳細な物理モデルに基づいてシミュレーションも重要です。例えば、以下のシミュレータを開発した実績があります。
- リソグラフィシミュレータ： 光強度分布計算、露光計算、および現像計算を一貫して行います。
- イオン注入・拡散シミュレータ： モンテカルロ法をベースとしながら、低エネルギー計算の精度向上のため、分子動力学法も導入しました。
- 電子を流体として扱う解析（D-Dモデル、H-Dモデル）
- 電子を粒子として扱う解析（モンテカルロ法）
- 外部回路との連成解析（mixed-mode 解析）
- 光デバイス対応モデルの組込みによる半導体レーザーの解析
- 大規模回路対応： 超大規模・超高速線形回路シミュレータ
- 計算高速化対応： 超大規模・超高速線形回路シミュレータ、限定非線形回路シミュレータ
- 回路パラメータ抽出： 回路シミュレータと最適化ソルバ（DFO）の連携による同定。詳細は、こちらをご参照ください。
- 電源グリッドの寄生素子抽出、IR-Drop解析
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デバイスシミュレーション（左）成膜時のボイド解析/（中央）SADP における短絡検出/（右）近接露光リソグラフィシミュレーション
デバイスシミュレーション
半導体デバイスは、日常生活には欠かせない電子機器を支えるキーコンポーネントです。デバイスの微細化や新材料の導入によって、その性能は日々向上していますが、その一方で、信頼性や安全性を担保することも重要です。 例えば、車載用パワーデバイスは、過酷な環境下でも安定して動作することが求められます。そのため、様々な側面から、半導体デバイスの動作特性を詳細に解析した上で、設計を詰める必要があります。
デバイスシミュレーションは、半導体デバイスの電子の動きを詳細に計算し、その動作特性を明らかにします。当社では、以下に示すような種々の解析手法に携わったことがございます。
デバイスシミュレーションの例
LCR 抽出
半導体デバイスの微細化に伴って、意図しない箇所での配線の近接、製造プロセスのばらつきによる配線間隔の変化が顕著になってきています。 これらは LSI の動作特性に大きな影響を与えるため、配線のインダクタンス・容量・抵抗（LCR）を抽出して評価を行うことは不可欠です。
プロセスシミュレータで作成した精緻な配線形状に対して、ポアソン方程式を解くことにより、配線の LCR を一括抽出できます。 当社には、エキスパートならではの大規模化・高速化対応を施した LCR 抽出ツールがございます。
配線網の LCR 抽出（GDS-II→プロセスシミュレータによる形状生成→自己容量の抽出）
回路シミュレーション/回路パラメータ抽出
電子機器の設計では、回路シミュレーションは欠かせません。当社では、回路シミュレータの開発やカスタマイズはもちろんのこと、回路圧縮や回路パラメータの抽出にも関わって参りました。
昨今は、回路解析だけではなく、熱や機械といった他のエネルギードメインと連成したシミュレーション（マルチドメインシミュレーション）も重要になってきています。 当社では、回路シミュレータを用いたマルチドメインシミュレーション技術をMEMS分野で展開しております。
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株式会社NTTデータ数理システムでは、長年にわたり科学技術計算の業務に携わってきた専門スタッフを数多く擁しており、この経験と知識を皆様の研究開発、設計、製造のために役立てたいと願っております。 様々なご相談をお待ちしております。
