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半導体デバイス3次元TCADシステム Advance/TCAD

LSI デバイス設計 CAD システム

超微細半導体デバイスからパワーデバイスまでの解析において、複数デバイスの一体解析(セルレベルシミュレーション)やデバイス・外部回路(LCR)一体解析(Advanced mixed-modes)等の高度な機能と使いやすいGUIを備えた、お客さまのご要望に臨機応変に対応できる国産の3次元TCADシステムを提供します。

  1. 高速3次元解析
  2. 頑健(ロバスト)な計算手法
  3. 幅広いデバイスに対応
  4. 大規模解析

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Advance/TCADの概要

独自に開発した高速で安定的な計算手法や分散メモリ型並列計算機能の採用などにより高速でロバストな大規模3次元プロセス・デバイス計算が可能です。 各種の物性値や計算パラメータはユーザにより任意の値が設定可能です。研究から製造までの幅広い用途にご使用いただけます。 超微細デバイス、パワーデバイスのそれぞれの解析に特有な解析機能を備えています。


システム構成

  1. プロセスシミュレータは、メッシュ生成、形状生成、イオン注入、酸化、拡散の3次元解析機能を搭載しています。対象材料はSiとSiCです。
  2. デバイスシミュレータは、3次元デバイスの直流・過渡特性を、高速、高精度、ロバストに計算します。大規模計算にも対応しています。対象材料はシリコンの他、化合物系にも対応しています。
  3. プロセスシミュレーションから得られた形状、不純物分布は異なるメッシュ系のデバイスシミュレーションへデータ変換(コンバータ)されます。
  4. システム全体を使いやすいGUIで制御しています。
システム構成

統合プラットフォーム

  1. プロセス、デバイスの両ソルバの入力設定、起動、終了、出力データのレビューを一つのユーザフレンドリなGUIプログラムで制御します。(※起動、終了制御はWindows版ソルバーのみに対応)
  2. GDSIIレイアウトデータからマスクデータや構造データを生成できます。
統合プラットフォーム

機能一覧

プロセスシミュレータ機能一覧

項目
メッシュ作成機能 ・格子密度制御機能付き非構造四面体メッシャー
3次元形状生成機能 ・テトラメッシュ使用
・距離関数を用いた幾何学処理
・等方デポ・エッチ、異方デポ・エッチ、平坦化デポ・エッチ
イオン注入機能 ・平均自由行程モデル(アモルファス材質)
・原子間相互作用:ZBL ポテンシャル
・原子・電子間相互作用:LSS,、Firsov、VIENNA モデル
・熱振動モデル:Debyeモデルによる熱振動振幅
・結晶破壊モデル:Kinchin-Peace モデル

拡散機能 ・非平衡反応拡散モデル
・Fermiモデル
酸化機能 ・粘弾性モデルによる酸化-変形連成解析機能


デバイスシミュレータ機能一覧

項目
使用可能な材質 半導体:Si, poly-Si, Ge, Si0.3Ge0.7, Si0.5Ge0.5, Si0.7Ge0.3, GaAs, AlAs, Ga0.9Al0.1As, Ga0.8Al0.2As, Ga0.7Al0.3As, 3C-SiC, 4H-SiC, 6H-SiC, GaN, GaAl0.2N0.8, GaAl0.5N0.5, GaAl0.8N0.2, AlN
絶縁体:SiO2, Si3N4, Ta2O5, Al2O3, Air
金属:Cu, Al, Ti, Ta, Mo, W, TiN
(※材料定数を変更することで別材質も設定可能)
形状生成・メッシュ生成機能 ・コンバータ出力形状の読み込み機能
・簡易デバイス形状生成機能
・Delaunay性を担保した高品質メッシュを使用
・メッシュの立体粗密調整機能
解析機能 ・電子・正孔密度の移流拡散方程式 + ポアソン方程式
・定常解析、過渡解析機能
・不純物モデル(浅い準位から深い準位までに対応)
・界面準位モデル(界面再結合, 界面電荷を考慮, 連続準位の設定が可能)
・ヘテロ接合に対応
・量子効果補正(Feynmanの実効ポテンシャル、直接トンネリング)
・電極特性(オーミック, ショットキー接合に対応)
基本物性のモデル ・誘電率、電子親和力、質量モデル、バンドギャップモデルなど
移動度モデル ・MOS反転層モデル、折れ線近似、指数飽和型、定数型など
生成・再結合モデル ・SRH, Auger、直接再結合、深い準位による再結合、二準位間再結合、GIDL, 衝突電離など


解析事例

  1. 解析事例 1 | イオン注入計算事例
  2. 解析事例 2 | 幾何学的処理による高速3次元構造生成事例
  3. 解析事例 3 | 5段CMOSインバータチェイン
  4. 解析事例 4 | モータ制御デバイス解析
  5. 解析事例 5 | 大規模デバイス計算並列化効率検証事例

解析事例 1 | イオン注入計算事例

図1 3次元イオン注入計算事例(六角トレンチ構造(Si基板))

図1 3次元イオン注入計算事例
(六角トレンチ構造(Si基板))


図2 実験値との比較例(4H-SiC基板へのAl注入)

図2 実験値との比較例
(4H-SiC基板へのAl注入)


解析事例 2 | 幾何学的処理による高速3次元構造生成事例

図3 幾何学的処理による高速3次元構造生成事例

図3 幾何学的処理による高速3次元構造生成事例


  1. さまざまなデポジション・エッチング工程を幾何学的処理により再現し、3次元形状を高速に生成します。
  2. 複雑な形状表現にも適した非構造四面体メッシュを使用しています。
  3. 任意形状のマスクパターンが作成可能です。
  4. 大規模メッシュも高速で処理できます。

解析事例 3 | 5段CMOSインバータチェイン

複数デバイス+回路モデルの大規模デバイス解析

Advance/TCADではデバイス単体の特性だけでなく回路全体の特性を、3次元デバイスシミュレーションで一括解析することが可能です。これにより従来の回路モデルを中心とした解析と比較して、より高精度な解析が可能となります。

図4 5段CMOSインバータチェイン

図4 5段CMOSインバータチェイン

フィードバックをかければリングオシレータとして動作可能

※これらの解析には大規模モデル対応並列計算機能、複数デバイスの一括解析手法、デバイス-回路の一括解析機能を使用しています。


解析事例 4 | モータ制御デバイス解析

図5 モータ制御デバイス解析

図5 モータ制御デバイス解析


解析事例 5 | 大規模デバイス計算並列化効率検証事例

図6 大規模デバイス計算並列化効率検証事例

図6 大規模デバイス計算並列化効率検証事例

  1. 分散メモリ型並列計算機能を搭載しています。
  2. スーパーコンピュータにも対応しており、計算機資源を最大限に利用した大規模計算が可能です。

Advance/TCADについて

科学技術振興機構 (JST) は平成23年度研究成果最適展開支援プログラム (A-STEP) 本格研究開発ステージ 実用化挑戦タイプにおいてアドバンスソフト株式会社が提案した「半導体デバイス3次元TCADシステム」を採択しました。これに伴い、アドバンスソフト株式会社は本格的なTCADの開発に着手しました。開発期間は平成23年度から平成27年度で、開発担当者はアドバンスソフト株式会社です。このプロジェクトの目的は、世界レベルの本格的「半導体デバイス3次元TCADシステム」を開発し、事業化することです。

アドバンスシミュレーションVol.14

技術情報誌 アドバンスシミュレーション Made in Japan の LSI デバイス設計 CAD システム Advance/TCAD 特集号配布中

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