(57)【要約】【課題】非常に微細な電子デバイスに対して、その量子力学的なシミュレーション方法を確立する。また、シミュレーションに用いるデータのサイズを縮小する。【解決手段】電子デバイスの量子力学的なシミュレーションにおいて、電子デバイスの内部構造を、原子配置により規定し、その量子力学的な内部状態を、基底関数系とその係数列により規定する。プロセスシミュレーションでは、まず、イオン注入・拡散・酸化・成長などのプロセス手順から、それぞれのプロセスに対応した不純物の拡散分布を計算し、次に、その量子力学的な内部状態の評価関数を最小にすることにより、安定な原子配置を計算する。デバイスシミュレーションでは、量子力学的な内部状態の評価関数を最小にすることにより、原子配置から、バイアス下における非平衡量子特性を計算する。また、シミュレーションに用いるデータの記録を、構造化されたスクリプト言語を用いて行う。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子デバイスの量子力学的なシミュレーションにおいて、電子デバイスの内部構造を原子配置を用いて規定し、その内部状態を基底関数系とその係数列を用いて規定することを特徴とするシミュレーション方法。
【請求項２】
電子デバイスの量子力学的なシミュレーションにおいて、まず、イオン注入・拡散・酸化・成長などのプロセス手順から、それぞれのプロセスに対応した不純物の拡散分布を計算し、次に、量子力学的な内部状態の評価関数を最小にすることにより、拡散分布から、安定な原子配置を計算することを特徴とするプロセスシミュレーションの方法。
【請求項３】
電子デバイスの量子力学的なシミュレーションにおいて、電子デバイスの内部状態の評価関数を最小にすることにより、原子配置から電位分布・電荷分布・電流分布・電場分布・磁場分布・力分布などの非平衡量子特性を計算することを特徴とするデバイスシミュレーションの方法。
【請求項４】
電子デバイスの量子力学的なシミュレーションにおいて、電子デバイスの製作プロセスを、イオン注入・拡散・酸化・成長などプロセス手順で表し、それらを、繰り返し・条件分岐・外部呼び出しなどの構文をもつ構造化されたスクリプト言語を用いて記述することを特徴とするシミュレーションに用いるデータの記録方法。
【請求項５】
電子デバイスの量子力学的なシミュレーションにおいて、電子デバイスの内部構造を、原子配置や原子クラスタ配置で表し、それらを、繰り返し・条件分岐・外部呼び出しなどの構文をもつ構造化されたスクリプト言語を用いて記述することを特徴とするシミュレーションに用いるデータの記録方法。
【請求項６】
電子デバイスの量子力学的なシミュレーションにおいて、電位分布・電荷分布・電流分布・電場分布・磁場分布・力分布などの電子デバイスの内部状態を、適切な基底関数系とその係数列で表し、それらを、繰り返し・条件分岐・外部呼び出しなどの構文をもつ構造化されたスクリプト言語を用いて記述することを特徴とするシミュレーションに用いるデータの記録方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子デバイスの量子力学的なシミュレーション方法に関する。６つの請求項は、それぞれ独立した内容である。請求項１は、量子力学的なシミュレーションの基礎に関する。請求項２は、プロセスシミュレーションの方法に関し、請求項３は、デバイスシミュレーションの方法に関する。請求項４から６は、シミュレーションデータの記録方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の電子デバイスの古典力学的なシミュレーションでは、電子デバイス中の電子や不純物原子を粒子と見なして計算する。プロセスシミュレーションでは、イオン注入・拡散・酸化・成長などの各プロセスに対して、電子デバイスを形成するシリコン原子の中での不純物原子の拡散モデルを仮定し、そのモデルの方程式に従い、不純物原子の拡散を古典力学的に計算する。デバイスシミュレーションでは、ドリフト−拡散法に従い、電子デバイス内部の電子や正孔などのキャリア分布を古典力学的に計算する。
【０００３】
本発明に関連する参考文献として、次の２つをあげる。
（１）三浦道子、ＣＭＯＳデバイスシミュレーションの可能性、電子情報通信学会誌　Ｖｏｌ．８３　Ｎｏ．１１　ｐ．８１８　（２０００）
（２）熊代成孝、ＣＭＯＳのプロセス及びデバイスのシミュレーション技術、電子情報通信学会誌　Ｖｏｌ．８３　Ｎｏ．１１　ｐ．８２２　（２０００）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
非常に微細な電子デバイスでは、トンネル・干渉・閉じ込めなどの量子力学的な効果が生じる。そのため、従来からの電子デバイスの古典力学的なシミュレーションでは、適切なシミュレーションができない。
【０００５】
本発明が解決しようとする課題は、非常に微細な電子デバイスに対して、量子力学的なシミュレーション方法を確立することである。また、シミュレーションに用いるデータのサイズを縮小することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
非常に微細な電子デバイスの量子力学的なシミュレーションを行うために、電子デバイスの内部構造を原子配置を用いて規定し、その内部状態を基底関数系とその係数列を用いて規定する。
【０００７】
電子デバイスの量子力学的なプロセスシミュレーションでは、電子デバイスのプロセス手順から、内部構造を規定する原子配置を計算する。その詳細は、次の通りである。まず、イオン注入・拡散・酸化・成長などのプロセス手順から、それぞれのプロセスに対応した原子分布を決める。次に、その内部状態の量子力学的な評価関数を最小にすることにより、安定な原子配置を計算する。シミュレーションは、指定された基底関数系を用いて行い、その選び方により、シミュレーションの計算時間・近似精度が決まる。
【０００８】
電子デバイスの量子力学的なデバイスシミュレーションでは、電子デバイスの内部構造から、外部バイアスを加えた場合の量子力学的な内部状態を計算する。その詳細は、次の通りである。デバイスの内部状態の量子力学的な評価関数を最小にすることにより、原子配置から電位分布・電荷分布・電流分布・電場分布・磁場分布・力分布などの非平衡量子特性を計算する。シミュレーションは、指定された基底関数系を用いて行い、その選び方により、シミュレーションの計算時間・近似精度が決まる。
【０００９】
非常に微細な電子デバイスの量子力学的なシミュレーションに対して、そのデータのサイズを縮小するために、シミュレーションに用いるデータの記述形式を規定し、その記録を、構造化されたスクリプト言語を用いて行う。
【００１０】
電子デバイスの製作のプロセス手順の記述を、イオン注入・拡散・酸化・成長などプロセス手順で規定する。そして、その記録を、繰り返し・条件分岐・外部呼び出しなどの構文をもつ構造化されたスクリプト言語を用いて行う。
【００１１】
量子デバイスの量子力学的なシミュレーションでは、物質の連続体としての巨視的な特性では不十分である。そのため、電子デバイスの内部構造の記述を、原子配置や原子クラスタ配置で規定する。そして、その記録を、繰り返し・条件分岐・外部呼び出しなどの構文をもつ構造化されたスクリプト言語を用いて行う。
【００１２】
電子デバイスの量子力学的なシミュレーションでは、電位分布・電荷分布・電流分布・電場分布・磁場分布・力分布などの電子デバイスの内部状態が、非常に大量なデータとなる。そのため、電子デバイスの内部状態の記述を、適切な基底関数系とその係数列で規定する。そして、その記録を、繰り返し・条件分岐・外部呼び出しなどの構文をもつ構造化されたスクリプト言語を用いて行う。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を、実施例にもとづき図面を参照して説明する。電子デバイスの量子力学的なシミュレーションの全体構成を、図１に示す。電子デバイスの量子力学的なシミュレーションは、プロセスシミュレーション１１、デバイスシミュレーション１２の２つで構成される。プロセスシミュレーション１１は、電子デバイスの製作プロセスをシミュレーションし、プロセス手順１４からデバイスの安定な原子配置１５を計算する。デバイスシミュレーション１２は、電子デバイスの量子力学的な非平衡特性をシミュレーションし、原子配置１５からデバイスの量子力学的な内部状態１７を計算する。
【００１４】
プロセスシミュレーションの概要を、図２に示す。プロセスシミュレーション１１は、与えられたプロセス手順から、安定な原子配置２２を計算する。入力は、基底関数スクリプト１３・プロセス手順スクリプト１４の２つであり、出力は、原子配置スクリプト１５である。計算されるプロセスは、基板設置・イオン注入・拡散・酸化・エピタキシャル成長などである。
【００１５】
デバイスシミュレーションの概要を、図３に示す。デバイスシミュレーション１２は、与えられた原子配置２２とデバイスの設定から、デバイスの内部状態２３を計算する。入力は、基底関数スクリプト１３・原子配置スクリプト１５・設定スクリプト１６の３つであり、出力は、内部状態スクリプト１７である。計算される内部状態は、電位分布・電荷分布・電流分布・電場分布・磁場分布・力分布などである。
【００１６】
【実施例】
本発明のシミュレーションに用いるデータの記述例を、図面を参照して説明する。
【００１７】
基底関数スクリプトの記述例を、図４に示す。基底関数スクリプトは、シミュレーションに用いる内部状態の基底関数系を記述する。基底関数系を決めることにより、シミュレーションの計算時間・近似精度が決まる。
【００１８】
プロセススクリプトの記述例を、図５に示す。プロセススクリプトは、デバイス製作における、基板の指定・酸化・不純物拡散・エピタキシャル成長などのプロセス手順を記述する。スクリプトにおいて、プロセス手順は、プロセス列として記述され、上のプロセスから順に実行される。他で定義されたプロセス手順を呼び出すこともできる。
【００１９】
原子配置のスクリプトの記述例を、図６に示す。原子配置スクリプトは、デバイスの原子配置を記述する。スクリプトにおいて、原子配置は、原子の集合であるクラスタとして記述され、各原子は、その種類と位置として記述される。他で定義されたクラスタを呼び出すこともできる。
【００２０】
設定スクリプトの記述例を、図７に示す。設定スクリプトは、電極電位・温度分布などのシミュレーションの設定を記述する。スクリプトにおいて、電極電位は、その電位と領域として記述され、温度分布は、その温度と領域として記述される。
【００２１】
内部状態スクリプトの記述例を、図８に示す。内部状態スクリプトは、電位分布・電荷分布・電流分布・電場分布・磁場分布・力分布などのデバイスの内部状態を記述する。スクリプトにおいて、内部状態は、基底関数系の指定とその係数列として記述される。
【００２２】
【発明の効果】
本発明を利用する事により、非常に微細な電子デバイスに対して、量子力学的なシミュレーションが可能となる。また、シミュレーションに用いるデータのサイズが縮小する。
【図面の簡単な説明】
【図１】シミュレーションの全体構成を示す図である。
【図２】プロセスシミュレーションの概要を示す図である。
【図３】デバイスシミュレーションの概要を示す図である。
【図４】基底関数スクリプトの記述例を示す図である。
【図５】プロセススクリプトの記述例を示す図である。
【図６】原子配置スクリプトの記述例を示す図である。
【図７】設定スクリプトの記述例を示す図である。
【図８】内部状態スクリプトの記述例を示す図である。
【符号の説明】
１１　ナノプロセスシミュレータ
１２　ナノデバイスシミュレータ
１３　基底関数スクリプト
１４　プロセススクリプト
１５　原子配置スクリプト
１６　設定スクリプト
１７　内部状態スクリプト
２１　デバイス構造
２２　原子配置
２３　内部状態
３１　記述形式
３２　記述例
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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