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JP7742763B2 - Design condition calculation system and semiconductor device manufacturing method - Google Patents
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JP7742763B2 - Design condition calculation system and semiconductor device manufacturing method - Google Patents

Design condition calculation system and semiconductor device manufacturing method

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JP7742763B2 JP2021196122A JP2021196122A JP7742763B2 JP 7742763 B2 JP7742763 B2 JP 7742763B2 JP 2021196122 A JP2021196122 A JP 2021196122A JP 2021196122 A JP2021196122 A JP 2021196122A JP 7742763 B2 JP7742763 B2 JP 7742763B2
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Description

本発明は、半導体装置の設計を支援する設計条件計算システムに関し、特に、パワー半導体装置の製造パラメータの設計を支援する技術に関する。 The present invention relates to a design condition calculation system that supports the design of semiconductor devices, and in particular to technology that supports the design of manufacturing parameters for power semiconductor devices.

パワー半導体装置には、高耐圧、低オン抵抗、低スイッチング損失が要求されるが、現在の主流であるケイ素(Si)パワー素子は理論的な性能限界に近づいている。炭化ケイ素(SiC)はSiと比較して絶縁破壊電界強度が約1桁大きいため、耐圧を保持するドリフト層を約1/10に薄く、不純物濃度を約100倍高くすることで、理論上、素子抵抗を3桁以上低減できる。また、バンドギャップがSiより約3倍大きいことから、高温動作も可能である。このように、SiC半導体素子は、Si半導体装置を超える性能が期待され、SiCパワー半導体装置の開発が進められている。 Power semiconductor devices require high breakdown voltage, low on-resistance, and low switching loss, but the current mainstream silicon (Si) power devices are approaching their theoretical performance limits. Silicon carbide (SiC) has a breakdown field strength approximately one order of magnitude greater than Si, so by making the drift layer that maintains the breakdown voltage approximately one-tenth thinner and increasing the impurity concentration by approximately 100 times, it is theoretically possible to reduce device resistance by more than three orders of magnitude. Furthermore, because its band gap is approximately three times larger than that of Si, high-temperature operation is also possible. As such, SiC semiconductor devices are expected to surpass the performance of Si semiconductor devices, and development of SiC power semiconductor devices is underway.

本技術分野の背景技術として、以下の先行技術がある。特許文献1(特開2020-184123号公報)には、回路設計装置は、設計対象回路の回路構成と設計対象回路の回路特性項目名及び設計対象回路を構成する素子名とを入力する操作部及び記憶部と、各回路素子の素子値を変えながら設計対象回路のシミュレーションを行うことにより各回路素子の素子値とそれに対応する各回路特性項目の特性値を生成するシミュレーション部と、学習モードにおいて回路素子の素子値及び対応する回路特性項目の特性値を用いてディープラーニングを行うと共に、設計モードにおいて、特性値に対応する素子値と素子値に対応する特性値の少なくとも一方を回帰分析により生成する設計処理部とを備える回路設計装置が記載されている。 The following prior art exists as background art in this technical field. Patent Document 1 (JP 2020-184123 A) describes a circuit design device that includes an operation unit and a storage unit for inputting the circuit configuration of a circuit to be designed, the names of circuit characteristic items of the circuit to be designed, and the names of elements that make up the circuit to be designed; a simulation unit that generates element values of each circuit element and corresponding characteristic values of each circuit characteristic item by simulating the circuit to be designed while changing the element values of each circuit element; and a design processing unit that performs deep learning using the element values of the circuit elements and the characteristic values of the corresponding circuit characteristic items in a learning mode, and that generates at least one of element values corresponding to the characteristic values and characteristic values corresponding to the element values through regression analysis in a design mode.

特許文献2(特開2012-150574号公報)には、シミュレーション連携を行う為に、少なくとも回路シミュレーションで用いる半導体デバイス等価回路モデルのために必要となるデバイス特性を、半導体デバイスシミュレーションの出力からデバイス特性を得る半導体デバイス等価回路モデル設定工程と、回路シミュレーションの出力を評価し製品としての性能に問題がある場合には回路シミュレーションの出力から少なくとも半導体デバイス構造を最適化するための情報を推定して半導体デバイスシミュレーションへフィードバックするための知識データベースを備えた情報フィードバック工程を含むシミュレーション連携方法が記載されている。 Patent document 2 (JP 2012-150574 A) describes a simulation collaboration method that includes a semiconductor device equivalent circuit model setting process for obtaining device characteristics from the output of a semiconductor device simulation, at least the device characteristics required for a semiconductor device equivalent circuit model used in circuit simulation, in order to perform simulation collaboration; and an information feedback process that includes a knowledge database for evaluating the output of the circuit simulation and, if there is a problem with product performance, estimating information for optimizing at least the semiconductor device structure from the output of the circuit simulation and feeding this information back to the semiconductor device simulation.

特開2020-184123号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2020-184123 特開2012-150574号公報JP 2012-150574 A

パワー半導体装置は、大電力を制御するため、オン抵抗の他、短絡時間、閾値電圧、耐圧、スイッチング損失、絶縁膜信頼性などの多くの性能を満たす必要性がある。これらのパラメータの多くはトレードオフの関係にあり、トレードオフの中で使用するアプリケーションに適した設計を求める必要がある。さらに、近年、デバイス構造、プロセス、及び回路構造は複雑化しており、多数のパラメータが設計に関係する。従って、オン抵抗、短絡時間、閾値電圧、耐圧、スイッチング損失、絶縁膜信頼性などの半導体装置及び半導体装置を搭載したアプリケーションの特性に対して、デバイスの設計、材料、及び作製条件、さらに、システムを統合的に考慮して、デバイスを搭載する回路の設計、材料、及び作製条件を最適化する設計が必要となる。このような最適化システムの確立には、シミュレーションによってデバイス及び回路の高精度な回帰モデルの作成が必要である。 To control large amounts of power, power semiconductor devices must satisfy a wide range of performance requirements, including on-resistance, short-circuit time, threshold voltage, breakdown voltage, switching loss, and dielectric film reliability. Many of these parameters are in a trade-off relationship, and a design that is appropriate for the application in which they will be used must be sought within that trade-off. Furthermore, in recent years, device structures, processes, and circuit structures have become more complex, resulting in a large number of parameters being involved in the design. Therefore, it is necessary to optimize the design, materials, and fabrication conditions of the circuit in which the device is installed, taking into account the characteristics of the semiconductor device and the application in which it is installed, such as on-resistance, short-circuit time, threshold voltage, breakdown voltage, switching loss, and dielectric film reliability, by comprehensively considering the device design, materials, and fabrication conditions, as well as the system. Establishing such an optimization system requires the creation of highly accurate regression models of devices and circuits through simulation.

一方で、本発明が対象とするパワー半導体装置は、既存のシミュレーションだけでは高精度な特性の予測ができない。なぜならば、Siは多くのデータが蓄積されてきたため手動計算による物性値の予測が可能であるが、SiCは歴史が浅く散乱断面積や移動度などの物性値の予想が困難なためである。また、回帰モデルで用いられるシミュレーションは観測不可能なパラメータの関係が計算されるため、観測可能なデータで計算可能なモデルを構築する必要がある。 However, the power semiconductor devices targeted by this invention cannot predict their characteristics with high accuracy using existing simulations alone. This is because, while a large amount of data has been accumulated for Si, making it possible to predict physical properties by manual calculation, SiC has a short history, making it difficult to predict physical properties such as scattering cross section and mobility. Furthermore, because the simulations used in regression models calculate the relationship between unobservable parameters, it is necessary to construct a model that can be calculated using observable data.

本発明は、SiC半導体装置でも、アプリケーションの要請に合わせた多数の特性を満たすパワーデバイスの適切な設計値を迅速かつ低コストで提供することを目的とする。 The present invention aims to quickly and inexpensively provide suitable design values for power devices that meet the numerous characteristics required for specific applications, even for SiC semiconductor devices.

本願において開示される発明の代表的な一例を示せば以下の通りである。すなわち、設計条件計算システムであって、所定の処理を実行する演算装置と、データが入力される入力部と、前記演算装置がアクセス可能な記憶装置とを備え、前記入力部は、半導体装置の材料、作製工程、及び設計の少なくとも一つを表す第1のパラメータと、前記半導体装置を搭載する回路の材料、作製工程、及び設計の少なくとも一つを表す第2のパラメータと、前記半導体装置及び前記半導体装置を搭載する回路の少なくとも一つの特性を表す第3のパラメータとの入力を受け、前記設計条件計算システムは、前記演算装置が、モデル構築ユニットが構築したモデルを用いて、所定の条件を満たすように、前記第1のパラメータ及び前記第2のパラメータを計算する最適化計算ユニットを有し、前記モデル構築ユニットが構築するモデルは、前段に設けられる第1の変換モデルと、後段に設けられる第2の変換モデルと、前記第1の変換モデルと前記第2の変換モデルとの間に設けられる特性回帰モデルを含み、前記第1のパラメータ及び前記第2のパラメータを入力とし、前記第3のパラメータを出力とすることによって各パラメータを関係付けており、前記第1の変換モデルは、前記第1のパラメータ及び前記第2のパラメータの少なくとも一方を前記特性回帰モデルに入力される物性値に変換し、前記特性回帰モデルは、観測不可能な物性値を観測不可能な理論特性値に変換し、前記第2の変換モデルは、理論特性値を実特性値に変換し、前記最適化計算ユニットは、前記構築されたモデルを用いて、前記第1のパラメータ及び前記第2のパラメータの一部に設定される固定値を拘束条件として、前記第3のパラメータの値及び範囲の一つ又は組み合わせによる条件を満たすように、前記拘束条件でない前記第1のパラメータ及び前記第2のパラメータを計算し、前記計算された第1のパラメータ及び第2のパラメータを出力することを特徴とする。 A representative example of the invention disclosed in this application is as follows: That is, a design condition calculation system comprising an arithmetic unit that executes predetermined processing, an input unit to which data is input, and a storage device accessible by the arithmetic unit, wherein the input unit receives input of a first parameter representing at least one of the material, manufacturing process, and design of a semiconductor device, a second parameter representing at least one of the material, manufacturing process, and design of a circuit incorporating the semiconductor device, and a third parameter representing at least one characteristic of the semiconductor device and the circuit incorporating the semiconductor device, and the design condition calculation system comprises an optimization calculation unit in which the arithmetic unit calculates the first parameter and the second parameter using a model constructed by a model construction unit so as to satisfy predetermined conditions, and the models constructed by the model construction unit include a first conversion model provided in a preceding stage, a second conversion model provided in a succeeding stage, and a combination of the first conversion model and the second conversion model. The optimization calculation unit includes a characteristic regression model interposed between the first and second parameters, and correlates the first and second parameters by using the first and second parameters as inputs and the third parameter as an output. The first conversion model converts at least one of the first and second parameters into a physical property value to be input to the characteristic regression model. The characteristic regression model converts unobservable physical property values into unobservable theoretical property values, and the second conversion model converts theoretical property values into actual property values. The optimization calculation unit uses the constructed model to calculate the first and second parameters that are not constraint conditions, using fixed values set for some of the first and second parameters as constraint conditions, so as to satisfy one or a combination of the value and range of the third parameter, and outputs the calculated first and second parameters.

本発明の一態様によれば、アプリケーションの要請に合わせた多数の特性を満たすパワーデバイスの適切な設計値を迅速かつ低コストで提供できる。前述した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施例の説明によって明らかにされる。 One aspect of the present invention makes it possible to quickly and inexpensively provide appropriate design values for power devices that meet the numerous characteristics required for an application. Other issues, configurations, and advantages will become clearer from the description of the following examples.

本発明の実施形態の設計条件計算システムの構成を示す図である。1 is a diagram illustrating a configuration of a design condition calculation system according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態の設計条件計算システムが設計条件を計算する処理のフローチャートである。1 is a flowchart of a process for calculating design conditions by the design condition calculation system according to the embodiment of the present invention. 本発明の実施形態の設計条件計算システムが設計条件を計算する処理のフローチャートである。1 is a flowchart of a process for calculating design conditions by the design condition calculation system according to the embodiment of the present invention. 本発明の実施形態の設計条件計算システムが設計条件を計算する処理のフローチャートである。1 is a flowchart of a process for calculating design conditions by the design condition calculation system according to the embodiment of the present invention. 本発明の実施形態の設計条件計算システムが設計条件を計算する処理のフローチャートである。1 is a flowchart of a process for calculating design conditions by the design condition calculation system according to the embodiment of the present invention. 本発明の実施形態の入力画面の例を示す図である。FIG. 10 is a diagram illustrating an example of an input screen according to the embodiment of the present invention. 本発明の実施形態のモデル構築ユニットの構成を示す図である。FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration of a model construction unit according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態の最適化計算ユニットで実行される計算方法を示す図である。FIG. 2 is a diagram illustrating a calculation method executed by an optimization calculation unit according to an embodiment of the present invention. トレンチMIS FETの作製工程のフローチャートである。1 is a flowchart of a manufacturing process of a trench MISFET. 実施例1の入力画面の一例を示す図である。FIG. 10 is a diagram illustrating an example of an input screen according to the first embodiment. 実施例1の入力画面の一例を示す図である。FIG. 10 is a diagram illustrating an example of an input screen according to the first embodiment. 実施例2のモデル構築ユニットの前段の構成する補正機1の一例を示す図である。FIG. 10 is a diagram illustrating an example of a corrector 1 constituting the front stage of the model construction unit of the second embodiment. 実施例3のモデル構築ユニットの前段の構成する補正機1の一例を示す図である。FIG. 11 is a diagram illustrating an example of a corrector 1 that constitutes the front stage of the model construction unit of the third embodiment. 実施例3のモデル構築ユニットの前段の構成する補正機1の一例を示す図である。FIG. 11 is a diagram illustrating an example of a corrector 1 that constitutes the front stage of the model construction unit of the third embodiment. 実施例4のモデル構築ユニットの一例を示す図である。FIG. 10 is a diagram illustrating an example of a model construction unit according to a fourth embodiment. 実施例5の設計条件計算システムと半導体作製装置との連携を示す図である。FIG. 13 is a diagram illustrating cooperation between a design condition calculation system and a semiconductor manufacturing apparatus according to a fifth embodiment. 実施例6の設計条件計算システムが設計条件を計算する処理のフローチャートである。13 is a flowchart of a process for calculating design conditions by the design condition calculation system according to the sixth embodiment. 実施例6の設計条件計算システムが設計条件を計算する処理のフローチャートである。13 is a flowchart of a process for calculating design conditions by the design condition calculation system according to the sixth embodiment.

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態のパワー半導体装置の設計条件計算システム100について詳細に説明する。 The power semiconductor device design condition calculation system 100 according to an embodiment of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings.

図1Aは、設計条件計算システム100の構成を示す図である。 Figure 1A shows the configuration of the design condition calculation system 100.

本実施形態の設計条件計算システム100は、シミュレーションによって構築された特性回帰モデルを中間層に持ち、その前段に物性値計算モデル(補正機1)と、後段に物理量計算モデル(補正機2)を設けたモデル構築ユニット102によって、高精度な回帰モデルを構築する。 The design condition calculation system 100 of this embodiment has a characteristic regression model constructed by simulation in the middle layer, and constructs a highly accurate regression model using a model construction unit 102 that has a physical property calculation model (corrector 1) in the previous stage and a physical quantity calculation model (corrector 2) in the subsequent stage.

設計条件計算システム100は、計算ユニット101、データ保存ユニット104、通信部105、操作部106、出力部107、及び入出力ユニット108を有する計算機によって構成される。計算ユニット101、データ保存ユニット104、通信部105、及び入出力ユニット108はバスを介して接続される。 The design condition calculation system 100 is composed of a computer having a calculation unit 101, a data storage unit 104, a communication unit 105, an operation unit 106, an output unit 107, and an input/output unit 108. The calculation unit 101, the data storage unit 104, the communication unit 105, and the input/output unit 108 are connected via a bus.

計算ユニット101は、メモリ(図示省略)に格納されたプログラムを実行する演算装置(CPU)である。計算ユニット101が、各種プログラムを実行することによって、設計条件計算システム100の各機能部(例えば、モデル構築ユニット102、最適化計算ユニット103など)による機能が実現される。なお、計算ユニット101がプログラムを実行して行う処理の一部を、ASIC、FPGA等のハードウェアによる演算装置で実行してもよい。 The calculation unit 101 is a computing device (CPU) that executes programs stored in memory (not shown). The calculation unit 101 executes various programs to realize the functions of each functional unit of the design condition calculation system 100 (e.g., model construction unit 102, optimization calculation unit 103, etc.). Note that some of the processing performed by the calculation unit 101 by executing the programs may be executed by a hardware calculation device such as an ASIC or FPGA.

メモリは、不揮発性の記憶素子であるROM及び揮発性の記憶素子であるRAMを含む。ROMは、不変のプログラム(例えば、BIOS)などを格納する。RAMは、DRAM(Dynamic Random Access Memory)のような高速かつ揮発性の記憶素子であり、計算ユニット101が実行するプログラム及びプログラムの実行時に使用されるデータを一時的に格納する。 Memory includes ROM, a non-volatile storage element, and RAM, a volatile storage element. ROM stores unchanging programs (e.g., BIOS). RAM is a high-speed, volatile storage element such as DRAM (Dynamic Random Access Memory), and temporarily stores programs executed by the computing unit 101 and data used when executing the programs.

データ保存ユニット104は、例えば、磁気記憶装置(HDD)、フラッシュメモリ(SSD)等で構成される大容量かつ不揮発性の記憶装置である。また、データ保存ユニット104は、計算ユニット101がプログラムの実行時に使用するデータ、及び計算ユニット101が実行するプログラムを格納する。すなわち、プログラムは、データ保存ユニット104から読み出されて、メモリにロードされて、計算ユニット101によって実行されることによって、設計条件計算システム100の各機能を実現する。 The data storage unit 104 is a large-capacity, non-volatile storage device composed of, for example, a magnetic storage device (HDD), flash memory (SSD), or the like. The data storage unit 104 also stores data used by the calculation unit 101 when executing programs, and the programs executed by the calculation unit 101. In other words, programs are read from the data storage unit 104, loaded into memory, and executed by the calculation unit 101 to realize each function of the design condition calculation system 100.

通信部105は、所定のプロトコルに従って、他の装置との通信を制御するネットワークインターフェース装置である。 The communication unit 105 is a network interface device that controls communication with other devices according to a specified protocol.

操作部106は、キーボード、マウス、タッチパネルなどの入力装置によって構成され、オペレータの操作を受ける入力インターフェースを提供する。出力部107は、ディスプレイ装置やプリンタなどの出力装置によって構成され、プログラムの実行結果をオペレータが視認可能な形式で出力する出力インターフェースを提供する。入出力ユニット108は、操作部106に入力されたデータをバスに渡すインターフェースである。なお、設計条件計算システム100にネットワークを介して接続されたユーザ端末が操作部及び出力部を提供してもよい。この場合、設計条件計算システム100がウェブサーバの機能を有し、ユーザ端末が設計条件計算システム100に所定のプロトコル(例えばhttp)でアクセスしてもよい。 The operation unit 106 is made up of input devices such as a keyboard, mouse, and touch panel, and provides an input interface that receives operations from an operator. The output unit 107 is made up of output devices such as a display device and printer, and provides an output interface that outputs the results of program execution in a format that can be viewed by the operator. The input/output unit 108 is an interface that passes data input to the operation unit 106 to the bus. Note that a user terminal connected to the design condition calculation system 100 via a network may provide the operation unit and output unit. In this case, the design condition calculation system 100 may have web server functionality, and the user terminal may access the design condition calculation system 100 using a specified protocol (e.g., http).

計算ユニット101が実行するプログラムは、リムーバブルメディア(CD-ROM、フラッシュメモリなど)又はネットワークを介して設計条件計算システム100に提供され、非一時的記憶媒体である不揮発性のデータ保存ユニット104に格納される。このため、設計条件計算システム100は、リムーバブルメディアからデータを読み込むインターフェースを有するとよい。 The program executed by the calculation unit 101 is provided to the design condition calculation system 100 via removable media (CD-ROM, flash memory, etc.) or a network, and is stored in the non-volatile data storage unit 104, which is a non-temporary storage medium. For this reason, the design condition calculation system 100 should preferably have an interface for reading data from removable media.

設計条件計算システム100は、物理的に一つの計算機上で、又は、論理的又は物理的に構成された複数の計算機上で構成される計算機システムであり、複数の物理的計算機資源上に構築された仮想計算機上で動作してもよい。例えば、モデル構築ユニット102、最適化計算ユニット103は、各々別個の物理的又は論理的計算機上で動作するものでも、複数が組み合わされて一つの物理的又は論理的計算機上で動作するものでもよい。 The design condition calculation system 100 is a computer system configured on a single physical computer, or on multiple logically or physically configured computers, and may operate on a virtual computer constructed on multiple physical computer resources. For example, the model construction unit 102 and the optimization calculation unit 103 may each operate on separate physical or logical computers, or multiple units may be combined to operate on a single physical or logical computer.

図1B-1、図1B-2、図1C-1、図1C-2は、設計条件計算システム100が設計条件を計算する処理のフローチャートである。図1B-1、図1C-1はモデル構築ユニット102が設計条件計算システム100の内部にある場合の処理を、図1B-2、図1C-2は、モデル構築ユニット102が設計条件計算システム100の外部にある場合の処理を示す。 Figures 1B-1, 1B-2, 1C-1, and 1C-2 are flowcharts of the process by which the design condition calculation system 100 calculates design conditions. Figures 1B-1 and 1C-1 show the process when the model construction unit 102 is inside the design condition calculation system 100, while Figures 1B-2 and 1C-2 show the process when the model construction unit 102 is outside the design condition calculation system 100.

まず、ステップ1で、説明変数及び目的変数が操作部106に入力されると、ステップ2で操作内容が出力部107に表示される。入力される説明変数は、デバイス材料、デバイス作製条件、デバイス構造、回路材料、回路作製条件、及び回路構造の値又は値の範囲などである。目的変数は、デバイス特性、回路特性の値又は値の範囲などである。そして、ステップ3で、データ保存ユニット104は、入力されたデータを保存する。 First, in step 1, explanatory variables and objective variables are input into the operation unit 106, and in step 2, the operation details are displayed on the output unit 107. The input explanatory variables include values or value ranges of device materials, device fabrication conditions, device structure, circuit materials, circuit fabrication conditions, and circuit structure. Objective variables include values or value ranges of device characteristics and circuit characteristics. Then, in step 3, the data storage unit 104 stores the input data.

次に、ステップ4で、モデル構築ユニット102は、データ保存ユニット104に保存されたデータに基づいて、説明変数と目的変数によるパワー半導体装置及びパワー半導体装置搭載回路に関する回帰モデルを作成する。図1B-1、図1C-1は、に示す例では、モデル構築ユニット102は、設計条件計算システム100内に設けられる。モデル構築ユニット102は、入力の内容に合わせて操作部106への入力の都度、回帰モデルを作成し、作成した回帰モデルをデータ保存ユニット104に保存する。作成された回帰モデルをデータ保存ユニット104に保存せず、計算ユニット101に直接入力してもよい。 Next, in step 4, the model construction unit 102 creates a regression model for the power semiconductor device and the power semiconductor device mounted circuit using explanatory variables and target variables based on the data stored in the data storage unit 104. In the example shown in Figures 1B-1 and 1C-1, the model construction unit 102 is provided within the design condition calculation system 100. The model construction unit 102 creates a regression model each time input is made to the operation unit 106 in accordance with the input content, and stores the created regression model in the data storage unit 104. The created regression model may also be input directly to the calculation unit 101 without being stored in the data storage unit 104.

次に、ステップ5で、計算ユニット101は、回帰モデルを用いて、データ保存ユニット104に保存された説明変数の値を拘束条件とし、目的変数の値を目標として、データ保存ユニット104に保存された説明変数の中で値が指定されていない変数と目的変数との関係を複数回計算し、目的変数の条件を満たすような値が指定されていない説明変数の最適値を求める。そして、ステップ6で、計算ユニット101は、説明変数の最適値及びその時の目的変数の値をデータ保存ユニット104に保存する。ステップ5~6の処理は、所定の終了条件を満たすまで繰り返し実行される。終了条件は、目的変数がターゲット値に到達したことがよいが、計算回数や計算時間が上限に到達したことを終了条件にしてもよい。そして、ステップ7で、出力部107は、データ保存ユニット104に保存された説明変数の最適値及びその時の目的変数の値を出力する。 Next, in step 5, the calculation unit 101 uses a regression model to calculate the relationship between the explanatory variables stored in the data storage unit 104 and the objective variable multiple times, with the values of the explanatory variables stored in the data storage unit 104 as constraint conditions and the value of the objective variable as the target, to find the optimal value of the explanatory variable for which a value that satisfies the condition of the objective variable is not specified. Then, in step 6, the calculation unit 101 stores the optimal value of the explanatory variable and the value of the objective variable at that time in the data storage unit 104. The processing of steps 5 and 6 is repeatedly executed until a predetermined termination condition is met. The termination condition is preferably that the objective variable has reached its target value, but may also be that the number of calculations or the calculation time has reached an upper limit. Then, in step 7, the output unit 107 outputs the optimal value of the explanatory variable stored in the data storage unit 104 and the value of the objective variable at that time.

また、図1B-2、図1C-2に示す例では、設計条件計算システム100の外部に設けられたモデル構築ユニット102によって予め作成された1以上の回帰モデルが、設計条件計算システム100の外部、例えばクラウドなどのデータベースに登録されている。回帰モデルはデバイス種類によって異なることから、複数の回帰モデルを予め作成しておき、設計条件計算システム100の外部に格納するとよい。ステップ5で、計算ユニット101は、通信部105を介してデータベースから回帰モデルを取得し、データ保存ユニット104に保存する。計算ユニット101は、データ保存ユニット104に保存された回帰モデルを用いて、目的変数の条件を満たす説明変数の最適値を求める。計算ユニット101は、データベースから取得した回帰モデルをデータ保存ユニット104に保存せず、直接データベースから取得してもよい。設計条件計算システム100は、ネットワークを介して外部と通信が可能である。 In the examples shown in Figures 1B-2 and 1C-2, one or more regression models created in advance by a model construction unit 102 provided outside the design condition calculation system 100 are registered in a database outside the design condition calculation system 100, such as a cloud database. Because regression models differ depending on the device type, it is preferable to create multiple regression models in advance and store them outside the design condition calculation system 100. In step 5, the calculation unit 101 acquires the regression model from the database via the communication unit 105 and stores it in the data storage unit 104. The calculation unit 101 uses the regression model stored in the data storage unit 104 to find the optimal value of the explanatory variable that satisfies the condition of the target variable. The calculation unit 101 may acquire the regression model directly from the database without storing it in the data storage unit 104. The design condition calculation system 100 is capable of communicating with external parties via a network.

前述したように、回帰モデル及び最適計算結果は、計算の都度データ保存ユニット104に保存されてもよいが、計算量が多くなるとデータ量が膨大となるので、その都度データ保存ユニット104に保存しなくてもよい。一方、通信部105を介してデータベースから回帰モデルを毎回取得すると、通信量が増加し、速度が低減するので、データ保存ユニット104へのアクセスは取り扱うデータ量によって決めるとよい。 As mentioned above, the regression model and optimal calculation results may be stored in the data storage unit 104 each time a calculation is performed, but as the amount of calculation increases, the amount of data becomes enormous, so it is not necessary to store them in the data storage unit 104 each time. On the other hand, retrieving the regression model from the database via the communication unit 105 each time increases the amount of communication and reduces speed, so access to the data storage unit 104 should be determined based on the amount of data being handled.

図2は、ステップ1~2において、説明変数及び目的変数を操作部106に入力させるために出力部に表示される入力画面の例を示す図である。 Figure 2 shows an example of an input screen displayed on the output unit to allow input of explanatory variables and target variables into the operation unit 106 in steps 1 and 2.

図2に示す入力画面では、入力セクションにおけるプルダウン入力欄8で指定する説明変数の種類を選択でき、更に条件を絞る必要がある場合はプルダウン入力欄8の下に設けられるプルダウン入力欄9において、下位の条件を指定できる。説明変数の種類を指定するプルダウン入力欄の数は、3段階以上でもよい。プルダウン入力欄8、9は、半導体装置のデバイス材料、デバイス作製条件、デバイス構造、回路材料、回路作製条件、回路構造など、及び半導体装置を搭載する回路のデバイス材料、デバイス作製条件、デバイス構造、回路材料、回路作製条件、回路構造から選択可能であるとよい。例えば、デバイス作製条件が説明変数に選択された場合、デバイス作製工程の中で指定する工程を選択でき、デバイス構造が説明変数に選択された場合、構造の種類を指定できる。このように、プルダウン入力欄8又はプルダウン入力欄8及び9で条件を指定すると、予め登録された変数が入力画面に表示され、固定チェックボックスの操作によって、変数の固定値の値又は範囲を指定できる。固定値又は値の範囲(最大化、最小化の両方又は一方)が指定された変数は、最適化の際に拘束条件となる。一方、変数は必ずしも値を記入する必要がなく、値を入力しない場合は最適化計算において目的変数にあった最適値が求められる。 In the input screen shown in Figure 2, the type of explanatory variable to be specified can be selected in pull-down input field 8 in the input section. If further conditions need to be narrowed down, lower-level conditions can be specified in pull-down input field 9 below pull-down input field 8. The number of pull-down input fields for specifying the type of explanatory variable may be three or more. Pull-down input fields 8 and 9 preferably allow selection from the device material, device fabrication conditions, device structure, circuit material, circuit fabrication conditions, and circuit structure of the semiconductor device, as well as the device material, device fabrication conditions, device structure, circuit material, circuit fabrication conditions, and circuit structure of the circuit on which the semiconductor device is mounted. For example, if device fabrication conditions are selected as the explanatory variable, the process to be specified within the device fabrication process can be selected. If device structure is selected as the explanatory variable, the type of structure can be specified. In this way, when conditions are specified in pull-down input field 8 or pull-down input fields 8 and 9, pre-registered variables are displayed on the input screen, and fixed values or ranges for the variables can be specified by operating the fix checkboxes. Variables for which fixed values or value ranges (maximization, minimization, or both) are specified become constraints during optimization. On the other hand, it is not necessary to enter values for variables; if no values are entered, the optimization calculation will find the optimal value for the target variable.

また、出力セクションにおけるプルダウン入力欄11で指定する目的変数の種類を選択でき、目標値又は目標値の範囲(最大化、最小化の両方又は一方)それらの組み合わせを入力画面に入力できる。プルダウン入力欄11は、デバイス特性、回路特性などから選択可能であるとよい。目標値又は範囲又は最大・最小などの条件又はそれらの組み合わせを記入しない場合、その変数は最適化計算において任意の値で算出され、目標値又は範囲又は最大・最小などの条件又はそれらの組み合わせを記入した場合、入力セクションで固定値が指定されていない目的変数を導出する際の条件となる。 In addition, the type of objective variable to be specified can be selected in the pull-down input field 11 in the output section, and a target value or target value range (maximization, minimization, or both) or a combination thereof can be entered on the input screen. The pull-down input field 11 preferably allows selection from device characteristics, circuit characteristics, etc. If a target value, range, maximum/minimum, or other condition or combination thereof is not entered, the variable will be calculated at an arbitrary value in the optimization calculation. If a target value, range, maximum/minimum, or other condition or combination thereof is entered, this becomes the condition for deriving an objective variable for which a fixed value is not specified in the input section.

パラメータが入力されると、最適化計算ユニット103は、入力されたパラメータの値又は範囲を拘束条件として、出力セクションに入力されたパラメータの値及び範囲を目的変数として、入力セクションに入力されたパラメータのうち、値が指定されていないパラメータを最適化計算により求める。例えば、図2に示すように値が指定された場合、最適化計算ユニット103は、入力セクションにおけるドリフト層濃度を1×1016に維持しつつ、出力セクションにおける耐圧を1200V以上に、閾値電圧を3V~8Vに、ゲート耐圧を25V以上にして、オン抵抗を最小化するJFET長とチャネル長の最適値を求める。 When the parameters are input, the optimization calculation unit 103 uses the input parameter values or ranges as constraints and the parameter values and ranges input to the output section as objective variables to perform optimization calculations to determine parameters for which values are not specified among the parameters input to the input section. For example, when values are specified as shown in Figure 2, the optimization calculation unit 103 determines optimal values for the JFET length and channel length that minimize the on-resistance while maintaining the drift layer concentration in the input section at 1 x 10 and setting the output section's breakdown voltage to 1200 V or higher, the threshold voltage to 3 V to 8 V, and the gate breakdown voltage to 25 V or higher.

入力画面の左領域には、プルダウン入力欄8又はプルダウン入力欄8及び9で指定された条件に関する情報を表示するとよい。例えば、図示する入力画面では、デバイス構造のTED-MOSが選択されているので、TED-MOS FETの構造が表示される。 The left area of the input screen should display information about the conditions specified in pull-down input field 8 or pull-down input fields 8 and 9. For example, in the input screen shown in the figure, the device structure TED-MOS has been selected, so the structure of a TED-MOS FET is displayed.

図3は、モデル構築ユニット102の構成を示す図である。 Figure 3 shows the configuration of the model construction unit 102.

モデル構築ユニット102は、操作部106に入力された説明変数と目的変数を用いて回帰モデルを構築する。モデル構築ユニット102は多層で構成されており、前段、中間層、及び後段に大別される。なお、図3には、前段、中間層、及び後段の3層で構成されるモデル構築ユニット102を図示するが、モデル構築ユニット102を4層以上で構成してもよい。モデル構築ユニット102は、入力セクションに入力されたパラメータ(半導体装置のパラメータ、半導体装置搭載回路のパラメータ)を入力とし、出力セクションで選択可能なパラメータを出力とすることによって各パラメータを関係付ける。 The model construction unit 102 constructs a regression model using explanatory variables and target variables input to the operation unit 106. The model construction unit 102 is configured with multiple layers, broadly divided into a front-stage, middle layer, and back-stage. Note that while Figure 3 illustrates a model construction unit 102 configured with three layers (front-stage, middle layer, and back-stage), the model construction unit 102 may be configured with four or more layers. The model construction unit 102 takes parameters input to the input section (parameters of the semiconductor device, parameters of the circuit mounted on the semiconductor device) as input, and correlates each parameter by outputting selectable parameters in the output section.

前段は、物性値計算モデル(補正機1)で、入力セクションに入力されたパラメータをシミュレーションで用いる物性値に変換する。例えば、シミュレーションで用いられる物性値は、入力値として酸化膜作製条件である酸化膜の膜質、膜厚等やアニール量に対して酸化膜界面のトラップ量や移動度など観測不可能な物性値である。物性値計算モデルによって変換される観測不可能な物性値は、前述以外に、ホールや電子の移動度、散乱断面積、酸化膜中トラップ密度、界面準位、オージェ・SRH再結合率、ライフタイム、飽和ドリフト速度、熱伝導率、欠陥密度、活性化率を考慮した不純物濃度、マスクずれを考慮した設計値、作製条件によって変化する形状(トレンチ角の形状、酸化膜厚など)、材質(ソースコンタクト部分の材質)などがある。特に、SiCでは移動度や界面トラップや活性化率に対する理論式での予測が不可能なので、前段における補正機1による物性値計算モデルが非常に有効となる。また、補正される入力値は必ずしも観測不可能な物性値でなくても、観測可能な物性値でもよい。例えば設計値を入力した場合、実際にホトグラフィ工程でマスクを用いて作成された開口幅を補正後の変数としてもよい。 The first stage, the physical property calculation model (corrector 1), converts the parameters entered in the input section into physical property values used in the simulation. For example, the physical property values used in the simulation are unobservable physical property values, such as the trap amount and mobility at the oxide film interface, relative to the oxide film fabrication conditions (such as the oxide film quality, thickness, and annealing amount) as input values. In addition to the aforementioned, unobservable physical property values converted by the physical property calculation model include hole and electron mobility, scattering cross section, trap density in the oxide film, interface state density, Auger and SRH recombination rate, lifetime, saturated drift velocity, thermal conductivity, defect density, impurity concentration considering activation rate, design value considering mask misalignment, shape (trench angle, oxide film thickness, etc.) that changes depending on fabrication conditions, and material (material of the source contact portion). In particular, since theoretical formulas cannot be used to predict mobility, interface traps, and activation rate for SiC, the physical property calculation model by corrector 1 in the first stage is extremely effective. Furthermore, the input values to be corrected do not necessarily have to be unobservable physical property values; they can also be observable physical property values. For example, if a design value is input, the aperture width actually created using a mask in the photolithography process may be used as the corrected variable.

また、Siでない化合物を用いたパワー半導体装置では、酸化膜との界面にトラップが形成され、閾値電圧が変動したり、スイッチング速度が低下する原因となる。パワー半導体装置では高電圧を制御するため、閾値電圧の変動は、スイッチング速度を低下させ、安全や損失の観点からも問題となる。また、損失を減らすために抵抗の低減が必要であるため、移動度が重要となるが、デバイス内の移動度がバルク移動度より低下し、理論的特性による移動度の予測は困難である。また、パワー半導体装置はデバイス内の電界が高くなりやすく、酸化膜中のトラップが存在すれば酸化膜の信頼性の低下が顕著となる。また、デバイスに不純物を注入したときの拡散のメカニズムについて、確立されたモデルが存在せず、特にパワーデバイスではオン抵抗を下げるために不純物濃度を高くするため、実際の不純物濃度と活性化された不純物濃度の違いが顕著に表れる。 Furthermore, in power semiconductor devices using non-Si compounds, traps form at the interface with the oxide film, causing threshold voltage fluctuations and reduced switching speed. Because power semiconductor devices control high voltages, threshold voltage fluctuations reduce switching speed, posing problems from the perspectives of safety and loss. Furthermore, mobility is important because resistance must be reduced to reduce loss. However, mobility within a device is lower than bulk mobility, making it difficult to predict mobility based on theoretical characteristics. Furthermore, power semiconductor devices tend to have high electric fields within the device, and the presence of traps in the oxide film significantly reduces the reliability of the oxide film. Furthermore, there is no established model for the diffusion mechanism when impurities are implanted into a device. In particular, in power devices, the impurity concentration is increased to reduce on-resistance, resulting in a significant difference between the actual impurity concentration and the activated impurity concentration.

前段の物性値計算モデルで補正された変数は、中間層で理論特性と関係づけられる。例えば、中間層は物理シミュレーションを多数行うことでデータを作成しながら、作成されたデータを用いてスパイラル学習することで効率的に特性回帰モデルを構築する。中間層が単なるシミュレーションではなくモデル化されることによって、前段における入力から後段における出力までのバックプロパゲーションを可能とし、物性値計算モデルの学習を可能とする。 Variables corrected in the physical property calculation model in the previous stage are related to theoretical properties in the middle layer. For example, the middle layer creates data by performing numerous physical simulations, and then uses the created data to efficiently build a characteristic regression model through spiral learning. By modeling the middle layer rather than simply simulating it, backpropagation from the input in the previous stage to the output in the subsequent stage is possible, enabling the physical property calculation model to be trained.

中間層で得られた理論特性は、後段の物理量計算モデル(補正機2)で測定可能な物理量に変換される。例えば、補正機2は、以下のような変換を行い、観測可能な物理量を計算する。
・半導体の内部温度を短絡耐量に変換
・オン抵抗に測定におけるオフセット抵抗を加算
・理論的に導出される半導体装置のオン抵抗に、測定起因の接触抵抗の効果を補正
・特にトレンチを有するMIS FET(Metal-Insulator-Semiconductor FET)の場合、トレンチの角部にかかる電界強度から、ゲート絶縁膜の信頼性を計算
・半導体装置搭載回路における外部抵抗及び半導体装置内部の容量から、スイッチング損失やスイッチング時間を計算
・短絡時の飽和電流特性から短絡時間を計算
The theoretical characteristics obtained in the intermediate layer are converted into measurable physical quantities in a physical quantity calculation model (corrector 2) in the subsequent stage. For example, the corrector 2 performs the following conversion to calculate observable physical quantities.
・Converts the internal temperature of a semiconductor into short-circuit resistance. ・Adds the offset resistance measured to the on-resistance. ・Corrects the effect of contact resistance caused by the measurement to the theoretically derived on-resistance of a semiconductor device. ・In particular, for MIS FETs (Metal-Insulator-Semiconductor FETs) with trenches, calculates the reliability of the gate insulating film from the electric field strength applied to the corners of the trench. ・Calculates switching loss and switching time from the external resistance of the semiconductor device's circuit and the capacitance inside the semiconductor device. ・Calculates short-circuit time from the saturation current characteristics during a short circuit.

特に、測定可能な物理量は、パワー半導体装置特性の出力としてオン抵抗、閾値、耐圧、絶縁膜信頼性を含み、半導体装置搭載回路の特性として短絡耐量、スイッチング損失を含むとよい。これらの測定可能な物理量は、中段の特性回帰モデルから導出してもよいが、補正機2によって導出することで、より高速な回帰モデルを構築できる。 In particular, measurable physical quantities may include on-resistance, threshold voltage, breakdown voltage, and insulating film reliability as output characteristics of the power semiconductor device, and short-circuit resistance and switching loss as characteristics of the circuit on which the semiconductor device is mounted. These measurable physical quantities may be derived from the characteristic regression model in the middle stage, but deriving them using corrector 2 allows for the construction of a faster regression model.

このように、補正機2は、ある物理量から同じ物理量である実際の物理量へ変換も、ある物理量から異なる物理量の導出も可能である。特に、酸化膜を有するMIS FET構造においては、SiCの絶縁破壊強度がSiと比べ約1桁高いため、酸化膜における電界強度が高く、酸化膜の信頼性が重要となる。一方、酸化膜の信頼性の指標は様々であり、歩留にも影響するため、理論的な計算では導出が困難であり、補正機2による導出が必須となる。また、絶縁膜質によって、閾値がシフトする現象である正バイアス温度不安定性(PBTI:Positive Bias-Temperature Instability)や負バイアス温度不安定性(NBTI:Negative Bias-Temperature Instability)も起こるが、これらの現象の原因は正確には解明されておらず、正確な理論モデルがないため補正機2による導出が必要となる。 In this way, the corrector 2 can convert a given physical quantity into an actual physical quantity that is the same physical quantity, and can also derive a different physical quantity from a given physical quantity. In particular, in a MISFET structure having an oxide film, the dielectric breakdown strength of SiC is about one order of magnitude higher than that of Si, resulting in a high electric field strength in the oxide film, making the reliability of the oxide film important. However, since there are various indicators of oxide film reliability and they affect yield, it is difficult to derive them through theoretical calculations, and derivation using the corrector 2 is essential. Furthermore, depending on the quality of the insulating film, phenomena such as positive bias temperature instability (PBTI) and negative bias temperature instability (NBTI) , which cause threshold shifts, can occur. However, the causes of these phenomena have not been precisely elucidated, and accurate theoretical models are not available, making derivation using the corrector 2 necessary.

前段(物性値計算モデルによる補正機1)、中間層(特性回帰モデル)、後段(物理量計算モデルによる補正機2)は、いずれも学習によって構築された学習モデルとするとよい。 The front stage (corrector 1 based on a physical property calculation model), middle layer (characteristic regression model), and back stage (corrector 2 based on a physical quantity calculation model) should all be learning models constructed through learning.

モデル構築ユニット102の中間層の回帰モデルで用いられるシミュレーションは観測不可能なパラメータを用いて関係するものであるが、前段の補正機1と後段の補正機2によって観測可能なデータを入出力可能なモデルを高精度に構築できる。 The simulations used in the regression model in the intermediate layer of the model construction unit 102 involve unobservable parameters, but the front-stage corrector 1 and rear-stage corrector 2 make it possible to construct a highly accurate model that can input and output observable data.

なお、図3は、モデル構築ユニット102の構成を示す図として記載したが、モデル構築ユニット102とモデル構築ユニット102が構築するモデルとは、同じ入出力を実現するものであるため、モデル構築ユニット102が構築するモデルをニューラルネットワークで構成する場合、このニューラルネットワークの構成を示す図とも言える。この点は、後述する図7から図10も同様に、モデルの構成を表す図とも言える。 Note that Figure 3 is described as a diagram showing the configuration of the model construction unit 102, but since the model construction unit 102 and the model constructed by the model construction unit 102 realize the same input and output, if the model constructed by the model construction unit 102 is configured as a neural network, it can also be considered a diagram showing the configuration of this neural network. In this respect, Figures 7 to 10, described below, can also be considered diagrams showing the configuration of a model.

図4は、最適化計算ユニット103で実行される計算方法を示す図である。 Figure 4 shows the calculation method performed by the optimization calculation unit 103.

最適化計算ユニット103は、モデル構築ユニット102が構築した回帰モデルを用いて、入力画面の出力セクションで入力されたパラメータを目的変数として、目的変数の条件を満たすような、入力セクションに入力されたパラメータのうち、値が指定されていないパラメータの最適値を求める最適化計算を行う。最適化計算では、前記複数の入力セクションに入力されたパラメータを出力セクションで指定された複数のパラメータの条件を満たすように、回帰モデルから説明変数と目的変数の関係を複数回計算し、目的変数が最適な値となる説明変数を求める。このような繰り返し計算によって、人間は思いつかないような半導体装置及び半導体装置搭載回路の設計や材料や作製条件を複合的な条件を導出できる。 The optimization calculation unit 103 uses the regression model constructed by the model construction unit 102 to perform optimization calculations to determine optimal values for parameters that have not been specified among the parameters entered in the input section of the input screen, with the parameters entered in the output section of the input screen as objective variables, so as to satisfy the conditions of the objective variables. In the optimization calculations, the relationship between the explanatory variables and the objective variables is calculated multiple times from the regression model so that the parameters entered in the multiple input sections satisfy the conditions of the multiple parameters specified in the output section, and explanatory variables that optimize the objective variables are determined. By repeating such calculations, it is possible to derive complex conditions for the design, materials, and manufacturing conditions of semiconductor devices and semiconductor device-mounted circuits that humans would never think of.

最適化計算ユニット103が採用しうる最適化計算方法は多種あり、本発明では特に最適化方法を限定する必要がない。そこで、一般的な最適化計算方法であり、図12A、図12Bで後述するニュートン法を採用した例を説明する。 There are many different optimization calculation methods that can be adopted by the optimization calculation unit 103, and the present invention does not require any particular optimization method to be limited. Therefore, an example using the Newton method, a common optimization calculation method described below in Figures 12A and 12B, will be described.

例えば、図12A、図12Bでは、ステップ2において、任意の目的変数を最小値として入力画面(図2)で指定して、ニュートン法で最小値を計算している。目的変数と説明変数は、モデル構築ユニット102で作成された回帰モデルで関係付けられており、図12A、図12Bでは、図3における入力α1,α2,…に対応する説明変数をx(x多変数のベクトルでもよい)、図3における出力βに対応する目的変数をyと記載しており、モデル構築ユニット102で作成された回帰モデルの一つをy=g(x)としている。つまり、回帰モデルを用いると任意の説明変数xに対する目的変数yが計算可能であり、逐次的な計算によって、あるxに対するyを計算し、入力画面に入力された目的変数の条件に目的変数yがより適合する説明変数xを導出できる。目的変数yを最小とする説明変数xをニュートン法で求める場合、回帰モデルy=g(x)に対して、ある探索点xkにおける関数の接線を求め、接線の傾きからyが小さくなる方向を探索方向として、次に接線がx軸と交わる点xk+1におけるyの値を回帰モデルy=g(x)から導出し、さらにxk+1における関数の接線を求め探索方向を決定し、yの条件が一致するまでこれを繰り返す。図4に示す例では接線の傾きが正から負に変化する点が目的変数yの値が最小となる点であり、この時のxの値が最適計算結果となり、求めたいパワー半導体装置及びパワー半導体装置搭載回路の材料・作製条件・設計となる。 12A and 12B, in step 2, an arbitrary objective variable is designated as a minimum value on the input screen (FIG. 2), and the minimum value is calculated using Newton's method. The objective variable and explanatory variables are related by a regression model created by the model construction unit 102. In FIGS. 12A and 12B, the explanatory variable corresponding to the inputs α1, α2, ... in FIG. 3 is denoted as x (x may be a vector of multiple variables), and the objective variable corresponding to the output β in FIG. 3 is denoted as y, and one of the regression models created by the model construction unit 102 is y = g(x). In other words, using a regression model, it is possible to calculate objective variable y for any explanatory variable x, and by sequential calculation, y for a certain x can be calculated, and an explanatory variable x can be derived such that objective variable y more closely matches the conditions of the objective variable entered on the input screen. When using Newton's method to find the explanatory variable x that minimizes the response variable y, the tangent of the function at a certain search point xk is found for the regression model y = g(x), and the direction in which y decreases based on the slope of the tangent is set as the search direction. Next, the value of y at point xk+1 where the tangent intersects the x-axis is derived from the regression model y = g(x), and the tangent of the function at xk+1 is found to determine the search direction. This process is repeated until the condition for y is met. In the example shown in Figure 4, the point where the slope of the tangent changes from positive to negative is the point where the value of the response variable y is minimized, and the value of x at this time is the optimal calculation result, which represents the desired materials, manufacturing conditions, and design of the power semiconductor device and the circuit equipped with the power semiconductor device.

次に、図5を参照して、トレンチMIS FETの作製工程を説明する。 Next, the manufacturing process for a trench MIS FET will be explained with reference to Figure 5.

まず、ステップAで、SiCバルク基板(例えば、4H-SiC、1e18、Si面、4°オフ)を準備する。SiCバルク基板は、昇華法を用いて作製した基板でも、溶液法を用いた基板でも、ガス成長法を用いた基板でも、既にエピタキシャル成長層を積層した基板でもよい。エピタキシャル層の成長前に、化学的機械研磨(CMP)を行ってもよい。基板濃度は、1e18~1e21でよい。結晶型は、4H-SiCでも、6Hでも、3Cでもよい。面は、Si面でも、C面でも、その他面方位でもよい。好ましくは、オフ角が存在する基板を用いるとよいが、ジャスト基板を用いてもよい。ステップAで準備される基板の種類、濃度、面、オフ角等などは、本実施形態の設計条件計算システム100で半導体材料に関して最適化された条件を適用してもよい。 First, in step A, a SiC bulk substrate (e.g., 4H-SiC, 1e18, Si-face, 4° off) is prepared. The SiC bulk substrate may be fabricated using a sublimation method, a solution method, a gas growth method, or a substrate already having an epitaxially grown layer. Chemical mechanical polishing (CMP) may be performed before the epitaxial layer is grown. The substrate concentration may be 1e18 to 1e21. The crystal type may be 4H-SiC, 6H, or 3C. The surface may be Si-face, C-face, or any other surface orientation. Preferably, a substrate with an off-angle is used, but a just-oriented substrate may also be used. The type, concentration, surface, off-angle, etc. of the substrate prepared in step A may be optimized for the semiconductor material using the design condition calculation system 100 of this embodiment.

次に、ステップBで、エピタキシャル成長層を形成する。例えば、キャリアガスにH2を用いてSiH4とC3H8を1500℃以上の温度で加熱し、エピタキシャル成長を行い、エピタキシャル層を形成する。形成されるエピタキシャル層の濃度や膜厚は作製するデバイスによって異なるが、濃度は1e14~1e18程度、膜厚は数μmから数十μmとするとよい。また、エピタキシャル層形成前に高濃度のバッファ層を形成してもよい。バッファ層の濃度は1e18程度であるとよい。なお、エピタキシャル層をドリフト層とも称する。エピタキシャル層やバッファ層の成長条件(温度、キャリアガス、パージガス、その他装置条件)、濃度、膜厚などは、本実施形態の設計条件計算システム100で半導体材料に関して最適化された条件を適用してもよい。 Next, in step B, an epitaxial growth layer is formed. For example, SiH4 and C3H8 are heated to a temperature of 1500°C or higher using H2 as the carrier gas, and epitaxial growth is performed to form an epitaxial layer. The concentration and thickness of the epitaxial layer formed vary depending on the device being fabricated, but a concentration of approximately 1e14 to 1e18 and a thickness of several microns to several tens of microns are recommended. A highly concentrated buffer layer may also be formed before forming the epitaxial layer. The concentration of the buffer layer is preferably approximately 1e18. The epitaxial layer is also referred to as a drift layer. The growth conditions (temperature, carrier gas, purge gas, other device conditions), concentration, thickness, etc. of the epitaxial layer and buffer layer may be optimized for the semiconductor material using the design condition calculation system 100 of this embodiment.

次に、ステップCで、イオン注入領域を形成する。ステップCは、実施例5で後述するSiCパワー半導体装置において必要なステップである。例えば、P型の注入イオンはアルミニウム、ボロンでよく、N型の注入イオンは窒素、リンでよい。ドリフト層に、P型のボディ領域(p)と電位固定領域(p++)とガード領域(p)を、N型のソース領域(n++)と電流拡散領域(n+)とJFET領域(n-~n+)を、それぞれイオン注入によって形成する。ボディ領域はP型のエピタキシャル成長で形成してもよい。なお、極性は、P型N型反転してもよい。「-」及び「+」は導電型がn型又はp型の相対的な不純物濃度を表す符号であり、例えば「n--」、「n-」、「n」、「n+」、「n++」の順にn型不純物の濃度が高くなる。 Next, in step C, ion implantation regions are formed. Step C is a necessary step for the SiC power semiconductor device described later in Example 5. For example, P-type implanted ions may be aluminum or boron, and N-type implanted ions may be nitrogen or phosphorus. A P-type body region (p), potential clamping region (p++), and guard region (p), as well as an N-type source region (n++), current diffusion region (n+), and JFET region (n- to n+) are formed in the drift layer by ion implantation. The body region may be formed by P-type epitaxial growth. Note that the polarity may be reversed between P-type and N-type. "-" and "+" are symbols that indicate the relative impurity concentration of n-type or p-type conductivity. For example, the concentration of n-type impurities increases in the order of "n--", "n-", "n", "n+", and "n++".

ソース領域と電位固定領域はウェハ表面に接するように形成される。ボディ領域は、ソース領域と接しており、ソース領域より深い箇所に形成される。さらに、ボディ領域は、電位固定領域と電気的に接続されている。電流拡散領域は、ボディ領域と接しており、ボディ領域より深い箇所に形成される。ガード領域は、電流拡散領域と接しており、電流拡散領域より深い箇所に形成される。さらに、ガード領域は、電位固定領域と電気的に接続されている。JFET領域は、電流拡散領域とドリフト領域を繋ぐ、ガード領域に挟まれる領域であり、抵抗を低くするためにイオン注入を行ってもよい。なお、図5に示す例では、MOSが動作する最小限の構成としているため、例えばターミネーション領域等の機能を付加する構造を作製してもよい。 The source region and potential clamping region are formed in contact with the wafer surface. The body region is in contact with the source region and is formed deeper than the source region. Furthermore, the body region is electrically connected to the potential clamping region. The current spreading region is in contact with the body region and is formed deeper than the body region. The guard region is in contact with the current spreading region and is formed deeper than the current spreading region. Furthermore, the guard region is electrically connected to the potential clamping region. The JFET region is a region sandwiched between the guard regions that connects the current spreading region and drift region, and ion implantation may be performed to reduce resistance. Note that the example shown in Figure 5 has the minimum configuration necessary for MOS operation, so a structure that adds functions such as a termination region may also be created.

イオン注入時に用いるマスク条件(種類、厚さ、作製条件、マスク除去条件など)及び注入条件(イオン種、注入エネルギー、注入段数、注入角度など)は、本発明のシステムで作製条件に関して最適化された条件を適用してもよく、注入深さ、注入領域、不純物濃度等は、本実施形態の設計条件計算システム100で設計及び構造に関して最適化された条件を適用してもよい。 The mask conditions (type, thickness, fabrication conditions, mask removal conditions, etc.) and implantation conditions (ion species, implantation energy, number of implantation stages, implantation angle, etc.) used during ion implantation may be optimized for fabrication conditions using the system of the present invention, and the implantation depth, implantation region, impurity concentration, etc. may be optimized for design and structure using the design condition calculation system 100 of this embodiment.

次に、ステップDで、炭化珪素基板及び炭化珪素エピタキシャル層の周囲に不純物活性化アニールのキャップ材の炭素膜を堆積させ、不純物活性化アニールを、例えば1600~1800℃の温度で不純物活性化アニールを行う。その後、キャップ材の炭素層を酸素プラズマアッシングにより除去する。その後、熱酸化膜を形成し、希釈フッ酸溶液を用いて熱酸化膜を除去して、表面を清浄化してもよい。キャップ材の種類、アニール温度、アニール時間、キャップ材の除去方法における条件や、熱酸化膜の種類、形、厚さ、その他形成条件、及び除去条件等は、本実施形態の設計条件計算システム100で作製条件に関して最適化された条件を適用してもよい。 Next, in step D, a carbon film of cap material for impurity activation annealing is deposited around the silicon carbide substrate and the silicon carbide epitaxial layer, and impurity activation annealing is performed at a temperature of, for example, 1600 to 1800°C. The carbon layer of the cap material is then removed by oxygen plasma ashing. A thermal oxide film may then be formed, and the thermal oxide film may be removed using a diluted hydrofluoric acid solution to clean the surface. The type of cap material, annealing temperature, annealing time, conditions for the cap material removal method, and the type, shape, thickness, and other formation and removal conditions of the thermal oxide film may be optimized for the manufacturing conditions using the design condition calculation system 100 of this embodiment.

次に、ステップEで、トレンチを形成する。例えば、ソース領域とボディ領域と電流拡散領域を貫通してガード領域内に底が収まるトレンチをエッチングによって形成する。
その後、熱酸化膜を形成し、希釈フッ酸溶液を用いて熱酸化膜を除去して、エッチングした表面を清浄化してもよい。エッチングに用いるマスク条件(種類、厚さ、作製条件、マスク除去条件)、及びエッチング条件(エッチング時間、エッチングガス種、印加電圧など)、及びエッチング後処理(熱酸化膜の種類、形、厚さ、その他形成条件及び除去条件など)は、本実施形態の設計条件計算システム100で作製条件に関して最適化された条件を適用してもよい。また、トレンチの深さ・幅・形状等は、本実施形態の設計条件計算システム100で設計や構造に関して最適化された条件を適用してもよい。
Next, in step E, a trench is formed. For example, a trench is formed by etching, which penetrates the source region, the body region, and the current diffusion region and has a bottom that fits within the guard region.
Thereafter, a thermal oxide film may be formed, and the thermal oxide film may be removed using a diluted hydrofluoric acid solution to clean the etched surface. The mask conditions (type, thickness, fabrication conditions, mask removal conditions) used in the etching, the etching conditions (etching time, etching gas type, applied voltage, etc.), and the post-etching treatment (type, shape, thickness, other fabrication conditions and removal conditions, etc.) may be optimized in terms of fabrication conditions by the design condition calculation system 100 of this embodiment. Furthermore, the depth, width, shape, etc. of the trench may be optimized in terms of design and structure by the design condition calculation system 100 of this embodiment.

次に、ステップFで、半導体にゲート絶縁膜を形成する。例えば、ゲート絶縁膜は、熱CVD法によってSiO2膜から形成される。ゲート絶縁膜の厚さは、例えば0.005~0.15μm程度である。厚さ100~300nm程度のn型多結晶シリコン膜からなるゲート電極を堆積した後、ゲート電極を覆うように層間膜を形成するとよい。ゲート絶縁膜及びゲート電極及び層間膜の種類、作製条件(作製方法など)、アニール温度、アニール時間、キャップ材の除去方法における条件、熱酸化膜の種類、その他形成条件、除去条件などは、本実施形態の設計条件計算システム100で作製条件に関して最適化された条件を適用してもよく、ゲート絶縁膜及び熱酸化膜の形、厚さなどは、本実施形態の設計条件計算システム100で設計や構造に関して最適化された条件を適用してもよい。 Next, in step F, a gate insulating film is formed on the semiconductor. For example, the gate insulating film is formed from a SiO2 film by thermal CVD. The thickness of the gate insulating film is, for example, approximately 0.005 to 0.15 μm. After depositing a gate electrode made of an n-type polycrystalline silicon film approximately 100 to 300 nm thick, an interlayer film is preferably formed to cover the gate electrode. The types of gate insulating film, gate electrode, and interlayer film, their fabrication conditions (fabrication method, etc.), annealing temperature, annealing time, conditions for the capping material removal method, type of thermal oxide film, and other formation and removal conditions may be optimized for fabrication conditions using the design condition calculation system 100 of this embodiment. The shape and thickness of the gate insulating film and thermal oxide film may be optimized for design and structure using the design condition calculation system 100 of this embodiment.

次に、ステップGで、各種電極を形成する。例えば、ソース領域と電位固定領域とコンタクトを取るために、レジストをマスクにして層間膜をエッチングし、コンタクトホールを形成し、シリサイド用メタルを堆積させた後、700℃~1000℃のアニール処理によりシリサイド化して、ソースベース共通コンタクトを形成する。その後、ゲート電極とコンタクトを取るために、層間膜をエッチングし、ゲートコンタクトホールを形成する。 Next, in step G, various electrodes are formed. For example, to make contact between the source region and the potential fixing region, the interlayer film is etched using a resist as a mask to form contact holes, silicide metal is deposited, and then annealed at 700°C to 1000°C to form a silicide, forming a common source-base contact. After that, to make contact with the gate electrode, the interlayer film is etched and a gate contact hole is formed.

さらに、ソース電極を形成する。併せて、裏面のドレイン領域上をシリサイド化して、ドレインコンタクトを形成し、更にドレインコンタクト電極を形成する。シリサイドメタルやソース電極とドレインコンタクト電極には、例えばNi、Alなどの金属材料を用いるとよい。その後、デバイス保護のために、絶縁体からなる表面全体を覆う表面保護膜を形成する工程、電極へ配線する工程を経て、半導体装置が完成する。 Then, a source electrode is formed. At the same time, the drain region on the back surface is silicided to form a drain contact, and then a drain contact electrode is formed. Metal materials such as Ni and Al are preferably used for the silicide metal, source electrode, and drain contact electrode. After that, a surface protection film made of an insulator is formed to cover the entire surface to protect the device, and wiring to the electrodes is performed, completing the semiconductor device.

層間膜エッチング条件(エッチング時間、エッチングガス種、印加電圧など)及びコンタクト、電極条件(金属材料、シリサイドアニール温度等条件など)及び絶縁膜、配線作製条件などは、本実施形態の設計条件計算システム100で作製条件に関して最適化された条件を適用してもよく、電極及びコンタクト領域、範囲などは、本実施形態の設計条件計算システム100で設計や構造に関して最適化された条件を適用してもよい。 Interlayer film etching conditions (etching time, etching gas type, applied voltage, etc.), contact and electrode conditions (metal material, silicide annealing temperature, etc.), and insulating film and wiring fabrication conditions may be optimized for fabrication conditions using the design condition calculation system 100 of this embodiment, and electrode and contact regions and ranges may be optimized for design and structure using the design condition calculation system 100 of this embodiment.

次に、前述した実施形態の設計条件計算システム100を適用した具体的な実施例を説明する。 Next, we will explain a specific example in which the design condition calculation system 100 of the above-mentioned embodiment is applied.

<実施例1>
本実施例の設計条件計算システム100は、パワー半導体装置として、チャネルの構造とJFETの構造を独立に設計可能な構造を持つトレンチMIS FET、及びトレンチMIS FETを搭載したインバーター回路について最適条件を計算する。
Example 1
The design condition calculation system 100 of this embodiment calculates the optimum conditions for a trench MIS FET, which has a structure that allows the channel structure and JFET structure to be designed independently, as a power semiconductor device, and an inverter circuit equipped with a trench MIS FET.

本実施例の入力画面の一例を図6A、図6Bを用いて説明する。本実施例で最適化する半導体装置はトレンチMIS FET構造を有する炭化ケイ素半導体装置である。例えば、入力画面では、トレンチ深さやドリフト濃度など、その設計において変化させたくない0又は1以上の変数を固定値として指定できる。一方、例えばトレンチ間のn-型のエピタキシャル層のJFET領域の設計やトレンチの幅や深さに対応するチャネル設計などの固定値として設定されない変数は最適化される。特に、本実施例で最適化されるトレンチMIS FET構造はトレンチをチャネルとして使用して、JFET領域がトレンチと離間して形成されるため、チャネルとJFETを独立して設計でき、一般的に問題となるオン抵抗と短絡耐量のトレードオフを回避する設計が可能となる。そこで、図6A、図6Bに示す例では、オン抵抗を最小とし、短絡耐量を適用回路に対して十分な時間(3μs)以上となるように目的変数の値を設定した。変数の種類、数などの条件は、図6A、図6Bに示すものに限らない。 An example of the input screen for this embodiment is described using Figures 6A and 6B. The semiconductor device to be optimized in this embodiment is a silicon carbide semiconductor device with a trench MISFET structure. For example, on the input screen, variables that do not need to be changed in the design, such as trench depth and drift concentration, can be specified as fixed values of 0 or 1 or greater. Meanwhile, variables that are not set as fixed values, such as the design of the JFET region in the n-type epitaxial layer between the trenches and the channel design corresponding to the trench width and depth, are optimized. In particular, the trench MISFET structure optimized in this embodiment uses the trench as the channel, and the JFET region is formed separately from the trench. This allows the channel and JFET to be designed independently, enabling a design that avoids the commonly problematic trade-off between on-resistance and short-circuit withstand capability. Therefore, in the example shown in Figures 6A and 6B, the values of the objective variables are set to minimize on-resistance and ensure short-circuit withstand capability for a sufficient time (3 μs) for the application circuit. The types and number of variables and other conditions are not limited to those shown in Figures 6A and 6B.

以上に説明したように、実施例1の設計条件計算システム100によると、実施例1に示すように、最適化される半導体装置のトレンチMIS FET構造を最適化設計でき、短絡時間とオン抵抗の両方の要求を満たす設計を容易に可能となる。 As described above, the design condition calculation system 100 of Example 1 makes it possible to optimize the trench MIS FET structure of the semiconductor device to be optimized, as shown in Example 1, and easily enables a design that meets the requirements for both short circuit time and on-resistance.

<実施例2>
本実施例の設計条件計算システム100は、材料がSiCに限らないパワー半導体装置が電力変換用途であるために特有な問題となる熱やノイズに対する最適条件を計算する。
Example 2
The design condition calculation system 100 of this embodiment calculates the optimum conditions for heat and noise, which are particular problems when a power semiconductor device made of a material other than SiC is used for power conversion.

本実施例では、Si又はSiC又は他の材料で作製されたパワー半導体装置を最適化する。パワー半導体装置は、電力変換を用途としており、大電力を扱うため、熱やノイズが誤動作などの安全面や動作寿命の観点から重要である。特に、ノイズの発生元がは、デバイスか回路かの特定が困難であり、発生原因の特定が技術者の経験知に依存する。従って、パワー半導体装置の設計や、パワー半導体装置搭載アプリケーションの設計において本発明は大きな効果を奏する。 In this embodiment, power semiconductor devices made of Si, SiC, or other materials are optimized. Power semiconductor devices are used for power conversion and handle large amounts of power, so heat and noise are important from the perspective of safety, such as preventing malfunctions, and from the perspective of operating life. In particular, it is difficult to identify the source of noise, whether it is the device or the circuit, and identifying the cause relies on the experience and knowledge of engineers. Therefore, the present invention is highly effective in the design of power semiconductor devices and the design of applications that incorporate power semiconductor devices.

図7は、本実施例のモデル構築ユニット102の前段の構成する補正機1の一例を示す図である。補正機1は、1以上の多層で構成されている。図7では、4層の構成を図示するが、層の数はこれ以外でもよい。これらの層のうち、本実施例では1以上の層が熱シミュレーションを用いたスパイラル学習で作成された熱特性回帰モデルを含む。例えば、入力における半導体装置搭載回路の設計や構造にモジュールの構造を規定する変数を入力すると、熱特性回帰モデルの層によって、モジュールの構造を規定する変数は熱容量や熱抵抗などの回路の成分として変換される。本実施例では図7に示すパラメータだけでなく、熱やノイズを引き起こすパラメータ、及び熱やノイズの影響を受けるパラメータが入力又は出力されるとよい。 Figure 7 is a diagram showing an example of the corrector 1 that constitutes the front stage of the model construction unit 102 in this embodiment. The corrector 1 is composed of one or more multi-layers. While Figure 7 illustrates a four-layer configuration, other numbers of layers may be used. Of these layers, in this embodiment, one or more layers include a thermal characteristic regression model created by spiral learning using thermal simulation. For example, when variables defining the module structure are input into the design and structure of the semiconductor device-mounted circuit in the input, the variables defining the module structure are converted into circuit components such as heat capacity and thermal resistance by the thermal characteristic regression model layer. In this embodiment, in addition to the parameters shown in Figure 7, parameters that cause heat and noise, and parameters that are affected by heat and noise, may be input or output.

<実施例3>
本実施例では、補正機1は、1以上の多層で構成されており、少なくとも一つの層が、半導体の物理特性を表した物理式を用いて特徴量を抽出し、次元を削減するエンコーダによって構成される。これにより、物理式に基づいた補正が可能となり、過学習を回避できる。
Example 3
In this embodiment, the corrector 1 is configured with one or more multilayers, and at least one layer is configured with an encoder that extracts features using a physical formula that represents the physical properties of a semiconductor and reduces dimensions. This enables correction based on the physical formula and prevents overfitting.

図8は、本実施例のモデル構築ユニット102の前段の構成する補正機1の一例を示す図である。エンコーダで次元削減される入力の例として、デバイス構造の設計値への適用を説明する。MOS FETにおけるドレイン電流式において、チャネル幅Wとチャネル長Lはホトグラフィ工程におけるマスク合わせずれによって設計値と相違していることがあるが、下式で電流に寄与するため、チャネル幅Wとチャネル長Lは出力のオン抵抗と特徴量W/Lが相関する。
ds=μeffoxW/L(Vg-Vth)Vds
8 is a diagram showing an example of the corrector 1 constituting the front stage of the model construction unit 102 in this embodiment. As an example of input dimension reduction by the encoder, application to the design value of a device structure will be described. In the drain current equation for a MOS FET, the channel width W and channel length L may differ from the design values due to mask misalignment in the photolithography process, but since they contribute to the current in the following equation, the channel width W and channel length L correlate with the output on-resistance and the feature quantity W/L.
I ds = μ eff C ox W/L(V g -V th )V ds

従って、前段の補正機1の1以上の層に存在するエンコーダで上式を計算することによって、特徴量W/Lを抽出し、特徴量W/Lを補正することで正しい出力が得られる。このようなエンコーダは、物理式に限らず、図9に示すように、入力と出力に同じ値を入れて学習を行うオートエンコーダによっても抽出できる。また、前述と同様に、物理式を用いたエンコーダ、及び学習によって構築されたエンコーダは後段の補正機2にも適用できる。 Therefore, by calculating the above equation using an encoder present in one or more layers of the previous-stage corrector 1, the feature W/L can be extracted and the feature W/L can be corrected to obtain the correct output. Such an encoder is not limited to physical equations; it can also be extracted using an autoencoder that trains by inputting the same values for input and output, as shown in Figure 9. Also, as mentioned above, encoders that use physical equations and encoders constructed by training can also be applied to the subsequent-stage corrector 2.

<実施例4>
本実施例では、補正機2で補正された半導体装置の実特性を中間層として扱う。
Example 4
In this embodiment, the actual characteristics of the semiconductor device corrected by the corrector 2 are treated as an intermediate layer.

図10は、本実施例のモデル構築ユニット102の一例を示す図である。 Figure 10 shows an example of the model construction unit 102 in this embodiment.

実施例4において、中間層は、特性回帰モデルと補正機2Aと回路特性モデルで構成される。 In Example 4, the intermediate layer is composed of a characteristic regression model, a corrector 2A, and a circuit characteristic model.

入力画面に入力された半導体装置のパラメータと半導体装置を搭載する回路のパラメータは、各々補正機1A、補正機1Bに別に入力される。補正機1Aは、半導体装置の材料、作製工程、及び設計の少なくとも一つを表すパラメータを観測不可能な物性値に変換する。図3に示すと同様に、特性回帰モデルは、半導体装置の観測不可能な物性値を観測不可能な理論特性値に変換し、補正機2Aは、半導体装置の観測不可能な理論特性値を測定可能な物理量に変換する。 The parameters of the semiconductor device and the parameters of the circuit on which the semiconductor device is mounted entered on the input screen are input separately to corrector 1A and corrector 1B, respectively. Corrector 1A converts parameters representing at least one of the semiconductor device's material, manufacturing process, and design into unobservable physical property values. As shown in Figure 3, the characteristic regression model converts the unobservable physical property values of the semiconductor device into unobservable theoretical characteristic values, and corrector 2A converts the unobservable theoretical characteristic values of the semiconductor device into measurable physical quantities.

補正機2で補正された半導体装置の実特性が中間層として扱われるので、デバイス特性は搭載回路の材料、作製工程、設計、構造と相関関係を有さず、デバイス特性に明らかに関連するデバイスの入力値から変換される変数にのみ関係付けられる。さらに、回路特性は、デバイスに関する変数と直接的には関係付けられず、搭載している半導体装置の特性β1,β2,…と関連付けられる。従って、特性回帰モデルは主にデバイスシミュレーションによる学習によって作成され、回路特性モデルは、主にデバイス特性を等価回路に置き換えた回路シミュレーションによる学習によって作成され、半導体装置を搭載した回路の材料、作製工程、及び設計の少なくとも一つを表すパラメータを、半導体装置を搭載した回路の理論特性値に変換する。回路特性モデルは、特性回帰モデルの出力値を半導体装置の特性の観測量との相関付けてもよい。例えば、半導体装置の特性の観測量としてオン抵抗を考えた場合、半導体装置搭載回路の設計や構造の条件として入力した値を補正機1で変換して求められた半導体装置の特性をオン抵抗や、モジュール構造によって生じる抵抗や、回路の抵抗を、補正機2Bによって半導体装置搭載回路の特性に変換し、回路特性モデルによって半導体装置搭載回路の実測値に変換する。 Because the actual characteristics of the semiconductor device corrected by corrector 2 are treated as an intermediate layer, the device characteristics are not correlated with the materials, manufacturing process, design, or structure of the mounted circuit, but are related only to variables converted from device input values that clearly relate to the device characteristics. Furthermore, the circuit characteristics are not directly related to device-related variables, but are associated with the characteristics β1, β2, ... of the mounted semiconductor device. Therefore, the characteristic regression model is created primarily by learning through device simulation, and the circuit characteristic model is created primarily by learning through circuit simulation in which the device characteristics are replaced with an equivalent circuit, and parameters representing at least one of the materials, manufacturing process, and design of the circuit mounted with the semiconductor device are converted into theoretical characteristic values of the circuit mounted with the semiconductor device. The circuit characteristic model may correlate the output values of the characteristic regression model with observed quantities of the semiconductor device characteristics. For example, if on-resistance is considered as an observable quantity of a semiconductor device characteristic, the values entered as design and structural conditions of the semiconductor device mounted circuit are converted by corrector 1 to obtain the semiconductor device characteristics into on-resistance, resistance caused by the module structure, and circuit resistance, which are then converted by corrector 2B into characteristics of the semiconductor device mounted circuit, and then converted into actual measured values of the semiconductor device mounted circuit using a circuit characteristic model.

補正機2Bは、半導体装置を搭載した回路の理論特性値を、当該回路の観測可能な特性値に変換する。 The corrector 2B converts the theoretical characteristic values of a circuit incorporating a semiconductor device into observable characteristic values of that circuit.

このように、予め直接相関がない相関は考慮せず、一部の相関だけを考慮して推論することで、より学習しやすく過学習を回避したモデルが作成できる。 In this way, by ignoring correlations that do not have a direct correlation and only taking into account some correlations, a model can be created that is easier to learn and avoids overfitting.

<実施例5>
本実施の形態では、SiCパワー半導体装置及びSiCパワー半導体装置搭載回路の作製方法を説明する。図5を参照してトレンチMIS FETの作製工程を前述したように、本実施例の半導体装置の製造方法は、前述した実施形態の設計条件計算システム100で設計や構造に関して最適化された作製条件を用いて半導体装置を製造する。
Example 5
In this embodiment, a method for manufacturing a SiC power semiconductor device and a circuit equipped with the SiC power semiconductor device will be described. As described above with reference to Fig. 5 for the manufacturing process of the trench MISFET, the semiconductor device manufacturing method of this embodiment manufactures a semiconductor device using manufacturing conditions optimized for design and structure by the design condition calculation system 100 of the above-described embodiment.

入力画面における入力値には、例えばトレンチを作製するためのエッチング時間や電圧、酸化膜の種類や酸化膜作製中の圧力など、プロセス中の条件を入力し最適化できる。また、学習によって作成されたモデル構築ユニット102の補正機1を半導体製造装置に搭載すれば、例えば、ホトグラフィ工程におけるマスクのずれ量や、酸化膜作製工程の条件などの作製条件から移動度などの物性値を計算でき、補正機1の学習結果を半導体装置を作製する製造装置にフィードバックできる。 The input values on the input screen can be optimized by inputting process conditions such as the etching time and voltage for creating trenches, the type of oxide film, and the pressure during oxide film creation. Furthermore, if the corrector 1 of the model construction unit 102 created through learning is installed in semiconductor manufacturing equipment, physical property values such as mobility can be calculated from manufacturing conditions such as the amount of mask misalignment in the photolithography process and the conditions of the oxide film creation process, and the learning results of the corrector 1 can be fed back to the manufacturing equipment that creates semiconductor devices.

このように、本実施形態の設計条件計算システム100を用いれば、図11に示すように、半導体作製装置を設計条件計算システム100と連携することで、諸々のデバイス条件に対して最適な条件で製造が可能となる。 In this way, by using the design condition calculation system 100 of this embodiment, as shown in Figure 11, semiconductor manufacturing equipment can be linked to the design condition calculation system 100, enabling manufacturing under optimal conditions for various device conditions.

<実施例6>
前述した実施例1~5では、モデル構築ユニット102が、事前学習された学習モデルに基づいて回帰モデルが予め構築される。一方、本実施例では、事前学習によって構築された回帰モデルが十分な精度を有さなくても、最適化計算の結果をフィードバックして、回帰モデルを再構築し、回帰モデルの精度を上げつつ、最適化計算を繰り返す。
Example 6
In the above-described first to fifth embodiments, the model construction unit 102 constructs a regression model in advance based on a pre-trained learning model. On the other hand, in this embodiment, even if the regression model constructed by pre-training does not have sufficient accuracy, the results of the optimization calculation are fed back to reconstruct the regression model, and the optimization calculation is repeated while increasing the accuracy of the regression model.

図12A、図12Bは、本実施例の設計条件計算システム100が設計条件を計算する処理のフローチャートである。 Figures 12A and 12B are flowcharts of the process by which the design condition calculation system 100 of this embodiment calculates design conditions.

本実施例では、最適化計算の終了後、求められた目的変数がある一定の基準を満たさない場合に、最適化設計周りの物理シミュレーションをやり直し、モデル構築ユニット102の中間層の特性回帰モデルにフィードバックして再度学習することで、より精度の高い回帰モデルを構築し、最適化計算を行う。図12A、図12Bに示す例では、目的変数βiと入力画面に入力された目的変数の条件となる目標値ansとの差が所定の閾値εより小さくなるように最適化する。すなわち、ステップ8で、目的変数βiと目標値ansとの差が所定の閾値εより大きいかを判定し、目的変数βiと目標値ansとの差が所定の閾値εより大きい場合、最適化計算で最適化した入力値をモデル構築ユニット102にフィードバックし、フィードバックされた入力値をモデル構築ユニット102の前段の補正機1で変換し、フィードバックされた入力値が変換された物性値付近での物理シミュレーションを行って、当該物性値と物理シミュレーションで得られた理論特性値を、モデル構築ユニット102の特性回帰モデルにフィードバックして、新しい特性回帰モデルを構築する。その後、新しい特性回帰モデルを用いて再度最適化計算を行う。最適化計算の結果は再度ステップ8で判定され、目的変数βiと目標値ansとの差が所定の閾値εより大きい場合は、再計算処理を繰り返す。計算された目的変数βiと目標値ansとの差が所定の閾値εより小さい場合、繰り返し処理を終了し、最適計算結果を表示する。 In this embodiment, if the objective variable obtained after the optimization calculation does not satisfy a certain standard, a physical simulation related to the optimized design is redone, and the result is fed back to the characteristic regression model in the intermediate layer of the model construction unit 102 for re-learning, thereby constructing a more accurate regression model and performing the optimization calculation. In the example shown in Figures 12A and 12B, optimization is performed so that the difference between the objective variable βi and the target value ans, which is the condition for the objective variable entered on the input screen, is smaller than a predetermined threshold ε. That is, in step 8, it is determined whether the difference between the objective variable βi and the target value ans is greater than a predetermined threshold ε. If the difference between the objective variable βi and the target value ans is greater than the predetermined threshold ε, the input values optimized in the optimization calculation are fed back to the model construction unit 102, the fed-back input values are converted by the corrector 1 in the upstream stage of the model construction unit 102, a physical simulation is performed near the physical property values converted from the fed-back input values, and the physical property values and the theoretical property values obtained in the physical simulation are fed back to the characteristic regression model in the model construction unit 102 to construct a new characteristic regression model. The optimization calculation is then performed again using the new characteristic regression model. The results of the optimization calculation are evaluated again in step 8, and if the difference between the objective variable βi and the target value ans is greater than the predetermined threshold ε, the calculation process is repeated. If the difference between the calculated objective variable βi and the target value ans is less than the predetermined threshold ε, the iterative process is terminated and the optimal calculation result is displayed.

図12Bに示すシーケンス図のように、最適化計算と物理シミュレーションとモデル構築が同じ回数で繰り返してもよいが、最適化計算を1回以上行えば、最適化計算のための回帰モデルと条件の取り出しは複数回行ってもよい。例えば、予め最適化計算の回数又は時間を指定し、その回数又は時間の範囲内で目標値ansとの差がεより小さい目的変数βiを導出できる説明変数を見つけられない場合、モデルを再構築するとよい。また、本実施例の場合も、実施例1と同様、データ保存ユニット104へのデータの保存回数は前述に限らない、また、モデル構築ユニット102の処理(ステップ4)及び物理シミュレーション(ステップ9)は設計条件計算システム100の外部(例えばクラウドなど)で行ってもよい。 As shown in the sequence diagram of FIG. 12B, the optimization calculation, physical simulation, and model construction may be repeated the same number of times, but as long as the optimization calculation is performed one or more times, the regression model and conditions for the optimization calculation may be retrieved multiple times. For example, if the number of optimization calculations or time are specified in advance, and an explanatory variable that can derive a target variable βi whose difference from the target value ans is smaller than ε cannot be found within that number of calculations or time, the model may be reconstructed. Also, in this embodiment, as in Example 1, the number of times data is saved to the data storage unit 104 is not limited to the number described above. Furthermore, the processing (step 4) of the model construction unit 102 and the physical simulation (step 9) may be performed outside the design condition calculation system 100 (e.g., on the cloud).

以上に説明した、最適化計算のモデル構築へのフィードバックによって、事前学習されたモデル構築ユニット102の中間層の特性回帰モデルにおいて、事前学習のシミュレーションデータ数が少なく、かつ特性回帰モデルの精度が低くても、求めたい設計に近い範囲のシミュレーションデータがフィードバックによって追加されるため、最適化計算結果に近い範囲で回帰モデルの精度を向上し、所望の目的変数を導出する説明変数の計算精度も向上できる。図12Aでは、目的変数βiと目標値ansとの差が所定の閾値εより小さいことを繰り返し計算の条件としたが、繰り返し計算の条件はこれに限らず、入力画面で最小、最大、一つの値、値の範囲を指定できる。 As explained above, the feedback to the optimization calculation model construction allows the pre-trained characteristic regression model in the intermediate layer of the model construction unit 102 to be added through feedback in a range close to the desired design, even if the number of pre-trained simulation data is small and the accuracy of the characteristic regression model is low. This improves the accuracy of the regression model in a range close to the optimization calculation results, and also improves the calculation accuracy of the explanatory variables that derive the desired objective variable. In Figure 12A, the condition for the iterative calculation is that the difference between the objective variable βi and the target value ans is smaller than a predetermined threshold ε, but the condition for the iterative calculation is not limited to this, and the minimum, maximum, one value, or value range can be specified on the input screen.

以上に説明したように、本発明の実施例の設計条件計算システム100は、所定の処理を実行する演算装置(計算ユニット101)と、データが入力される入力部(入出力ユニット108)と、前記演算装置がアクセス可能な記憶装置(データ保存ユニット104)とを備え、前記入力部は、半導体装置の材料、作製工程、及び設計の少なくとも一つを表す第1のパラメータと、前記半導体装置を搭載する回路の材料、作製工程、及び設計の少なくとも一つを表す第2のパラメータと、前記半導体装置及び前記半導体装置を搭載する回路の少なくとも一つの特性を表す第3のパラメータとの入力を受け、設計条件計算システム100は、前記演算装置が、モデル構築ユニットが構築したモデルを用いて、所定の条件を満たすように、前記第1のパラメータ及び前記第2のパラメータを計算する最適化計算ユニット103を有し、モデル構築ユニット102が構築するモデルは、前段に設けられる第1の変換モデル(物性値計算モデルである補正機1)と、後段に設けられる第2の変換モデル(物理量計算モデルである補正機2)と、前記第1の変換モデルと前記第2の変換モデルとの間に設けられる特性回帰モデルを含み、前記第1のパラメータ及び前記第2のパラメータを入力とし、前記第3のパラメータを出力とすることによって各パラメータを関係付けており、前記第1の変換モデルは、前記第1のパラメータ及び前記第2のパラメータの少なくとも一方を前記特性回帰モデルに入力される物性値に変換し、前記特性回帰モデルは、観測不可能な物性値を観測不可能な理論特性値に変換し、前記第2の変換モデルは、理論特性値を実特性値に変換し、最適化計算ユニット103は、構築されたモデルを用いて、前記第1のパラメータ及び前記第2のパラメータの一部に設定される固定値を拘束条件として、前記第3のパラメータの値及び範囲の一つ又は組み合わせによる条件を満たすように、前記拘束条件でない前記第1のパラメータ及び前記第2のパラメータを計算し、前記計算された第1のパラメータ及び第2のパラメータを出力するので、アプリケーションの要請に合わせたパワーデバイスにおける多数の特性を満たす最適化設計を迅速かつ低コストで提供できる。また、特性回帰モデルで用いられるシミュレーションは観測不可能なパラメータの関係しか計算できないのに対し、前段の補正機1と後段の補正機2によって観測可能なデータのモデルを高精度に構築できる。また、モデルを作成することで、毎回時間のかかるシミュレーションをせずに、高精度に特性を予測できる。 As described above, the design condition calculation system 100 according to an embodiment of the present invention comprises a calculation device (calculation unit 101) that executes predetermined processing, an input unit (input/output unit 108) to which data is input, and a storage device (data storage unit 104) accessible by the calculation device. The input unit receives input of a first parameter representing at least one of the material, manufacturing process, and design of a semiconductor device, a second parameter representing at least one of the material, manufacturing process, and design of a circuit incorporating the semiconductor device, and a third parameter representing at least one characteristic of the semiconductor device and the circuit incorporating the semiconductor device. The design condition calculation system 100 includes an optimization calculation unit 103 in which the calculation device calculates the first parameter and the second parameter using a model constructed by a model construction unit so as to satisfy predetermined conditions. The model constructed by the model construction unit 102 comprises a first conversion model (corrector 1, which is a physical property calculation model) provided in the preceding stage, a second conversion model (corrector 2, which is a physical quantity calculation model) provided in the succeeding stage, and the The optimization calculation unit 103 uses the constructed model to calculate the first and second parameters that are not constraint conditions, using fixed values set for some of the first and second parameters as constraint conditions, so as to satisfy one or a combination of the value and range of the third parameter, and outputs the calculated first and second parameters, thereby making it possible to provide an optimized design that satisfies numerous characteristics in power devices tailored to application requirements quickly and at low cost. Furthermore, while the simulations used in characteristic regression models can only calculate the relationship between unobservable parameters, a highly accurate model of observable data can be constructed using the front-stage corrector 1 and rear-stage corrector 2. Furthermore, by creating a model, characteristics can be predicted with high accuracy without having to perform time-consuming simulations each time.

なお、本発明は前述した実施例に限定されるものではなく、添付した特許請求の範囲の趣旨内における様々な変形例及び同等の構成が含まれる。例えば、前述した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに本発明は限定されない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えてもよい。また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えてもよい。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をしてもよい。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and includes various modifications and equivalent configurations within the spirit of the appended claims. For example, the above-described embodiments have been described in detail to clearly explain the present invention, and the present invention is not necessarily limited to configurations that include all of the described configurations. Furthermore, part of the configuration of one embodiment may be replaced with the configuration of another embodiment. Furthermore, the configuration of another embodiment may be added to the configuration of one embodiment. Furthermore, part of the configuration of each embodiment may be added to, deleted from, or replaced with other configurations.

また、前述した各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等により、ハードウェアで実現してもよく、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し実行することにより、ソフトウェアで実現してもよい。 Furthermore, the aforementioned configurations, functions, processing units, processing means, etc. may be realized in part or in whole in hardware, for example by designing them as integrated circuits, or in software, by a processor interpreting and executing a program that realizes each function.

各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリ、ハードディスク、SSD(Solid State Drive)等の記憶装置、又は、ICカード、SDカード、DVD等の記録媒体に格納することができる。 Information such as programs, tables, and files that implement each function can be stored in storage devices such as memory, hard disks, and solid-state drives (SSDs), or in recording media such as IC cards, SD cards, and DVDs.

また、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、実装上必要な全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には、ほとんど全ての構成が相互に接続されていると考えてよい。 Furthermore, the control lines and information lines shown are those considered necessary for explanation, and do not necessarily represent all control lines and information lines necessary for implementation. In reality, it is safe to assume that almost all components are interconnected.

100 設計条件計算システム
101 計算ユニット
102 モデル構築ユニット
103 最適化計算ユニット
104 データ保存ユニット
105 通信部
106 操作部
107 出力部
108 入出力ユニット
100 Design condition calculation system 101 Calculation unit 102 Model construction unit 103 Optimization calculation unit 104 Data storage unit 105 Communication unit 106 Operation unit 107 Output unit 108 Input/output unit

Claims (13)

設計条件計算システムであって、
所定の処理を実行する演算装置と、データが入力される入力部と、前記演算装置がアクセス可能な記憶装置とを備え、
前記入力部は、半導体装置の材料、作製工程、及び設計の少なくとも一つを表す第1のパラメータと、前記半導体装置を搭載する回路の材料、作製工程、及び設計の少なくとも一つを表す第2のパラメータと、前記半導体装置及び前記半導体装置を搭載する回路の少なくとも一つの特性を表す第3のパラメータとの入力を受け、
前記設計条件計算システムは、前記演算装置が、モデル構築ユニットが構築したモデルを用いて、所定の条件を満たすように、前記第1のパラメータ及び前記第2のパラメータを計算する最適化計算ユニットを有し、
前記モデル構築ユニットが構築するモデルは、
前段に設けられる第1の変換モデルと、後段に設けられる第2の変換モデルと、前記第1の変換モデルと前記第2の変換モデルとの間に設けられる特性回帰モデルを含み、
前記第1のパラメータ及び前記第2のパラメータを入力とし、前記第3のパラメータを出力とすることによって各パラメータを関係付けており、
前記第1の変換モデルは、前記第1のパラメータ及び前記第2のパラメータの少なくとも一方を前記特性回帰モデルに入力される物性値に変換し、
前記特性回帰モデルは、観測不可能な物性値を観測不可能な理論特性値に変換し、
前記第2の変換モデルは、理論特性値を実特性値に変換し、
前記最適化計算ユニットは、
前記構築されたモデルを用いて、前記第1のパラメータ及び前記第2のパラメータの一部に設定される固定値を拘束条件として、前記第3のパラメータの値及び範囲の一つ又は組み合わせによる条件を満たすように、前記拘束条件でない前記第1のパラメータ及び前記第2のパラメータを計算し、
前記計算された第1のパラメータ及び第2のパラメータを出力することを特徴とする設計条件計算システム。
A design condition calculation system,
The system includes a computing device that executes predetermined processing, an input unit to which data is input, and a storage device that can be accessed by the computing device,
the input unit receives input of a first parameter representing at least one of a material, a manufacturing process, and a design of the semiconductor device, a second parameter representing at least one of a material, a manufacturing process, and a design of a circuit on which the semiconductor device is mounted, and a third parameter representing at least one characteristic of the semiconductor device and the circuit on which the semiconductor device is mounted;
the design condition calculation system includes an optimization calculation unit configured to calculate the first parameters and the second parameters using a model constructed by a model construction unit so as to satisfy predetermined conditions;
The model constructed by the model construction unit is
a first conversion model provided in a preceding stage, a second conversion model provided in a succeeding stage, and a characteristic regression model provided between the first conversion model and the second conversion model;
the first parameter and the second parameter are input, and the third parameter is output, thereby relating the respective parameters;
the first conversion model converts at least one of the first parameter and the second parameter into a physical property value to be input to the characteristic regression model;
The property regression model converts unobservable physical property values into unobservable theoretical property values;
the second conversion model converts theoretical characteristic values into actual characteristic values;
The optimization calculation unit
using the constructed model, calculating the first parameters and the second parameters that are not constraint conditions so as to satisfy a condition based on one or a combination of the value and range of the third parameter, with fixed values set as part of the first parameters and the second parameters as constraint conditions;
A design condition calculation system that outputs the calculated first and second parameters.
請求項1に記載の設計条件計算システムであって、
前記最適化計算ユニットは、前記設計条件計算システムの外部に設けられた前記モデル構築ユニットで作成された回帰モデルを用いて、前記拘束条件でない前記第1のパラメータ及び前記第2のパラメータを計算することを特徴とする設計条件計算システム。
2. The design condition calculation system according to claim 1,
a design condition calculation system characterized in that the optimization calculation unit calculates the first parameter and the second parameter which are not the constraint conditions by using a regression model created by the model construction unit provided outside the design condition calculation system.
請求項1に記載の設計条件計算システムであって、
前記第1のパラメータは、前記半導体装置の物性値である、移動度、実効的な不純物濃度、界面準位、及び酸化膜中トラップ密度の少なくとも一つを含むことを特徴とする設計条件計算システム。
2. The design condition calculation system according to claim 1,
The design condition calculation system is characterized in that the first parameter includes at least one of the physical property values of the semiconductor device, that is, mobility, effective impurity concentration, interface state, and oxide film trap density.
請求項1に記載の設計条件計算システムであって、
前記第3のパラメータは、パワー半導体装置又はパワー半導体装置搭載回路に関する特性である、オン抵抗、短絡耐量、閾値電圧、周波数帯域、耐圧、スイッチング損失、及び絶縁膜信頼性の少なくとも一つを含むことを特徴とする設計条件計算システム。
2. The design condition calculation system according to claim 1,
The design condition calculation system is characterized in that the third parameter includes at least one of on-resistance, short-circuit withstand capability, threshold voltage, frequency band, withstand voltage, switching loss, and insulating film reliability, which are characteristics related to a power semiconductor device or a power semiconductor device mounted circuit.
請求項4に記載の設計条件計算システムであって、
前記第3のパラメータは、オン抵抗及び短絡耐量が含まれ、
前記最適化計算ユニットは、JFET領域の構造とチャネル領域の構造とを独立に設計可能な炭化ケイ素半導体装置において、前記オン抵抗と前記短絡耐量のトレードオフが改善される前記第1のパラメータ及び前記第2のパラメータを計算することを特徴とする設計条件計算システム。
5. The design condition calculation system according to claim 4,
the third parameter includes an on-resistance and a short-circuit withstand capability,
The optimization calculation unit calculates the first parameter and the second parameter that improve the trade-off between the on-resistance and the short-circuit tolerance in a silicon carbide semiconductor device that allows the structure of a JFET region and the structure of a channel region to be designed independently.
請求項1に記載の設計条件計算システムであって、
前記第1の変換モデルは、1以上の層を含み、
前記第1の変換モデルに含まれる層の1以上は、熱シミュレーションによって学習された熱特性回帰モデルであることを特徴とする設計条件計算システム。
2. The design condition calculation system according to claim 1,
the first transformation model includes one or more layers;
A design condition calculation system, characterized in that one or more layers included in the first conversion model are thermal characteristic regression models learned by thermal simulation.
請求項1に記載の設計条件計算システムであって、
前記第1の変換モデルは、1以上の層を含み、
前記第1の変換モデルに含まれる層の1以上は、前記第1のパラメータ及び前記第2のパラメータの少なくとも一部の特徴量を抽出して、入力されたパラメータの次元を削減するエンコーダであることを特徴とする設計条件計算システム。
2. The design condition calculation system according to claim 1,
the first transformation model includes one or more layers;
A design condition calculation system characterized in that one or more layers included in the first transformation model are encoders that extract features of at least some of the first parameters and the second parameters and reduce the dimensions of the input parameters.
請求項7に記載の設計条件計算システムであって、
前記エンコーダは、半導体の物理特性を表した物理式を用いて特徴量を抽出することを特徴とする設計条件計算システム。
8. The design condition calculation system according to claim 7,
The design condition calculation system is characterized in that the encoder extracts feature quantities using physical formulas that represent physical properties of semiconductors.
請求項7に記載の設計条件計算システムであって、
前記エンコーダは、入力値と出力値に同じ値を用いて学習するオートエンコーダであることを特徴とする設計条件計算システム。
8. The design condition calculation system according to claim 7,
A design condition calculation system characterized in that the encoder is an autoencoder that learns using the same values for input and output values.
請求項1に記載の設計条件計算システムであって、
前記モデル構築ユニットの前段は、前記第1の変換モデルと第3の変換モデルとを含み、
前記モデル構築ユニットの中間層は、前記特性回帰モデルと前記第2の変換モデルと回路特性モデルとを含み、
前記モデル構築ユニットの後段は、第4の変換モデルを含み、
前記第1の変換モデルは、前記第1のパラメータを前記特性回帰モデルに入力される半導体装置の観測不可能な物性値に変換し、
前記特性回帰モデルは、前記半導体装置の観測不可能な物性値を観測不可能な理論特性値に変換し、
前記第2の変換モデルは、前記半導体装置の観測不可能な理論特性値を実特性値に変換し、
前記回路特性モデルは、前記第2の変換モデルが出力した半導体装置の実特性値と前記第2のパラメータを前記半導体装置の搭載回路の理論特性値に変換し、
前記第3の変換モデルは、前記第2のパラメータを前記回路特性モデルに入力される前記半導体装置の搭載回路の観測不可能な物性値に変換し、
前記第4の変換モデルは、前記回路特性モデルが出力した半導体装置の搭載回路の理論特性値を実特性値に変換することを特徴とする設計条件計算システム。
2. The design condition calculation system according to claim 1,
the front stage of the model construction unit includes the first transformation model and a third transformation model;
an intermediate layer of the model building unit includes the characteristic regression model, the second transformation model, and a circuit characteristic model;
the latter stage of the model building unit includes a fourth transformation model;
the first conversion model converts the first parameter into an unobservable physical property value of the semiconductor device to be input to the characteristic regression model;
the characteristic regression model converts unobservable physical property values of the semiconductor device into unobservable theoretical characteristic values;
the second conversion model converts unobservable theoretical characteristic values of the semiconductor device into actual characteristic values;
the circuit characteristic model converts the actual characteristic values of the semiconductor device output by the second conversion model and the second parameters into theoretical characteristic values of a circuit mounted on the semiconductor device;
the third conversion model converts the second parameters into unobservable physical property values of a circuit mounted on the semiconductor device to be input to the circuit characteristic model;
The design condition calculation system is characterized in that the fourth conversion model converts theoretical characteristic values of a circuit mounted on a semiconductor device outputted by the circuit characteristic model into actual characteristic values.
請求項1に記載の設計条件計算システムであって、
前記第1の変換モデルは、前記設計条件計算システムに接続された半導体作製装置に実装されており、
前記半導体作製装置は、前記第1の変換モデルを用いて、処理条件を算出することを特徴とする設計条件計算システム。
2. The design condition calculation system according to claim 1,
the first conversion model is implemented in a semiconductor manufacturing device connected to the design condition calculation system,
The semiconductor manufacturing device calculates processing conditions using the first conversion model.
請求項1に記載の設計条件計算システムであって、
前記演算装置は、
前記拘束条件でない前記第1のパラメータ及び前記第2のパラメータが計算された後、
前記第3のパラメータを目標値と比較判定し、
前記第3のパラメータが前記目標値に対する所定の条件を満たさない場合、前記最適化計算ユニットの入力値及び出力値をフィードバックして、前記特性回帰モデルを学習して再構築することを特徴とする設計条件計算システム。
2. The design condition calculation system according to claim 1,
The computing device
After the first parameter and the second parameter that are not constraints are calculated,
comparing the third parameter with a target value;
a design condition calculation system characterized in that, when the third parameter does not satisfy a predetermined condition for the target value, the input value and output value of the optimization calculation unit are fed back to learn and reconstruct the characteristic regression model.
設計条件計算システムによって出力された第1のパラメータを条件として半導体装置を製造する製造方法であって、
前記設計条件計算システムは、所定の処理を実行する演算装置と、データが入力される入力部と、前記演算装置がアクセス可能な記憶装置とを有する計算機によって構成され、
前記入力部は、前記半導体装置の材料、作製工程、及び設計の少なくとも一つを表す第1のパラメータと、前記半導体装置を搭載する回路の材料、作製工程、及び設計の少なくとも一つを表す第2のパラメータと、前記半導体装置及び前記半導体装置を搭載する回路の少なくとも一つの特性を表す第3のパラメータとの入力を受け、
前記設計条件計算システムは、前記演算装置が、モデル構築ユニットが構築したモデルを用いて、所定の条件を満たすように、前記第1のパラメータ及び前記第2のパラメータを計算する最適化計算ユニットを有し、
前記モデル構築ユニットが構築する回帰モデルは、
前段に設けられる第1の変換モデルと、後段に設けられる第2の変換モデルと、前記第1の変換モデルと前記第2の変換モデルとの間に設けられる特性回帰モデルを含み、
前記第1のパラメータ及び前記第2のパラメータを入力とし、前記第3のパラメータを出力とすることによって各パラメータを関係付けており、
前記第1の変換モデルは、前記第1のパラメータ及び前記第2のパラメータの少なくとも一方を前記特性回帰モデルに入力される物性値に変換し、
前記回帰モデルは、観測不可能な物性値を観測不可能な理論特性値に変換し、
前記第2の変換モデルは、理論特性値を実特性値に変換し、
前記最適化計算ユニットは、
前記構築されたモデルを用いて、前記第1のパラメータ及び前記第2のパラメータの一部に設定される固定値を拘束条件として、前記第3のパラメータの値及び範囲の一つ又は組み合わせによる条件を満たすように、前記拘束条件でない前記第1のパラメータ及び前記第2のパラメータを計算し、
前記計算された第1のパラメータ及び第2のパラメータを出力することを特徴とする半導体装置の製造方法。
A manufacturing method for manufacturing a semiconductor device under conditions of first parameters output by a design condition calculation system, comprising:
The design condition calculation system is configured by a computer having an arithmetic unit that executes predetermined processing, an input unit to which data is input, and a storage device that can be accessed by the arithmetic unit,
the input unit receives input of a first parameter representing at least one of a material, a manufacturing process, and a design of the semiconductor device, a second parameter representing at least one of a material, a manufacturing process, and a design of a circuit on which the semiconductor device is mounted, and a third parameter representing at least one characteristic of the semiconductor device and the circuit on which the semiconductor device is mounted;
the design condition calculation system includes an optimization calculation unit configured to calculate the first parameters and the second parameters using a model constructed by a model construction unit so as to satisfy predetermined conditions;
The regression model constructed by the model construction unit is
a first conversion model provided in a preceding stage, a second conversion model provided in a succeeding stage, and a characteristic regression model provided between the first conversion model and the second conversion model;
the first parameter and the second parameter are input, and the third parameter is output, thereby relating the respective parameters;
the first conversion model converts at least one of the first parameter and the second parameter into a physical property value to be input to the characteristic regression model;
The regression model converts unobservable physical property values into unobservable theoretical property values;
the second conversion model converts theoretical characteristic values into actual characteristic values;
The optimization calculation unit
using the constructed model, calculating the first parameters and the second parameters that are not constraint conditions so as to satisfy a condition based on one or a combination of the value and range of the third parameter, with fixed values set as part of the first parameters and the second parameters as constraint conditions;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising: outputting the calculated first parameter and second parameter.
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012064154A (en) 2010-09-17 2012-03-29 Toshiba Corp Design device
JP2019003651A (en) 2017-06-18 2019-01-10 コベンター・インコーポレーテッドCoventor Incorporated System and method for key parameter identification, process model calibration and variability analysis in virtual semiconductor device fabrication environment
JP2020184123A (en) 2019-04-26 2020-11-12 国立大学法人群馬大学 Circuit design equipment, circuit design method and program
JP2021100039A (en) 2019-12-20 2021-07-01 旭化成株式会社 Device, method, and program

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012150574A (en) 2011-01-17 2012-08-09 Fuji Electric Co Ltd Simulation cooperation method and simulation device
JP2021196122A (en) 2020-06-16 2021-12-27 マーレベーアサーマルシステムズジャパン株式会社 Outdoor heat exchanger

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012064154A (en) 2010-09-17 2012-03-29 Toshiba Corp Design device
JP2019003651A (en) 2017-06-18 2019-01-10 コベンター・インコーポレーテッドCoventor Incorporated System and method for key parameter identification, process model calibration and variability analysis in virtual semiconductor device fabrication environment
JP2020184123A (en) 2019-04-26 2020-11-12 国立大学法人群馬大学 Circuit design equipment, circuit design method and program
JP2021100039A (en) 2019-12-20 2021-07-01 旭化成株式会社 Device, method, and program

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