DE4311763C2 - Verfahren und Vorrichtung zum Einrichten von Parametern, die bei der Herstellung einer Halbleitervorrichtung verwendet werden - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zum Einrichten von Parametern, die bei der Herstellung einer Halbleitervorrichtung verwendet werden

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Technik zum Einrichten von Parametern, welche bei einem Herstellungsverfahren einer Halbleitervorrichtung und einem feinen Element einer inte­ grierten Schaltung verwendet werden.
Fig. 1 zeigt ein schematisches Übersichtsdiagramm eines beispielsweise aus J. Electrochem. Soc., Solide-State Science and Techn., Nov. 1979, S. 1939-1945, D.A. Antoniadis et al. bekannten Segregationsmodelles, welches bei einem Ver­ fahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung verwendet wird. Gemäß Fig. 1 wird eine Position z entlang der horizon­ talen Achse gemessen, und es wird eine Verunreinigungskon­ zentration entlang der vertikalen Achse als Funktion der Po­ sition z gemessen. SiO₂ (Oxidfilm) befindet sich in dem Be­ reich 1, bei dem die Position z einen negativen Wert auf­ weist und Si (Silicium) befindet sich in dem Bereich 2, bei dem die Position z einen positiven Wert annimmt. Zwei unter­ schiedliche Verunreinigungskonzentrationen C₁ und C₂ sind bei einer Grenzfläche eingestellt, bei der die Position z Null beträgt. Die Werte C₁ und C₂ stellen jeweils die Verun­ reinigungskonzentrationen des Oxidfilmes und von Silicium bei der Grenzfläche dar.
In Fig. 1 bezeichnet die gestrichelte Linie einen Dotierfluß Fs (Flußdichte 1/(cm² · sec)) über die Grenzfläche.
Bei diesem herkömmlichen Segregationsmodell wird angenommen, daß die Grenzfläche keine Ausdehnung aufweist. Somit ist ge­ mäß Fig. 1 eine Konzentration C eines derartigen Dotiertyps, wie B (Bor), P (Phosphor) und As (Arsen) über die Grenzflä­ che diskontinuierlich, ebenso wie die Dichten von SiO₂ (Oxidfilm) und Si (Silicium).
Unter Verwendung dieses Segregationsmodelles beträgt der Dotierfluß Fs über die Grenzfläche Fs = h (C₁-C₂/m), wo­ bei h einen Massentransferkoeffizienten (cm/sec), und m einen Segregationskoeffizienten (dimensionslos) darstellt.
Die vorstehende Gleichung beinhaltet, daß der Grenzflächendotierfluß Fs auf eine solche Art und Weise er­ zeugt wird, daß ein Verhältnis der Verunreinigungskonzentra­ tionen C₁/C₂ gleich ist dem Segregationskoeffizienten m.
Das herkömmliche Segregationsmodell, das unterschiedliche Verunreinigungskonzentrationen an derselben Position (z = 0) bzw. der Grenzfläche liefert, weist einen ernsthaften Wider­ spruch mit dem physikalischen Phänomen auf, daß die Vertei­ lung der Verunreinigungskonzentration allmählich von 10 Angström bis einige zehn Angström über die SiO₂/Si-Grenzflä­ che verläuft.
Somit ist das herkömmliche Segregationsmodell nicht ausrei­ chend praktikabel zur Parametereinrichtung zum genauen Ein­ stellen einer Verunreinigungskonzentration in der Nähe einer Grenzfläche, z. B. zur Einstellung einer Schwellenspannung Vth eines MOS-Transistors innerhalb eines vorbestimmten Be­ reiches.
Um ein Diffusionsprofil mit einer derartigen Genauigkeit un­ ter Verwendung des herkömmlichen Segregationsmodelles vorherzusagen, müssen die Parameter für unterschiedliche Herstellungsprozeßschritte durch Berechnen einer Verunreini­ gungskonzentration für jeden Herstellungsprozeßschritt für den Massentransferkoeffizienten h und den Segregationskoef­ fizienten m eingestellt werden.
Demgemäß liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zu­ grunde, eine genaue Vorhersage einer Verunreinigungskonzen­ tration und eine entsprechende Einrichtung der Prozeßparame­ ter zur Verfügung zu stellen.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale gemäß Anspruch 1 und 11 gelöst.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Einrichten von Prozeßparametern, die bei einem Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung verwendet werden. Ein Verfahren entsprechend einer ersten Ausführungsform weist die Schritte auf: (a) Eingeben einer Vielzahl von Prozeßparame­ ter; (b) Berechnen einer Verunreinigungskonzentration C, die bei der Halbleitervorrichtung beobachtet wird, unter Ver­ wendung der Prozeßparameter, wobei die Verunreinigungs­ konzentration C eine Funktion einer Position z innerhalb der Halbleitervorrichtung darstellt; (c) Beurteilen, ob die Ver­ unreinigungskonzentration C einen vorbestimmten Wert auf­ weist; (d) falls die Beurteilung bei dem Schritt (c) "Nein" ergibt, Erneuern der Prozeßparameter und Wiederholen der Schritte (b) und (c) solange, bis die Beurteilung bei dem Schritt (c) "Ja" ergibt; (e) Bestimmen der Prozeßparameter, bei denen die Beurteilung bei dem Schritt (c) "Ja" ergibt, als zu erhaltende Prozeßparameter, wobei der Schritt (b) die Definition eines Grenzbereiches zwischen anstoßenden ersten und zweiten Materialien und die Durchführung einer Berech­ nung unter Verwendung eines Modelles beinhaltet, bei dem die Verunreinigungskonzentration C kontinuierlich mit der Posi­ tion z über den Grenzbereich variiert.
Ein Verfahren entsprechend einer zweiten Ausführungsform weist die Schritte auf: (a) Eingeben einer Vielzahl von Prozeßparame­ tern; (b) Berechnen einer Verunreinigungskonzentration C, die bei der Halbleitervorrichtung beobachtet wird, unter Verwendung der Prozeßparameter, wobei die Verunreinigungs­ konzentration C eine Funktion einer Position z innerhalb der Halbleitervorrichtung und einer Zeit t darstellt; (c) Simu­ lieren einer Charakteristik der Halbleitervorrichtung aus der Verunreinigungskonzentration C; (d) Beurteilen, ob die Verunreinigungskonzentration C einen vorbestimmten Wert auf­ weist; (e) falls die Beurteilung bei dem Schritt (c) "Nein" ergibt, Erneuern der Prozeßparameter und Wiederholen der Schritte (b) und (c) solange, bis die Beurteilung bei dem Schritt (c) "Ja" ergibt; (f) Bestimmen der Prozeßparameter, bei denen die Beurteilung bei dem Schritt (c) "Ja" ergibt, als zu erhaltende Prozeßparameter, wobei der Schritt (b) die Definition eines Grenzbereiches zwischen anstoßenden ersten und zweiten Materialien und die Durchführung einer Berech­ nung unter Verwendung eines Modelles beinhaltet, bei dem die Verunreinigungskonzentration C kontinuierlich mit der Posi­ tion z über den Grenzbereich variiert.
Bei der zweiten Ausführungsform des Verfahrens kann der Schritt (b) zumindest eine der Berechnungen Diffusionsberechnung, Oxidationsberechnung und Epitaxieberechnung aufweisen, wobei die Diffusionsberechnung, die Oxidationsberechnung und die Epitaxieberechnung jeweils einem Diffusionsprozeß, einem Oxidationsprozeß und einem Epitaxieprozeß entsprechen.
Des weiteren können die Prozeßparameter eine Prozeßtemperatur T, eine Prozeßzeit t₀, eine Ionenimplantationsdosis und eine Ionenimplantationsenergie aufweisen.
Des weiteren kann der Schritt (b) eine Ionenimplantationsberechnung aufweisen, die einem Ionenim­ plantationsprozeß entspricht.
Des weiteren kann der Schritt (b) aufweisen: bei der Ionenim­ plantationsberechnung den Schritt des (b-1) Berechnens eines anfänglichen Wertes der Verunreinigungskonzentration C aus der Ionenimplantationsdosis und der Io­ nenimplantationsenergie; bei der Diffusionsberechnung den Schritt des (b-2) Berechnens eines Dotierflusses Fs bei ei­ ner Zeit t unter Verwendung der Verunreinigungskonzentration C und der Prozeßtemperatur T, den Schritt des (b-3) Erneu­ erns der Verunreinigungskonzentration C unter Verwendung des Dotierflusses Fs, und den Schritt des (b-4) Hinzufügens ei­ nes vorbestimmten Zeitschrittes an die Zeit t zum hierdurch Erneuern der Zeit t, und Wiederholen der Schritte (b-2) und (b-3) solange, bis die Berechnung bei der Prozeßzeit t₀ an­ kommt.
Des weiteren kann der Schritt (b-2) die Schritte aufweisen: (b-2-1) Berechnen eines Diffusionskoeffizienten D aus der Prozeßtemperatur T; (b-2-2) Berechnen eines Segregationsko­ effizienten m aus der Prozeßtemperatur T und (b-2-3) Berech­ nen des Dotierflusses Fs aus dem Diffusionskoeffizienten D, dem Segregationskoeffizienten m und der Verunreinigungskon­ zentration C entsprechend der nachstehenden Gleichung
Fs = -D·m·[∂(C/m)/∂z].
Der vorbestimmte Zeitschritt kann durch den Dotierfluß Fs bestimmt sein.
Der Schritt (b) kann des weiteren eine Ätzungsberechnung, Ab­ scheidungsberechnung und optische Lithographieberechnung aufweisen, die jeweils einem Ätzprozeß, einem Abscheidungs­ prozeß und einem optischen Lithographieprozeß entsprechen.
Die Halbleitervorrichtung stellt vorzugsweise einen MOS- Transistor dar, und die Charakteristik ist vorzugsweise ein Schwellenwert des MOS-Transistors.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich des weiteren auf eine Vorrichtung zum Einrichten von Prozeßparametern, die bei ei­ nem Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung verwendet werden. Eine Vorrichtung entsprechend einer ersten Ausführungsform weist auf: einen Eingangsteil, in den eine Vielzahl von Prozeßparametern einzugeben sind; einen Prozeßsimulati­ onsteil zum Berechnen einer in der Halbleitervorrichtung zu beobachtenden Verunreinigungskonzentration C unter Verwen­ dung der Prozeßparameter, wobei die Verunreinigungskonzen­ tration C eine Funktion einer Position z innerhalb der Halb­ leitervorrichtung und einer Zeit t darstellt; einen Beurtei­ lungsteil für die Beurteilung darüber, ob die Verunrei­ nigungskonzentration C einen vorbestimmten Wert aufweist; einen Parametererneuerungsteil zum Erneuern der Prozeßpara­ meter, falls die Beurteilung "Nein" ist, solange, bis die Beurteilung "Ja" wird; und einen Ausgangsteil zum Bestimmen der Prozeßparameter, mit denen die Beurteilung "Ja" ist, als Prozeßparameter, die erhalten werden und zum Ausgeben der Prozeßparameter, wobei in dem Prozeßsimulationsteil ein Grenzbereich zwischen anstoßenden ersten und zweiten Mate­ rialien definiert ist und eine Berechnung unter Verwendung eines Modelles durchgeführt ist, bei dem die Verunreini­ gungskonzentration C auf kontinuierliche Weise mit der Posi­ tion z über den Grenzbereich variiert.
Eine Vorrichtung entsprechend einer zweiten Ausführungsform weist auf: einen Eingangsteil, in den eine Vielzahl von Prozeßpa­ rametern einzugeben sind; einen Prozeßsimulationsteil zum Berechnen einer in der Halbleitervorrichtung zu beobachten­ den Verunreinigungskonzentration C unter Verwendung der Pro­ zeßparameter, wobei die Verunreinigungskonzentration C eine Funktion einer Position z innerhalb der Halbleitervorrich­ tung und einer Zeit t darstellt; einen Beurteilungsteil für die Beurteilung darüber, ob die Verunreinigungskonzentration C einen vorbestimmten Wert aufweist; einen Parametererneue­ rungsteil zum Erneuern der Prozeßparameter, falls die Beur­ teilung "Nein" ist, solange, bis die Beurteilung "Ja" wird; und einen Ausgangsteil zum Bestimmen der Prozeßparameter, mit denen die Beurteilung "Ja" ist, als Prozeßparameter, die erhalten werden und zum Ausgeben der Prozeßparameter, wobei in dem Prozeßsimulationsteil ein Grenzbereich zwischen an­ stoßenden ersten und zweiten Materialien definiert ist und eine Berechnung unter Verwendung eines Modelles durchgeführt ist, bei dem die Verunreinigungskonzentration C auf kontinu­ ierliche Weise mit der Position z über den Grenzbereich va­ riiert.
Bei der zweiten Ausführungsform der Vorrichtung kann der Prozeßsimulationsteil zumindest eine Berechnung aus der Gruppe einer Diffusionsberechnung, Oxidationsberechnung und Epitaxieberechnung durchführen, wobei die Diffusionsberech­ nung, die Oxidationsberechnung und die Epitaxieberechnung jeweils einem Diffusionsprozeß, einem Oxidationsprozeß und einem Epitaxieprozeß entspricht.
Des weiteren können die Prozeßparameter eine Prozeßtemperatur T, eine Prozeßzeit t₀, eine Ionenimplantationsdosis und eine Ionenimplantationsenergie aufweisen.
Der Prozeßsimulationsteil kann des weiteren eine Ionenimplantationsberechnung durchführen, die einem Ionenim­ plantationsprozeß entspricht.
Bei der Ionenimplantationsberechnung kann ein anfänglicher Wert der Verunreinigungskonzentration C aus der Ionenimplantationsdosis und der Ionenimplantationsenergie berechnet sein; bei der Diffusionsberechnung kann ein Do­ tierfluß Fs bei einer Zeit t aus der Verunreinigungskonzen­ tration C und der Prozeßtemperatur T berechnet sein, wobei ein vorbestimmter Zeitschritt zur Zeit t hinzugefügt ist, um hierdurch die Zeit t zu erneuern, wobei die Erneuerung der Verunreinigungskonzentration C unter Verwendung des Dotier­ flusses Fs so lange fortfährt, bis die Berechnung bei der Prozeßzeit t₀ ankommt.
Vorzugsweise sind ein Diffusionskoeffizient D und ein Segregationskoeffizient m aus der Prozeßtemperatur T berech­ net, und daran anschließend ist der Dotierfluß Fs aus dem Diffusionskoeffizienten D, dem Segregationskoeffizienten m und der Verunreinigungskonzentration C entsprechend der nachstehenden Gleichung berechnet:
Fs = -D·m·[∂(C/m)/∂z].
Der vorbestimmte Zeitschritt kann aus dem Dotierfluß Fs be­ stimmt sein.
Der Prozeßsimulationsteil kann eine Ätzungsberechnung, Abscheidungsberechnung und eine optische Lithographieberech­ nung durchführen, die jeweils einem Ätzprozeß, einem Ab­ scheidungsprozeß und einem optischen Lithographieprozeß ent­ sprechen.
Die Halbleitervorrichtung stellt vorzugsweise einen MOS- Transistor dar, und die Charakteristik stellt vorzugsweise einen Schwellenwert des MOS-Transistors dar.
Somit weist die Berechnung der Verunreinigungskonzentration C bei dem Prozeßsimulationsteil die Definition des Grenzberei­ ches auf, der benachbarte erste und zweite Zellen abgrenzt. Bei dem hier verwendeten Modell variiert die Veruneinigungskonzentration C auf kontinuierliche Weise mit der Position z über den Grenzbereich.
Somit wird die Verunreinigungskonzentration C zu keinem Zeitpunkt als ein Wert berechnet, der über die ersten und zweiten Zellen diskontinuierlich wird, wodurch es ermöglicht wird, daß die Prozeßsimulation im allgemeinen mit einem tatsächlichen physikalischen Phänomen übereinstimmt.
Falls die Prozeßparameter aufgrund einer derartigen Simula­ tion eingerichtet werden, ist es nicht notwendig, einen Massentransferkoeffizienten und einen Segregationskoeffizi­ enten für unterschiedliche Herstellungsprozeßschritte zu än­ dern. Somit braucht die Einrichtung der Prozeßparameter nicht geändert zu werden.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Weitere Einzelheiten, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnung.
Es zeigt:
Fig. 1 eine Kurve zur Erläuterung der herkömmlichen Tech­ nik;
Fig. 2A bis 2C Kurven zur Darstellung eines bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Er­ findung verwendeten Segregationsmodelles;
Fig. 3 und 4 in Kombination ein Flußdiagramm zur Erläuterung des bevorzugten Ausführungsbeispieles;
Fig. 5 ein Blockdiagramm zur Erläuterung des bevorzugten Ausführungsbeispieles;
Fig. 6 ein Blockdiagramm des Prozeßsimulationsteiles;
Fig. 7 und 8 in Kombination ein Flußdiagramm zur Erläuterung der durch einen Diffusionsteil ausgeführten Vor­ gänge;
Fig. 9 ein Flußdiagramm zur Darstellung des Schrittes S105 in Einzelheiten;
Fig. 10 ein Blockdiagramm zur Erläuterung eines weiteren Ausführungsbeispieles der vorliegenden Erfindung; und
Fig. 11 und 12 in Kombination ein Flußdiagramm zur Erläute­ rung des weiteren Ausführungsbeispieles.
A. Gesamtsystem
Die Fig. 3 und 4 in Kombination zeigen ein Flußdiagramm ei­ nes Gesamtsystems entsprechend der vorliegenden Erfindung zur Einrichtung von Parametern einer Vorrichtung oder eines Verfahrens zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung zur Anpassung an gegebene Erfordernisse.
Im folgenden wird die Parametereinrichtung für einen MOS- Transistor beschrieben, wobei die Einstellung einer Schwellenspannung Vth innerhalb eines vorbestimmten Berei­ ches angestrebt wird.
Der Schritt S1 umfaßt die Bestimmung des vorbestimmten Bereiches, d. h. die Spezifikationen der Schwellenspannung. Dies bedeutet, daß eine maximale Schwellenspannung V₁ und eine minimale Schwellenspannung V₂ bestimmt werden.
Als nächstes werden die Prozeßparameter für jeden Pro­ zeßschritt bei einem Schritt S2 bestimmt. Die Prozeßparame­ ter umfassen eine Prozeßtemperatur T, eine Prozeßzeit t₀, eine Dosis und eine Energie einer Ionenimplantation. Bei ei­ nem Unterschritt S3 wird eine Verteilung der Verunreini­ gungskonzentration in einem MOS-Transistor simuliert, ge­ folgt von einer Berechnung einer Vorrichtungscharakteristik bei einem Schritt S4.
Es wird daran anschließend simuliert, wie groß die Schwellenspannung Vth in dem MOS-Transistor sein wird, wel­ che entwickelt wird mit den Parametern, die bei dem Schritt S2 verwendet werden (Schritt S5). Daran anschließend wird beurteilt, ob die berechnete Schwellenspannung Vth die in dem Schritt S1 bestimmten Spezifikationen erfüllt (Schritt S6). Das Ergebnis der Beurteilung wird neben den Prozeßpara­ metern angezeigt (Schritte S7 und S8), und die Parameter werden upgedatet (erneut festgelegt) (Schritt S9). Falls die Schwellenspannung Vth erneut mit den neuen Parametern einge­ richtet werden muß, kehrt die Simulation an den Schritt S2 zurück.
In Fig. 5 ist eine Vorrichtung zur Simulation der Schwellen­ spannung Vth auf diese Art und Weise gezeigt. Die Spezifikationen V₁ und V₂ der Schwellenspannung werden in einem Eingangsteil 1a eingegeben und anschließend einmal in einem Schwellenspannungspezifikationsspeicherteil 1b gespei­ chert. Dies entspricht dem Schritt S1 gemäß Fig. 3.
Der Eingangsteil 1a empfängt des weiteren die Prozeßparame­ ter, die aufeinanderfolgend einmal in einem Prozeßparameterspeicherteil 2 gespeichert sind. Der Prozeß­ parameterspeicherteil 2 entspricht dem Schritt S2.
Die Verunreinigungskonzentration wird in einem Prozeßsimulationsteil 3 simuliert, der dem Schritt S3 ent­ spricht. Die Vorrichtungscharakteristik der Halbleitervor­ richtung, also des MOS-Transistors wird in einem Vorrich­ tungssimulationsteil 4 berechnet. Dies entspricht dem Schritt S4.
Die Schwellenspannung Vth wird in einem Schwellenspannungsberechnungsteil 5a berechnet, und ein Er­ gebnis der Berechnung wird in einem Schwellenspannungsspei­ cherteil 5b gespeichert. Dies entspricht dem Schritt S5.
Ein Schwellenspannungsbeurteilungsteil 6a vergleicht die maximalen und die minimalen Schwellenspannungen V₁ und V₂, die in dem Schwellenspannungspezifikationsspeicherteil 1b gespeichert sind, mit der berechneten Schwellenspannung Vth, die in dem Schwellenspannungsspeicherteil 5b gespeichert ist. Die Beurteilung des Schrittes S6 wird ebenfalls in dem Schwellenspannungsbeurteilungsteil 6a durchgeführt.
Falls es als Ergebnis der Beurteilung notwendig ist, ein Up­ date der Prozeßparameter durchzuführen, simuliert der Prozeßsimulationsteil 3 nochmals unter Verwendung der in dem Parameter-Updateteil 9 gespeicherten neuen Parameter die Verunreinigungskonzentration. Falls dies nicht notwendig ist, werden die derzeit gültigen Parameter bei einem Aus­ gangsteil 10 ausgegeben. Die bei dem Ausgangsteil 10 ausge­ gebenen Parameter werden bei einem tatsächlichen Herstel­ lungsprozeß eines MOS-Transistors verwendet. Falls die Schwellenspannung mit diesen Parametern entwickelt wurde, fällt die Schwellenspannung Vth eines MOS-Transistors inner­ halb des vorbestimmten Bereiches.
B. Berechnung der Verunreinigungskonzentration (B-1) Berechnungsverfahren
Es erfolgt die Beschreibung, wie die Verunreinigungskonzentration bei dem Schritt S3 berechnet wird. Die Berechnung der Verunreinigungskonzentration muß mit der thermischen Behandlung durchgeführt werden, welche einen Dotierungsfluß induziert.
Wie in Fig. 6 dargestellt ist, weist der Prozeßsimulations­ teil 3 einen Ionenimplantationsteil 3a, einen Diffusionsteil 3b, einen Oxidationsteil 3c, einen Ätzteil 3d, einen Ab­ scheidungsteil 3e, einen Epitaxieteil 3f und einen Fotoli­ thographieteil 3g auf. Jede der tatsächlichen Ionenimplanta­ tions-, Diffusions-, Oxidations-, Ätz-, Abscheidungs-, Epi­ taxie- und Fotolithographiebehandlung wird in dem zugehöri­ gen Teil des Prozeßsimulationsteiles 3 berechnet.
Von diesen Teilen, welche den Prozeßsimulationsteil 3 ausma­ chen, sind insbesondere der Diffusionsteil 3b, der Oxidationsteil 3c und der Epitaxieteil 3f für die numerische Simulation der Verunreinigungskonzentration verantwortlich. Zur Einfachheit der Darstellung wird lediglich die Simula­ tion bei dem Diffusionsteil 3b unter der Annahme beschrie­ ben, daß die anfänglichen Verunreinigungsverteilungswerte bereits berechnet sind und in den Diffusionsteil 3b auf der Grundlage von Parametern, wie beispielsweise eine Dosis und eine Energie der Ionenimplantation, eingegeben sind.
Die Fig. 7 bis 9 zeigen in schematischen Flußdiagrammen die Reihenfolge der Schritte zur Berechnung der Verunreinigungskonzentration. Zunächst werden eine Pro­ zeßtemperatur T und eine Prozeßzeit t₀ während der Diffusion eingegeben (Schritt S101). Als nächstes wird ein zu analy­ sierender Raum in feine diskrete Bereiche unterteilt, d. h. Zellen (Schritt S102). Bei dieser Raumaufteilung werden Zel­ lengrenzbereiche definiert, die Nachbarzellen abgrenzen, wie im folgenden noch beschrieben wird.
Die anfängliche Verunreinigungskonzentration wird an­ schließend eingegeben, welche bereits einem Zentrum von je­ der Zelle zugewiesen wurde (Schritt S103), um hierdurch eine Prozeßzeit t zu initialisieren (Schritt 104). Die Prozeßzeit t wird durch einen Zeitschritt Dt geführt, unmittelbar ge­ folgt durch die Schritte S105 bis S112. Dies wird solange wiederholt, bis die Berechnung bei der Prozeßzeit t₀ ankommt (Schritte S107 bis S109 und S112).
(B-2) Segregationsmodell
Bevor zur Erläuterung der Schritte S105, S106 und S110 fortgefahren wird, wird ein in der vorliegenden Erfindung verwendetes Segregationsmodell beschrieben.
Die Fig. 2A bis 2C zeigen Kurven zur Erläuterung des Segregationsmodells entsprechend der vorliegenden Erfindung. Eine Verunreinigungskonzentration C, eine Dichte von Si (SiO₂) und ein Segregationskoeffizient m sind jeweils gegen eine Position z in den Fig. 2A, 2B und 2C aufgetragen. Eine Seite in der Figur links von der Grenzfläche BL (z=0) stellt eine SiO₂-Seite (Bereich 1) dar, während in der Figur rechts der Grenzfläche BL eine Si-Seite (Bereich 2) dargestellt ist.
Bei dem verbesserten Segregationsmodell wird ein Grenzbe­ reich BZ mit einem bestimmten Bereich betrachtet, welcher die Grenzfläche BL umfaßt. Somit variieren die Verunreinigungskonzentration C, die Dichte von Si (SiO₂) und der Segregationskoeffizient m kontinuierlich in dem Grenzbe­ reich BZ, was einen deutlichen Gegensatz zu dem herkömmli­ chen Segregationsmodell darstellt, bei dem unterschiedliche physikalische Werte auf dieselbe Position in einer physika­ lisch an sich undurchführbaren Weise eingestellt sind.
Entsprechend der Regel von Nerst-Einstein beträgt die mitt­ lere Geschwindigkeit von Teilchen v:
wobei Dµ eine chemische Potentialdifferenz, D einen Diffusi­ onskoeffizienten, k die Boltzmann-Konstante und T die Temperatur bezeichnet. Auf der anderen Seite beträgt der Do­ tierfluß Fs:
Der erste Term auf der rechten Seite von Gleichung 2 stellt Diffusionsterme dar, und die zweiten Terme auf der rechten Seite von Gleichung 2 stellen einen Dotierfluß dar, der durch Segregation induziert ist.
Entsprechend der Veröffentlichung "Theory and Direct Measurement of Boron Segregation in SiO₂ during Dry, Near Dry, and Wet O₂ Oxidation", R. B. Fair und J. C. C. Tsai, J. Electrochem. Soc., Dezember 1978, S. 2050-2058, beträgt der Segregationskoeffizient m wie folgt:
wobei XS und Xg1 molare Bestandteile, und gg1 und gS Aktivierungskoeffizienten darstellen. Demgemäß gilt Glei­ chung 4, wobei m₀ eine Konstante darstellt:
Somit ergibt sich aus den Gleichungen 3 und 4
und demgemäß aus den Gleichungen 5 und 2:
Die Gleichung 6 ist nicht nur bezüglich der Bereiche 1 und 2 erfüllt, sondern auch bezüglich dem Grenzbereich, und stellt somit ein gleichförmiges Modell dar. Falls der Segregations­ koeffizient m nicht von der Position z abhängt und konstant ist, wird der Dotierungsfluß Fs wie folgt ausgedrückt, wobei die reguläre Diffusion gilt:
Falls der Segregationskoeffizient m von der Position z ab­ hängt, stellt der Dotierungsfluß Fs gemäß dem Ausdruck nach Gleichung 7 einen Verunreinigungsfluß über die Grenzfläche dar.
(B-3) Berechnung der Verunreinigungskonzentration
Unter Verwendung des im vorhergehenden Abschnitt (B-2) erläuterten Segregationsmodelles wird der Dotierungsfluß Fs in dem Schritt S105 gemäß Fig. 7 berechnet. Ein in dem Schritt S105 verwendetes Berechnungsverfahren stellt typi­ scherweise das Defaut Flaukel-Verfahren oder das RRK-Verfah­ ren dar.
Fig. 9 zeigt in einem Flußdiagramm den Schritt S105 in Einzelheiten. Bei einem Schritt S51 werden der Diffusionsko­ effizient D und der Segregationskoeffizient m aus der Pro­ zeßtemperatur T berechnet, gefolgt von einer Berechnung des Dotierungsflusses Fs entsprechend Gleichung 6 (Schritt S52).
Anschließend wird bei dem Schritt S106 (Fig. 8) der Zeit­ schritt Δt entsprechend dem Dotierungsfluß Fs bei einer Zeit t bestimmt und es wird eine Quantität von Dotiermittel, die während dem Zeitschritt Δt fließen, berechnet (Schritt S110). Da die Quantitäten der Dotierungsmittel, die über Nachbarzellen fließen, bekannt sind, kann eine Verunreini­ gungskonzentration in jeder Zelle gefunden werden (Schritt S111).
(B-4) Modifizierung
Das bis hierher beschriebene bevorzugte Ausführungsbeispiel benötigt, daß die Simulation bei dem Vorrichtungssimulati­ onsteil bis zur Berechnung und Bestimmung der Vorrichtungscharakteristik, wie beispielsweise den Schwellenspannungswert, geht. Jedoch können die Spezifizie­ rungen der Verunreinigungskonzentration in der Nähe der Grenzfläche bei der Simulation bestimmt werden, wobei in diesem Fall die Einrichtung der Parameter in einem System realisiert wird, welches in Fig. 10 dargestellt ist. Das Sy­ stem gemäß Fig. 10 ist im allgemeinen ähnlich dem in Fig. 5 dargestellten. Ein Verunreinigungskonzentrations-Spe­ zifikationsspeicherteil 1c ist anstelle des Schwellenspan­ nungs-Spezifikationsspeicherteiles 1b vorgesehen, und ein Verunreinigungskonzentrationsbeurteilungsteil 6b ist an­ stelle des Schwellenspannungsbeurteilungsteiles 6a einge­ richtet. Der Vorrichtungssimulationsteil 4, der Schwellen­ spannungsberechnungsteil 5a und der Schwellenspannungsspei­ cherteil 5b können weggelassen sein.
Bei dem System gemäß Fig. 10 berechnet der Programmsimulati­ onsteil 3 eine Verunreinigungskonzentration C, welche an­ schließend mit den Spezifikationen der Verunreinigungskonzentration verglichen wird, die zuvor in dem Verunreinigungskonzentrations-Spezifikationsspeicherteil 1c gespeichert sind. Falls der Konzentrations-Spezifikati­ onsspeicherteil 1c beurteilt, daß die Verunreinigungskonzen­ tration C nicht innerhalb der vorbestimmten Spezifikationen fällt, bewirkt der Parameter-Updateteil 9 ein Update der Pa­ rameter hierin, und die Berechnung wird unter Verwendung der neuen Parameter fortgeführt.
Die Reihenfolge dieses Vorgangs ist in einem Flußdiagramm gemäß den Fig. 11 und 12 dargestellt. Zunächst werden die Spezifikationen der Verunreinigungskonzentration eingerich­ tet (Schritt S11), und es werden die Parameter des Herstel­ lungsprogrammes angegeben (Schritt S2).
Als nächstes wird eine Verteilung der Verunreinigungskonzentration simuliert (Schritt S3), und es wird anschließend beurteilt, ob die berechnete Verteilung die Spezifikationen erfüllt (Schritt S61). Wie es in Fig. 12 dargestellt ist, sind die nachfolgenden Vorgänge exakt die­ selben wie die Schritte S7 bis S10 gemäß Fig. 4.
Es wird vermerkt, daß die vorliegende Erfindung nicht nur auf eine SiO₂/Si-Grenzfläche anwendbar ist, sondern eben­ falls bei einer Grenzfläche zwischen Si₃N₄ (Siliciumnitrid), Polysilicium, Silicide, Metall und dergleichen.
Des weiteren muß die Charakteristik einer zu berechnenden Halbleitervorrichtung nicht unbedingt ein Schwellenwert sein, sondern kann auch ein Leckstrom oder eine Durchbruchs­ spannung darstellen.

Claims (20)

1. Verfahren zum Einrichten von Prozeßparametern, die bei einem Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervor­ richtung verwendet werden, welches die Schritte auf­ weist:
  • (a) Eingeben einer Vielzahl von Prozeßparametern;
  • (b) Berechnen einer Verunreinigungskonzentration C, die bei der Halbleitervorrichtung be­ obachtet wird, unter Verwendung der Prozeß­ parameter, wobei die Verunreinigungs­ konzentration C eine Funktion einer Position z innerhalb der Halbleitervorrichtung dar­ stellt;
  • (c) Beurteilen, ob die Verunreinigungskonzentra­ tion C einen vorbestimmten Wert aufweist;
  • (d) falls die Beurteilung bei dem Schritt (c) "Nein" ergibt, Erneuern der Prozeßparameter und Wiederholen der Schritte (b) und (c), solange, bis die Beurteilung bei dem Schritt (c) "Ja" ergibt;
  • (e) Bestimmen der Prozeßparameter, bei denen die Beurteilung bei dem Schritt (c) "Ja" ergibt, als zu erhaltende Prozeßparameter, wobei der Schritt (b) die Definition eines Grenz­ bereiches zwischen anstoßenden ersten und zweiten Materialien und die Durchführung einer Berechnung unter Verwendung eines Mo­ delles beinhaltet, bei dem die Verunreinigungskonzentration C kontinuier­ lich mit der Position z über den Grenzbe­ reich variiert.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verunreinigungs­ konzentration C eine Funktion einer Zeit t darstellt; und folgender Schritt vorgesehen ist:
Simulieren einer Charakteristik der Halbleitervorrichtung aus der Verunreinigungskonzentration C.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt (b) zumindest einen Berechnungsschritt einer Diffusionsberechnung, Oxidationsberechnung und Epitaxieberechnung aufweist, wobei die Diffusionsbe­ rechnung, die Oxidationsberechnung und die Epitaxiebe­ rechnung jeweils einem Diffusionsprozeß, Oxidationspro­ zeß und Epitaxieprozeß entspricht.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Prozeßparameter eine Prozeßtemperatur T, eine Pro­ zeßzeit t₀, eine Ionenimplantationsdosis und eine Ionenimplantationsenergie aufweisen.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt (b) des weiteren eine Ionenimplantationsbe­ rechnung aufweist, die einem Ionenimplantationsprozeß entspricht.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt (b) aufweist:
bei der Ionenimplantationsberechnung den Schritt des (b-1) Berechnens eines anfänglichen Wertes der Verunreinigungskonzentration C aus der Ionenimplanta­ tionsdosis und der Ionenimplantationsenergie;
bei der Diffusionsberechnung den Schritt des (b-2) Berechnens eines Dotierflusses Fs bei einer Zeit t un­ ter Verwendung der Verunreinigungskonzentration C und der Prozeßtemperatur T,
den Schritt des (b-3) Erneuerns der Verunreinigungskonzentration C unter Verwendung des Do­ tierflusses Fs, und
den Schritt des (b-4) Hinzufügens eines vorbestimmten Zeitschrittes an die Zeit t zum hierdurch Erneuern der Zeit t, und Wiederholen der Schritte (b-2) und (b-3), solange, bis die Berechnung bei der Prozeßzeit t₀ an­ kommt.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt (b-2) die Schritte aufweist:
(b-2-1) Berechnen eines Diffusionskoeffizienten D aus der Prozeßtemperatur T;
(b-2-2) Berechnen eines Segregationskoeffizien­ ten m aus der Prozeßtemperatur T und
(b-2-3) Berechnen des Dotierflusses Fs aus dem Diffusionskoeffizienten D, dem Segrega­ tionskoeffizienten m und der Verunreini­ gungskonzentration C entsprechend der nachstehenden Gleichung Fs = -D·m·[∂(C/m)/∂z].
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der vorbestimmte Zeitschritt von dem Dotierfluß Fs be­ stimmt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt (b) des weiteren die Ätzungsberechnung, Abscheidungsberechnung und optische Lithographieberech­ nung aufweist, die jeweils einem Ätzprozeß, einem Ab­ scheidungsprozeß und einem optischen Lithographieprozeß entsprechen.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleitervorrichtung einen MOS-Transistor dar­ stellt, und die Charakteristik ein Schwellenwert des MOS-Transistors darstellt.
11. Vorrichtung zum Einrichten von Prozeßparameter, welche bei einem Verfahren zur Herstellung einer Halbleiter­ vorrichtung verwendet werden, welche aufweist:
einen Eingangsteil, in den eine Vielzahl von Prozeßpa­ rametern einzugeben sind;
einen Prozeßsimulationsteil zum Berechnen einer in der Halbleitervorrichtung zu beobachtenden Verunreinigungskonzentration C unter Verwendung der Prozeßparameter, wobei die Verunreinigungskonzentration C eine Funktion einer Position z innerhalb der Halblei­ tervorrichtung darstellt;
einen Beurteilungsteil für die Beurteilung darüber, ob die Verunreinigungskonzentration C einen vorbestimmten Wert aufweist;
einen Parametererneuerungsteil zum Erneuern der Prozeßparameter, falls die Beurteilung "Nein" ist, so­ lange, bis die Beurteilung "Ja" wird; und
einen Ausgangsteil zum Bestimmen der Prozeßparameter, mit denen die Beurteilung "Ja" ist, als Prozeßparame­ ter, die erhalten werden und zum Ausgeben der Prozeßpa­ rameter, wobei
in dem Prozeßsimulationsteil ein Grenzbereich zwischen anstoßenden ersten und zweiten Materialien definiert ist und eine Berechnung unter Verwendung eines Modelles durchgeführt ist, bei dem die Verunreinigungskonzentra­ tion C auf kontinuierliche Weise mit der Position z über den Grenzbereich variiert.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Verunreinigungskonzentration C eine Funktion einer Zeit t darstellt.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Prozeßsimulationsteil zumindest eine Berechnung durchführt aus der Gruppe der Diffusionsberechnung, Oxidationsberechnung und Epitaxieberechnung, wobei die Diffusionsberechnung, die Oxidationsberechnung und die Epitaxieberechnung jeweils einem Diffusionsprozeß, einem Oxidationsprozeß und einem Epitaxieprozeß ent­ sprechen.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Prozeßparameter eine Prozeßtemperatur T, eine Prozeßzeit t₀, eine Ionenimplantationsdosis und eine Ionenimplantationsenergie aufweisen.
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Prozeßsimulationsteil des weiteren eine Ionenimplantationsberechnung durchführt, die einem Ionenimplantationsprozeß entspricht.
16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß
bei der Ionenimplantationsberechnung ein anfänglicher Wert der Verunreinigungskonzentration C aus der Ionenimplantationsdosis und der Ionenimplantationsener­ gie berechnet ist;
bei der Diffusionsberechnung ein Dotierfluß Fs bei ei­ nem Zeitpunkt t aus der Verunreinigungskonzentration C und der Prozeßtemperatur T berechnet ist, ein vorbe­ stimmter Zeitschritt an die Zeit t hinzugefügt ist zum hierbei Erneuern der Zeit t, wobei die Erneuerung der Verunreinigungskonzentration C solange unter Verwendung des Dotierflusses Fs weitergeführt ist, bis die Berech­ nung bei der Prozeßzeit t₀ ankommt.
17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß ein Diffusionskoeffizient D und ein Segregationsko­ effizient m aus der Prozeßtemperatur T berechnet sind, und daran anschließend der Dotierfluß Fs aus dem Diffusionskoeffizienten D, dem Segregationskoeffizien­ ten m und der Verunreinigungskonzentration C ent­ sprechend der nachstehenden Gleichung berechnet sind: Fs = -D·m·[∂(C/m)/∂z].
18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der vorbestimmte Zeitschritt aus dem Dotierfluß Fs bestimmt ist.
19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Prozeßsimulationsteil eine Ätzungsberechnung, Abscheidungsberechnung und optische Lithographieberech­ nung durchführt, die jeweils einem Ätzprozeß, einem Abscheidungsprozeß und einem optischen Lithographiepro­ zeß entsprechen.
20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleitervorrichtung einen MOS-Transistor dar­ stellt, und die Charakteristik einen Schwellenwert des MOS-Transistors darstellt.
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