JP2871588B2 - Simulation method of ion implantation process - Google Patents

Simulation method of ion implantation process

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JP2871588B2
JP2871588B2 JP10346796A JP10346796A JP2871588B2 JP 2871588 B2 JP2871588 B2 JP 2871588B2 JP 10346796 A JP10346796 A JP 10346796A JP 10346796 A JP10346796 A JP 10346796A JP 2871588 B2 JP2871588 B2 JP 2871588B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置設計に
用いられる製造プロセスのシミュレータに関し、特にイ
オン注入プロセスにおける注入されたイオンの分布のシ
ミュレーション方法に関する。
The present invention relates to a simulator for a manufacturing process used for designing a semiconductor device, and more particularly to a method for simulating a distribution of implanted ions in an ion implantation process.

【0002】[0002]

【従来の技術】この種のイオン注入モンテカルロシミュ
レーションの従来技術として、(1)上記特開平6−8
4823号公報、(2)文献(S. H. Yang, et al.,
“A MoreEfficient Approach for Monte Carlo Simulat
ion of Deeply-Channeled Impanted Profiles in Singl
e-Crystal Silicon”,NUPAD V, June 5, 1994, pp.97-1
00, Fig. 1-2)がある。
2. Description of the Related Art The prior art of this type of ion implantation Monte Carlo simulation is as follows.
No. 4823, (2) Literature (SH Yang, et al.,
“A MoreEfficient Approach for Monte Carlo Simulat
ion of Deeply-Channeled Impanted Profiles in Singl
e-Crystal Silicon ”, NUPAD V, June 5, 1994, pp.97-1
00, Fig. 1-2).

【0003】半導体装置の高性能な設計を短時間・低経
費で行うことが産業上重要である。半導体の電気特性
は、不純物をドーピングすることにより、任意に設計で
きるが、この不純物分布を直接測定することは容易では
ない。
It is industrially important to design a high-performance semiconductor device in a short time and at low cost. The electrical characteristics of a semiconductor can be arbitrarily designed by doping with an impurity, but it is not easy to directly measure the impurity distribution.

【0004】また、実際に、試作する前に、コンピュー
タシミュレーション等により、予めある不純物導入プロ
セスにおける不純物分布が精密に予測できれば、無駄な
試作を省くことができる。
In addition, if the impurity distribution in a certain impurity introduction process can be accurately predicted in advance by computer simulation or the like before actually producing a prototype, useless trial production can be omitted.

【0005】特に、不純物導入は従来からイオン注入技
術が主流であるが、このイオン注入プロセスの精密なシ
ミュレーション方法として、注目されたイオンのターゲ
ット材質中での動きを計算機上で疑似乱数を用いて模擬
計算するモンテカルロ法がある。近年、イオン注入のモ
ンテカルロシミュレーションの進展により、結晶半導体
への注入が計算できるようになり、広く使われるように
なってきた。
In particular, ion implantation technology has conventionally been the mainstream for impurity introduction. As a precise simulation method of this ion implantation process, the movement of attentional ions in a target material is calculated by using a pseudo random number on a computer. There is a Monte Carlo method for simulation calculation. In recent years, the progress of Monte Carlo simulation of ion implantation has made it possible to calculate implantation into a crystalline semiconductor, and has been widely used.

【0006】しかしながら、従来のモンテカルロシミュ
レーションでは、注入されたイオンの濃度をサンプリン
グした粒子の数で表現するため、濃度が少ない領域で
は、サンプリング粒子の数が少なくなり濃度分布の精度
が悪くなるという欠点がある。
However, in the conventional Monte Carlo simulation, the concentration of the implanted ions is represented by the number of sampled particles. Therefore, in a region where the concentration is low, the number of sampled particles decreases and the accuracy of the concentration distribution deteriorates. There is.

【0007】この対策として、サンプリング粒子数を増
やせば精度は向上するが、膨大な計算時間の増加を招く
ことになる。
As a countermeasure, if the number of sampling particles is increased, the accuracy is improved, but the calculation time is greatly increased.

【0008】これに対し、例えば上記特開平6−848
23号公報、あるいは文献(S. H.Yang, et al., “A M
ore Efficient Approach for Monte Carlo Simulation
ofDeeply-Channeled Impanted Profiles in Single-Cry
stal Silicon”, NUPAD V,June 5, 1994, pp.97-100, F
ig. 1-2)等に記載の方法は、濃度の精度が悪い場所を
調べて、その場所、もしくはその近傍から部分的に別乱
数列で計算をやり直すことにより、全体的な計算時間の
増大という負担を軽くしようとしたものである。なお、
上記特開平6−84823号公報には、注入面に直交す
る断面を複数の等体積のセルに分割し、所定の濃度の重
みを持つ粒子を初段階でモンテカルロ法で試算し、その
結果、濃度の低いセルに対して前記濃度の重みより低い
濃度の粒子で注入試算するステップを含み、これらのス
テップを引き続き繰り返し行うことにより、従来では濃
度分布表示されなかったセルにも濃度の重みの低い粒子
が入り込むことによって低濃度領域の分布も精度よく把
握できるようにしたイオン注入プロセスシミュレーショ
ンが提案されている。
On the other hand, for example, Japanese Unexamined Patent Publication No.
No. 23, or the literature (SHYang, et al., “AM
ore Efficient Approach for Monte Carlo Simulation
ofDeeply-Channeled Impanted Profiles in Single-Cry
stal Silicon ”, NUPAD V, June 5, 1994, pp.97-100, F
The method described in ig. 1-2) etc. increases the overall calculation time by examining a place where the concentration accuracy is poor and partially re-performing the calculation from that place or its vicinity with a different random number sequence. This is to reduce the burden. In addition,
Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-84823 discloses that a cross section orthogonal to an injection plane is divided into a plurality of cells of equal volume, and particles having a predetermined concentration weight are calculated by a Monte Carlo method at an initial stage. Injection trial calculation of particles with a concentration lower than the concentration weight for cells having a low concentration is carried out, and by repeating these steps continuously, particles having a low concentration The ion implantation process simulation has been proposed in which the distribution of the low concentration region can be grasped with high accuracy by the penetration of.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】上記した従来のイオン
注入のモンテカルロシミュレーションは、単に初めから
サンプリング粒子を増やし精度の高い計算を全部やり直
すという負担を軽減するものである。
The above-described conventional Monte Carlo simulation of ion implantation is intended to reduce the burden of simply increasing the number of sampling particles from the beginning and re-performing all high-precision calculations.

【0010】しかし、この場合でも、まず行った計算結
果に対し、どの部分で濃度の精度が足りないか、また、
どこから再計算を行えばよいのかなどを判断する必要が
あり、特に、濃度の精度が不足しているということを判
断するためには、濃度を計算しなくてはならず、このた
め、予め計算時間を費やして、予備的な計算を必要とす
ることになる。
However, even in this case, in which part of the calculated result the accuracy of the density is insufficient,
It is necessary to judge where to start recalculation, etc.In particular, in order to judge that the accuracy of the concentration is insufficient, the concentration must be calculated. Spend time and require preliminary calculations.

【0011】そして、2次元、3次元計算の場合には、
濃度を計算するだけでも相当なサンプリング量が必要と
され、予備的な計算といえども、負担はすでに非常に大
きい。
In the case of two-dimensional and three-dimensional calculations,
Calculating the concentration alone requires a considerable amount of sampling, and even the preliminary calculations are already very burdensome.

【0012】すなわち、従来の方法は、ある計算結果に
対して、それ以降の計算の負担を軽くするということに
は確かに貢献するものの、これに要する予備的な計算に
費やされる労力、計算時間は、依然として大きな負担で
ある。
In other words, the conventional method certainly contributes to reducing the load of the subsequent calculation for a certain calculation result, but the labor and calculation time required for the preliminary calculation required for this. Is still a heavy burden.

【0013】従って、本発明は、上記事情に鑑みて為さ
れたものであって、その目的は、このように計算機負荷
の大きいモンテカルロイオン注入シミュレーションに対
して、計算時間を上記した予備的な計算に費やすことを
不要とし、且つ精度を向上することのできるシミュレー
ション方法を提供することにある。
Accordingly, the present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to perform the above-described preliminary calculation for the Monte Carlo ion implantation simulation with a large computer load. It is an object of the present invention to provide a simulation method that can eliminate the need to spend time and improve the accuracy.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明は、イオン注入プロセスのモンテカルロシミ
ュレーション計算過程において、統計性向上操作とし
て、イオン粒子に対して、該イオン粒子の軌跡の途中で
所定個数のコピーを作りコピー数に応じて重みを配分す
る操作を施し、このコピー生成操作をイオンの3次元空
間内の飛行距離の分布関数に基づき、かつ複数段階行う
ことを特徴とするイオン注入プロセスのシミュレーショ
ン方法を提供する。
In order to achieve the above-mentioned object, the present invention provides a method for improving statistical properties in a Monte Carlo simulation calculation process of an ion implantation process. Ion implantation characterized by performing an operation of making a predetermined number of copies and distributing weights according to the number of copies, and performing this copy generation operation based on a distribution function of the flight distance of the ions in a three-dimensional space and in a plurality of stages. A method for simulating a process is provided.

【0015】[0015]

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を以下に説明
する。本発明の実施の形態は、イオン注入プロセスのモ
ンテカルロシミュレーションの問題である分布のすその
ばらつきを改善するため、長い飛行距離を持つイオンの
サンプリング数のみを増大させるものであり、イオン注
入プロセスのモンテカルロシミュレーション計算過程に
おいて、統計性向上の操作として、計算上の仮想粒子
(イオン)に対して、その軌跡の計算途中で複数のコピ
ーを作り、コピー数に応じて重みを配分する操作を施す
が、この操作を、イオンの3次元空間内のイオンの飛行
距離の分布に基づいて、多段階で行うようにしたもので
ある、
Embodiments of the present invention will be described below. The embodiment of the present invention increases only the number of sampling of ions having a long flight distance in order to improve the variation of the distribution which is a problem of the Monte Carlo simulation of the ion implantation process. In the simulation calculation process, as an operation of improving the statistical property, an operation of making a plurality of copies in the middle of calculation of the trajectory of the calculated virtual particles (ions) and distributing weights according to the number of copies is performed. This operation is performed in multiple stages based on the distribution of the flight distance of the ions in the three-dimensional space of the ions.

【0016】また、ターゲット基板が複数媒質から成る
場合、イオンの飛行距離を各ターゲット媒質の平均エネ
ルギー損失でスケーリングした後に構成した分布関数を
基にして、コピー発生操作を施す。
When the target substrate is composed of a plurality of media, a copy generating operation is performed based on a distribution function constructed after scaling the flight distance of ions by the average energy loss of each target medium.

【0017】次に、本発明の実施の形態の原理を説明す
る。モンテカルロ計算において、計算結果、ここでは注
入イオンの濃度の精度が悪いということは、その評価箇
所でのサンプリング粒子数が不足しているということで
ある。
Next, the principle of the embodiment of the present invention will be described. In the Monte Carlo calculation, the fact that the accuracy of the calculation result, that is, the concentration of the implanted ions here is poor, means that the number of sampling particles at the evaluation point is insufficient.

【0018】注入イオン濃度の精度を向上するために
は、表面からイオン注入されたイオンをサンプリングし
て計算する場合、そこ(評価箇所)に到達するイオン数
を増やせばよいが、どの程度のイオンがその場所まで到
達し得るのかは、計算してみるまではわからない。
In order to improve the accuracy of the implanted ion concentration, when sampling and calculating ions implanted from the surface, the number of ions reaching that (evaluation location) may be increased. You can't tell if you can get to that place until you calculate it.

【0019】ただし、注入されたイオンの分布において
は、ほとんどの場合、分布のすその部分でのばらつきが
問題となる。すなわち、深い位置に到達する長い飛程を
持ったイオンを優先的にサンプリングすれば、実効的に
分布のすそのサンプリング数を増大させることができ
る。
However, in the distribution of the implanted ions, in most cases, the variation at the bottom of the distribution becomes a problem. That is, if ions having a long range reaching a deep position are sampled preferentially, the number of samplings in the distribution can be effectively increased.

【0020】本発明の実施の形態に係る方法において
は、サンプリング粒子数のこの増大操作を、イオン注入
されたイオンの飛行距離の分布を基にして行うようにし
たものである。
In the method according to the embodiment of the present invention, this operation of increasing the number of sampled particles is performed based on the flight distance distribution of the implanted ions.

【0021】注入イオンの濃度分布がある場所でのサン
プリング数であるのに対し、このイオンの飛行距離の分
布は、注入される媒質が1種類の場合には、場所依存性
が無く、一方、媒質が複数あれば、その媒質固有の量で
規格化しておけば、場所依存性がほとんど無くなる。す
なわち、2次元、3次元計算においても、濃度分布を計
算するよりは、非常に少ないサンプリング数で、飛行距
離の分布関数は得られる。
The number of samplings at a place where the concentration distribution of the implanted ions is present, whereas the distribution of the flight distance of the ions has no place dependence when only one kind of medium is implanted. If there are a plurality of media, if they are standardized by an amount specific to the media, location dependency is almost eliminated. That is, even in the two-dimensional and three-dimensional calculations, the distribution function of the flight distance can be obtained with a very small number of samplings as compared with the calculation of the concentration distribution.

【0022】また、この飛行距離の分布は近似的なもの
を用いてもかまわず、計算しながら更新することが可能
である。
The distribution of the flight distance may be approximated, and can be updated while being calculated.

【0023】以上により、本発明の実施の形態によれ
ば、従来の方法で必要とされた予備計算をほとんど必要
とせずに、注入イオン分布のすそのばらつきを抑え、精
度を向上できる。
As described above, according to the embodiment of the present invention, the dispersion of the implanted ion distribution can be suppressed and the accuracy can be improved with little need for the preliminary calculation required by the conventional method.

【0024】次に、本発明の実施の形態について図面を
参照してより詳細に説明する。図1は、本発明の実施の
形態の処理操作を説明するためのフローチャートであ
る。
Next, embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a flowchart for explaining the processing operation of the embodiment of the present invention.

【0025】図1を参照して、まずステップS1にて初
期サンプル粒子Nを読み込む。
Referring to FIG. 1, first, in step S1, initial sample particles N are read.

【0026】次に、注入イオンの軌跡を計算する途中
で、コピーを何個作るのかというパラメータNc、及び
コピーを作る操作を何段適用するのかというパラメータ
sをそれぞれ読み込む(ステップS2)。
Next, during the calculation of the trajectory of the implanted ions, a parameter N c indicating how many copies are to be made and a parameter N s indicating how many operations to make a copy are to be applied are read (step S 2).

【0027】さらに、注入イオンの軌跡の計算中で、ど
の飛行距離に達した位置でコピーを作るのかというパラ
メータL(Ns)を適用段数Nsの数だけ読み込む(ステ
ップS3)。ただし、このL(Ns)は、後ほど計算中
に順次更新されるため、適当な値を格納するようにして
もよい。
Further, during the calculation of the trajectory of the implanted ions, the parameter L (N s ) indicating at which flight distance the copy should be made is read by the number of application stages N s (step S 3). However, since L (N s ) is sequentially updated later during calculation, an appropriate value may be stored.

【0028】その後、ステップS5からS9までは、通
常のモンテカルロ法によるイオン注入シミュレーション
の手順と同様に行う。すなわち、粒子の重みWを1に初
期設定し、注入エネルギーと注入場所の初期化を行い
(ステップS6)、電子素子能を計算し(ステップS
7)、核素子能を計算し(ステップS8)、散乱間飛距
離Sを計算する(ステップS9)。
After that, steps S5 to S9 are performed in the same manner as the procedure of the ion implantation simulation by the ordinary Monte Carlo method. That is, the weight W of the particles is initially set to 1, the implantation energy and the implantation location are initialized (step S6), and the electronic element performance is calculated (step S6).
7) The nuclear element capability is calculated (step S8), and the inter-scatter distance S is calculated (step S9).

【0029】次に、イオンの飛行距離を各材質中の平均
エネルギー損失量で規格化する操作を行い(ステップS
10)、この規格化したイオンの飛行距離Sを蓄積(累
積)してなる量Lionとして記憶しておく(ステップS
11のLion←Lion+S)。なお、この量Lionは、例
えばステップS6等において初期化される。
Next, an operation of normalizing the flight distance of the ions by the average energy loss amount in each material is performed (step S).
10), the standardized flight distance S of the ions is stored as an amount L ion obtained by accumulating (accumulating) (step S)
11 L ion ← L ion + S). This amount L ion is initialized, for example, in step S6 and the like.

【0030】このLionが予め設定されたL(Ns)の各
値になった時点(即ちLion>L(Ns)となった時点)
で、ステップS13にて、その時点での粒子のエネルギ
ー、位置、進行方向が同じコピーをNc個作る。その
際、各コピーの重みWは、コピーの数Ncだけ減らす
(W←W/Nc)。
The point in time when this L ion reaches each value of the preset L (N s ) (ie, the point in time when L ion > L (N s ))
Then, in step S13, Nc copies are made with the same particle energy, position, and traveling direction at that time. At this time, the weight W of each copy is reduced by the number Nc of copies (W ← W / Nc ).

【0031】この各コピー粒子は、通常のサンプリング
粒子と同様に計算されるが、各コピー粒子に対して、計
算機上で発生する疑似乱数列が異なるため、各コピーは
異なった軌跡として計算される。コピーの飛行距離も記
憶しておくため、コピー粒子がさらに分割コピーされる
こともありうる。
Each copy particle is calculated in the same manner as a normal sampling particle, but each copy particle is calculated as a different trajectory because a pseudo random number sequence generated on a computer is different for each copy particle. . Since the flight distance of the copy is also stored, the copy particles may be further divided and copied.

【0032】ステップS14に示すように、各サンプリ
ング粒子は、そのエネルギーがある十分小さな値Ed
り小さくなった時点でその場所に止まったとされ、次の
粒子の計算に移る(ステップS15のi←i+1)。
As shown in step S14, the sampling particles are to have stopped in its place when it becomes smaller than the sufficiently small value E d where that energy moves to the calculation of the next particle (Step S15 i ← i + 1).

【0033】ステップS16の判定処理(iのNgによ
る剰余が0か否か)に示すように、Ng個のサンプリン
グ粒子を計算した時点で、粒子増倍操作を行う指標L
(Ns)を更新する(ステップS17)。
As shown in the determination process of step S16 (whether or not the remainder of i by N g is 0), at the time when N g sampled particles are calculated, the index L for performing the particle multiplication operation is obtained.
(N s ) is updated (step S17).

【0034】このステップS17における指標L
(Ns)の更新操作は、今までに計算した粒子のLion
分布を更新し、適当な位置に変更すればよい。適当な位
置としては、Lionの分布のピーク位置から、例えば1
/2、1/4、1/8などに値が減少するような位置を
所望の段数に応じて選ぶものとする。また、Ngの値と
しては、飛行距離の分布が簡単な近似関数で構成できる
最小数でよい。
The index L in step S17
The update operation of (N s ) may update the distribution of the ion of the particles calculated so far and change the distribution to an appropriate position. An appropriate position is, for example, 1 point from the peak position of the distribution of L ion.
A position where the value decreases to / 2, 1/4, 1/8 or the like is selected according to the desired number of stages. Further, the value of N g may be a minimum number that enables the distribution of the flight distance to be formed by a simple approximation function.

【0035】途中で発生したコピー粒子を全て計算し終
わり、コピーの元になった初期サンプル粒子も全て計算
し終わった段階で、シミュレーションは終了する。そし
て、コピーを含めてサンプル粒子の位置と各サンプル粒
子の重みから、注入されたイオンの濃度分布が求められ
る。
The simulation ends when all the copy particles generated in the middle have been calculated and all the initial sample particles from which the copy has been made have been calculated. Then, the concentration distribution of the implanted ions is obtained from the position of the sample particles including the copy and the weight of each sample particle.

【0036】[0036]

【実施例】上記した本発明の実施の形態を更に詳細に説
明すべく具体的な実施例を図面を参照して以下に説明す
る。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS In order to explain the above-mentioned embodiment of the present invention in more detail, specific embodiments will be described below with reference to the drawings.

【0037】図2は、比較のために、本発明の方法に従
わない従来法による、結晶シリコン中へのリンを30k
eVで注入した場合のイオン注入モンテカルロシミュレ
ーション結果(イオン注入プロファイル)を示したもの
である。なお、図2に計算結果を示すシミュレーション
において、サンプリング粒子数として2000個を用
い、ワークステーション(NEC社製のEWS4800
と)での計算時間は、338秒であった。
FIG. 2 shows, by way of comparison, that phosphorus in crystalline silicon is reduced by 30 k by a conventional method which does not follow the method of the present invention.
FIG. 14 shows the results of ion implantation Monte Carlo simulation (ion implantation profile) when implanting at eV. In the simulation shown in FIG. 2, the number of sampled particles was 2000, and a workstation (EWS4800 manufactured by NEC) was used.
The calculation time in () and () was 338 seconds.

【0038】これと同じイオン注入プロセス条件のシミ
ュレーションに対して、本発明を適用した結果(イオン
注入プロファイル)を図3に示す。
FIG. 3 shows the result (ion implantation profile) of applying the present invention to the same simulation of the ion implantation process conditions.

【0039】本発明の実施例においては、図1に示した
ステップS1に相当する初期粒子数を1000個、ステ
ップS17にも用いるイオンの飛行距離分布の近似関数
形としてガウス分布を用いた。またステップS16にお
けるNgを100とした。また、ステップS2において
は、Nc=2、Ns=4とした。さらに、ステップS3に
おいては、L(Ns)として、前述のイオン飛行距離の
分布を近似したガウス分布のピーク値から、1/2に低
下する位置を、再帰的に、Ns(=4)段階、適用し
た。
In the embodiment of the present invention, the initial number of particles corresponding to step S1 shown in FIG. 1 is 1000, and the Gaussian distribution is used as an approximate function form of the flight distance distribution of the ions used also in step S17. Also was 100 N g in step S16. Further, in step S2, and the N c = 2, N s = 4. Further, in step S3, a position which is reduced to 1/2 from the peak value of the Gaussian distribution which approximates the distribution of the ion flight distance as L (N s ) is recursively calculated as N s (= 4). Stage, applied.

【0040】シミュレーション計算終了後、最終的なサ
ンプリング粒子の数は増倍効果のため、1808個に増
加した。シミュレーションの計算時間は、上記比較例と
同じワークステーションで、331秒と、従来法の計算
である図2とほぼ同程度であった。
After the simulation calculation, the final number of sampled particles increased to 1808 due to the multiplication effect. The calculation time of the simulation was 331 seconds at the same workstation as the comparative example, which was almost the same as that of FIG. 2 which is the calculation of the conventional method.

【0041】図2に示すように、比較例による計算結果
では、注入イオンの濃度が、1016cm-2程度の所か
ら、注入イオンの濃度分布は、ばらつきの大きなノイズ
となってしまっているが、本発明の実施例による計算結
果を示す図3においては、1015cm-2〜1014cm-2
程度の低濃度まで分布のばらつきは抑制され精度の高い
計算結果が得られている。
As shown in FIG. 2, the calculation results of the comparative example, the concentration of implanted ions, from where about 10 16 cm -2, the concentration distribution of the implanted ions is has become a major noise variation However, in FIG. 3 showing the calculation results according to the example of the present invention, 10 15 cm −2 to 10 14 cm −2
The dispersion of the distribution is suppressed to a low concentration, and a highly accurate calculation result is obtained.

【0042】このような1〜2桁の精度向上のために
は、従来、1〜2桁の粒子数の増加、すなわち粒子数の
増加に対応した計算時間の増加が必要とされているが、
本実施例によれば、その必要はない。すなわち、本実施
例によれば、実質的に10〜100倍の計算の高効率化
が達成できたことになる。
In order to improve the precision by one or two digits, it is conventionally required to increase the number of particles by one or two digits, that is, to increase the calculation time corresponding to the increase in the number of particles.
According to the present embodiment, this is not necessary. That is, according to the present embodiment, it is possible to substantially increase the calculation efficiency by 10 to 100 times.

【0043】ここで、例えば従来の技術として掲げた、
特開平6−84823号公報、および、国際学会予稿集
NUPADVのpp.97-100に記載のA. H. Yangの論文のような
方法を比較検討すると、これら従来の方法は、まず図2
のような計算を行い、どの部分で精度が不足しているか
を判断した後、再計算を行うものであるため、必然的に
計算時間は増大する一方であるという欠点を有してい
る。
Here, for example, as a conventional technique,
JP-A-6-84823 and International Conference Proceedings
Comparing methods such as AH Yang's paper described in NUPADV, pp. 97-100, these conventional methods are first shown in FIG.
The calculation is performed as described above, and after re-calculation is performed after judging where the accuracy is insufficient, the calculation time is inevitably increasing.

【0044】図4は、比較のために、図2の予備計算を
行なった後に、従来の方法により、本発明の実施例の図
3と同じ精度の計算を行なった計算結果を示す。この場
合、計算時間は、図2の予備計算に要した338秒に加
えて、286秒が必要であった。
FIG. 4 shows a calculation result obtained by performing the same calculation as that of FIG. 3 of the embodiment of the present invention by the conventional method after performing the preliminary calculation of FIG. 2 for comparison. In this case, the calculation time required 286 seconds in addition to 338 seconds required for the preliminary calculation in FIG.

【0045】これに対し、本実施例の方法では、予備計
算をする必要は全く無く、図2と同様の計算時間で、解
の精度を1〜2桁向上させることができた。
On the other hand, in the method of this embodiment, there is no need to perform any preliminary calculation, and the accuracy of the solution can be improved by one or two digits in the same calculation time as in FIG.

【0046】次に、本発明の第2の実施例として、図1
と同様の計算方法で、多媒質構造へのイオン注入の2次
元計算に適用した例を以下に説明する。
Next, as a second embodiment of the present invention, FIG.
An example in which the present invention is applied to a two-dimensional calculation of ion implantation into a multi-medium structure by the same calculation method as described above will be described below.

【0047】図5(A)は、計算対象の構造と計算され
た注入イオンの分布である。深さ1.0μm、幅0.4
μmの単結晶シリコン表面にアモルファスシリコンのマ
スクが厚さ0.1μm、幅0.2μmで存在する構造
に、砒素(As)を80keVでドーズ量1×1013
-2注入する工程を、図1の処理フローにしたがって計
算した。
FIG. 5A shows the structure to be calculated and the calculated distribution of implanted ions. 1.0 μm depth, 0.4 width
In a structure in which an amorphous silicon mask having a thickness of 0.1 μm and a width of 0.2 μm is present on a surface of a single-crystal silicon having a thickness of μm, arsenic (As) is applied at 80 keV and a dose of 1 × 10 13 c.
The step of m −2 injection was calculated according to the processing flow of FIG.

【0048】図1に示す処理フローにおいて、ステップ
S10にあるように、散乱間飛行距離の計算を行なう時
に材質中の平均エネルギー損失で重み付け(規格化)し
た。
In the processing flow shown in FIG. 1, as in step S10, when calculating the inter-scattering flight distance, weighting (normalization) was performed with the average energy loss in the material.

【0049】図5(B)は、図1の処理フローにおいて
ステップS10の重み付け操作を行なわない場合と、行
なった場合とで、アモルファスシリコンマスク直下の注
入イオンの深さ方向分布である。
FIG. 5B shows the depth distribution of implanted ions immediately below the amorphous silicon mask when the weighting operation in step S10 is not performed and when the weighting operation is performed in step S10 in the processing flow of FIG.

【0050】ステップS10の重み付け操作を行わない
場合、分布が鋭く落ちこんでしまっているが、これは、
粒子数が足りないためであり、ステップS10の重み付
け操作を行なった場合には、スムーズな分布が得られて
いる。
If the weighting operation in step S10 is not performed, the distribution has sharply dropped.
This is because the number of particles is insufficient, and when the weighting operation in step S10 is performed, a smooth distribution is obtained.

【0051】[0051]

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係るイオ
ン注入プロセスシミュレーション方法によれば、従来必
要とされた予備的計算を不要とし、シミュレーション計
算時間を増加させずに、注入イオン分布の計算結果の精
度を、例えば10倍(1桁)以上も向上させることがで
きるという顕著な効果を有している。
As described above, according to the ion implantation process simulation method according to the present invention, it is possible to eliminate the previously required preliminary calculation and calculate the ion distribution without increasing the simulation calculation time. This has a remarkable effect that the precision of the result can be improved, for example, by a factor of 10 or more (one digit) or more.

【0052】これは、本発明においては、シミューレー
ション計算結果全体の精度を、単にサンプリング粒子数
を増加させるのではなく、計算結果の精度が不足してい
る、イオン飛行距離分布のすそのサンプリング粒子の数
だけを増倍させる操作を施し、また、この操作を、媒質
中の平均エネルギー損失で規格化した注入イオンの3次
元空間での飛行距離という、場所に依存しない量を基に
施し、飛行距離の分布を計算中に自動的に更新するよう
に構成したことにより、注入イオン分布の計算結果によ
らず、常に分布のすそ近傍のサンプリング粒子数を増倍
でき、かつ手間のかかる予備的な計算を不要として精度
を向上したことによる。
This is because, in the present invention, the accuracy of the entire simulation calculation result is not simply increased by the number of sampling particles, but the accuracy of the calculation result is insufficient. An operation of multiplying only the number of particles is performed, and this operation is performed based on a place-independent amount, which is a flight distance in three-dimensional space of the implanted ions normalized by an average energy loss in the medium, By configuring the flight distance distribution to be automatically updated during the calculation, the number of sampling particles near the base of the distribution can always be multiplied regardless of the calculation result of the implanted ion distribution. This is due to improved accuracy by eliminating unnecessary calculations.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の実施の形態に係るイオン注入プロセス
のシミュレーション方法を説明するフローチャートであ
る。
FIG. 1 is a flowchart illustrating a simulation method of an ion implantation process according to an embodiment of the present invention.

【図2】比較例として、従来の一般的なモンテカルロ法
によるイオン注入プロセスシミュレーション方法による
結晶シリコン中へのリンのイオン注入のシミュレーショ
ン結果を示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing, as a comparative example, a simulation result of phosphorus ion implantation into crystalline silicon by a conventional general ion implantation process simulation method by the Monte Carlo method.

【図3】図2と同様のイオン注入条件で、本発明の実施
例によるシミュレーション結果を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing a simulation result according to an embodiment of the present invention under the same ion implantation conditions as in FIG. 2;

【図4】図2に結果を示すシミュレーションを行なった
後に、従来法にて図3と同程度の精度まで計算を行った
場合の計算結果を示す図である。
FIG. 4 is a diagram illustrating a calculation result in a case where a calculation is performed to the same level of accuracy as in FIG. 3 by a conventional method after performing a simulation whose results are illustrated in FIG. 2;

【図5】本発明の第2の実施例を説明するための図であ
り、2次元計算を行なった計算結果を示す図である。
FIG. 5 is a diagram for explaining a second embodiment of the present invention, and is a diagram showing a calculation result obtained by performing a two-dimensional calculation.

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】イオン注入プロセスのモンテカルロシミュ
レーション計算過程において、統計性向上操作として、
イオン粒子に対して、該イオン粒子の軌跡の途中で所定
個数のコピーを作りコピー数に応じて重みを配分する操
作を施し、このコピー生成操作をイオンの3次元空間内
の飛行距離の分布関数に基づき、かつ複数段階行うこと
を特徴とするイオン注入プロセスのシミュレーション方
法。
In a Monte Carlo simulation calculation process of an ion implantation process, as an operation for improving statistical properties,
The ion particles are subjected to an operation of making a predetermined number of copies in the middle of the trajectory of the ion particles and distributing weights according to the number of copies, and performing the copy generation operation on the distribution function of the flight distance of the ions in the three-dimensional space. A simulation method of an ion implantation process, wherein the simulation is performed at a plurality of stages based on the above.
【請求項2】ターゲット基板が複数媒質から成る場合、
イオンの飛行距離を、各ターゲット媒質の平均エネルギ
ー損失で規格化した後に構成してなる分布関数を基にし
て、前記コピー生成操作を行うことを特徴とする請求項
1記載のイオン注入プロセスのシミュレーション方法。
2. When the target substrate is composed of a plurality of media,
2. The simulation of the ion implantation process according to claim 1, wherein the copy generation operation is performed based on a distribution function configured after normalizing the flight distance of ions by an average energy loss of each target medium. Method.
【請求項3】前記コピー生成操作において、イオンが飛
行軌跡上にてその飛行距離が所定の距離を超えた際に、
前記イオン粒子と、エネルギー、位置、及び方向が同一
なコピー粒子を1又は複数生成することを特徴とする請
求項1記載のイオン注入プロセスのシミュレーション方
法。
3. In the copy generating operation, when the flight distance of an ion on a flight trajectory exceeds a predetermined distance,
The method according to claim 1, wherein one or more copy particles having the same energy, position, and direction as the ion particles are generated.
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