JP3519251B2 - Simulation equipment - Google Patents

Simulation equipment

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JP3519251B2
JP3519251B2 JP24146397A JP24146397A JP3519251B2 JP 3519251 B2 JP3519251 B2 JP 3519251B2 JP 24146397 A JP24146397 A JP 24146397A JP 24146397 A JP24146397 A JP 24146397A JP 3519251 B2 JP3519251 B2 JP 3519251B2
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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】本発明は半導体製造工程のシ
ミュレーションに関し、特に、不純物拡散あるいは点欠
陥拡散シミュレーションの際に、凝集現象を起こす物質
についてのシミュレーションを容易に行う技術に関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor manufacturing process simulation, and more particularly, to a technique for easily simulating a substance that causes an aggregation phenomenon in impurity diffusion or point defect diffusion simulation.

【0002】[0002]

【従来の技術】集積回路の高集積化に伴い、製造工程数
が増大し工程そのものも複雑になっている。このため、
試作回数が増大し開発コストが上昇している。このよう
な状況に対処するため、シミュレータを用いてあらかじ
め試作条件を絞り込み、試作回数を削減し、試作期間を
短縮する努力がなされている。一般的なシミュレーショ
ン装置を図6に示した。このシミュレーション装置は、
製造を行う半導体装置に関するプロセス処理の手順や条
件等を記録したプロセスフロー10を入力する入力部1
00と、入力されたプロセスフローに基づいてプロセス
シミュレーションを行い、形状や不純物分布情報等の素
子情報20を出力するプロセスシミュレーション部20
0と、出力された素子情報20の情報に基づいてデバイ
スシミュレーションを行うデバイスシミュレーション部
300と、このデバイスシミュレーションの結果を出力
する出力部400と、を有する。
2. Description of the Related Art As the degree of integration of integrated circuits increases, the number of manufacturing steps increases and the steps themselves become complicated. For this reason,
The number of prototypes has increased and the development cost has increased. In order to cope with such a situation, efforts are being made to reduce the number of trial productions and the trial production period by narrowing down the trial production conditions in advance using a simulator. A general simulation device is shown in FIG. This simulation device
An input unit 1 for inputting a process flow 10 in which a procedure, conditions, etc. of process processing relating to a semiconductor device to be manufactured are recorded
00 and a process simulation based on the input process flow, and outputs the device information 20 such as shape and impurity distribution information.
0, a device simulation section 300 that performs a device simulation based on the output element information 20, and an output section 400 that outputs the result of this device simulation.

【0003】ここで、プロセスシミュレーション部20
0では、プロセスシミュレータを用いてイオン注入、酸
化・拡散工程などのシミュレーションを行い、素子形状
と不純物分布を予測し、その結果が所望の値になるよう
に試作のプロセス条件を絞り込んでいた。
Here, the process simulation section 20
In No. 0, simulation of ion implantation, oxidation / diffusion process, etc. was performed using a process simulator to predict the element shape and impurity distribution, and the process conditions for trial manufacture were narrowed down so that the results would be desired values.

【0004】最近、リンがシリコン基板・酸化膜界面の
酸化膜側に凝集することが報告された[文献:M.Akazaw
a,T.Aoki,T.Tazawa,and Y.Sato,SISPAD’96(1996)2
9.]。この凝集現象により基板表面付近のリンの濃度が
下がるので、凝集現象をシミュレーションに取り入れな
いと、例えば、PMOSFETのしきい値が実測値と大
きくずれる。
Recently, it has been reported that phosphorus aggregates on the oxide film side of the silicon substrate / oxide film interface [Reference: M. Akazaw
a, T.Aoki, T.Tazawa, and Y.Sato, SISPAD'96 (1996) 2
9.]. Since the concentration of phosphorus near the surface of the substrate decreases due to this aggregation phenomenon, the threshold value of the PMOSFET, for example, greatly deviates from the actually measured value unless the aggregation phenomenon is incorporated in the simulation.

【0005】図5はこの凝集現象の様子を模式的に書い
た図表である。図表の横軸は、表面からの深さを示し、
縦軸は、リン濃度を示す。図示の如く、凝集層の部分で
は、酸化膜の部分と比較してリン濃度が高くなってい
る。凝集層は0.5nm程度の厚さがあると考えられて
いる。
FIG. 5 is a diagram schematically showing the state of this aggregation phenomenon. The horizontal axis of the chart shows the depth from the surface,
The vertical axis represents the phosphorus concentration. As shown in the figure, the phosphorus concentration in the portion of the aggregation layer is higher than that in the portion of the oxide film. It is considered that the aggregation layer has a thickness of about 0.5 nm.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】この現象を酸化工程も
含めシミュレーションするためには、酸化膜・凝集層・
シリコン基板からなる3層構造の移動界面問題を解く必
要がある。通常行われている移動界面計算は2層構造に
対するものであり、3層構造を扱うためにはプログラム
が非常に複雑になる。特に、既存の複雑な汎用プロセス
シミュレータを改造するのは、非常に困難である。特に
シミュレーション次元が2次元、3次元となるとますま
す困難になるという問題点があった。
In order to simulate this phenomenon including the oxidation step, the oxide film / aggregation layer /
It is necessary to solve the moving interface problem of a three-layer structure composed of a silicon substrate. The moving interface calculation that is normally performed is for a two-layer structure, and the program becomes very complicated to handle a three-layer structure. In particular, it is very difficult to modify an existing complex general-purpose process simulator. In particular, there has been a problem that it becomes more difficult as the simulation dimension becomes two-dimensional and three-dimensional.

【0007】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
であり、その目的とするところは、凝集現象を起こす物
質についてのシミュレーションを容易に行うことがで
き、2次元、3次元のシミュレーションについても容易
に変更可能なシミュレーション方法、シミュレーション
装置、及び、シミュレーションプログラムを記録したコ
ンピュータ読み取り可能な記録媒体を提供することにあ
る。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to easily perform a simulation of a substance that causes an aggregation phenomenon and also to perform a two-dimensional and three-dimensional simulation. An object of the present invention is to provide a simulation method, a simulation device, and a computer-readable recording medium that records a simulation program that can be easily changed.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項1の発明は、半導体装置の基板と酸化膜との
界面に凝集する物質の挙動についてのシミュレーション
を行う装置において、前記物質が凝集して形成された層
である凝集層は存在しないものとして物質反応若しくは
拡散シミュレーションを行う手段と、前記物質反応若し
くは拡散シミュレーションにより移動した基板と酸化膜
との界面に前記凝集層を戻した後の状態について、偏析
のシミュレーションを行う手段と、を備えることを特徴
とするシミュレーション装置。
In order to achieve the above object, the invention of claim 1 is a device for simulating the behavior of a substance that aggregates at an interface between a substrate of a semiconductor device and an oxide film, wherein the substance is After returning the aggregated layer to the interface between the substrate and the oxide film, which is moved by the substance reaction or diffusion simulation, as a means that the aggregated layer that is formed by aggregation does not exist. And a means for simulating the segregation of the above condition.

【0009】上記発明の構成では、物質反応若しくは拡
散シミュレーションでは、凝集層がないものとして計算
する。このように凝集層がないものと見なして計算する
ことで、2層構造のモデルについてシミュレーションす
ればよいので容易にシミュレーションを行うことが出来
る。そして、その後に凝集層を考慮して物質反応若しく
は拡散シミュレーションにより界面が移動したあとに偏
析の計算をするようにしてある。ここで、物質反応と
は、酸化工程やシリサイド化工程を含む。また、半導体
装置の基板と酸化膜との界面に凝集する物質には、リン
や砒素が含まれる。
In the above configuration of the present invention, in the material reaction or diffusion simulation, it is calculated that there is no aggregation layer. By assuming that there is no cohesive layer in this way and performing the calculation, it is sufficient to perform simulation on a model having a two-layer structure, so that the simulation can be easily performed. After that, the segregation is calculated after the interface has moved by a substance reaction or a diffusion simulation in consideration of the agglomerated layer. Here, the material reaction includes an oxidation process and a silicidation process. Further, the substance that aggregates at the interface between the substrate of the semiconductor device and the oxide film includes phosphorus and arsenic.

【0010】請求項2の発明は、半導体装置の製造工程
の流れを表したプロセスフローに基づいて、前記半導体
装置のプロセスシミュレーションを行う装置において、
前記プロセスフローを入力し、その解読を行うプロセス
フロー解読部と、前記プロセスフロー解読部の解読結果
に基づき、前記製造工程のプロセスシミュレーションを
行うシミュレーション制御部と、を有し、前記プロセス
シミュレーション部は、前記製造工程のうち、物質反応
若しくは拡散工程のシミュレーションについて、物質が
凝集して形成された層である凝集層を隣接する物質領域
と見なして、物質反応若しくは拡散の計算を行い、前記
隣接する物質領域と見なした前記凝集層を元に戻して、
前記凝集層と他の物質領域との界面の偏析計算を行うこ
とを特徴とする。
According to a second aspect of the present invention, there is provided an apparatus for performing a process simulation of the semiconductor device based on a process flow representing a flow of a manufacturing process of the semiconductor device,
The process simulation unit has a process flow decoding unit that inputs the process flow and decodes the process flow, and a simulation control unit that performs a process simulation of the manufacturing process based on the decoding result of the process flow decoding unit. In the simulation of the substance reaction or diffusion process in the manufacturing process, the aggregated layer, which is a layer formed by aggregating substances, is regarded as an adjacent substance region, the substance reaction or diffusion is calculated, and the adjacent regions are calculated. Return the aggregation layer regarded as the material region to the original,
It is characterized in that a segregation calculation of an interface between the agglomerated layer and another substance region is performed.

【0011】上記発明の構成では、物質反応に伴い界面
が移動する物質領域を隣接する物質領域と見なして物質
反応等の計算をするようにしてある。従って、より少な
い物質領域での計算となる。また、隣接する物質領域と
みなすため、従来からのシミュレーション方法を用いて
も、凝集部分はその物質が拡散等されるような計算結果
にならないのである。その後に凝集部分を元に戻して偏
析の計算をするようにしてある。これにより、容易にシ
ミュレーションを行うことが出来るのである。
In the configuration of the above-mentioned invention, the material reaction and the like are calculated by regarding the material region in which the interface moves along with the material reaction as the adjacent material region. Therefore, the calculation is performed in a smaller material region. Further, since it is regarded as the adjacent material region, even if the conventional simulation method is used, the aggregated portion does not give a calculation result such that the material is diffused. After that, the agglomerated portion is returned to the original state and the segregation is calculated. Thereby, the simulation can be easily performed.

【0012】請求項3の発明は、前記凝集層を隣接する
物質領域と見なす際には、前記界面が移動する物質領域
の不純物または点欠陥濃度を、前記隣接する物質領域と
の偏析係数で規格化して前記隣接する物質領域と見なす
ことを特徴とする。
According to the third aspect of the present invention, when the agglomeration layer is regarded as an adjacent substance region, the concentration of impurities or point defects in the substance region in which the interface moves is standardized by a segregation coefficient with the adjacent substance region. It is characterized in that the material region is converted into the adjacent material region.

【0013】ここで、偏析係数とは、注目する界面につ
いて化学ポテンシャルの差によりある物質の濃度が偏る
現象があり、その偏りの割合をいう。偏析係数で規格化
するとは、化学ポテンシャルの差により濃度が偏った領
域の濃度をその偏析係数で除算を行うことでその偏りを
一時的に除くことをいう。このように偏析係数で規格化
することにより、容易に隣接した物質領域と見なすこと
が出来るのである。
Here, the segregation coefficient means a phenomenon in which the concentration of a certain substance is biased due to the difference in chemical potential at the interface of interest, and means the ratio of the bias. To normalize with the segregation coefficient means to temporarily remove the deviation by dividing the concentration in the region where the concentration is biased due to the difference in chemical potential by the segregation coefficient. By normalizing with the segregation coefficient in this way, it can be easily regarded as the adjacent material regions.

【0014】請求項4の発明は、前記凝集層を隣接する
物質領域と見なす際に、前記界面が移動する物質領域の
不純物または点欠陥濃度を、前記隣接する物質領域の濃
度が前記隣接する物質領域の濃度と等しくして前記隣接
する物質領域と見なすことを特徴とする。
According to a fourth aspect of the present invention, when the agglomeration layer is regarded as an adjacent substance region, the concentration of impurities or point defects in the substance region where the interface moves is determined as the substance in which the concentration of the adjacent substance region is adjacent to the substance region. It is characterized in that it is regarded as the adjacent substance region by making the concentration equal to that of the region.

【0015】ここで、濃度を等しくするとは、例えば、
物質反応に伴い界面が移動する物質領域の濃度と前記隣
接する物質領域の濃度との差分を求めて、物質反応に伴
い界面が移動する物質領域の濃度からその差分をひく操
作をいう。このようにすることにより、容易に隣接した
物質領域と見なすことが出来るのである。
Here, making the concentrations equal means, for example,
This is an operation in which the difference between the concentration of a substance region in which the interface moves due to a substance reaction and the concentration of the adjacent substance region is obtained, and the difference is subtracted from the concentration of the substance region in which the interface moves due to the substance reaction. By doing so, it can be easily regarded as the adjacent material regions.

【0016】請求項5の発明は、前記凝集層を隣接する
物質領域と見なして、物質反応若しくは拡散の計算を行
う際に、前記物質反応に伴い界面が移動する物質領域
を、1次元シミュレーションの場合にはその長さを零
に、2次元シミュレーションの場合にはその面積を零
に、3次元シミュレーションの場合にはその体積を零に
して隣接する物質領域と見なして、物質反応若しくは拡
散の計算を行うことを特徴とする。
According to a fifth aspect of the present invention, when the agglomeration layer is regarded as an adjacent substance region and a substance reaction or diffusion is calculated, the substance region whose interface moves due to the substance reaction is subjected to a one-dimensional simulation. In this case, the length is set to zero, the area is set to zero in the case of two-dimensional simulation, and the volume is set to zero in the case of three-dimensional simulation. It is characterized by performing.

【0017】上記発明の構成によれば、幾何学的な取り
扱いを簡単にすることができる。また、当該物質領域に
ついてメッシュ等を発生する必要がない。従って、容易
にシミュレーションを行うことが出来るのである。
According to the configuration of the above invention, geometrical handling can be simplified. Further, it is not necessary to generate a mesh or the like for the substance area. Therefore, the simulation can be easily performed.

【0018】請求項6の発明は、半導体装置の基板と酸
化膜との界面に凝集する物質の挙動についてのシミュレ
ーションを行う方法において、前記半導体装置内の物質
領域の偏析と前記物質領域内の物質反応、前記半導体装
置内の物質領域の偏析と前記物質領域内の拡散、若しく
は、前記半導体装置内の物質領域の偏析、前記物質領域
内の物質反応、及び前記物質領域内の拡散の一部とその
残り、を分割して計算する粗結合計算によりシミュレー
ション結果を求めることで、前記半導体の製造工程のシ
ミュレーションを行うことを特徴とする。
According to a sixth aspect of the present invention, in a method of simulating the behavior of a substance that agglomerates at an interface between a substrate of a semiconductor device and an oxide film, segregation of a substance region in the semiconductor device and a substance in the substance region are performed. A part of the reaction, the segregation of the substance region in the semiconductor device and the diffusion in the substance region, or the segregation of the substance region in the semiconductor device, the substance reaction in the substance region, and the diffusion in the substance region. It is characterized in that the simulation of the manufacturing process of the semiconductor is performed by obtaining a simulation result by a coarse coupling calculation in which the remainder is divided and calculated.

【0019】[0019]

【発明の実施の形態】以下、本発明に係るシミュレーシ
ョン方法、シミュレーション装置、及び、シミュレーシ
ョンプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な
記録媒体の実施形態について、図面を参照しながら詳細
に説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of a simulation method, a simulation apparatus, and a computer-readable recording medium recording a simulation program according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.

【0020】以下に示す実施形態を説明するシミュレー
ション方法においては、各種処理を行うためのCPU
と、キーボード、マウス、ライトペンなどの入力装置
と、メモリ装置やディスク装置、フロッピーディスク装
置などの外部記憶装置、プリンタ装置等の出力装置とを
備えた通常のコンピュータシステムを用いる。なお、前
記CPUは、以下で説明する各ステップの処理等を行う
演算部と前記処理の命令を記憶する主記憶部を具備す
る。
In the simulation method for explaining the embodiment described below, the CPU for performing various processes
An ordinary computer system including an input device such as a keyboard, a mouse, and a light pen, an external storage device such as a memory device, a disk device, and a floppy disk device, and an output device such as a printer device is used. The CPU includes an arithmetic unit that performs processing of each step described below and a main storage unit that stores an instruction of the processing.

【0021】第1の実施形態 本実施形態のプロセスシミュレーション装置を図1に示
す。このプロセスシミュレーション装置は、製造を行う
半導体装置に関するプロセス処理の手順や条件等を記録
したプロセスフロー10の解読を行うプロセスフロー解
読部210と、イオン注入工程のシミュレーションを行
うイオン注入工程シミュレーション手段221、エッチ
ング工程のシミュレーションを行うエッチング工程シミ
ュレーション手段222、デポジション工程のシミュレ
ーションを行うでポジション工程シミュレーション手段
223、及び、凝集層を考慮して酸化/拡散工程のシミ
ュレーションを行う酸化/拡散工程のシミュレーション
手段224等を用いてプロセスフロー解読部210の解
読結果に基づいて、これらシミュレーション手段を制御
しながらプロセスシミュレーションを行うシミュレーシ
ョン制御部220と、を備えるものである。
First Embodiment FIG. 1 shows a process simulation apparatus of this embodiment. This process simulation apparatus includes a process flow decoding unit 210 that decodes the process flow 10 that records the procedure and conditions of process processing relating to a semiconductor device that is manufactured, and an ion implantation process simulation unit 221 that simulates the ion implantation process. An etching process simulation means 222 for simulating the etching process, a position process simulation means 223 for simulating the deposition process, and an oxidation / diffusion process simulation means 224 for simulating the oxidation / diffusion process in consideration of the agglomeration layer. And the like, based on the decoding result of the process flow decoding unit 210, a simulation control unit 220 that performs a process simulation while controlling these simulation means, It is as it has.

【0022】本実施形態では、説明を簡単にするため酸
化性雰囲気におけるシリコン基板中の1次元不純物拡散
シミュレーションとする。シリコン基板上に酸化膜が形
成されており、酸化膜とシリコン基板の間に不純物凝集
層が存在するものとする。そして、この不純物凝集層は
界面の酸化膜側にあり、その厚さは一定であるとする。
また簡単のため、凝集層と酸化膜中の不純物拡散係数は
同じであるとする。
In this embodiment, a one-dimensional impurity diffusion simulation in a silicon substrate in an oxidizing atmosphere is used for simplification of description. It is assumed that an oxide film is formed on the silicon substrate and that an impurity aggregation layer exists between the oxide film and the silicon substrate. The impurity aggregation layer is located on the oxide film side of the interface and has a constant thickness.
Further, for simplicity, it is assumed that the impurity diffusion coefficient in the aggregation layer is the same as that in the oxide film.

【0023】図2は、本実施形態の凝集層を考慮した酸
化/拡散工程シミュレーション手段224の処理動作を
示すフローチャートである。以下の説明では、酸化性雰
囲気における不純物拡散シミュレーションについて説明
する。
FIG. 2 is a flow chart showing the processing operation of the oxidation / diffusion process simulation means 224 in consideration of the agglomerated layer of this embodiment. In the following description, an impurity diffusion simulation in an oxidizing atmosphere will be described.

【0024】まず、シミュレーションが開始されると、
拡散時間Tが0にセットされる(ステップS101)。
続いて、酸化膜と基板の間にある凝集層を一時的に酸化
膜領域とみなす(ステップS102)。ここで、このよ
うに一時的に酸化膜領域と見なすのは、凝集層の濃度が
高くなっているままに酸化・拡散計算してしまうと、酸
化膜と凝集層の不純物濃度に偏析による段差があるの
で、凝集した物質が他の領域に拡散してしまうような計
算結果となってしまうためである。
First, when the simulation is started,
The diffusion time T is set to 0 (step S101).
Then, the aggregation layer between the oxide film and the substrate is temporarily regarded as an oxide film region (step S102). Here, the reason for temporarily considering the oxide film region is that if oxidation / diffusion calculation is performed while the concentration of the aggregation layer is high, a step due to segregation occurs in the impurity concentration of the oxide film and the aggregation layer. This is because the calculation result is such that the agglomerated substance diffuses into other regions.

【0025】酸化膜領域と見なす手法としては、酸化膜
中の不純物濃度を偏析係数で規格化する。すなわち、偏
析係数(酸化膜と凝集層のリン濃度の割合)を求めて、
凝集層のリン濃度を偏析係数で除算を行う。その除算結
果を用いて以下の酸化・拡散計算を行ようにする。ま
た、他の手法としては、酸化膜と凝集層のリン濃度を等
しくして、その差分を記憶しておき、酸化・拡散計算を
行ようにする。
As a method of considering the oxide film region, the impurity concentration in the oxide film is standardized by the segregation coefficient. That is, the segregation coefficient (ratio of the phosphorus concentration of the oxide film and the aggregation layer) is calculated,
The phosphorus concentration in the aggregation layer is divided by the segregation coefficient. The following oxidation / diffusion calculation is performed using the result of the division. As another method, the phosphorus concentration of the oxide film is made equal to that of the agglomerated layer, the difference is stored, and the oxidation / diffusion calculation is performed.

【0026】続いて、酸化膜とシリコン基板に対して、
拡散温度における酸化性雰囲気の拡散係数、偏析係数、
酸化係数などを計算して拡散方程式を設定し(ステップ
S103)、その設定された拡散方程式を計算すること
により、酸化・拡散計算を行う(ステップS104)。
このとき酸化の計算に伴い酸化膜・基板界面が移動す
る。
Subsequently, with respect to the oxide film and the silicon substrate,
Diffusion coefficient, segregation coefficient of oxidizing atmosphere at diffusion temperature,
Oxidation / diffusion calculation is performed by calculating the oxidation coefficient and the like to set a diffusion equation (step S103), and calculating the set diffusion equation (step S104).
At this time, the oxide film / substrate interface moves along with the calculation of oxidation.

【0027】続いて、移動した酸化膜・基板界面の酸化
膜側に凝集層を戻す(ステップS105)。ここでは、
ステップS102にて凝集層のリン濃度を偏析係数で規
格化した場合には、偏析係数で規格化された酸化膜中の
不純物濃度を物理的な濃度に戻す。具体的な操作として
は、偏析係数で乗算を行う。また、酸化膜と凝集層のリ
ン濃度を等しいとした場合には、記憶しておいた差分の
加算を行う。
Then, the aggregation layer is returned to the oxide film side of the moved oxide film / substrate interface (step S105). here,
When the phosphorus concentration of the aggregation layer is normalized by the segregation coefficient in step S102, the impurity concentration in the oxide film normalized by the segregation coefficient is returned to the physical concentration. As a specific operation, multiplication is performed using a segregation coefficient. If the phosphorus concentrations of the oxide film and the agglomeration layer are the same, the stored difference is added.

【0028】続いて、そして凝集層とその両脇のコント
ロールボリュームに対する偏析方程式を設定し(ステッ
プS106)、設定した偏析方程式を解き不純物分布を
求める(ステップS107)。このように、拡散・酸化
の計算と偏析の計算を分割して粗結合で解くようにする
ことにより、複雑であった計算を簡易化することができ
る。
Subsequently, a segregation equation is set for the agglomerated layer and control volumes on both sides thereof (step S106), and the set segregation equation is solved to obtain an impurity distribution (step S107). In this way, by dividing the calculation of diffusion / oxidation and the calculation of segregation and solving them by coarse coupling, the complicated calculation can be simplified.

【0029】続いて、拡散時間TをΔT増加させ(ステ
ップS108)、その値が全拡散時間Tfを越えている
か否かを判定し(ステップS109)、越えていなけれ
ば再びステップS102から始まるループを実行し、そ
うでなければシミュレーションを終了する。
Subsequently, the diffusion time T is increased by ΔT (step S108), and it is judged whether or not the value exceeds the total diffusion time Tf (step S109). If it does not exceed the total diffusion time Tf, the loop starting from step S102 is executed again. Run, otherwise end simulation.

【0030】粗結合による計算方法は計算精度に問題が
ある可能性があるので、界面移動がない場合について厳
密解と比較し、本発明の計算方法の精度を確認した。図
3は一様に1018・cm3のリンを含む基板上に酸化膜
20nm堆積してアニールしたときのリンの濃度分布を
示した図表である。この図表の横軸は、深さを示し、縦
軸は、リンの濃度を示す。ここに、三角形は、3層構造
を厳密に解いた解であり、実線は、本実施形態による解
であり、破線は、酸化膜・基板2層構造に対する厳密解
である。
Since the calculation method by the coarse coupling may have a problem in calculation accuracy, the accuracy of the calculation method of the present invention was confirmed by comparing with the exact solution in the case where there is no interface movement. FIG. 3 is a chart showing a phosphorus concentration distribution when an oxide film of 20 nm is deposited and annealed on a substrate containing 10 18 cm 3 of phosphorus uniformly. The horizontal axis of this chart shows the depth, and the vertical axis shows the concentration of phosphorus. Here, the triangle is the solution obtained by strictly solving the three-layer structure, the solid line is the solution according to the present embodiment, and the broken line is the exact solution for the oxide / substrate two-layer structure.

【0031】図3から明らかなように、界面移動がない
場合、本発明は非常に精度良くシミュレーションを行う
ことができる。界面が移動する場合についても同様に精
度良く計算することが期待される。
As is apparent from FIG. 3, when there is no interface movement, the present invention can perform simulation with extremely high accuracy. It is expected that the calculation will be performed with high accuracy even when the interface moves.

【0032】このように、2層構造の移動界面を取り扱
う既存の汎用シミュレータを少し改造するだけで容易に
凝集層などを含む3層構造のシミュレーションを容易に
実現することができる。
As described above, a simulation of a three-layer structure including a cohesive layer and the like can be easily realized by slightly modifying an existing general-purpose simulator that handles a moving interface of a two-layer structure.

【0033】また、以上の説明では凝集層を一時的に酸
化膜とみなしたが、一時的にシリコン基板とみなしても
よい。また、以上の説明では簡単のため酸化膜・シリコ
ン基板の2層構造を仮定したが、シリコン基板の下にS
OI酸化膜など他の物質領域があってもよい。さらに酸
化膜の上部に酸化剤を透過する物質領域があってもよ
い。
In the above description, the aggregation layer is temporarily regarded as an oxide film, but it may be temporarily regarded as a silicon substrate. Also, in the above description, a two-layer structure of an oxide film and a silicon substrate was assumed for simplicity.
There may be other material regions such as an OI oxide film. Further, there may be a substance region that allows the oxidant to pass therethrough on the oxide film.

【0034】本実施形態では凝集層に有限の長さ(厚
み)があることを想定したが、幾何学的な取り扱いを簡
単にするために凝集層の厚みを零にしてもよい。この場
合には凝集層内の拡散は考慮する必要はない。
In this embodiment, it is assumed that the aggregation layer has a finite length (thickness), but the thickness of the aggregation layer may be zero in order to simplify the geometrical handling. In this case, it is not necessary to consider diffusion in the agglomerated layer.

【0035】なお、本実施形態ではシリコン基板の酸化
を例にしたが、シリコン基板のシリサイド反応にも適用
できる。例えばTiSi2 ・TiSi・シリコン基板に
対して、各タイムステップ毎にTiSi2 を一時的にT
iSi領域とみなしてTiSi・シリコン基板反応と不
純物拡散を計算し、その後TiSi2 に戻してTiSi
2 とTiSi間の偏析と拡散を解けばよい。
Although the oxidation of the silicon substrate is taken as an example in the present embodiment, it can be applied to the silicide reaction of the silicon substrate. For example, with respect to a TiSi 2 · TiSi / silicon substrate, TiSi 2 is temporarily transferred to T at each time step.
The TiSi-silicon substrate reaction and impurity diffusion are calculated assuming that they are in the iSi region, and then TiSi 2 is returned to TiSi.
The segregation and diffusion between 2 and TiSi should be solved.

【0036】第2の実施形態 次に、第2の実施形態のシミュレーション方法及びシミ
ュレーション装置について説明する。本実施形態では、
2次元シミュレーションを例にとり説明を行う。この例
では簡単のためシリコン基板を酸化する場合、シリコン
基板の表面に沿って厚さaの不純物凝集層が形成される
ものとする。2次元方程式は、例えば3角形メッシュを
用いた有限要素法を用いて解く。このため酸化膜領域、
凝集層領域、シリコン基板領域に3角形メッシュを設定
する。
Second Embodiment Next, a simulation method and a simulation apparatus of the second embodiment will be described. In this embodiment,
A two-dimensional simulation will be described as an example. In this example, for the sake of simplicity, when oxidizing the silicon substrate, it is assumed that an impurity agglomeration layer having a thickness a is formed along the surface of the silicon substrate. The two-dimensional equation is solved using, for example, the finite element method using a triangular mesh. Therefore, the oxide film area,
A triangular mesh is set in the aggregation layer region and the silicon substrate region.

【0037】本実施形態のシミュレーション手順につい
て、第1の実施例の形態の説明で用いた図2を用いて説
明する。本実施形態では2次元シミュレーションについ
て説明するが、1次元シミュレーションの手順とほぼ同
じである。シミュレーションが開始されると、まず、拡
散時間Tが0にセットされる(ステップS101)。
The simulation procedure of this embodiment will be described with reference to FIG. 2 used in the description of the first embodiment. In the present embodiment, a two-dimensional simulation will be described, but the procedure is almost the same as the one-dimensional simulation procedure. When the simulation is started, first, the diffusion time T is set to 0 (step S101).

【0038】続いて、酸化膜と基板の間にある凝集層を
一時的に酸化膜領域とみなす(ステップS102)。図
4は、2次元メッシュを模式的に示した図である。この
図では、点ABDで囲まれた領域S、及び点ADCで囲
まれた領域Tはシリコン基板領域であるものとし、点
C’D’Fで囲まれた領域U、及び点C’FEで囲まれ
た領域Vは凝集層領域であるものとし、また、点E’
F’Hで囲まれた領域W、及び点E’HGで囲まれた領
域Xは酸化膜領域であるものとする。ここでは、凝集層
にある3角形メッシュU,Vは酸化膜領域とみなす。こ
のとき、酸化膜中の不純物濃度は酸化膜・凝集層の偏析
係数で規格化する。すなわち、図3の頂点C’,D’,
E,Fの不純物濃度を規格化する。
Then, the aggregation layer between the oxide film and the substrate is temporarily regarded as an oxide film region (step S102). FIG. 4 is a diagram schematically showing a two-dimensional mesh. In this figure, the area S surrounded by the point ABD and the area T surrounded by the point ADC are assumed to be silicon substrate areas, and the area U surrounded by the point C′D′F and the area C′FE are surrounded by the point C′D′F. The enclosed area V is assumed to be the aggregation layer area, and the point E '
The region W surrounded by F′H and the region X surrounded by the point E′HG are oxide film regions. Here, the triangular meshes U and V in the aggregation layer are regarded as oxide film regions. At this time, the impurity concentration in the oxide film is normalized by the segregation coefficient of the oxide film / aggregation layer. That is, the vertices C ′, D ′,
The impurity concentrations of E and F are standardized.

【0039】つぎに酸化膜とシリコン基板に対して、拡
散温度における酸化性雰囲気の拡散係数、偏析係数、酸
化係数などを計算して拡散方程式を設定する(ステップ
S103)。そしてステップS104にて拡散方程式を
解く。このとき酸化に伴い酸化膜・基板界面が移動す
る。
Next, for the oxide film and the silicon substrate, the diffusion coefficient, the segregation coefficient, the oxidation coefficient, etc. of the oxidizing atmosphere at the diffusion temperature are calculated to set the diffusion equation (step S103). Then, in step S104, the diffusion equation is solved. At this time, the oxide film / substrate interface moves along with the oxidation.

【0040】ステップS105では、移動した酸化膜・
基板界面の酸化膜側に凝集層を戻す。そして規格化され
た酸化膜領域の不純物濃度を元に戻す。
In step S105, the moved oxide film
The aggregation layer is returned to the oxide film side of the substrate interface. Then, the standardized impurity concentration of the oxide film region is restored.

【0041】ステップS106では、凝集層とこれに接
する酸化膜、シリコン基板の3角形要素に対して偏析方
程式を設定する。
In step S106, a segregation equation is set for the aggregation layer, the oxide film in contact with the aggregation layer, and the triangular elements of the silicon substrate.

【0042】このとき、凝集層内の3角形要素に対し
て、これらの間の拡散を設定してもよい。次に、ステッ
プS107で偏析方程式を解き不純物分布を求める。ス
テップS108にて拡散時刻TをΔT増加し、その値が
全拡散時間Tfを越えているか否かを判定し(ステップ
S109)、越えていなければ再びステップS102か
ら始まるループを実行し、そうでなければシミュレーシ
ョンを終了する。
At this time, the diffusion between the triangular elements in the aggregation layer may be set. Next, in step S107, the segregation equation is solved to obtain the impurity distribution. In step S108, the diffusion time T is increased by ΔT, and it is determined whether or not the value exceeds the total diffusion time Tf (step S109). If it does not exceed, the loop starting from step S102 is executed again. End the simulation.

【0043】このように本実施形態では、1次元から2
次元に容易に拡張することができる。同様に、3次元に
拡張するのも容易である。また、2次元でシミュレーシ
ョンできることは、より現実に近い形でシミュレーショ
ンできる。また、半導体装置のゲート長の依存性等のシ
ミュレーションも行うことが出来るようになる。
As described above, in the present embodiment, from one dimension to 2
Can be easily extended to dimensions. Similarly, it can be easily extended to three dimensions. In addition, the fact that two-dimensional simulation can be performed can be performed in a more realistic manner. Further, it becomes possible to perform a simulation of the dependency of the gate length of the semiconductor device.

【0044】本実施形態では凝集層に有限の面積がある
ことを想定したが、幾何学的な取り扱いを簡単にするた
めに凝集層の面積を零にしてもよい。この場合には凝集
層内の拡散は考慮する必要はない。このように凝集層の
面積を零することで、凝集層内に新たにメッシュを発生
させる必要がないという効果がある。
In the present embodiment, it is assumed that the aggregation layer has a finite area, but the area of the aggregation layer may be zero in order to simplify the geometrical handling. In this case, it is not necessary to consider diffusion in the agglomerated layer. By thus reducing the area of the aggregation layer, there is an effect that it is not necessary to newly generate a mesh in the aggregation layer.

【0045】なお、上述したシミュレーション方法を実
現するためのプログラムは記録媒体に保存することがで
きる。この記録媒体をコンピュータシステムによって読
み込ませ、前記プログラムを実行してコンピュータを制
御しながら上述したシミュレーション方法を実現するこ
とができる。ここで、前記記録媒体とは、メモリ装置、
磁気ディスク装置、光ディスク装置等、プログラムを記
録することができるような装置が含まれる。
The program for implementing the above-mentioned simulation method can be stored in a recording medium. The recording medium can be read by a computer system, the program can be executed, and the simulation method described above can be realized while controlling the computer. Here, the recording medium is a memory device,
A device capable of recording a program, such as a magnetic disk device or an optical disk device, is included.

【0046】[0046]

【発明の効果】以上説明してきたように、本発明に係る
シミュレーション方法、シミュレーション装置、及び、
シミュレーションプログラムを記録したコンピュータ読
み取り可能な記録媒体によれば、凝集現象を起こす物質
についてのシミュレーションを容易に行うことができ、
2次元、3次元のシミュレーションについても容易に変
更することができる。
As described above, the simulation method, the simulation apparatus, and the simulation method according to the present invention,
According to the computer-readable recording medium in which the simulation program is recorded, it is possible to easily perform the simulation of the substance causing the aggregation phenomenon,
Two-dimensional and three-dimensional simulations can be easily changed.

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

【図1】本実施形態のシミュレーション装置を示す図で
ある。
FIG. 1 is a diagram showing a simulation apparatus of this embodiment.

【図2】本実施形態のシミュレーション処理を示すフロ
ーチャートである。
FIG. 2 is a flowchart showing a simulation process of this embodiment.

【図3】本発明の計算精度を示す図表である。ここに三
角形は3層構造を厳密に解いた解、実線は本発明による
解、破線は酸化膜・基板2層構造に対する厳密解であ
る。
FIG. 3 is a chart showing the calculation accuracy of the present invention. Here, a triangle is a solution obtained by strictly solving a three-layer structure, a solid line is a solution according to the present invention, and a broken line is an exact solution for an oxide film / substrate two-layer structure.

【図4】2次元メッシュを模式的に示したものである。FIG. 4 schematically shows a two-dimensional mesh.

【図5】リンが酸化膜・シリコン基板間の凝集層に凝集
した様を模式的に表した図である。
FIG. 5 is a diagram schematically showing how phosphorus is aggregated in an aggregate layer between an oxide film and a silicon substrate.

【図6】従来のシミュレーション装置を示すブロック図
である。
FIG. 6 is a block diagram showing a conventional simulation apparatus.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 プロセスフロー 20 素子情報 21 形状情報 22 不純物分布情報 100 入力部 200 プロセスシミュレーション部 210 プロセスフロー解読部 220 シミュレーション制御部 221 イオン注入工程シミュレーション手段 222 エッチング工程シミュレーション手段 223 デポジション工程シミュレーション手段 224 酸化/拡散工程シミュレーション手段 300 デバイスシミュレーション部 400 出力部 10 process flow 20 element information 21 Shape information 22 Impurity distribution information 100 input section 200 Process Simulation Department 210 Process Flow Decoding Unit 220 Simulation control unit 221 Ion Implantation Process Simulation Means 222 Etching process simulation means 223 Deposition Process Simulation Means 224 Oxidation / diffusion process simulation means 300 Device Simulation Department 400 output section

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/22 H01L 21/316 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (58) Fields surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) H01L 21/22 H01L 21/316

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 半導体装置の基板と酸化膜との界面に凝
集する物質の挙動についてのシミュレーションを行う装
置において、 前記物質が凝集して形成された層である凝集層は存在し
ないものとして物質反応若しくは拡散シミュレーション
を行う手段と、 前記物質反応若しくは拡散シミュレーションにより移動
した基板と酸化膜との界面に前記凝集層を戻した後の
態について、偏析のシミュレーションを行う手段と、を
備えることを特徴とするシミュレーション装置。
1. A device for simulating the behavior of a substance that agglomerates at the interface between a substrate and an oxide film of a semiconductor device, wherein a substance reaction is performed assuming that there is no agglomeration layer which is a layer formed by agglomeration of the substance. Or, a means for performing diffusion simulation and movement by the substance reaction or diffusion simulation
And a means for simulating the segregation of the state after the aggregation layer is returned to the interface between the substrate and the oxide film .
【請求項2】 半導体装置の製造工程の流れを表したプ
ロセスフローに基づいて、前記半導体装置のプロセスシ
ミュレーションを行う装置において、 前記プロセスフローを入力し、その解読を行うプロセス
フロー解読部と、 前記プロセスフロー解読部の解読結果に基づき、前記製
造工程のプロセスシミュレーションを行うシミュレーシ
ョン制御部と、 を有し、 前記プロセスシミュレーション部は、前記製造工程のう
ち、物質反応若しくは拡散工程のシミュレーションにつ
いて、物質が凝集して形成された層である凝集層 を隣接する物
質領域と見なして、物質反応若しくは拡散の計算を行
い、 前記隣接する物質領域と見なした前記凝集層を元に戻し
て、前記凝集層と他の物質領域との界面の偏析計算を行
うことを特徴とするシミュレーション装置。
2. A device for performing a process simulation of a semiconductor device based on a process flow representing a flow of a semiconductor device manufacturing process, a process flow decoding unit for inputting the process flow and decoding the process flow, based on the result of decoding process flow decryption unit, anda simulation control unit for process simulation of the production process, the process simulation unit, among the manufacturing processes, the simulation of material reaction or diffusion process, material The aggregation layer, which is a layer formed by aggregation, is regarded as an adjacent substance region, and a substance reaction or diffusion is calculated, and the aggregation layer regarded as the adjacent substance region is returned to the original state, and the aggregation layer is returned. Simulation characterized by performing the segregation calculation of the interface between the material and other material regions apparatus.
【請求項3】 前記凝集層を隣接する物質領域と見なす
際には、 前記界面が移動する物質領域の不純物または点欠陥濃度
を、前記隣接する物質領域との偏析係数で規格化して前
記隣接する物質領域と見なすことを特徴とする請求項2
記載のシミュレーション装置。
3. When the aggregation layer is regarded as an adjacent material region, the concentration of impurities or point defects in the material region where the interface moves is standardized by a segregation coefficient with the adjacent material region, and the adjacent material regions are adjacent to each other. The material region is regarded as a material region.
The described simulation device.
【請求項4】 前記凝集層を隣接する物質領域と見なす
際に、 前記界面が移動する物質領域の不純物または点欠陥濃度
を、前記隣接する物質領域の濃度が前記隣接する物質領
域の濃度と等しくして前記隣接する物質領域と見なすこ
とを特徴とする請求項2記載のシミュレーション装置。
4. The concentration of impurities or point defects in the material region in which the interface moves is equal to the concentration of the adjacent material region when the concentration layer is regarded as the adjacent material region. The simulation apparatus according to claim 2, wherein the adjacent material regions are regarded as adjacent to each other.
【請求項5】前記凝集層を隣接する物質領域と見なし
て、物質反応若しくは拡散の計算を行う際に、 前記物質反応に伴い界面が移動する物質領域を、1次元
シミュレーションの場合にはその長さを零に、2次元シ
ミュレーションの場合にはその面積を零に、3次元シミ
ュレーションの場合にはその体積を零にして隣接する物
質領域と見なして、物質反応若しくは拡散の計算を行う
ことを特徴とする請求項2記載のシミュレーション装
置。
5. When the agglomeration layer is regarded as an adjacent substance region and the calculation of the substance reaction or diffusion is performed, the length of the substance region in which the interface moves due to the substance reaction is increased in the case of one-dimensional simulation. The characteristic is that the material reaction or diffusion is calculated assuming that the area is zero, the area is zero in the case of two-dimensional simulation, and the volume is zero in the case of three-dimensional simulation. The simulation device according to claim 2.
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