JP3540223B2 - Parameter extraction method for ion implantation simulation, recording medium - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明はパラメータ抽出方法及びパラメータ抽出プログラムを記録した記録媒体に関し、特に半導体の製造プロセスの計算機シミュレーションにおけるパラメータ抽出方法及びパラメータ抽出プログラムを記録した記録媒体に関する。
【0002】
【従来の技術】
プロセスシミュレータとは、イオン注入プロセス、拡散プロセス等の半導体の製造プロセスを計算機を用いて計算し、デバイス内部の不純物プロファイル等の物理量や形状を予測するものである。プロセスシミュレータについての詳細な説明は、檀良編著、「プロセスデバイスシミュレーション技術」(産業図書)、18−79頁、1990年4月20日発行に述べられている。
【0003】
プロセスシミュレータにてイオン注入プロセスを計算するために用いられるイオン注入シミュレーションにおいて、不純物イオン注入に付随して発生する格子間シリコンや空孔などの点欠陥を高精度に計算することがイオン注入後の拡散シミュレーションを高精度に行うために重要である。
【0004】
点欠陥は実際にその分布を測定することは困難であるが、第一原理的なモンテカルロ(Monte Carlo)・イオン注入シミュレータを用いて計算することは可能である。しかしながら、モンテカルロ・イオン注入シミュレーションは長時間の計算時間を要する。そのため、モンテカルロ・イオン注入シミュレータを用いて計算した点欠陥分布を、ある種の解析的な関数で近似し、抽出したパラメータを用いて高速なイオン注入シミュレーションを行うことが多い。
【0005】
ここで、特開平11−283932号公報に記載されているイオン注入シミュレーション方法を行うための構成が図2に示されている。同図において、開発者側とは同シミュレーション方法の開発時の手順を示し、ユーザ側とは同シミュレーション方法を使用する時の手順を表している。同図を参照すると、まず開発者側では、データベースに格納されたイオン注入条件41として、注入イオン:P(燐)、注入エネルギー:50keV、注入ドーズ量:1e15/cm2 等の条件を入力する。そして、モンテカルロ・イオン注入シミュレーション42を行う。このシミュレーション42により、有限個の点欠陥分布43がデータベースに得られる。
【0006】
次に、この点欠陥分布43から、補正関数を考慮した、例えばピアソン分布関数用のパラメータの抽出44を行う。この場合、補正関数を考慮とは、例えば、補正関数により補正後のピアソン分布関数がモンテカルロ法による分布を良く近似するように、ピアソン分布関数を抽出するというようなことである。
【0007】
このピアソン分布関数用パラメータ45は、ユーザ側の、プロセスシミュレータ47のピアソン分布関数を用いたイオン注入シミュレーション48に入力される。ユーザ側では、イオン注入条件46として、前述したような条件を、プロセスシミュレータ47に入力する。
【0008】
プロセスシミュレータ47では開発者側で得られたピアソン分布関数用パラメータを用いて、イオン注入シミュレーション48を行う。これにより、所定の濃度分布が得られる。次に、補正関数
F(P(x)) = CSi(1−exp(−P(x)/CSi)) …(1)
による補正49を行う。これにより、点欠陥分布50を得る。なお、式(1)において、関数P(x)はピアソン分布関数、CSiはSiの原子数密度とする。
【0009】
ここで、点欠陥分布も不純物分布と良く似た分布であることから、イオン注入された不純物の分布を精度良く再現可能な性質を持つピアソン(Pearson)分布関数を使って近似することが一般的である。従って、モンテカルロ・イオン注入シミュレータを用いて計算した点欠陥分布を高精度に再現するようにピアソン分布関数のパラメータを抽出する必要がある。
【0010】
この場合、従来は、モンテカルロ・イオン注入シミュレータの用いて計算した点欠陥分布を、そのまま抽出対象としてピアソン分布関数のパラメータを抽出していた。つまり、パラメータ抽出手順においては、図3(a)に示されているように、モンテカルロ・イオン注入シミュレータで点欠陥濃度の分布31を得る。次に、図3(b)に示されているように、その分布31について、ピアソン分布関数で近似された分布32を得て、パラメータを抽出する。
【0011】
イオン注入シミュレーション時には、抽出したパラメータとピアソン分布関数とを用いて計算した、図3(c)に示されている分布33を用いる。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来技術には、次のような問題点があった。すなわち、図2に示されているように、点欠陥濃度の分布31のピーク濃度がSiの原子数密度CSiに近い場合、点欠陥分布がピアソン分布関数では高精度に近似できない分布となってしまう。このため、ピアソン分布関数を用いると、高精度なパラメータを抽出できないという欠点がある。
【0013】
本発明は上述した従来技術の欠点を解決するためになされたものであり、その目的は高精度なパラメータを抽出することのできるパラメータ抽出方法及びパラメータ抽出プログラムを記録した記録媒体を提供することである。
【0014】
【課題を解決するための手段】
本発明によるパラメータ抽出方法は、ピアソン分布関数と補正関数
F(P(x)) = CSi(1−exp(−P(x)/CSi))
(関数P(x)は前記ピアソン分布関数、CSiはSiの原子数密度とする、以下同じ)とを用いる不純物イオン注入シミュレーションにおけるパラメータ抽出方法であって、点欠陥濃度分布を、前記補正関数の逆関数
G(P(x))=−CSi log(1−P(x)/CSi)
で変換するステップと、この変換された分布をピアソン分布関数で近似してパラメータを抽出するステップとを含むことを特徴とする。
【0015】
本発明によるパラメータ抽出プログラムを記録した記録媒体は、コンピュータによってピアソン分布関数と補正関数
F(P(x)) = CSi(1−exp(−P(x)/CSi))
(関数P(x)は前記ピアソン分布関数、CSiはSiの原子数密度とする、以下同じ)とを用いる不純物イオン注入シミュレーションにおけるパラメータ抽出を行うためのプログラムを記録した記録媒体であって、該プログラムはコンピュータに、点欠陥濃度分布を、前記補正関数の逆関数
G(P(x))=−CSi log(1−P(x)/CSi)
で変換させ、この変換された分布をピアソン分布関数で近似してパラメータを抽出させることを特徴とする。
【0016】
要するに本発明では、半導体の製造プロセスの計算機シミュレーション方法に関し、特にピアソン分布関数とその補正関数を用いるイオン注入シミュレーションのパラメータ抽出方法において、モンテカルロ・イオン注入シミュレータで計算した格子間シリコンや空孔等の点欠陥の分布を、補正関数の逆関数
G(P(x)) = −CSi log(1−P(x)/CSi)
で変換し、その変換された分布をピアソン分布関数で近似してパラメータを抽出するのである。こうすることにより、高ドーズイオン注入時の点欠陥濃度分布を高精度に再現できるパラメータが得られ、高速かつ高精度なシミュレーションを実現できるのである。
【0017】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の一形態について図面を参照して説明する。なお、以下の説明において参照する各図においては、他の図と同等部分には同一符号が付されている。
【0018】
図1は本発明によるパラメータ抽出方法におけるパラメータ抽出手順を示す概念図である。同図を参照し、半導体の製造プロセスの計算機シミュレーション方法に関し、特にピアソン分布関数とその補正関数を用いるイオン注入シミュレーションのパラメータ抽出方法について説明する。
【0019】
パラメータ抽出手順においては、まず図1(a)に示されているように、モンテカルロ・イオン注入シミュレータで点欠陥の一種である格子間シリコンの分布P(x)11を得る。次に、図1(b)に示されているように、その格子間シリコンの分布を補正関数
F(Q(x)) = CSi(1−exp(−Q(x)/CSi))
の逆関数
G(P(x)) = −CSi log(1−P(x)/CSi)
で変換し、分布Q(x)12を得る。その変換された分布Q(x)=G(P(x))に対して、図1(c)に示されているように、ピアソン分布関数で近似された分布13を得て、パラメータを抽出する。以上でパラメータの抽出手順は終了である。
【0020】
次に、イオン注入シミュレーション時には、抽出したパラメータとピアソン分布関数とを用いて計算した、図1(d)に示されている分布Q(x)14を、補正関数で変換する。これにより、図1(e)の符号15で示されている、格子間シリコンの分布P(x)=F(Q(x))を得る。
【0021】
以上説明したように、本シミュレーション方法を用いれば、モンテカルロ・イオン注入シミュレータを用いて計算した点欠陥の濃度がSiの原子数密度に近い場合でも、精度良く近似できる。以下、その効果について、数式を用いて物理的に導出して説明する。
【0022】
まず、イオン注入が時間Tだけ行われると考え、ある座標xでは平均的に分布Q(x)だけ格子が壊れて点欠陥が発生していると考えると、ある時刻tでの点欠陥量P(x,t)は、式(2)のように表すことができる。
【0023】
【数1】
ところが、点欠陥が発生すると、壊れることのできる格子がCSi−P(x,t)に減少する。従って、
【0024】
【数2】
としなくてはならない。この式(3)をtで微分すると、
【0025】
【数3】
となる。この式(4)の微分方程式を解くと、式(5)のような補正関数が得られる。
【0026】
【数4】
そして、分布Q(x)が小さく点欠陥が少ない場合では、点欠陥分布P(x,T)=Q(x)であり、その場合は点欠陥分布がピアソン分布に良く従うことから、分布Q(x)はピアソン分布に良く従う。従って、補正関数の逆関数により変換された分布Q(x)がピアソン分布で近似することが容易な分布となっているからである。
【0027】
ところで、以上は、半導体の製造プロセスの計算機シミュレーション方法において、点欠陥分布のうち、格子間シリコンの分布に関して説明したが、空孔の分布についても同様に本発明を適用することができる。すなわち、ピアソン分布関数とその補正関数とを用いるイオン注入シミュレーションのパラメータ抽出方法において、まず、モンテカルロ・イオン注入シミュレータで空孔の分布P(x)を求め、その分布P(x)を、補正関数
F(Q(x))=CSi(1−exp(−Q(x)/CSi))
の逆関数
G(P(x))=−CSi log(1−P(x)/CSi)
で変換する。次に、その変換された分布Q(x)=G(P(x))をピアソン分布関数で近似してパラメータを抽出する。こうすることにより、上記と同様に、モンテカルロ・イオン注入シミュレータを用いて計算した空孔の分布濃度がSiの原子数密度に近い場合でも、精度良く近似できるのである。
【0028】
なお、以上説明した図1の処理を実現するためのプログラムを記録した記録媒体を用意し、これを用いてコンピュータを制御すれば、上述と同様のシミュレーションを実現できることは明白である。この記録媒体には、半導体メモリ、磁気ディスク装置の他、種々の記録媒体を用いることができる。
【0029】
【発明の効果】
以上説明したように本発明は、点欠陥の分布を補正関数の逆関数で変換し、この変換された分布をピアソン分布関数で近似してパラメータを抽出することにより、モンテカルロ・イオン注入シミュレータを用いて計算した点欠陥の濃度がSiの原子数密度に近い場合でも、精度良く近似でき、高速かつ高精度なシミュレーションを実現できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の一形態によるパラメータ抽出方法におけるパラメータ抽出手順を示す概念図である。
【図2】一般的なイオン注入シミュレーション方法を行うための構成を示すブロック図である。
【図3】従来のパラメータ抽出方法におけるパラメータ抽出手順を示す概念図である。
【符号の説明】
11 格子間シリコンの分布
12 補正関数の逆関数で変換された分布
13 ピアソン分布関数で近似された分布
14 ピアソン分布関数を用いて計算した分布
15 補正関数で変換された分布[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a parameter extraction method and a recording medium recording a parameter extraction program, and more particularly to a parameter extraction method and a recording medium recording a parameter extraction program in computer simulation of a semiconductor manufacturing process.
[0002]
[Prior art]
The process simulator calculates a semiconductor manufacturing process such as an ion implantation process and a diffusion process using a computer, and predicts a physical quantity and a shape such as an impurity profile inside the device. A detailed description of the process simulator is given in "Process Device Simulation Technology" (Sangyo Tosho), edited by Danyo, pp. 18-79, issued April 20, 1990.
[0003]
In the ion implantation simulation used to calculate the ion implantation process in the process simulator, highly accurate calculation of point defects such as interstitial silicon and vacancies accompanying the impurity ion implantation is required after the ion implantation. It is important to perform diffusion simulation with high accuracy.
[0004]
Although it is difficult to actually measure the distribution of the point defect, it is possible to calculate the point defect using a first-principle Monte Carlo ion implantation simulator. However, the Monte Carlo ion implantation simulation requires a long calculation time. Therefore, a point defect distribution calculated using a Monte Carlo ion implantation simulator is approximated by a certain analytical function, and high-speed ion implantation simulation is often performed using extracted parameters.
[0005]
Here, FIG. 2 shows a configuration for performing the ion implantation simulation method described in JP-A-11-283932. In the figure, a developer indicates a procedure at the time of development of the simulation method, and a user indicates a procedure at the time of using the simulation method. Referring to the figure, the developer first inputs conditions such as implanted ions: P (phosphorus), implanted energy: 50 keV, and implanted dose: 1e15 / cm 2 as the
[0006]
Next, for example, a
[0007]
The Pearson
[0008]
The
[0009]
Here, since the point defect distribution is also very similar to the impurity distribution, it is general to approximate the distribution of the ion-implanted impurity using a Pearson distribution function having a property capable of accurately reproducing the distribution. It is. Therefore, it is necessary to extract the parameters of the Pearson distribution function so as to reproduce the point defect distribution calculated using the Monte Carlo ion implantation simulator with high accuracy.
[0010]
In this case, conventionally, the parameters of the Pearson distribution function have been extracted by directly extracting the point defect distribution calculated using the Monte Carlo ion implantation simulator. That is, in the parameter extraction procedure, as shown in FIG. 3A, the
[0011]
At the time of the ion implantation simulation, the
[0012]
[Problems to be solved by the invention]
The above-described prior art has the following problems. That is, as shown in FIG. 2, when the peak concentration of the point
[0013]
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-described drawbacks of the related art, and an object of the present invention is to provide a parameter extraction method capable of extracting a parameter with high accuracy and a recording medium on which a parameter extraction program is recorded. is there.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
In the parameter extraction method according to the present invention, the Pearson distribution function and the correction function F (P (x)) = CSi (1-exp (-P (x) / CSi ))
(Function P (x) is the Pearson distribution function, C Si is the atomic number density of Si, and the same applies hereinafter). Inverse function G (P (x)) = − C Si log (1−P (x) / C Si )
And extracting parameters by approximating the converted distribution with a Pearson distribution function.
[0015]
The recording medium on which the parameter extraction program according to the present invention has been recorded is a computer using a Pearson distribution function and a correction function F (P (x)) = CSi (1-exp (-P (x) / CSi ))
(Function P (x) is the Pearson distribution function, C Si is the atomic number density of Si, the same applies hereinafter), and is a recording medium storing a program for performing parameter extraction in the impurity ion implantation simulation, The program instructs the computer to calculate the point defect concentration distribution by using the inverse function of the correction function G (P (x)) =-C Si log (1-P (x) / C Si ).
, And the converted distribution is approximated by a Pearson distribution function to extract parameters.
[0016]
In short, the present invention relates to a computer simulation method of a semiconductor manufacturing process, and particularly to a parameter extraction method of an ion implantation simulation using a Pearson distribution function and its correction function, such as interstitial silicon or vacancy calculated by a Monte Carlo ion implantation simulator. The distribution of point defects is calculated by calculating the inverse function of the correction function G (P (x)) = − C Si log (1−P (x) / C Si )
, And the converted distribution is approximated by a Pearson distribution function to extract parameters. By doing so, a parameter that can reproduce the point defect concentration distribution at the time of high dose ion implantation with high accuracy can be obtained, and high-speed and high-accuracy simulation can be realized.
[0017]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In the drawings referred to in the following description, the same parts as those in the other drawings are denoted by the same reference numerals.
[0018]
FIG. 1 is a conceptual diagram showing a parameter extraction procedure in a parameter extraction method according to the present invention. With reference to the figure, a computer simulation method of a semiconductor manufacturing process, particularly a parameter extraction method of an ion implantation simulation using a Pearson distribution function and its correction function will be described.
[0019]
In the parameter extraction procedure, first, as shown in FIG. 1A, a distribution P (x) 11 of interstitial silicon, which is a kind of point defect, is obtained by a Monte Carlo ion implantation simulator. Next, as shown in FIG. 1B, the distribution of the interstitial silicon is corrected by a correction function F (Q (x)) = CSi (1-exp (-Q (x) / CSi )).
Inverse function G (P (x)) = − C Si log (1−P (x) / C Si )
To obtain a distribution Q (x) 12. For the transformed distribution Q (x) = G (P (x)), as shown in FIG. 1C, a
[0020]
Next, at the time of the ion implantation simulation, the distribution Q (x) 14 shown in FIG. 1D calculated using the extracted parameters and the Pearson distribution function is converted by a correction function. Thereby, a distribution P (x) = F (Q (x)) of interstitial silicon, which is indicated by
[0021]
As described above, by using the present simulation method, it is possible to approximate with high accuracy even when the point defect concentration calculated using the Monte Carlo ion implantation simulator is close to the atomic density of Si. Hereinafter, the effect will be described by physically deriving it using mathematical expressions.
[0022]
First, it is assumed that the ion implantation is performed only for the time T, and that the lattice is broken by the distribution Q (x) on average at a certain coordinate x and a point defect is generated. (X, t) can be expressed as in equation (2).
[0023]
(Equation 1)
However, when the point defect occurs, the grid that can be broken is reduced to C Si -P (x, t) . Therefore,
[0024]
(Equation 2)
Must be done. Differentiating this equation (3) with t,
[0025]
[Equation 3]
It becomes. Solving the differential equation of equation (4) yields a correction function as shown in equation (5).
[0026]
(Equation 4)
When the distribution Q (x) is small and the number of point defects is small, the point defect distribution P (x, T) = Q (x). In this case, since the point defect distribution follows the Pearson distribution well, the distribution Q (X) follows the Pearson distribution well. Therefore, the distribution Q (x) converted by the inverse function of the correction function is a distribution that can be easily approximated by the Pearson distribution.
[0027]
By the way, in the computer simulation method of the semiconductor manufacturing process, the distribution of interstitial silicon among the point defect distributions has been described, but the present invention can be similarly applied to the distribution of vacancies. That is, in the parameter extraction method of the ion implantation simulation using the Pearson distribution function and its correction function, first, the distribution P (x) of the vacancies is obtained by the Monte Carlo ion implantation simulator, and the distribution P (x) is calculated by the correction function F (Q (x)) = C Si (1-exp (−Q (x) / C Si ))
Inverse function G (P (x)) = − C Si log (1−P (x) / C Si )
To convert. Next, the converted distribution Q (x) = G (P (x)) is approximated by a Pearson distribution function to extract parameters. By doing so, similar to the above, even if the distribution density of vacancies calculated using the Monte Carlo ion implantation simulator is close to the atomic number density of Si, approximation can be made with high accuracy.
[0028]
It is apparent that the same simulation as described above can be realized by preparing a recording medium on which a program for realizing the above-described processing of FIG. 1 is recorded and controlling the computer using the recording medium. As this recording medium, various recording media other than the semiconductor memory and the magnetic disk device can be used.
[0029]
【The invention's effect】
As described above, the present invention uses a Monte Carlo ion implantation simulator by converting the distribution of point defects by the inverse function of the correction function, and approximating the converted distribution with a Pearson distribution function to extract parameters. Even if the calculated point defect concentration is close to the atomic density of Si, the approximation can be made with high accuracy, and there is an effect that a high-speed and high-accuracy simulation can be realized.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a conceptual diagram showing a parameter extraction procedure in a parameter extraction method according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a block diagram showing a configuration for performing a general ion implantation simulation method.
FIG. 3 is a conceptual diagram showing a parameter extraction procedure in a conventional parameter extraction method.
[Explanation of symbols]
Claims (6)
F(P(x)) = CSi(1−exp(−P(x)/CSi))
(関数P(x)は前記ピアソン分布関数、CSiはSiの原子数密度とする、以下同じ)とを用いる不純物イオン注入シミュレーションにおけるパラメータ抽出方法であって、点欠陥濃度分布を、前記補正関数の逆関数
G(P(x))=−CSi log(1−P(x)/CSi)
で変換するステップと、この変換された分布をピアソン分布関数で近似してパラメータを抽出するステップとを含むことを特徴とするパラメータ抽出方法。Pearson distribution function and correction function F (P (x)) = CSi (1-exp (-P (x) / CSi ))
(Function P (x) is the Pearson distribution function, C Si is the atomic number density of Si, the same applies hereinafter). Inverse function G (P (x)) = − C Si log (1−P (x) / C Si )
And extracting parameters by approximating the converted distribution with a Pearson distribution function.
F(P(x)) = CSi(1−exp(−P(x)/CSi))
(関数P(x)は前記ピアソン分布関数、CSiはSiの原子数密度とする、以下同じ)とを用いる不純物イオン注入シミュレーションにおけるパラメータ抽出を行うためのプログラムを記録した記録媒体であって、該プログラムはコンピュータに、点欠陥濃度分布を、前記補正関数の逆関数
G(P(x))=−CSi log(1−P(x)/CSi)
で変換させ、この変換された分布をピアソン分布関数で近似してパラメータを抽出させることを特徴とするパラメータ抽出プログラムを記録した記録媒体。Pearson distribution function and correction function F (P (x)) = C Si (1-exp (−P (x) / C Si )) by computer
(Function P (x) is the Pearson distribution function, C Si is the atomic number density of Si, the same applies hereinafter). The program instructs the computer to calculate the point defect concentration distribution by using the inverse function of the correction function G (P (x)) =-C Si log (1-P (x) / C Si ).
And a parameter extracting program for extracting parameters by approximating the converted distribution with a Pearson distribution function.
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