JP4449472B2 - A simulation system or method using a hybrid reaction model. - Google Patents

A simulation system or method using a hybrid reaction model. Download PDF

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Description

本発明は、プラズマCVD等による気相から固相界面への薄膜形成や固体表面に対するドライエッチング等のような、化学反応を伴って気相−固相界面で生じる現象に関するシミュレーションシステムまたはシミュレーション方法等に関し、特に、薄膜を形成するための原料ガスまたは固体表面から除去されるエッチャント等に関する素反応データが無いか、または不十分な場合に適用できるシミュレーションシステム等に関する。   The present invention relates to a simulation system or a simulation method for a phenomenon occurring at a gas phase-solid phase interface accompanied by a chemical reaction, such as thin film formation from a gas phase to a solid phase interface by plasma CVD or the like, or dry etching on a solid surface. In particular, the present invention relates to a simulation system or the like that can be applied when there is no or insufficient elementary reaction data relating to a raw material gas for forming a thin film or an etchant removed from a solid surface.

原料ガスと反応性ガス等とを用いて、化学反応を介して気相−固体界面に当該原料ガスとは異なる所定の化学組成の薄膜を形成する方法として、熱CVD(Chemical Vapor Deposition)やプラズマCVD等の化学気相成長法が知られている。この方法によれば、例えば、原料ガスとしてシランガス(SiH)を用い、反応性ガスとして酸素ガスを用いた場合に、シリコン表面にSiO薄膜を形成することができる。そのため、半導体や液晶表示装置等の各種デバイスの作成に重要な役割を演じている。 As a method of forming a thin film having a predetermined chemical composition different from that of the source gas through a chemical reaction using a source gas and a reactive gas, thermal CVD (Chemical Vapor Deposition) or plasma is used. Chemical vapor deposition methods such as CVD are known. According to this method, for example, when silane gas (SiH 4 ) is used as the source gas and oxygen gas is used as the reactive gas, the SiO 2 thin film can be formed on the silicon surface. Therefore, it plays an important role in creating various devices such as semiconductors and liquid crystal display devices.

このような薄膜形成の反応過程は、気相において原料ガスから様々な化学種が生成される反応過程と、固相表面における化学結合等による反応過程とに大まかに区分される。それぞれの反応過程は非常に複雑であると言われており、例えば、原料ガスとして、よく使われるシランガスを用い、反応性ガスとして酸素ガスを、キャリアガスとしてアルゴンガスを、それぞれ用いてプラズマCVDにより薄膜形成を行った場合には、気相中で167種類の反応が生じ、また、固相表面で96種類の反応が生じると言われている。   Such a reaction process for forming a thin film is roughly divided into a reaction process in which various chemical species are generated from a raw material gas in the gas phase and a reaction process by chemical bonding or the like on the surface of the solid phase. Each reaction process is said to be very complicated. For example, a commonly used silane gas is used as a source gas, an oxygen gas is used as a reactive gas, an argon gas is used as a carrier gas, and plasma CVD is used. When thin film formation is performed, it is said that 167 types of reactions occur in the gas phase and 96 types of reactions occur on the solid surface.

技術開発の進展に伴い、原料ガスとしてシラン以外のガス、例えば、テトラエトシキシラン(以下、TEOS)や、ヘキサメチルジシロキサン(以下、HMDSO)等を使用したい要求が強まっている。また、このような各種の原料ガスに対応した新しいCVD装置等を設計するにあたり、電極の形状や配置等の設計要素に関して、あらかじめ薄膜形成のシミュレーションを行いたいとの要求も大きい。ところが、シミュレーションを行うには、気相及び固相表面で生じる反応式とその発生確率を表すレート係数(または反応速度定数や衝突断面積)が必須となる。しかし、上記シラン以外の原料ガスを用いた反応過程は、ほとんど知られておらず、シミュレーションに利用できるデータもほとんど無いのが実情である。   With the progress of technological development, there is an increasing demand for using gases other than silane, such as tetraethoxysilane (hereinafter referred to as TEOS), hexamethyldisiloxane (hereinafter referred to as HMDSO), or the like, as a raw material gas. Further, when designing a new CVD apparatus or the like corresponding to such various source gases, there is a great demand for simulation of thin film formation in advance with respect to design elements such as electrode shape and arrangement. However, in order to perform the simulation, a reaction formula generated on the gas phase and the solid surface and a rate coefficient (or reaction rate constant or collision cross section) representing the probability of occurrence thereof are essential. However, the reaction process using source gases other than the above-mentioned silane is hardly known, and there is almost no data available for simulation.

なお、原料ガスとしてTEOSを、反応性ガスとして酸素を用い、さらにTEOSが関与する反応として酸素原子(O(3P))との反応式を一つ用いることにより、薄膜形成のシミュレーションを行った例がある(例えば、非特許文献1、2参照)。 The thin film formation was simulated by using TEOS as the source gas, oxygen as the reactive gas, and one reaction formula with oxygen atoms (O ( 3 P)) as the reaction involving TEOS. There are examples (for example, see Non-Patent Documents 1 and 2).

同様の状況は、薄膜形成とは逆に、腐食性ガスを用いて固体表面を削るドライエッチング等を行う場合にも生じている。この場合、固体表面からエッチャントが気相中に脱離する具体的な反応過程はほとんど知られていない。そのため、エッチングの的確なシミュレーションを行うのは困難であった。
G.B.Raupp et al.: J.Vac.Sci.Technol.B(10), pp.37-45 1992 K.Ishimaru et al.: Thermal Sci.Eng. Vol.7 No.5, p11, 1999
The same situation occurs in the case of performing dry etching or the like that cuts the solid surface using a corrosive gas, as opposed to the thin film formation. In this case, little is known about the specific reaction process in which the etchant desorbs from the solid surface into the gas phase. Therefore, it has been difficult to perform an accurate simulation of etching.
GBRaupp et al .: J. Vac. Sci. Technol. B (10), pp. 37-45 1992 K. Ishimaru et al .: Thermal Sci. Eng. Vol. 7 No. 5, p11, 1999

本発明は、各種の原料ガスを用いてCVDによる薄膜形成を行う場合や、腐食性ガスを用いて固体表面を削るドライエッチング等を行う場合に、原料ガスやエッチャントが関与する気相中または固相中の反応過程に関するデータが無いか、もしくは不十分であっても、シミュレーションを可能にするシステムまたは方法を提供することを課題とする。   In the present invention, when forming a thin film by CVD using various source gases, or when performing dry etching or the like that scrapes the solid surface using a corrosive gas, the source gas or etchant is involved in a gas phase or a solid phase. It is an object of the present invention to provide a system or method that enables simulation even when there is no or insufficient data regarding the reaction process in the phase.

本発明は、気相と固相と前記両相の界面である固相表面とを有し、前記気相には、化学反応により前記固相表面から脱離したか又は化学反応により前記固相表面を形成しうる材料ガスと、当該材料ガスと前記固相表面を構成する物質との中間体ガスと、前記材料ガスまたは前記固相表面と反応しうる反応性ガスとを含み、前記気相と前記固相表面とのあいだに化学反応を伴う物質移動を生じる系のシミュレーションシステムであって、前記反応性ガスの素反応に関する既知反応データを格納した素反応データベースと、前記材料ガスと前記中間体ガスとを含む2種類ないし4種類の反応過程の反応データを格納した簡易モデルデータベースとを備え、前記素反応データベースと前記簡易モデルデータベースとを用いてシミュレーションを行う際に前記材料ガスが関与する素反応に関しては前記2種類ないし4種類の反応過程だけを仮定した簡易モデルを用いることを特徴とするシミュレーションシステムである。 The present invention has a gas phase, a solid phase, and a solid phase surface that is an interface between the two phases, and the gas phase is desorbed from the solid phase surface by a chemical reaction or the solid phase surface by a chemical reaction. A material gas capable of forming a gas, an intermediate gas between the material gas and a substance constituting the solid phase surface, and a reactive gas capable of reacting with the material gas or the solid phase surface, A simulation system for a system in which mass transfer accompanied by a chemical reaction occurs between the solid phase surface, an elementary reaction database storing known reaction data relating to elementary reactions of the reactive gas, the material gas and the intermediate and a simple model database storing response data two to four reaction process and a gas, a simulation is performed using the above said elementary reaction database simple model database Wherein with respect to the material gas containing reaction involving a simulation system, which comprises using the two to four kinds of simple model assuming only reaction process to.

ここで、さらに、前記シミュレーション結果の妥当性判断を行う判定部を備え、前記結果が妥当でない場合に、前記演算部が、前記反応データを修正して前記シミュレーションを繰り返すことは好ましい。また、前記の中間体が、1種類ないし3種類であることは好ましい。また、前記化学反応がプラズマによりなされ、前記物質移動が前記固相表面における薄膜形成方向に生じることは好ましい。また、前記気相の圧力が、大気圧と略同じであることは好ましい。また、前記反応性ガスが前記固相表面に対して腐食性であり、前記物質移動が前記固相表面を削る方向に生じてもよい。   Here, it is preferable that a determination unit for determining the validity of the simulation result is further provided, and when the result is not valid, the calculation unit corrects the reaction data and repeats the simulation. Moreover, it is preferable that the said intermediate body is 1 type-3 types. Further, it is preferable that the chemical reaction is performed by plasma and the mass transfer occurs in the direction of forming a thin film on the solid phase surface. The gas phase pressure is preferably substantially the same as atmospheric pressure. Further, the reactive gas may be corrosive to the solid surface, and the mass transfer may occur in the direction of scraping the solid surface.

発明の第二は、気相と固相と前記両相の界面である固相表面とを有し、前記気相には、化学反応により前記固相表面から脱離したか又は化学反応により前記固相表面を形成しうる材料ガスと、当該材料ガスと前記固相表面を構成する物質との中間体ガスと、前記材料ガスまたは前記固相表面と反応しうる反応性ガスとを含み、前記気相と前記固相表面とのあいだに化学反応を伴う物質移動を生じる系のシミュレーション方法であって、前記反応性ガスの素反応に関する既知反応データを格納した素反応データベースと、前記材料ガスと前記中間体ガスとを含む2種類ないし4種類の反応過程の反応データを格納した簡易モデルデータベースとを用いてシミュレーションを行う際に前記材料ガスが関与する素反応に関しては前記2種類ないし4種類の反応過程だけを仮定した簡易モデルを用いることを特徴とするシミュレーション方法である。
A second aspect of the invention has a gas phase, a solid phase, and a solid phase surface that is an interface between the two phases, and the gas phase is desorbed from the solid phase surface by a chemical reaction or the solid phase by a chemical reaction. A material gas capable of forming a phase surface, an intermediate gas between the material gas and a substance constituting the solid phase surface, and a reactive gas capable of reacting with the material gas or the solid phase surface. A simulation method for a system in which mass transfer accompanied by a chemical reaction occurs between a phase and the solid phase surface, wherein an elementary reaction database storing known reaction data related to elementary reactions of the reactive gas, the material gas, and the it said material gas is the two not respect elementary reactions involved in performing a simulation using a simplified model database storing response data two to four reaction process and an intermediate gas 4 Is a simulation method which comprises using a simple model assuming only reaction process like.

各種の原料ガスを用いてCVDによる薄膜形成を行う場合に、原料ガスが関与する気相中や固相中の反応過程に関するデータが無いか、もしくは不十分であっても、物理的妥当性のあるシミュレーションを行うことが可能となる。また、CVDに代えてドライエッチング等に適用した場合にも、同様に物理的妥当性のあるシミュレーションを行うことが可能となる。つまり、多大なコストや演算時間をかけずに、比較的正確なシミュレーションを行うことが可能になるから、CVD装置やエッチング装置の設計が容易になる。   When thin film formation is performed by CVD using various source gases, even if there is no data about the reaction process in the gas phase or solid phase in which the source gas is involved, A certain simulation can be performed. Also, when applied to dry etching or the like instead of CVD, it is possible to perform a simulation with physical validity as well. That is, since it is possible to perform a relatively accurate simulation without spending a great deal of cost and calculation time, the design of the CVD apparatus and the etching apparatus becomes easy.

以下、図面を用いて本発明の実施の形態について説明するが、本発明は以下に述べる具体的態様に限定されるものではない。以下の説明では、大気圧下で動作するプラズマCVDを用いたシリコン表面へのSiO薄膜形成の例を用いて説明するが、本発明は、熱CVDによる薄膜形成や、腐食性ガスを用いたエッチングのシミュレーションに用いることもできる。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings, but the present invention is not limited to the specific modes described below. In the following description, an example of forming a SiO 2 thin film on a silicon surface using plasma CVD that operates under atmospheric pressure will be described. However, the present invention uses a thin film formed by thermal CVD or a corrosive gas. It can also be used for etching simulation.

図1は、シミュレーションの対象となるプラズマCVDにおける反応のイメージを示した模式図である。気相中には、薄膜を構成するための材料ガスとしてTEOSが、放電を生ぜしめるための放電ガスとして窒素が、材料ガスに化学反応を生ぜしめるための反応性ガスとして酸素が、それぞれ導入されている。電極からの放電により、気相中には電子と各種のイオン、原子や分解物分子が発生する。反応の例を一部挙げると、電子3が酸素分子10と衝突すると、酸素分子10は酸素原子11に分解される。この酸素原子11が、原料分子21と衝突すると、原料分子21は、例えば分解分子22と膜前駆体23に分解される。この膜前駆体が基材表面に堆積すると、所望のSiO薄膜が生成される。 FIG. 1 is a schematic diagram showing an image of a reaction in plasma CVD to be simulated. In the gas phase, TEOS is introduced as a material gas for forming a thin film, nitrogen is introduced as a discharge gas for causing a discharge, and oxygen is introduced as a reactive gas for causing a chemical reaction in the material gas. ing. Electrons and various ions, atoms, and decomposition products are generated in the gas phase by the discharge from the electrodes. As an example of the reaction, when the electrons 3 collide with the oxygen molecules 10, the oxygen molecules 10 are decomposed into oxygen atoms 11. When this oxygen atom 11 collides with the raw material molecule 21, the raw material molecule 21 is decomposed into, for example, a decomposition molecule 22 and a film precursor 23. When this film precursor is deposited on the substrate surface, a desired SiO 2 thin film is produced.

実際の反応ではこれらが複雑に絡み合っている。例えば、酸素のみが関係する素反応だけでも、反応の結果、酸素原子になるのか酸素分子になるのか、それともオゾンとなるのか等の違いが生じる。例えば、反応の結果、酸素原子になるとしてもその電子状態は様々な励起レベルを取りうる。これは酸素分子でも同様であるし、他の放電ガスや材料ガスに関しても同様である。特に、材料ガスは、比較的複雑な分子構造を有するから、その反応もまた様々な過程が生じうる。また、気相のみならず、固相表面でも気相と同様に様々な反応や移動が生じうる。例えば、固相表面には本来の基板原子が存在するが、これが電子等にアタックされてダングリングボンド等を生成するし、基板に存在する格子欠陥等の不均一性も影響する。特に、大気圧下のCVDでは原子等の衝突の機会が大きく、生じる反応はきわめて複雑である。   These are intricately intertwined in the actual reaction. For example, even if only an elementary reaction involving only oxygen occurs, the reaction results in a difference in whether it becomes an oxygen atom, an oxygen molecule, or ozone. For example, even if the reaction results in an oxygen atom, its electronic state can take various excitation levels. The same applies to oxygen molecules, and the same applies to other discharge gases and material gases. In particular, since the material gas has a relatively complicated molecular structure, the reaction can also take various steps. In addition to the gas phase, various reactions and movements can occur on the surface of the solid phase as in the gas phase. For example, original substrate atoms exist on the solid phase surface, but they are attacked by electrons or the like to generate dangling bonds and the like, and nonuniformity such as lattice defects existing on the substrate is also affected. In particular, in CVD under atmospheric pressure, there is a great opportunity for collision of atoms and the like, and the resulting reaction is extremely complicated.

本発明では、これらの複雑な反応を少なくとも二つに分類する。一つは、反応性ガスと放電ガスだけが関与する第一の素反応過程で、もう一つは、材料ガスが関与する第二の素反応過程である。そして、第一の素反応過程に関しては、従来既知の反応式とそれらの発生確率を意味するレート係数のデータをシミュレーションに取り込む。これにより、素反応の一部については正確な反応過程を再現できる。なお、第一の素反応過程のレート係数は、一般に反応条件によって変化することから、一定の数表若しくは、アレニウス型のような一定の関数形により表される。   In the present invention, these complicated reactions are classified into at least two. One is a first elementary reaction process involving only a reactive gas and a discharge gas, and the other is a second elementary reaction process involving a material gas. As for the first elementary reaction process, data of rate coefficients indicating conventionally known reaction equations and their occurrence probabilities are taken into the simulation. Thereby, an accurate reaction process can be reproduced for a part of the elementary reaction. Since the rate coefficient of the first elementary reaction process generally varies depending on the reaction conditions, it is represented by a fixed number table or a fixed function form such as an Arrhenius type.

一方、材料ガスが関与する第二の素反応過程に関しては、シランガスの場合を除いてほとんど利用できる既知のデータがない。そこで、例えば、図2−1、2−2に示した2種類の反応過程のような2種類から4種類の反応過程だけを仮定した簡易モデルを用い、実際の反応過程をこれら2種類から4種類の反応過程のレート係数に押し込む操作を行う。第二の素反応過程の種類を2種類から4種類としたのは、この範囲内で、実用的な時間とコストの範囲内で、中間体まで考慮した比較的正確なシミュレーションを行うことが可能になるからである。より好ましくは、2種類から3種類であり、2種類が最も好ましい。種類が増加するほど時間とコストを要し、その割にはシミュレーションの正確さの向上度合いが小さいからである。以下、第二の素反応過程が、図2−1、2−2に示した2種類である場合を例として説明する。   On the other hand, regarding the second elementary reaction process involving the material gas, there is almost no known data available except for the case of silane gas. Therefore, for example, a simple model assuming only two to four types of reaction processes such as the two types of reaction processes shown in FIGS. Push into the rate coefficient of the reaction process of the kind. The reason why the number of the second elementary reaction process is changed from 2 to 4 is within this range, and within the practical time and cost range, it is possible to perform a relatively accurate simulation that takes into account the intermediate. Because it becomes. More preferably, there are 2 to 3 types, and 2 types are most preferable. This is because as the number of types increases, time and cost are required, and the degree of improvement in simulation accuracy is small. Hereinafter, the case where the second elementary reaction process is the two types shown in FIGS. 2-1 and 2-2 will be described as an example.

まず、図2−1(a)は、材料ガスがそのままシリコン基板1の表面2に移動し、その状態で酸素原子10と反応する過程を示している。図2−1(b)は、(a)に続いて、反応した材料ガス20が、基板表面でSiO40と残余物(1)50とに別れ、SiO40が表面2上に堆積して所望の薄膜を形成する過程を示している。このように、材料ガスがそのまま基板表面で薄膜形成する反応過程を一つ仮定して用いる。 First, FIG. 2A shows a process in which the material gas moves to the surface 2 of the silicon substrate 1 as it is and reacts with the oxygen atoms 10 in that state. FIG. 2B shows that, following (a), the reacted material gas 20 is separated into SiO 2 40 and the residue (1) 50 on the substrate surface, and SiO 2 40 is deposited on the surface 2. The process of forming a desired thin film is shown. Thus, one reaction process in which the material gas forms a thin film on the substrate surface as it is is assumed and used.

また、図2−2(a)は、酸素原子11が気相中で材料ガス21と衝突し、膜前駆体となる中間体30を生成し(残余物は省略した。)、その中間体30がシリコン基板1の表面2に移動し、この状態で他の酸素原子12と反応する過程を示している。図2−2(b)は、(a)に続いて、反応した中間体30が、基板表面でSiO41と残余物(1)51とに別れ、SiO41が表面2上に堆積して所望の薄膜を形成する過程を示している。このように、材料ガスがいったん中間体となり、それが基板表面で薄膜形成する反応過程を仮定して用いる。 Further, in FIG. 2-2 (a), the oxygen atoms 11 collide with the material gas 21 in the gas phase to generate an intermediate 30 that becomes a film precursor (the remainder is omitted). Shows a process of moving to the surface 2 of the silicon substrate 1 and reacting with other oxygen atoms 12 in this state. FIG. 2-2 (b) shows that, following (a), the reacted intermediate 30 is separated into SiO 2 41 and the residue (1) 51 on the substrate surface, and SiO 2 41 is deposited on the surface 2. The process of forming a desired thin film is shown. Thus, the material gas once becomes an intermediate and is used assuming a reaction process in which a thin film is formed on the substrate surface.

このように、中間体は1種類だけが生成されるものと仮定し、材料ガスが関与する第二の素反応過程として、上記図2−1、2−2のように、中間体が関与しないものと、関与するものの2種類だけの反応過程を考慮する。そして、材料ガスが関与する第二の素反応過程を、これら2種類の反応過程のレート係数に換算する。なお、このような第二の反応過程のレート係数は、それぞれがある一つの数値で表現されることになる。   In this way, assuming that only one kind of intermediate is generated, the intermediate is not involved as shown in FIGS. 2-1 and 2-2 as the second elementary reaction process involving the material gas. Consider only two types of reaction processes, ones and those involved. Then, the second elementary reaction process involving the material gas is converted into a rate coefficient of these two kinds of reaction processes. Note that the rate coefficient of the second reaction process is expressed by a single numerical value.

つまり、材料ガスが関与する第二の素反応過程を、レート係数という上記図2−1、2−2に対応する二つのパラメータに換算してからシミュレーションする。そのため、材料ガスに関する詳細な素反応過程の知識が無くとも、中間体も考慮したある程度正確なシミュレーションを行うことが可能となる。また、反応性ガス等が関与する第一の素反応過程に関しては、上記のように、実際の反応から測定された正確なデータを含める。つまり、反応過程の内容によって、正確な反応データを用いる過程と、簡易モデルにより中間体を含めた反応過程とを組み合わせたハイブリッド型とすることにより、シミュレーションに要する時間とコストを低減しながら、比較的正確な結果を得ることを両立させることが可能となる。特に、大気圧下のCVDでは複雑な反応が生じやすいので有効となる。   That is, the simulation is performed after the second elementary reaction process involving the material gas is converted into two parameters corresponding to FIGS. Therefore, even if there is no knowledge of the detailed elementary reaction process regarding the material gas, it is possible to perform a somewhat accurate simulation considering the intermediate. In addition, regarding the first elementary reaction process involving a reactive gas or the like, as described above, accurate data measured from an actual reaction is included. In other words, depending on the content of the reaction process, a hybrid type combining a process using accurate reaction data and a reaction process including intermediates using a simple model reduces the time and cost required for the simulation and makes a comparison. It is possible to achieve both accurate and accurate results. In particular, CVD under atmospheric pressure is effective because complex reactions are likely to occur.

なお、第二の素反応過程を3種類または4種類に仮定して、より正確なシミュレーションを行う場合には、それぞれ増加した反応過程に対応して、中間体の種類を2種類または3種類に増加することができる。この場合、図2−1、2−2に類似して、材料ガスからSiOになるまでに2種類の中間体を経由する反応過程や、材料ガスからSiOになるまでに3種類の中間体を経由する反応過程というように、反応過程を仮定するのが良い。また、他の可能性の高い反応過程を含めるようにしても良いことは言うまでもない。そして、それぞれの反応過程に対応して、レート係数の種類も増加することになる。 When more accurate simulation is performed assuming that the second elementary reaction process is three or four, the intermediate type is changed to two or three according to the increased reaction process. Can be increased. In this case, similar in FIG. 2-1 and 2-2, and the reaction process via two intermediates until the SiO 2 material gas, the intermediate material gas 3 kinds until SiO 2 It is better to assume a reaction process, such as a reaction process through the body. It goes without saying that other highly likely reaction processes may be included. Then, the types of rate coefficients increase corresponding to each reaction process.

ところで、シミュレーションを行うには、第二の素反応過程のレート係数をあらかじめ定めておくことが必要である。これらレート係数を定めるには、例えば、実際の反応において図2−1、2−2に対応する反応だけを特定して実験的にレート係数を求め、これらを仮反応データとしてシミュレーションに用いることができる。しかし、第二の素反応過程に関する上記のレート係数は、実際に生じる各種の複雑な素反応過程を全部含めて2種類ないし4種類にまるめたものである。そのため、実験的に反応を特定してレート係数を求めたとしても、そのようなレート係数を用いたシミュレーション結果が、薄膜形成実験の結果に合致するとは限らない。   By the way, in order to perform the simulation, it is necessary to determine in advance the rate coefficient of the second elementary reaction process. In order to determine these rate coefficients, for example, in the actual reaction, only the reactions corresponding to FIGS. 2-1 and 2-2 are specified, the rate coefficients are experimentally obtained, and these are used for simulation as temporary reaction data. it can. However, the above-mentioned rate coefficients relating to the second elementary reaction process are rounded up to two or four kinds including all of the various complex elementary reaction processes that actually occur. Therefore, even if the reaction is specified experimentally and the rate coefficient is obtained, the simulation result using such a rate coefficient does not always match the result of the thin film formation experiment.

そこで、シミュレーションで用いる第二の素反応過程のレート係数として、まず、実験値または他の実験等からの類推値等を、仮反応データとして用いてシミュレーションを実行する。次に、シミュレーションから得られた結果を、シミュレーションに対応する実際の実験結果と対比する。この例では、シミュレーションで得られた成膜速度を、実際の薄膜形成実験から得られた成膜速度と対比する。両方の成膜速度が一定範囲内で合致していれば、当初に定めたレート係数が正しいと判断して処理を終了する。   Therefore, as the rate coefficient of the second elementary reaction process used in the simulation, first, simulation is executed using experimental values or analogy values from other experiments as temporary reaction data. Next, the results obtained from the simulation are compared with the actual experimental results corresponding to the simulation. In this example, the film formation rate obtained by simulation is compared with the film formation rate obtained from an actual thin film formation experiment. If both the film forming speeds match within a certain range, it is determined that the initially determined rate coefficient is correct, and the process is terminated.

一方、シミュレーションで得られた成膜速度が、実際の薄膜形成実験から得られた成膜速度より小さい場合には、レート係数を増加するように調整し、再度シミュレーションを行う。その際、二つのレート係数のいずれを大きくするかは任意であるが、この例では、二つを同じ比率で増加せしめている。逆に、シミュレーションで得られた成膜速度が、実際の薄膜形成実験から得られた成膜速度より大きい場合には、レート係数を減少するように調整し、再度シミュレーションを行う。この場合も、この例では二つのレート係数を同じ比率で減少せしめている。   On the other hand, when the film formation rate obtained by the simulation is smaller than the film formation rate obtained from the actual thin film formation experiment, the rate coefficient is adjusted to increase and the simulation is performed again. At this time, which of the two rate coefficients is increased is arbitrary, but in this example, the two are increased at the same ratio. On the contrary, when the film formation rate obtained by the simulation is larger than the film formation rate obtained from the actual thin film formation experiment, the rate coefficient is adjusted to decrease and the simulation is performed again. Again, in this example, the two rate coefficients are reduced by the same ratio.

このようにして、シミュレーションで得られた成膜速度が、実際の薄膜形成実験から得られた成膜速度に略一致するまで、レート係数を増減調整してシミュレーションを繰り返し、成膜速度が略合致した段階で、実験に合致する改良されたレート係数を得ることができる。このようにして求めたレート係数は、例えば、装置の電極形状が異なる場合等の異なる条件下でのシミュレーションに利用することができる。   In this way, the simulation is repeated until the film formation rate obtained by the simulation substantially matches the film formation rate obtained from the actual thin film formation experiment, and the simulation is repeated until the film formation rate substantially matches. At this stage, an improved rate factor consistent with the experiment can be obtained. The rate coefficient thus obtained can be used for simulation under different conditions, for example, when the electrode shape of the apparatus is different.

なお、この例では、成膜速度の対比だけで二つのレート係数の妥当性をまとめて判断したが、一つずつを個別に変動させてそれぞれシミュレーションを行い、より妥当なレート係数を求めるようにしても良い。また、電気抵抗や膜厚分布などの他の物性値をシミュレーションで得た場合に、それらに基づいて複数のレート係数の妥当性を個別に判定したり調整したりすることもできる。   In this example, the validity of the two rate coefficients was determined by comparing only the film formation speeds. However, the simulation was performed by varying each one individually to obtain a more appropriate rate coefficient. May be. In addition, when other physical property values such as electrical resistance and film thickness distribution are obtained by simulation, the validity of a plurality of rate coefficients can be individually determined and adjusted based on them.

次に、このようなシミュレーションを行うためのシステムについて説明する。図3は、シミュレーションシステム100の概略を、制御面からみたブロック図である。このシステム100は、入力選択データベース210、素反応データベース220、簡易モデルデータベース230、演算式等データベース240を備えた記憶部200と、記憶部200からROMに読み出された制御プログラムとデータ類によりCPUとROMで構成される処理部110と、キーボードやマウス等の入力デバイス160と、操作画面を表示する液晶やCRT等のディスプレイ170とが、それぞれが必要なインターフェイスを介してバスで接続されている。   Next, a system for performing such a simulation will be described. FIG. 3 is a block diagram showing an outline of the simulation system 100 as viewed from the control side. The system 100 includes a storage unit 200 having an input selection database 210, an elementary reaction database 220, a simple model database 230, an arithmetic expression database 240, and a control program and data read from the storage unit 200 to a ROM. And a processing unit 110 constituted by a ROM, an input device 160 such as a keyboard and a mouse, and a display 170 such as a liquid crystal display or a CRT for displaying an operation screen are connected to each other via a bus via a necessary interface. .

入力選択データベース210は、窒素、アルゴン等の放電ガスの種類、酸素、水素等の反応性ガスの種類、シラン、TEOS、HMDSO等の材料ガスの種類、気相に導入するガス組成比、それぞれのガス流量、反応炉の大きさと形状、収納する基板の面積、電極の大きさと構造、電極に印可する電圧または電力と駆動周波数、構造体の誘電率や透磁率等の、CVD装置等を設計する際や動作させる際に必要とされる各種のデータが選択可能に格納されている。また、シミュレーションモデルの気相を粒子モデルとするか流体モデルにするか、さらに、第二の素反応過程の反応過程を特定するデータ等が、選択可能に格納されている。   The input selection database 210 includes types of discharge gases such as nitrogen and argon, types of reactive gases such as oxygen and hydrogen, types of material gases such as silane, TEOS, and HMDSO, and gas composition ratios introduced into the gas phase. Design CVD equipment etc., such as gas flow rate, reactor size and shape, area of substrate to be accommodated, electrode size and structure, voltage or power applied to electrode and drive frequency, dielectric constant and permeability of structure Various types of data required for operation and operation are stored in a selectable manner. Moreover, whether the gas phase of the simulation model is a particle model or a fluid model, and data for specifying the reaction process of the second elementary reaction process are selectably stored.

素反応データベース220は、窒素、アルゴン等の放電ガスと、酸素、水素等の反応性ガスが関与し、材料ガスおよびその分解物が関与しない素反応過程の反応式と、それぞれの反応式の発生確率を意味するレート係数(または反応速度定数)のデータが格納されている。これらのデータは、すでに、何らかの実験等により求められて利用可能となっている正確な素反応過程のデータが格納されたものである。   The elementary reaction database 220 includes a reaction equation of an elementary reaction process in which a discharge gas such as nitrogen and argon and a reactive gas such as oxygen and hydrogen are involved, and a material gas and a decomposition product thereof are not involved, and generation of each reaction equation. Data of rate coefficient (or reaction rate constant) indicating probability is stored. These data have already been stored with accurate elementary reaction data that has been obtained by some experimentation and is available.

簡易モデルデータベース230は、材料ガスが関与する反応過程について、上記の説明のようにして仮定された2種類ないし4種類の素反応過程の反応式と、それぞれの反応式のレート係数(または反応速度定数)のデータが格納されている。このレート係数は、材料ガスが関与する複雑で多様な反応過程を、2種類ないし4種類の素反応過程で丸めた場合の反応データである。これらのレート係数が、別の実験による実測データや類推データなどである場合、これらのレート係数は仮の反応データである。これら仮の反応データは、シミュレーションとレート係数の修正が繰り返し行われることにより、より実験に合致するように改良される。簡易モデルデータベース230の仮の反応データは、そのように改良されたレート係数に順次置き換えられる。   The simple model database 230 includes reaction formulas of two to four elementary reaction processes assumed as described above, and rate coefficients (or reaction rates) of the respective reaction formulas for the reaction processes involving the material gas. Constant) data is stored. This rate coefficient is reaction data when a complicated and diverse reaction process involving a material gas is rounded by two to four elementary reaction processes. When these rate coefficients are actually measured data or analogy data from another experiment, these rate coefficients are provisional reaction data. These temporary reaction data are improved so as to be more consistent with the experiment by repeatedly performing simulation and correction of the rate coefficient. The provisional reaction data in the simplified model database 230 is sequentially replaced with the improved rate coefficient.

演算式等データベース240は、ポアソン方程式や連続の式などの各種方程式やモンテカルロ衝突計算のためのプログラムおよびデータ、表面反応計算の計算式とデータ等の、シミュレーションを実行する際に用いるモデルに必要なプログラム類とデータ類とが格納されている。シミュレーションのモデルとしては、気相全体を流体と見なして取り扱い大気圧下でのCVDに適合しやすい流体モデルや、個々の原子等を粒子として扱い減圧下のCVDに適合しやすい粒子モデルが選択できる。また、システム操作のために必要な画面情報その他も格納されている。   The operational formula database 240 is necessary for models used for executing simulations such as various equations such as Poisson equation and continuity formula, programs and data for Monte Carlo collision calculation, calculation formulas and data for surface reaction calculation, etc. Programs and data are stored. As a simulation model, a fluid model that treats the entire gas phase as a fluid and can be easily adapted to CVD under atmospheric pressure, or a particle model that treats individual atoms as particles and is easily adapted to CVD under reduced pressure can be selected. . In addition, screen information and the like necessary for system operation are also stored.

シミュレーションシステム100の処理部110は、条件入力部120、演算部130、判定部140、結果表示部150とからなる。処理部110の処理を、図4のフローチャートを用いて説明する。   The processing unit 110 of the simulation system 100 includes a condition input unit 120, a calculation unit 130, a determination unit 140, and a result display unit 150. The processing of the processing unit 110 will be described with reference to the flowchart of FIG.

処理がスタートすると、条件入力部120が、CVDの動作条件と装置の条件と、使用するシミュレーションモデルの条件(気相を流体モデルとするか粒子モデルとするか、また、第二の素反応過程の反応過程として、どのような反応過程を何種類仮定するか等)等を入力選択データベース210から読み出し、また、演算式等データベース240から、条件を選択入力するための画面情報を読み出してディスプレイ170に表示する。また、実際の薄膜形成実験で得られた膜厚等の物性値を入力できる画面情報を、同様に読み出して画面表示する。シミュレーションに必要なデータが入力されると、データは演算部130に送られる(S10ステップ)。   When the process starts, the condition input unit 120 detects the CVD operation condition and the apparatus condition, the simulation model condition to be used (whether the gas phase is a fluid model or a particle model, and the second elementary reaction process). As the reaction process, and what kind of reaction process is assumed) and the like are read out from the input selection database 210, and screen information for selecting and inputting conditions is read out from the arithmetic expression database 240 and the display 170 is read out. To display. In addition, screen information that can input physical property values such as film thickness obtained in actual thin film formation experiments is similarly read out and displayed on the screen. When data necessary for the simulation is input, the data is sent to the calculation unit 130 (step S10).

次に、演算部130は、S10ステップで選択入力されたデータに基づいて、素反応データベース220から、選択された反応性ガスと放電ガスに関する素反応データとして、薄膜形成過程で生じうる反応式とそれぞれのレート係数の既知データを読み出す(S20ステップ)。これにより、材料ガスが関与しない第一の素反応過程に関しては、正確な反応過程を再現することが可能となる。   Next, based on the data selected and input in step S10, the arithmetic unit 130 obtains reaction formulas that can occur in the thin film formation process as elementary reaction data relating to the selected reactive gas and discharge gas from the elementary reaction database 220. The known data of each rate coefficient is read (step S20). This makes it possible to reproduce an accurate reaction process for the first elementary reaction process that does not involve the material gas.

続いて、演算部130は、S10ステップで入力されたデータに基づいて、材料ガスが関与する第二の素反応過程について、先に選択された素反応過程の種類の数と、それぞれの素反応過程を特定して、対応する反応式と仮の反応データであるレート係数(または反応速度定数)のデータを読み出す(S30ステップ)。これにより、材料ガスが関与する第二の素反応過程に関する具体的なデータが無くとも、簡易モデルに基づいてシミュレーションを実行することが可能となり、S20ステップで読み出されたデータと併せることにより、いわゆるハイブリッド型のシミュレーションモデルが構築できる。これでシミュレーションに必要なデータが揃ったことになる。   Subsequently, based on the data input in step S10, the arithmetic unit 130 determines the number of types of the elementary reaction processes selected previously and the respective elementary reactions for the second elementary reaction process involving the material gas. The process is specified, and the corresponding reaction equation and the rate coefficient (or reaction rate constant) data, which is provisional reaction data, are read (step S30). This makes it possible to execute a simulation based on a simple model without specific data relating to the second elementary reaction process involving the material gas, and by combining with the data read in step S20, A so-called hybrid simulation model can be constructed. This completes the data required for the simulation.

続いて、これらのデータを用いてシミュレーションが実行される(S40ステップ)。この例では、図1または図2に示したような基板表面に直角方向で、基板位置と反応炉の寸法に略対応した長方形の平面を考え、その境界の性質に対応した境界条件を設定する。また、この平面の垂直方向に関しては、反応炉の長さに対応した周期的境界条件を設定して、二次元でシミュレーションを行っている。なお、境界条件や座標形は、これら以外のものを用いてもよいことは言うまでもない。例えば、円筒座標系を用い、Z軸を含む平面を対象として考えても良い。この場合、周期的境界条件は不要となる。また、シミュレーションは、一定流量で材料ガスなどが反応炉に導入され、一定速度で成膜がなされて、気相は定常状態を構成する条件で行っている。つまり、薄膜形成中の任意の時間tにおける状態を初期状態としてスタートし、定常状態を実現しているか否かで収束を判断している。   Subsequently, a simulation is executed using these data (step S40). In this example, a rectangular plane substantially corresponding to the substrate position and the reactor size is considered in a direction perpendicular to the substrate surface as shown in FIG. 1 or FIG. 2, and boundary conditions corresponding to the boundary properties are set. . In addition, regarding the vertical direction of this plane, a periodic boundary condition corresponding to the length of the reactor is set, and simulation is performed in two dimensions. Needless to say, other boundary conditions and coordinate shapes may be used. For example, a cylindrical coordinate system may be used and a plane including the Z axis may be considered. In this case, the periodic boundary condition is not necessary. Further, the simulation is performed under the condition that a material gas is introduced into the reaction furnace at a constant flow rate, a film is formed at a constant speed, and the gas phase constitutes a steady state. That is, the state at an arbitrary time t during the thin film formation is started as an initial state, and convergence is determined based on whether or not a steady state is realized.

これらの前提の元で、シミュレーションを流体モデルに基づいて行う場合のS40ステップの詳しいフローを、図5−1のフローチャートを用いて説明する。まず、ポアソン方程式が演算され、電荷分布を中性と仮定して電位分布が求められる(S41ステップ)。次に、イオンや電子等の荷電粒子の連続の式が演算される(S42ステップ)。これにより、気相内の任意の位置における電荷密度が求められる。次に、運動量保存式が演算される(S43ステップ)。これにより、気相内の粒子の速度分布が求められ、連続の式と合わせて電荷密度が決まる。次に、電位分布と電子の電荷密度から、平均電子エネルギー方程式が演算される(S44ステップ)。これにより、シミュレーションの対象となる装置条件と動作条件の下で、第一の素反応過程を経て生じるプラズマ電子の平均エネルギーが求められる。この式は、第一の素反応過程について、装置の特性を反映して生じる非線形のレート係数の変動をシミュレーションに反映させるためのものである。次に、これらの演算により求められた粒子密度や粒子フラックスから、基板表面における薄膜形成の成膜速度等の物性値が求められる(S45ステップ)。   Based on these assumptions, a detailed flow of step S40 when the simulation is performed based on the fluid model will be described with reference to the flowchart of FIG. First, the Poisson equation is calculated, and the potential distribution is obtained assuming that the charge distribution is neutral (step S41). Next, a continuous equation of charged particles such as ions and electrons is calculated (step S42). Thereby, the charge density at an arbitrary position in the gas phase is obtained. Next, the momentum conservation formula is calculated (step S43). Thereby, the velocity distribution of the particles in the gas phase is obtained, and the charge density is determined together with the continuous equation. Next, an average electron energy equation is calculated from the potential distribution and the electron charge density (step S44). Thereby, the average energy of the plasma electrons generated through the first elementary reaction process is obtained under the apparatus conditions and the operating conditions to be simulated. This equation is for reflecting, in the simulation, a non-linear rate coefficient change that reflects the characteristics of the apparatus in the first elementary reaction process. Next, from the particle density and particle flux obtained by these calculations, physical property values such as a film forming speed for forming a thin film on the substrate surface are obtained (step S45).

次に、時間tをΔt進めて(S46ステップ)、再度、S41ステップからS45ステップの演算を繰り返し、時間t+Δtにおける電子の電荷密度や成膜速度等の物性値が求められる。   Next, the time t is advanced by Δt (step S46), and the calculation from step S41 to step S45 is repeated again to obtain physical property values such as electron charge density and film formation speed at time t + Δt.

次に、シミュレーション結果が定常状態を実現しているかが判断される(S48ステップ)。具体的には、S41〜S45ステップで求められた時間tにおける電子の電荷密度の周期平均値と、S47ステップで求められた時間t+Δtにおける電子の電荷密度の周期平均値とが対比され、それらの差異が1%以下である場合に、定常状態になっていると判定される。S48ステップで定常状態ではないと判断された場合は、フローは右に分岐してS46ステップからS48ステップを行う。つまり、さらに時間tをΔt進めてS41ステップからS45ステップの演算を繰り返す。S48ステップで定常状態を実現している場合は、フローは下に分岐してS40ステップを終了する。なお、定常状態が実現している状態では、薄膜は厚みを増加していくが、気相中では外部から供給される原料ガス等と基板表面に堆積していく物質とが釣り合い、気相中で定常状態が実現することになる。   Next, it is determined whether the simulation result realizes a steady state (step S48). Specifically, the periodic average value of the charge density of the electrons at the time t obtained in steps S41 to S45 is compared with the periodic average value of the charge density of the electrons at the time t + Δt determined in step S47. When the difference is 1% or less, it is determined that the steady state is reached. If it is determined in step S48 that the steady state is not established, the flow branches to the right and steps S46 to S48 are performed. That is, the time t is further advanced by Δt, and the calculation from step S41 to step S45 is repeated. If the steady state is realized in step S48, the flow branches downward and ends step S40. In the state where the steady state is realized, the thin film increases in thickness, but in the gas phase, the raw material gas supplied from the outside and the substance deposited on the substrate surface are balanced, and the gas phase is Thus, a steady state is realized.

次に、図4に戻って、フローはS40ステップからS50ステップに移行する。このステップでは、定常状態に達したシミュレーション結果が、別途行われてS10ステップで入力された薄膜形成実験の結果と合致するか否かが判断される。具体的には、SiO薄膜の成膜速度が、実験の結果と一定の誤差範囲内で略合致するか否かを判断する。 Next, returning to FIG. 4, the flow proceeds from step S40 to step S50. In this step, it is determined whether or not the simulation result reaching the steady state matches the result of the thin film formation experiment performed separately and input in step S10. Specifically, it is determined whether or not the deposition rate of the SiO 2 thin film substantially matches the experimental result within a certain error range.

両者が合致しない場合は、フローは右に分岐してS70ステップに移行し、シミュレーションで得られた成膜速度が、実際の薄膜形成実験から得られた成膜速度より小さい場合には、その程度に応じて二つのレート係数を同じ比率で増加せしめる。逆に、シミュレーションで得られた成膜速度が、実際の薄膜形成実験から得られた成膜速度より大きい場合には、その程度に応じて二つのレート係数を同じ比率で減少せしめる。続けて、フローはS40ステップに戻り、再びシミュレーション演算が行われる。   If the two do not match, the flow branches to the right and proceeds to step S70. If the film formation rate obtained by the simulation is smaller than the film formation rate obtained from the actual thin film formation experiment, the extent is determined. Depending on, the two rate factors are increased by the same ratio. On the other hand, when the film formation rate obtained by the simulation is higher than the film formation rate obtained from the actual thin film formation experiment, the two rate coefficients are decreased at the same ratio according to the degree. Subsequently, the flow returns to step S40, and the simulation calculation is performed again.

一方、両者が合致する場合は、シミュレーションが実際に実験をよく再現していると判断できるから、結果表示部150が、シミュレーション結果をディスプレイ170に画面表示し、合わせて、最終的に得られた第二の素反応過程の改良されたレート係数を簡易モデルデータベース230に格納して、全部の処理が終了する。   On the other hand, if the two match, it can be determined that the simulation actually reproduces the experiment well, so the result display unit 150 displays the simulation result on the display 170 and is finally obtained. The improved rate coefficient of the second elementary reaction process is stored in the simplified model database 230, and all the processes are completed.

なお、シミュレーションに必要な第二の素反応過程のレート係数が、すでに上記図4のフローを一度経由することで仮の反応データから改良されている場合は、装置の形状などが変化した場合のシミュレーションを行うに際して、S50ステップおよびS70ステップを経由する必要はなく、改良されたレート係数を用いてS40ステップのシミュレーションを行って、その結果を直ちにS60ステップで表示すればよい。   In addition, when the rate coefficient of the second elementary reaction process necessary for the simulation has already been improved from the provisional reaction data by going through the flow of FIG. 4 once, when the shape of the apparatus has changed When performing the simulation, it is not necessary to go through the steps S50 and S70, the simulation of the step S40 is performed using the improved rate coefficient, and the result is immediately displayed in the step S60.

次に、図4のS40ステップで、流体モデルではなく、粒子モデルを用いた場合のフローについて、図5−2のフローチャートを用いて説明する。粒子モデルは、真空などの比較的炉内圧力が低い場合に適合する。この場合も、流体モデルを用いた場合と同様に、反応炉内に長方形の平面を想定し、流体モデルと同様に境界の性質に対応した境界条件を設定する。また、シミュレーション結果の収束に関しても、流体モデルの場合と同様としている。   Next, the flow when the particle model is used instead of the fluid model in step S40 of FIG. 4 will be described with reference to the flowchart of FIG. The particle model fits when the furnace pressure is relatively low, such as a vacuum. In this case, as in the case of using the fluid model, a rectangular plane is assumed in the reaction furnace, and the boundary condition corresponding to the boundary property is set in the same manner as the fluid model. The convergence of the simulation result is the same as in the fluid model.

フローが開始すると、まず、電荷分布を中正と仮定して、計算のために平面を複数に分割して設けられたグリッドの交点ごとに、ポアソン方程式から電位が求められる(S81ステップ)。次に、グリッドで分割された単位セル内の任意の位置の電界を、先に求めた電位から内挿計算する(S82ステップ)。次に、この電界を用いて、プラズマの挙動を代表するよう選択された所定数の粒子の運動方程式を演算し、一つ一つの粒子の位置を求めて、統計処理により粒子密度を求める(S83ステップ)。粒子と、原料ガスや放電ガスのような中性ガスとの衝突の種類と衝突後の方向とを、疑似乱数を用いたモンテカルロ衝突演算で求め、粒子フラックスが求められる(S84ステップ)。以下、流体モデルと同様に、表面反応計算が行われ(S85ステップ)、時間tをΔt増加してS81ステップからS85ステップが繰り返されて(S86、87ステップ)、収束判定(S88ステップ)を経て、定常状態の結果が得られて処理が終了する。以下、図4のS50ステップに戻るのも流体モデルの場合と同じである。   When the flow starts, first, assuming that the charge distribution is medium positive, a potential is obtained from the Poisson equation for each intersection of grids provided by dividing the plane into a plurality for calculation (step S81). Next, an electric field at an arbitrary position in the unit cell divided by the grid is interpolated from the previously obtained potential (step S82). Next, using this electric field, a motion equation of a predetermined number of particles selected to represent the behavior of the plasma is calculated, the position of each particle is obtained, and the particle density is obtained by statistical processing (S83). Step). The type of collision between the particles and the neutral gas such as the raw material gas or the discharge gas and the direction after the collision are obtained by Monte Carlo collision calculation using a pseudo random number, and the particle flux is obtained (step S84). Thereafter, similarly to the fluid model, the surface reaction calculation is performed (step S85), the time t is increased by Δt, the steps S81 to S85 are repeated (steps S86 and 87), and the convergence determination (step S88) is performed. Then, a steady-state result is obtained and the process ends. Hereinafter, returning to step S50 in FIG. 4 is the same as in the fluid model.

ここで、シミュレーションに用いるモデルは、上記の流体モデルや粒子モデルに限定されるものではなく、より妥当と考えられる任意のモデルであっても良い。また、演算に用いる方程式類も、各種の方程式や近似式を各種組み合わせて用いることができる。また、シミュレーションシステムが処理を実行している間に、演算途中の状態を随時ディスプレイに画面表示するのは任意である。また、定常状態への収束判定は、電子密度の変動幅ではなく、他の物性値を用いても良いし、また、電子密度を用いる場合でも、1%より大きい一定の変動まで許容するようにしても良い。さらに、シミュレーションの妥当性判断では、成膜速度に限らず、実際の実験とシミュレーションの両方から得られる他の物性値を用いてもよい。   Here, the model used for the simulation is not limited to the above-described fluid model or particle model, and may be any model that is considered more appropriate. Also, the equations used for the calculation can be used in various combinations of various equations and approximate equations. In addition, while the simulation system is executing the process, it is optional to display the state during calculation on the display as needed. In addition, the determination of convergence to a steady state may use other physical property values instead of the fluctuation range of the electron density, and even when the electron density is used, a certain fluctuation greater than 1% is allowed. May be. Furthermore, in determining the validity of the simulation, other physical property values obtained from both actual experiments and simulations may be used, not limited to the film formation rate.

このシミュレーションシステムをエッチングに用いる場合には、CVDにおける反応性ガスは、基板に対する腐食性ガスとなり、CVDにおける材料ガスおよび中間体ガスは、基板表面から脱離した各種のエッチャントとなる。従って、エッチングの際の第二の素反応過程は、エッチングを行った場合の排気ガスに含まれる成分を再現するように、中間体を一種類から3種類適宜想定して考えればよい。   When this simulation system is used for etching, the reactive gas in CVD becomes a corrosive gas for the substrate, and the material gas and intermediate gas in CVD become various etchants desorbed from the substrate surface. Therefore, the second elementary reaction process during etching may be considered by appropriately assuming one to three intermediates so as to reproduce the components contained in the exhaust gas when etching is performed.

また、このシミュレーションシステムは、コンピュータに実行させるためのプログラムの形態で表現することもできる。また、これらプログラムをコンピューター読み取り可能な記録媒体に格納してもよい。ここで、コンピューター読み取り可能な記録媒体とは、フレキシブルディスク、光磁気ディクス、ROM、CD−ROM等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記録装置のことを言う。また、プログラムは、任意の適当な部分に分割し、分割したものをそれぞれに記憶媒体に格納することも可能である。   The simulation system can also be expressed in the form of a program that is executed by a computer. These programs may be stored in a computer-readable recording medium. Here, the computer-readable recording medium refers to a recording medium such as a flexible disk, a magneto-optical disk, a portable medium such as a ROM and a CD-ROM, and a hard disk incorporated in a computer system. Further, the program can be divided into arbitrary appropriate parts, and the divided parts can be stored in the storage medium.

CVDにおける気相反応のイメージを示した模式図である。It is the schematic diagram which showed the image of the gas phase reaction in CVD. 簡易モデルの素反応過程の一つを模式的に示した図である。It is the figure which showed typically one of the elementary reaction processes of a simple model. 簡易モデルの素反応過程の他の一つを模式的に示した図である。It is the figure which showed typically another one of the elementary reaction process of a simple model. シミュレーションシステムを制御面から見た概略構成を示したブロック図である。It is the block diagram which showed the schematic structure which looked at the simulation system from the control surface. 処理部の処理フローの概略を示したフローチャートである。It is the flowchart which showed the outline of the processing flow of a process part. 流体モデルを用いた場合のS40ステップの詳細を説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining the detail of step S40 at the time of using a fluid model. 粒子モデルを用いた場合のS40ステップの詳細を説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining the detail of step S40 at the time of using a particle model.

Claims (7)

気相と固相と前記両相の界面である固相表面とを有し、前記気相には、化学反応により前記固相表面から脱離したか又は化学反応により前記固相表面を形成しうる材料ガスと、当該材料ガスと前記固相表面を構成する物質との中間体ガスと、前記材料ガスまたは前記固相表面と反応しうる反応性ガスとを含み、前記気相と前記固相表面とのあいだに化学反応を伴う物質移動を生じる系のシミュレーションシステムであって、
前記反応性ガスの素反応に関する既知反応データを格納した素反応データベースと、前記材料ガスと前記中間体ガスとを含む2種類ないし4種類の反応過程の反応データを格納した簡易モデルデータベースとを備え、前記素反応データベースと前記簡易モデルデータベースとを用いてシミュレーションを行う際に前記材料ガスが関与する素反応に関しては前記2種類ないし4種類の反応過程だけを仮定した簡易モデルを用いることを特徴とするシミュレーションシステム。
A gas phase, a solid phase, and a solid phase surface that is an interface between the two phases, and the gas phase can be detached from the solid phase surface by a chemical reaction or formed by the chemical reaction Comprising: a material gas; an intermediate gas between the material gas and a substance constituting the solid phase surface; and a reactive gas capable of reacting with the material gas or the solid phase surface; A system that generates mass transfer with a chemical reaction between
An elementary reaction database storing known reaction data relating to elementary reactions of the reactive gas, and a simple model database storing reaction data of two to four kinds of reaction processes including the material gas and the intermediate gas. In the simulation using the elementary reaction database and the simple model database, a simple model assuming only the two or four kinds of reaction processes is used for the elementary reaction involving the material gas. Simulation system.
さらに、前記シミュレーション結果の妥当性判断を行う判定部を備え、前記結果が妥当でない場合に、前記演算部が、前記反応データを修正して前記シミュレーションを繰り返すことを特徴とする請求項1に記載のシミュレーションシステム。   2. The determination unit according to claim 1, further comprising a determination unit configured to determine the validity of the simulation result, wherein when the result is not valid, the calculation unit corrects the reaction data and repeats the simulation. Simulation system. 前記中間体ガスが、1種類ないし3種類であることを特徴とする請求項1または2に記載のシミュレーションシステム。 The simulation system according to claim 1 or 2, wherein the intermediate gas has one to three types. 前記化学反応がプラズマによりなされ、前記物質移動が前記固相表面における薄膜形成方向に生じることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載のシミュレーションシステム。   The simulation system according to claim 1, wherein the chemical reaction is performed by plasma, and the mass transfer occurs in a thin film formation direction on the solid phase surface. 前記気相の圧力が、大気圧と略同じであることを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載のシミュレーションシステム。   The simulation system according to claim 1, wherein the pressure of the gas phase is substantially the same as atmospheric pressure. 前記反応性ガスが前記固相表面に対して腐食性であり、前記物質移動が前記固相表面を削る方向に生じることを特徴とする請求項1に記載のシミュレーションシステム。   The simulation system according to claim 1, wherein the reactive gas is corrosive to the solid surface, and the mass transfer occurs in a direction in which the solid surface is scraped. 気相と固相と前記両相の界面である固相表面とを有し、前記気相には、化学反応により前記固相表面から脱離したか又は化学反応により前記固相表面を形成しうる材料ガスと、当該材料ガスと前記固相表面を構成する物質との中間体ガスと、前記材料ガスまたは前記固相表面と反応しうる反応性ガスとを含み、前記気相と前記固相表面とのあいだに化学反応を伴う物質移動を生じる系のシミュレーション方法であって、
前記反応性ガスの素反応に関する既知反応データを格納した素反応データベースと、前記材料ガスと前記中間体ガスとを含む2種類ないし4種類の反応過程の反応データを格納した簡易モデルデータベースとを用いてシミュレーションを行う際に前記材料ガスが関与する素反応に関しては前記2種類ないし4種類の反応過程だけを仮定した簡易モデルを用いることを特徴とするシミュレーション方法。
A gas phase, a solid phase, and a solid phase surface that is an interface between the two phases, and the gas phase can be detached from the solid phase surface by a chemical reaction or formed by the chemical reaction Comprising: a material gas; an intermediate gas between the material gas and a substance constituting the solid phase surface; and a reactive gas capable of reacting with the material gas or the solid phase surface; A simulation method for a system that causes mass transfer with chemical reaction between
Using an elementary reaction database storing known reaction data relating to elementary reactions of the reactive gas, and a simple model database storing reaction data of two to four kinds of reaction processes including the material gas and the intermediate gas A simulation method characterized by using a simple model assuming only the two to four types of reaction processes for the elementary reactions involving the material gas when performing the simulation.
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