JP6986810B2 - Calculation method of oxidation time in the thermal oxidation process of semiconductor materials - Google Patents

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Description

本発明は、シリコンや炭化シリコンの結晶基板の表面上に熱酸化によりシリコン酸化膜を形成させて半導体装置を作製する際の、シリコン酸化膜の作製プロセスの制御に関するものである。 The present invention relates to controlling a process for producing a silicon oxide film when a silicon oxide film is formed on the surface of a crystal substrate of silicon or silicon carbide by thermal oxidation to produce a semiconductor device.

シリコン等の半導体材料の結晶基板を用いて、図1に示されるようなMOS(metal-oxide-semiconductor)型半導体装置を作製する際には、n型の半導体結晶(2)とゲート電極(4)との間に、酸化シリコンの薄膜を作り、これをゲート酸化膜(1)に使用する。また、p型半導体(3)上にソース電極(5)とドレィン電極(6)を作る。こうしたMOS型で、動作電圧が低く集積度の高い半導体装置を作製する場合、ゲート酸化膜(1)の膜厚は、可能な限り薄いことが望ましい。 When manufacturing a MOS (metal-oxide-semiconductor) type semiconductor device as shown in FIG. 1 using a crystal substrate of a semiconductor material such as silicon, an n-type semiconductor crystal (2) and a gate electrode (4) are used. ), A thin film of silicon oxide is formed, and this is used for the gate oxide film (1). Further, a source electrode (5) and a drain electrode (6) are formed on the p-type semiconductor (3). When manufacturing such a MOS type semiconductor device having a low operating voltage and a high degree of integration, it is desirable that the film thickness of the gate oxide film (1) is as thin as possible.

特に、図2に示されるように、シリコンの結晶基板(11)を用いて半導体装置を作製する場合、遷移層(12)を含む酸化膜(13)の膜厚は、最も薄いもので20ナノメートルか、それ以下に達するような、非常に微細な構造を有する半導体装置も作成されている。ところが、こうした超薄膜の作成過程の制御に必要な、ナノメートルの精度を有する膜厚の計算式が存在しないために、最新の半導体装置の製造に必要な、精度の高い酸化膜を作成する作業は、実施に困難を伴うという問題があった。 In particular, as shown in FIG. 2, when a semiconductor device is manufactured using a silicon crystal substrate (11), the thickness of the oxide film (13) including the transition layer (12) is 20 nanometers at the thinnest. Semiconductor devices with very fine structures, such as meters or less, have also been created. However, since there is no formula for calculating the thickness with nanometer accuracy required to control the process of creating such ultra-thin films, the work of creating a highly accurate oxide film necessary for manufacturing the latest semiconductor devices. Had the problem of being difficult to implement.

シリコン結晶の熱酸化過程を理解し、実験結果を解析するために考案された数理モデルとして著名なものに、DealとGrove が提案したモデルがある。このモデルでは、シリコン結晶の熱酸化の過程が定常状態で進行することを仮定して、膜厚の時間変化を表す常微分方程式を導出し、これを解くことにより、酸化膜の膜厚の時間変化を表す方程式を定式化している。(非特許文献1を参照。) A prominent mathematical model devised to understand the thermal oxidation process of silicon crystals and analyze experimental results is the model proposed by Deal and Grove. In this model, assuming that the thermal oxidation process of the silicon crystal proceeds in a steady state, an ordinary differential equation representing the time change of the film thickness is derived, and by solving this, the time of the film thickness of the oxide film is obtained. It formulates an equation that expresses change. (See Non-Patent Document 1.)

DealとGroveのモデルは、過去半世紀以上にわたり、シリコン結晶や炭化シリコン結晶の熱酸化実験のデータ解析に利用されてきた。例えば、プロセスシミュレーション方法の技術開示は、DealとGroveのモデルに依拠しているし、オキシダントに高圧の酸素分子を用いた、シリコン結晶や炭化シリコン結晶の熱酸化実験のデータ解析や、オキシダントにオゾン分子を用いたシリコン結晶の熱酸化実験で得られた実験結果の解析にも、このモデルが使われている。(特許文献1、非特許文献2〜4を参照。) Deal and Grove models have been used for more than half a century to analyze data from thermal oxidation experiments on silicon and silicon carbide crystals. For example, the technical disclosure of process simulation methods relies on Deal and Grove models, data analysis of thermal oxidation experiments of silicon crystals and silicon carbide crystals using high-pressure oxygen molecules for oxidants, and ozone for oxidants. This model is also used in the analysis of experimental results obtained in thermal oxidation experiments of silicon crystals using molecules. (See Patent Document 1 and Non-Patent Documents 2 to 4.)

ところが、このモデルを用いて計算を実行しても、ドライ酸化の初期過程における、シリコン結晶の熱酸化で得られる、非常に大きな酸化速度は再現されない。(非特許文献1を参照。) However, even if the calculation is performed using this model, the very large oxidation rate obtained by the thermal oxidation of silicon crystals in the initial process of dry oxidation is not reproduced. (See Non-Patent Document 1.)

この問題を解決するために、Massoudらは、DealとGroveのモデルで定式化された微分方程式に指数関数の項を加えて、ドライ酸化の初期の過程が、この補正項で説明可能であると主張した。(非特許文献5を参照。) To solve this problem, Massoud et al. Add an exponential term to the differential equation formulated in the Deal and Grove models, and this correction term can explain the initial process of dry oxidation. Insisted. (See Non-Patent Document 5.)

けれども、シリコン酸化膜の膜厚が20ナノメートル(nm) 以下の、超薄膜を用いる最新のデバイス開発においては、この補正項を加えた微分方程式を用いた計算の結果によっても、実験との一致が得られない事が知られている。 However, in the development of the latest devices using ultra-thin films with a silicon oxide film thickness of 20 nanometers (nm) or less, the results of calculations using differential equations with this correction term are also consistent with the experiments. Is known not to be obtained.

これらのモデルに代わって、植松らにより提案された界面放出モデルでは、熱酸化の際に界面に生じた歪みが、界面からシリコン原子を放出させ、さらにこれらの放出シリコン原子が、その後の界面での酸化過程を阻害する、とされた。(非特許文献6と7を参照。) In the interfacial emission model proposed by Uematsu et al. Instead of these models, the strain generated at the interface during thermal oxidation releases silicon atoms from the interface, and these released silicon atoms are further released at the subsequent interface. It was said that it inhibits the oxidation process of silicon. (See Non-Patent Documents 6 and 7.)

このモデルでは、反応拡散方程式によるモデルの定式化において、二酸化シリコン中に溶解したシリコン原子の飽和濃度が使われているが、熱酸化の過程は熱平衡状態にはないことから、この式は物理現象としての熱酸化の過程を正しく記述していないことが、Farjas とRouraによって指摘された。(非特許文献8を参照。) In this model, the saturation concentration of silicon atoms dissolved in silicon dioxide is used in the formulation of the model by the reaction diffusion equation, but since the thermal oxidation process is not in the thermal equilibrium state, this equation is a physical phenomenon. It was pointed out by Farjas and Roura that it did not correctly describe the process of thermal oxidation. (See Non-Patent Document 8.)

以上から、最新のデバイス開発に有効な、ナノスケールの精度を有する熱酸化の過程を正しく記述する数理モデルや、酸化膜の膜厚を酸化時間の関数として表す、ナノスケールの精度を有する方程式は、これまで存在しなかった。
From the above, mathematical models that correctly describe the process of thermal oxidation with nanoscale accuracy, which are effective for the development of the latest devices, and equations with nanoscale accuracy that express the thickness of the oxide film as a function of oxidation time are , Did not exist until now.

特開2001−35847号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2001-35547

E. Deal and A. S. Grove, J. Appl. Phys. 36, 3770 (1965).E. Deal and A. S. Grove, J. Appl. Phys. 36, 3770 (1965). L. N. Lie, R. R. Razouk, and B. E. Deal, J. Electrochem. Soc.129, 2828 (1982).L. N. Lie, R. R. Razouk, and B. E. Deal, J. Electrochem. Soc.129, 2828 (1982). Y. Song, S. Dhar, L. C.Feldman, G.Chung, and J. R. Williams, J. Appl. Phys. 95, 4953 (2004).Y. Song, S. Dhar, L. C. Feldman, G. Chung, and J. R. Williams, J. Appl. Phys. 95, 4953 (2004). T. Nishiguchi, H. Nonaka, S. Ichimura, Y. Morikawa, M. Kekura, and M. Miyamoto, Appl. Phys. Lett. 81, 2190 (2002).T. Nishiguchi, H. Nonaka, S. Ichimura, Y. Morikawa, M. Kekura, and M. Miyamoto, Appl. Phys. Lett. 81, 2190 (2002). H. Z.Massoud, J. D.Plummer, and E. A.Irene, J. Electrochem.Soc. 132, 2685 (1985).H. Z. Massoud, J. D. Plummer, and E. A. Irene, J. Electrochem.Soc. 132, 2685 (1985). M. Uematsu, H. Kageshima, and K. Shiraishi, Jpn. J. Appl.Phys. 39, L699 (2000).M. Uematsu, H. Kageshima, and K. Shiraishi, Jpn. J. Appl.Phys. 39, L699 (2000). 植松真司・影島博之・白石賢二、表面科学Vol. 23, No. 2, pp. 104 (2002).Shinji Uematsu, Hiroyuki Kageshima, Kenji Shiraishi, Surface Science Vol. 23, No. 2, pp. 104 (2002). J. Farjas and P. Roura, J. Appl. Phys. 102, 054902 (2007).J. Farjas and P. Roura, J. Appl. Phys. 102, 054902 (2007). J. Crank, The Mathematics of Diffusion (Elsevier / Butterworth Heinemann, London, 1980) 3rd ed.J. Crank, The Mathematics of Diffusion (Elsevier / Butterworth Heinemann, London, 1980) 3rd ed. I. Chavel, Riemannian Geometry (Cambridge University Press) (Cambridge, 2006) 2nd ed., p.150.I. Chavel, Riemannian Geometry (Cambridge University Press) (Cambridge, 2006) 2nd ed., P.150. 石原繁「テンソル―科学技術のために」(裳華房、1991)。Shigeru Ishihara "Tensol-For Science and Technology" (Shokabo, 1991).

本発明が解決しようとする問題点は、酸化温度とオキシダント分子の分圧を指定して、20ナノメートル以下の所定の膜厚を有するシリコン酸化膜を、ナノメートルの精度で形成させるために必要な、熱酸化の酸化時間の計算が可能な、信頼性の高い計算方法が存在しないという点である。 The problem to be solved by the present invention is necessary to specify the oxidation temperature and the partial pressure of the oxidant molecule to form a silicon oxide film having a predetermined film thickness of 20 nanometers or less with an accuracy of nanometers. In addition, there is no reliable calculation method that can calculate the oxidation time of thermal oxidation.

本発明は、シリコンや炭化シリコンの結晶基板の熱酸化で生じるシリコン酸化膜の膜厚を、酸化温度とオキシダント分子の分圧と酸化時間の関数として表す、ナノスケールの精度を有する方程式を導出し、これを用いることにより、所定の膜厚を得るための酸化時間を、コンピューターを用いて計算させる方法を提供することを最も主要な特徴とする。 The present invention derives an equation with nanoscale accuracy that expresses the film thickness of a silicon oxide film generated by thermal oxidation of a crystal substrate of silicon or silicon carbide as a function of oxidation temperature, partial pressure of oxidant molecules, and oxidation time. The most important feature is to provide a method for calculating the oxidation time for obtaining a predetermined film thickness by using a computer.

本発明の計算方法は、シリコンや炭化シリコンの半導体材料を熱酸化して、半導体装置のゲート酸化膜に用いる絶縁膜を作成する際に、酸化温度とオキシダント分子の分圧と所定の膜厚を指定して、ナノスケールの精度でシリコン酸化膜を形成させるために必要な、酸化時間の計算が可能になるという利点がある。 In the calculation method of the present invention, when a semiconductor material such as silicon or silicon carbide is thermally oxidized to form an insulating film used for a gate oxide film of a semiconductor device, the oxidation temperature, the partial pressure of oxidant molecules, and a predetermined film thickness are determined. It has the advantage of allowing the calculation of the oxidation time required to form a silicon oxide film with nanoscale accuracy.

図1はMOS型FET(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor)の断面の模式図である。FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a MOS type FET (metal-oxide-semiconductor field-effect transistor). 図2はドライ酸化の条件における、シリコン結晶の熱酸化過程の模式図である。FIG. 2 is a schematic diagram of the thermal oxidation process of silicon crystals under the condition of dry oxidation. 図3は本発明に係る数理モデルを用いて、ドライ酸化の条件で、面指数(100)のシリコン結晶の基板上に形成されるシリコン酸化膜の膜厚の成長過程について、複数の温度でシミュレーションを実行して得られた結果を、酸化時間に対して描いたグラフである。FIG. 3 uses a mathematical model according to the present invention to simulate the growth process of the film thickness of a silicon oxide film formed on a substrate of a silicon crystal having a surface index (100) under dry oxidation conditions at a plurality of temperatures. It is a graph which drew the result obtained by executing the above with respect to the oxidation time. 図4は本発明に係る数理モデルを用いて、ドライ酸化の条件で、面指数(100)のシリコン結晶の基板上に形成される酸化膜の膜厚の成長過程を、複数の温度でシミュレーションして得られた結果を、実施例1の数式(22)で定義される関数ζ(T)で除算して描き直したグラフである。FIG. 4 uses a mathematical model according to the present invention to simulate the growth process of the film thickness of an oxide film formed on a substrate of a silicon crystal having a plane index (100) under the condition of dry oxidation at a plurality of temperatures. It is a graph which divided by the function ζ (T) defined by the mathematical formula (22) of Example 1 and redrawn. 図5は、ドライ酸化の条件で、酸素の分圧が20 atm の場合の、面指数(100)のシリコン結晶の基板を用いた熱酸化実験で作製された、FIG. 5 is prepared by a thermal oxidation experiment using a silicon crystal substrate having a plane index (100) under the condition of dry oxidation and when the partial pressure of oxygen is 20 atm. で報告された酸化膜の膜厚の測定結果と、本発明に係る方程式を用いた計算結果の比較である。It is a comparison between the measurement result of the film thickness of the oxide film reported in 1 and the calculation result using the equation according to the present invention. 図6は、ドライ酸化の条件で、酸素の分圧が20 atm の場合の、面指数(111)のシリコン結晶の基板を用いた熱酸化実験で作製された、FIG. 6 is prepared by a thermal oxidation experiment using a silicon crystal substrate having a plane index (111) under the condition of dry oxidation and when the partial pressure of oxygen is 20 atm. で報告された酸化膜の膜厚の測定結果と、本発明に係る方程式を用いた計算結果の比較である。It is a comparison between the measurement result of the film thickness of the oxide film reported in 1 and the calculation result using the equation according to the present invention. 図7は、ドライ酸化の条件で、酸素の分圧が1 atm の場合の、面指数(100)のシリコン結晶の基板を用いた熱酸化実験で作製された、FIG. 7 was prepared by a thermal oxidation experiment using a silicon crystal substrate having a plane index (100) under the condition of dry oxidation and when the partial pressure of oxygen was 1 atm. で報告された酸化膜の膜厚の測定結果と、本発明に係る方程式を用いた計算結果を、対数スケールでプロットしたグラフである。It is a graph which plotted the measurement result of the film thickness of the oxide film reported in 1 and the calculation result using the equation which concerns on this invention on a logarithmic scale. 図8は、ドライ酸化の条件で、酸素の分圧が1 atm の場合の、面指数(111)のシリコン結晶の基板を用いた熱酸化実験で作製された、FIG. 8 is prepared by a thermal oxidation experiment using a silicon crystal substrate having a plane index (111) under the condition of dry oxidation and when the partial pressure of oxygen is 1 atm. で報告された酸化膜の膜厚の測定結果と、本発明に係る方程式を用いた計算結果を、対数スケールでプロットしたグラフである。It is a graph which plotted the measurement result of the film thickness of the oxide film reported in 1 and the calculation result using the equation which concerns on this invention on a logarithmic scale. 図9は、面指数(100)のシリコン結晶の基板を用いた、ドライ酸化の条件における熱酸化実験で、酸化温度をT = 900℃に固定したまま、酸素の分圧を1 atm から20 atmまで変化させて作製された酸化膜の膜厚に関する、FIG. 9 shows a thermal oxidation experiment under dry oxidation conditions using a silicon crystal substrate with a plane index (100), and the partial pressure of oxygen was 1 atm to 20 atm while the oxidation temperature was fixed at T = 900 ° C. Regarding the film thickness of the oxide film produced by changing up to で報告された測定結果と、本発明に係る方程式を用いた計算結果の比較である。It is a comparison of the measurement result reported in 1 and the calculation result using the equation according to the present invention. 図10は、ドライ酸化の条件で、面指数(100)のシリコン結晶基板を用いて、酸化温度をT = 900℃に固定し、酸素の分圧を1 atm から20 atmまで変化させた時の膜厚の測定結果を再現する、図9に示された、本発明に係る方程式の係数Kの値を、酸素の分圧に対して対数スケールでプロットしたグラフである。FIG. 10 shows the case where the oxidation temperature is fixed at T = 900 ° C. and the partial pressure of oxygen is changed from 1 atm to 20 atm using a silicon crystal substrate having a surface index (100) under the condition of dry oxidation. 6 is a graph in which the value of the coefficient K of the equation according to the present invention shown in FIG. 9, which reproduces the measurement result of the film thickness, is plotted on a logarithmic scale with respect to the partial pressure of oxygen. 図11は、ウェット酸化の条件で、水蒸気の分圧が1 atm の場合の、面指数(100)のシリコン結晶の基板を用いた熱酸化実験で作製された、FIG. 11 is prepared by a thermal oxidation experiment using a silicon crystal substrate having a plane index (100) under the condition of wet oxidation when the partial pressure of water vapor is 1 atm. で報告された酸化膜の膜厚の測定結果と、本発明に係る方程式を用いた計算結果の比較である。It is a comparison between the measurement result of the film thickness of the oxide film reported in 1 and the calculation result using the equation according to the present invention. 図12は、オキシダントに分圧が900Pa のオゾン分子を用いた場合の、面指数(100)のシリコン結晶の基板を用いた熱酸化実験で作製された、FIG. 12 was prepared by a thermal oxidation experiment using a silicon crystal substrate having a plane index (100) when an ozone molecule having a partial pressure of 900 Pa was used for the oxidant. で報告された酸化膜の膜厚の測定結果と、本発明に係る方程式を用いた計算結果の比較である。It is a comparison between the measurement result of the film thickness of the oxide film reported in 1 and the calculation result using the equation according to the present invention. 図13は、本発明に係る計算装置の構成図である。FIG. 13 is a block diagram of the arithmetic unit according to the present invention. 図14は、本発明に係る方程式を用いて、酸化時間の計算をコンピューターに実行させるために作成された、コンピュータープログラムのアルゴリズムを示すフローチャートである。(実施例1)FIG. 14 is a flowchart showing an algorithm of a computer program created to cause a computer to calculate an oxidation time using the equation according to the present invention. (Example 1)

酸化温度とオキシダント分子の分圧が指定された場合に、20ナノメートル以下の所定の膜厚を有する酸化膜を、ナノメートルの精度で形成させるために必要な、熱酸化の酸化時間を計算する、簡便な計算方法を考案し、この計算をコンピューターに実行させるためのコンピュータープログラムのアルゴリズムを示した。 Calculates the oxidation time of thermal oxidation required to form an oxide film with a predetermined film thickness of 20 nm or less with nanometer accuracy when the oxidation temperature and the partial pressure of the oxidant molecule are specified. , Devised a simple calculation method, and showed the algorithm of a computer program to make a computer execute this calculation.

以下に、酸化温度とオキシダント分子の分圧と所定の膜厚を指定して行う、半導体材料の酸化時間の計算方法を説明する。 The method of calculating the oxidation time of a semiconductor material by designating the oxidation temperature, the partial pressure of the oxidant molecule, and the predetermined film thickness will be described below.

歪みを含む媒質中での分子の拡散過程と化学反応の過程を対象として、シミュレーションを実行するには、これらの過程の双方を、同時に扱う事が可能な偏微分方程式である反応拡散方程式を、歪みを含む媒質に対して適用可能な形式に拡張する必要がある。この方程式を導出するために、Fickの第一法則と第二法則を利用する。 In order to execute simulations for molecular diffusion processes and chemical reaction processes in a medium containing strain, a reaction diffusion equation, which is a partial differential equation that can handle both of these processes at the same time, is used. It needs to be extended to a format applicable to media containing strain. To derive this equation, we use Fick's first and second laws.

Fickの第一法則によれば、粒子αの拡散によって生じる流束は、この粒子の拡散係数Dαを用いて、以下の式で与えられる。(非特許文献9を参照。)

Figure 0006986810
ここで、φαは分子αの濃度を表すものとする。また、∂iは座標xの第i成分であるxiに関する偏微分を表す。 According to Fick's first law, the flux generated by the diffusion of a particle α is given by the following equation using the diffusion coefficient D α of this particle. (See Non-Patent Document 9.)
Figure 0006986810
Here, φ α represents the concentration of the molecule α. Also, ∂ i represents the partial derivative with respect to x i, which is the i-th component of the coordinates x.

歪みのある媒質内でのベクトル vi の発散は、計量テンソル gij の行列式 g = det(gij) を用いて、以下の式で与えられる。(非特許文献10と11を参照。)

Figure 0006986810
The divergence of the vector v i in a distorted medium is given by the determinant g = det (g ij ) of the metric tensor g ij. (See Non-Patent Documents 10 and 11.)
Figure 0006986810

数式(1)の流束は共変ベクトルであるから、計量テンソル gij の逆行列に相当するテンソルである gij を用いて、これを反変ベクトルに変換する。

Figure 0006986810
ここで、二重に用いられた添え字jに関しては、三次元空間の座標軸である、1から3までの和を取るものとする。 Since the flux in equation (1) is a covariant vector, it is converted into a contravariant vector using g ij , which is a tensor corresponding to the inverse matrix of the metric tensor g ij.
Figure 0006986810
Here, for the subscript j used twice, it is assumed that the sum of 1 to 3, which is the coordinate axis of the three-dimensional space, is taken.

次に、粒子αの拡散による流束に対して、Fick の第二法則を適用する。その際に、数式(2)と(3)を用いると、歪みのある媒質中における粒子αの反応拡散方程式が、以下のように導出される。(非特許文献9を参照。)

Figure 0006986810
ここで、二重に用いられた添え字 i と j は、1から3までの和を取るものとする。また、kα,βnは、一方の添え字が示す分子αと、もう一方の添え字のβに対応する、シリコン原子やシリコン酸化物との間の化学反応に対する、反応率定数を表す。 Next, Fick's second law is applied to the flux caused by the diffusion of the particle α. At that time, by using the equations (2) and (3), the reaction-diffusion equation of the particle α in the distorted medium is derived as follows. (See Non-Patent Document 9.)
Figure 0006986810
Here, the double subscripts i and j are assumed to be the sum of 1 to 3. Further, k α and β n represent the reaction rate constants for the chemical reaction between the molecule α indicated by one subscript and the silicon atom or silicon oxide corresponding to β n of the other subscript.

数式(4)の反応項に含まれる、化学反応の反応率定数は、以下の式で与えられる。

Figure 0006986810
右辺の係数VSi2は、2個のSi原子から成る単位胞Si2の体積であるが、これは、本来のSi結晶の単位胞であるSi8 の1/4の数の原子からなる領域である。ここで、Si8 の体積は 0.543nm3で与えられることを用いると、Si2の体積はその1/4として計算できる。また、να,βn とEα,βn は、それぞれ、オキシダント分子αと、添え字βに対応するシリコン原子または酸化シリコン構造との間の、化学反応の反応率定数の前置因子と活性化エネルギーを表す。また、kB はボルツマン定数、T は酸化温度を表す。 The reaction rate constant of the chemical reaction included in the reaction term of the formula (4) is given by the following formula.
Figure 0006986810
The coefficient V Si 2 on the right side is the volume of the unit cell Si 2 consisting of two Si atoms, which is a region consisting of 1/4 of the number of atoms of Si 8 which is the unit cell of the original Si crystal. be. Here, using the fact that the volume of Si 8 is given at 0.543 nm 3 , the volume of Si 2 can be calculated as 1/4 of that. In addition, ν α, β n and E α, β n are the precursors and activities of the reaction rate constant of the chemical reaction between the oxidant molecule α and the silicon atom or silicon oxide structure corresponding to the subscript β n, respectively. Represents chemical energy. In addition, k B represents the Boltzmann constant and T represents the oxidation temperature.

以下では、プレーナー型の界面を有する半導体材料の、熱酸化プロセスを考える。この場合、粒子の拡散方向を、界面と垂直な方向に限定できるから、この方向をx軸に選ぶ。これに応じて、計量テンソルgijを対角要素 (g,1,1) のみを持つように限定して、オキシダント分子の、x軸に沿った方向への拡散のみを考慮する。この簡略化により、数式(4)の三次元の反応拡散方程式は、以下のような一次元の反応拡散方程式に帰着する。

Figure 0006986810
In the following, the thermal oxidation process of a semiconductor material having a planar type interface will be considered. In this case, since the diffusion direction of the particles can be limited to the direction perpendicular to the interface, this direction is selected as the x-axis. Accordingly, we limit the metric tensor g ij to have only diagonal elements (g, 1, 1) and consider only the diffusion of the oxidant molecule along the x-axis. By this simplification, the three-dimensional reaction-diffusion equation of the equation (4) results in the following one-dimensional reaction-diffusion equation.
Figure 0006986810

数式(6)の拡散項に含まれる、分子αの拡散係数Dαは、アレニウス形式を使うと、前置因子 D0 αと活性化エネルギー Eαを用いて、以下の式で表される。

Figure 0006986810
The diffusion coefficient D α of the molecule α included in the diffusion term of equation (6) is expressed by the following equation using the precursor factor D 0 α and the activation energy E α using the Arrhenius form.
Figure 0006986810

数式(6)を解く際の境界条件を設定するために、オキシダント分子の酸化膜内への取り込み過程を、図2を参照しながら説明する。気体状の分子として供給されるオキシダント(16)は、シリコン酸化膜(13)の表面(15)に吸着して化学吸着状態(17)になる。この化学吸着状態(17)にあるオキシダント分子の濃度をφ* とし、シリコン酸化膜(13)の表面(15)からシリコン酸化膜(13)の内部へのオキシダント分子の取り込み過程の発生頻度をRincとすると、化学吸着状態にあるオキシダント分子(17)が、シリコン酸化膜(13)内での拡散が可能な状態φに変わる頻度は、以下の式で与えられる。

Figure 0006986810
In order to set the boundary conditions for solving the equation (6), the process of incorporating the oxidant molecule into the oxide film will be described with reference to FIG. The oxidant (16) supplied as a gaseous molecule is adsorbed on the surface (15) of the silicon oxide film (13) and becomes a chemisorbent state (17). The concentration of oxidant molecules in this chemically adsorbed state (17) is φ *, and the frequency of occurrence of the oxidant molecule uptake process from the surface (15) of the silicon oxide film (13) to the inside of the silicon oxide film (13) is R. Assuming that it is inc, the frequency with which the chemically adsorbed oxidant molecule (17) changes to the state φ capable of diffusing in the silicon oxide film (13) is given by the following equation.
Figure 0006986810

ここで、本発明に係る数理モデルに含まれる、酸化膜中とシリコン結晶中における酸素分子の拡散過程、および、酸化膜の表面から酸化膜中への酸素分子の取り込み過程の計算で用いられる、前置因子Dと活性化エネルギーEの値を、表1に示す。表1の第1行、第2行、第3行は、それぞれ、シリコン酸化膜(SiO)中における酸素分子の拡散過程と、シリコン結晶(c−Si)中における酸素分子の拡散過程と、シリコン酸化膜の表面から酸化膜中への酸素分子の取り込み過程に対する、前置因子と活性化エネルギーの値を示している。

Figure 0006986810
Here, it is used in the calculation of the diffusion process of oxygen molecules in the oxide film and the silicon crystal and the uptake process of oxygen molecules from the surface of the oxide film into the oxide film, which are included in the mathematical model according to the present invention. The values of the precursor D 0 and the activation energy E are shown in Table 1. The first row, the second row, and the third row of Table 1 show the diffusion process of oxygen molecules in the silicon oxide film (SiO 2 ) and the diffusion process of oxygen molecules in the silicon crystal (c—Si), respectively. The values of the precursor factor and the activation energy for the process of incorporating oxygen molecules from the surface of the silicon oxide film into the oxide film are shown.
Figure 0006986810

次に、本発明に係る酸化反応の化学式について、図2を参照しながら説明する。図2の界面(14)または遷移層(12)で進行する、シリコン結晶または酸化シリコン構造の酸化過程としては、反応物質に関して一次の化学反応のみを用いることとして、以下のような一連の化学式を考える。

Figure 0006986810
Figure 0006986810
Figure 0006986810
Next, the chemical formula of the oxidation reaction according to the present invention will be described with reference to FIG. As the oxidation process of the silicon crystal or the silicon oxide structure that proceeds at the interface (14) or the transition layer (12) in FIG. 2, the following series of chemical formulas are used, assuming that only the primary chemical reaction is used with respect to the reactant. think.
Figure 0006986810
Figure 0006986810
Figure 0006986810

化学式(1)〜(3)で表される化学反応の、反応率定数の前置因子Rと活性化エネルギーEの値を、それぞれ、表2の第1行、第2行、第3行に示す。

Figure 0006986810
The values of the precursor R 0 of the reaction rate constant and the activation energy E of the chemical reactions represented by the chemical formulas (1) to (3) are shown in the first row, the second row, and the third row of Table 2, respectively. Shown in.
Figure 0006986810

化学式(1)と(2)の化学反応で生じる中間生成物の、シリコン結晶に対する体積比は、SiOと結晶シリコンの体積比であるVSi O2 = 2.25を用いて、以下の式で内挿する。

Figure 0006986810
The volume ratio of the intermediate product produced by the chemical reaction of the chemical formulas (1) and (2) to the silicon crystal is interpolated by the following formula using V Si O2 = 2.25, which is the volume ratio of SiO 2 and crystalline silicon. do.
Figure 0006986810

同様に、化学式(1)または(2)の化学反応の中間生成物である、SiO中またはSiOからなる媒質中を酸素分子が拡散する際の拡散係数を、表1の、シリコン酸化膜中とシリコン結晶中での酸素分子の拡散係数を用いて、以下の式で内挿する。

Figure 0006986810
Similarly, an intermediate product of a chemical reaction formula (1) or (2), the diffusion coefficient when a medium consisting of SiO in or SiO 3 oxygen molecules diffuse, in Table 1, the silicon oxide film Using the diffusion coefficient of oxygen molecules in the silicon crystal, it is interpolated by the following formula.
Figure 0006986810

ところで、計量テンソルの行列式の平方根は、局所的な体積の膨張を表すことから、この平方根と、局所的な構造Aの密度ρAと、この構造Aと結晶シリコンとの体積比VAとの間に、以下の関係が成り立つ。

Figure 0006986810
Incidentally, the determinant of the square root of the metric tensor, since it represents the expansion of the local volume, and the square root, and density [rho A of the local structure A, with the structure A and the volume ratio V A of the crystalline silicon The following relationship holds between the two.
Figure 0006986810

以上から、数式(11)を拘束条件として、数式(6)の数値積分を実行することにより、ドライ酸化の条件で、面指数(100)のシリコン結晶の基板を用いた、熱酸化プロセスのシミュレーションが実行可能になる。 From the above, by executing the numerical integration of the equation (6) with the equation (11) as the constraint condition, the simulation of the thermal oxidation process using the substrate of the silicon crystal having the surface index (100) under the condition of the dry oxidation. Becomes executable.

数式(6)の数値積分を実行するに際して、数式(6)の拡散項を、以下のように、分子αの濃度の二階微分の項と、それ以外の項とに分解し、前者を拡散項、後者を反応項の一部として扱うことにする。

Figure 0006986810
When executing the numerical integration of the equation (6), the diffusion term of the equation (6) is decomposed into the second-order differential term of the concentration of the molecule α and the other terms as follows, and the former is decomposed into the diffusion term. , The latter will be treated as part of the reaction term.
Figure 0006986810

数式(6)の反応拡散方程式の数値積分を実行する際には、最初に、分子αの濃度の微分を含む拡散項を差分の形に書き換えて、その後に、この変換で得られた差分方程式の数値積分を、Crank-Nicolson 法を用いて実行する。(非特許文献9を参照。) When executing the numerical integration of the reaction diffusion equation of the equation (6), first, the diffusion term including the derivative of the concentration of the molecule α is rewritten into the form of the difference, and then the difference equation obtained by this conversion is performed. Numerical integration of is performed using the Crank-Nicolson method. (See Non-Patent Document 9.)

Crank-Nicolson 法は、拡散方程式の数値積分を実行する際に、数値計算を安定に遂行するために考案された計算方法である。この方法を説明するために、以下のような、一次元のユークリッド空間における拡散方程式を考える。

Figure 0006986810
ここで、右辺の係数Dは、濃度φを持つ粒子の拡散係数である。 The Crank-Nicolson method is a calculation method devised to stably carry out numerical calculations when performing numerical integration of diffusion equations. To explain this method, consider the following diffusion equation in one-dimensional Euclidean space.
Figure 0006986810
Here, the coefficient D on the right side is the diffusion coefficient of particles having a concentration φ.

数式(13)を、時間tに関して前方微分で差分化する。また、空間座標xに関しては、二次の中心差分を適用する。これらの処理により、数式(13)の拡散方程式は、以下の差分方程式に置き換えられる。

Figure 0006986810
ここで、濃度φの上付き添え字のnとn+1は、差分Δtを単位として測った、離散的な時間を表すものとする。また、濃度φの下付き添え字は、差分Δxを単位として測った、離散的な空間座標の座標値を表すものとする。 Equation (13) is differentiated by forward differentiation with respect to time t. Further, for the spatial coordinates x, a quadratic center difference is applied. By these processes, the diffusion equation of the equation (13) is replaced with the following difference equation.
Figure 0006986810
Here, the superscripts n and n + 1 of the concentration φ represent discrete times measured in units of the difference Δt. Further, the subscript superscript of the density φ represents the coordinate values of the discrete spatial coordinates measured in units of the difference Δx.

Crank-Nicolson 法では、数式(14)の右辺を、離散時間nとn+1における右辺の式の相加平均で近似する。この変更により、数式(14)は以下の式に置き換えられる。(非特許文献9を参照。)

Figure 0006986810
In the Crank-Nicolson method, the right-hand side of equation (14) is approximated by the arithmetic mean of the equation on the right-hand side at discrete times n and n + 1. With this change, equation (14) is replaced by the following equation. (See Non-Patent Document 9.)
Figure 0006986810

次に、右辺の項のうち、時間n+1における項を左辺に移動させる。また、左辺の項のうち、時間nにおける項を右辺に移動させる。この処理により、以下の式が得られる。

Figure 0006986810
Next, among the terms on the right side, the term at time n + 1 is moved to the left side. Further, among the terms on the left side, the term at time n is moved to the right side. By this process, the following equation is obtained.
Figure 0006986810

ここで、以下のようなベクトルを導入する。

Figure 0006986810
右辺の括弧()に付けられた上付き添え字Tは、ベクトルの転置を表す。このベクトルを用いると、数式(17)は、行列A、Bを用いて、以下の式に書き換えられる。
Figure 0006986810
Here, the following vector is introduced.
Figure 0006986810
The superscript T in parentheses () on the right-hand side represents the transpose of the vector. Using this vector, the equation (17) can be rewritten into the following equation using the matrices A and B.
Figure 0006986810

行列AとBを、N x Nの行列とすると、これらの行列の対角要素はそれぞれ、数式(17)の左辺と右辺の第二項の係数となる。また、1 < i < N における (i,i-1)と(i,i+1)の行列要素は、数式(17)の左辺と右辺の第一項と第三項の係数が示すように、行列Aでは−1,行列Bでは+1となる。行列AとBの1 < i < N における他の行列要素は、すべてゼロである。数式(8)で表される酸化膜の表面における境界条件と、半導体材料の下端における境界条件は、i=1とi=Nでの行列AとBの行列要素に反映される。 If the matrices A and B are N x N matrices, the diagonal elements of these matrices are the coefficients of the second term on the left and right sides of equation (17), respectively. In addition, the matrix elements of (i, i-1) and (i, i + 1) in 1 <i <N are as shown by the coefficients of the first and third terms on the left and right sides of the equation (17). , -1 for matrix A and +1 for matrix B. All other matrix elements in 1 <i <N of matrices A and B are zero. The boundary conditions on the surface of the oxide film represented by the equation (8) and the boundary conditions at the lower end of the semiconductor material are reflected in the matrix elements of the matrices A and B at i = 1 and i = N.

数式(18)をガウスの除去法で解くと、時間刻みΔtの離散時間n+1におけるベクトルφの各座標での値を、これよりひとつ前の離散時間である、離散時間nにおけるベクトルφの各座標での値で表す式が得られる。この処理を繰り返すことにより、任意の離散時間に対して、数式(16)で表される差分方程式の数値積分が実行される。(非特許文献9を参照。) When the equation (18) is solved by the Gaussian removal method, the value at each coordinate of the vector φ at the discrete time n + 1 of the time step Δt is obtained at each coordinate of the vector φ at the discrete time n, which is the previous discrete time. An expression expressed by the value in is obtained. By repeating this process, numerical integration of the difference equation represented by the equation (16) is executed for an arbitrary discrete time. (See Non-Patent Document 9.)

ここで、半導体材料の熱酸化の問題に戻る。シリコン酸化膜の成長過程を、計算機ミュレーションによって調べる場合、酸化時間を更新する度に酸化膜の膜厚を計算し、その時間変化を逐次記録する必要がある。この計算を実行するに際して、シリコン結晶の基板が部分的に酸化し、結晶部分の占有率が90%に達した層を、界面を含む層と見なし、その座標をX1とする。また、酸化膜の表面層の座標をX2とする。これらを用いて、酸化による体積の膨張効果を考慮に入れた次の式で、シリコン酸化膜の膜厚を計算する。

Figure 0006986810
Now, let us return to the problem of thermal oxidation of semiconductor materials. When investigating the growth process of a silicon oxide film by computer simulation, it is necessary to calculate the film thickness of the oxide film every time the oxidation time is updated and record the change over time. In executing this calculation, the layer in which the substrate of the silicon crystal is partially oxidized and the occupancy of the crystal portion reaches 90% is regarded as the layer including the interface, and its coordinates are set to X1. The coordinates of the surface layer of the oxide film are X2. Using these, the film thickness of the silicon oxide film is calculated by the following formula that takes into account the volume expansion effect due to oxidation.
Figure 0006986810

数式(6)を数値計算で解く際の初期条件として、半導体結晶をΔXの厚みを有する層に分割した後の最上層に、自然酸化膜が部分的に形成されている状態を考えて、この最上層の密度を、酸化シリコン構造と基板の半導体結晶の密度の、比率が2:8の加重平均に設定する。この層より下の層においては、全層の密度を、基板の半導体結晶の密度に等しく設定する。シリコン結晶の場合、これは、5.2x1022 cm-1 となる。また、酸化シリコン構造とシリコン結晶の体積比が 2.25であることを利用して、酸化シリコン構造の密度は、簡単な計算により求められる。 As an initial condition for solving mathematical formula (6) by numerical calculation, consider a state in which a natural oxide film is partially formed on the uppermost layer after dividing a semiconductor crystal into layers having a thickness of ΔX. The density of the uppermost layer is set to a weighted average of the ratio of the density of the semiconductor crystal of the silicon oxide structure and the substrate to 2: 8. In the layers below this layer, the density of all layers is set equal to the density of the semiconductor crystals of the substrate. For silicon crystals, this is 5.2x10 22 cm -1 . In addition, the density of the silicon oxide structure can be obtained by a simple calculation by utilizing the fact that the volume ratio of the silicon oxide structure to the silicon crystal is 2.25.

境界条件は以下のように設定する。まず、数式(8)を前方差分により差分化すると、以下の式が得られる。

Figure 0006986810
数式(20)において、左辺の濃度φの下付添え字1は、このφが酸化膜の最上層の濃度であることを表すものとする。また、右辺の濃度φの下付添え字0は、このφが、化学吸着状態にあるオキシダント分子の濃度を表すものとする。さらに、これらの濃度の上付き添え字nとn+1は、差分により離散化された、酸化プロセスの経過時間を表す。また、酸化の対象である半導体材料が充分に大きな厚さを有するものとして、その下端部分におけるオキシダントの濃度を0とする。 Boundary conditions are set as follows. First, when the formula (8) is differentiated by the forward difference, the following formula is obtained.
Figure 0006986810
In the formula (20), the subscript 1 of the concentration φ on the left side indicates that this φ is the concentration of the uppermost layer of the oxide film. Further, in the subscript 0 of the concentration φ on the right side, it is assumed that this φ represents the concentration of the oxidant molecule in the chemisorbed state. Further, the superscripts n and n + 1 of these concentrations represent the elapsed time of the oxidation process, discretized by the difference. Further, assuming that the semiconductor material to be oxidized has a sufficiently large thickness, the concentration of oxidant at the lower end portion thereof is set to 0.

時間変数と空間座標の差分を、それぞれ、Δt = 1.0x10-5 s とΔX = 1 nm として、数値積分を実行した結果を図3に示す。図3において、計算結果は下から昇順に、温度がT=800℃からT=1200℃まで、すべて100℃間隔で並んでいる。 Figure 3 shows the results of numerical integration with the differences between the time variables and the spatial coordinates set to Δt = 1.0x10-5 s and ΔX = 1 nm, respectively. In FIG. 3, the calculation results are arranged in ascending order from the bottom, with temperatures ranging from T = 800 ° C to T = 1200 ° C, all at 100 ° C intervals.

ここで、図2を参照しながら、半導体結晶の熱酸化の過程のうちの、オキシダント分子がシリコン酸化膜(13)の中を拡散して、遷移層(12)と半導体材料の結晶基板(11)との界面(14)に到る過程について説明する。シリコン酸化膜(13)の表面(15)に到達したオキシダント分子(16)は、最初、分子の形態を保ったまま、シリコン酸化膜(13)の表面(15)に吸着して、化学吸着状態(17)になる。この化学吸着状態(17)にある分子が、シリコン酸化膜(13)の表面(15)からシリコン酸化膜(13)の内部に取り込まれた後で、シリコン酸化膜(13)中を拡散して、遷移層(12)に達する。さらに、これらの分子のうちで、遷移層(12)を通過し、半導体材料の結晶基板(11)と遷移層(12)との境界である、界面(14)に到達した分子と、遷移層(12)内で、化学式(1)または(2)の化学反応で生じた中間生成物と反応をした分子が、化学式(1)〜(3)の化学反応を通じて、シリコン酸化膜(13)の成長に寄与することになる。 Here, referring to FIG. 2, in the process of thermal oxidation of the semiconductor crystal, the oxidant molecule diffuses in the silicon oxide film (13), and the transition layer (12) and the crystal substrate (11) of the semiconductor material are diffused. ), The process of reaching the interface (14) will be described. The oxidant molecule (16) that has reached the surface (15) of the silicon oxide film (13) is initially adsorbed on the surface (15) of the silicon oxide film (13) while maintaining the molecular morphology, and is in a chemisorbed state. It becomes (17). Molecules in this chemisorbed state (17) are taken into the inside of the silicon oxide film (13) from the surface (15) of the silicon oxide film (13) and then diffused in the silicon oxide film (13). , Reach the transition layer (12). Further, among these molecules, the molecule that has passed through the transition layer (12) and reached the interface (14), which is the boundary between the crystal substrate (11) of the semiconductor material and the transition layer (12), and the transition layer. In (12), the molecule that has reacted with the intermediate product generated by the chemical reaction of the chemical formula (1) or (2) is subjected to the chemical reaction of the chemical formulas (1) to (3) to form the silicon oxide film (13). It will contribute to growth.

したがって、半導体材料の結晶基板(11)の熱酸化過程における、オキシダント分子の有効拡散障壁は、オキシダント分子(16)が、化学吸着状態(17)を経て、シリコン酸化膜(13)の表面(15)からシリコン酸化膜(13)に取り込まれる過程の活性化エネルギーと、シリコン酸化膜(13)中を拡散する際の拡散障壁と、遷移層(12)内を拡散する際の拡散障壁と、の和で与えられることになる。これを、以下の式で表す。

Figure 0006986810
Therefore, in the thermal oxidation process of the crystal substrate (11) of the semiconductor material, the effective diffusion barrier of the oxidant molecule is that the oxidant molecule (16) undergoes the chemical adsorption state (17) and the surface (15) of the silicon oxide film (13). ), The activation energy of the process of being taken into the silicon oxide film (13), the diffusion barrier when diffusing in the silicon oxide film (13), and the diffusion barrier when diffusing in the transition layer (12). It will be given in Japanese. This is expressed by the following formula.
Figure 0006986810

数式(21)の左辺が、半導体材料の結晶基板(11)の熱酸化過程における、オキシダント分子の有効拡散障壁である。また、右辺の第一項が、シリコン酸化膜(13)の表面(15)に吸着した、化学吸着状態のオキシダント分子(17)が、シリコン酸化膜(13)の内部に取り込まれる過程の活性化エネルギーであり、第二項が、オキシダント分子(16)がシリコン酸化膜(13)中を拡散する過程に伴う拡散障壁であり、第三項が、オキシダント分子(16)が遷移層(12)内を拡散する過程に伴う拡散障壁である。ここで、右辺の第三項は、遷移層内に形成される欠陥構造等による、オキシダント分子のトラップ等からの寄与を含むものとする。 The left side of the equation (21) is an effective diffusion barrier of oxidant molecules in the thermal oxidation process of the crystal substrate (11) of the semiconductor material. Further, the first term on the right side activates the process in which the chemically adsorbed oxidant molecule (17) adsorbed on the surface (15) of the silicon oxide film (13) is incorporated into the silicon oxide film (13). The second term is energy, the second term is the diffusion barrier associated with the process of the oxidant molecule (16) diffusing in the silicon oxide film (13), and the third term is the oxidant molecule (16) in the transition layer (12). It is a diffusion barrier that accompanies the process of diffusion. Here, the third term on the right side includes contributions from traps and the like of oxidant molecules due to defect structures and the like formed in the transition layer.

数式(21)で表される、オキシダント分子(16)の有効拡散障壁を用いて、以下の関数を定義する。

Figure 0006986810
The following function is defined using the effective diffusion barrier of the oxidant molecule (16) represented by the formula (21).
Figure 0006986810

図3のシミュレーションで得られた酸化膜の膜厚の計算結果を、関数ζ(T) で除算してプロットし直すと、全温度でのシミュレーション結果がひとつの曲線に収束することが、図4から確認できる。このシミュレーションでは、数式(21)の右辺の各項の値として、Einc=0.3eV、 E=0.2eV、ΔE=0を用いている。 When the calculation result of the film thickness of the oxide film obtained in the simulation of FIG. 3 is divided by the function ζ (T) and plotted again, the simulation results at all temperatures converge to one curve in FIG. 4. You can check from. This simulation, the value of each term of the right side of equation (21), are used E inc = 0.3eV, E D = 0.2eV, the ΔE D = 0.

よって、この曲線を表す、時間変数の一変数関数が特定できれば、それを用いて、任意の温度におけるシミュレーション結果の、簡便な計算による再現が可能になるはずである。この関数が、時間tのべき関数の形で書き表されると仮定して、さらにその指数νが、時間tの関数であるとする。 Therefore, if a one-variable function of time variables that represents this curve can be specified, it should be possible to reproduce the simulation results at any temperature by simple calculation. It is assumed that this function is written in the form of a power function of time t, and that its exponent ν is a function of time t.

この仮定から、任意の時間tにおける酸化膜の膜厚を表す方程式は、数式(22)の関数ζ(t)と、新たに導入する関数ν(t)、定数τ、および係数Kを用いて、次の式で与えられる。

Figure 0006986810
From this assumption, the equation expressing the film thickness of the oxide film at an arbitrary time t uses the function ζ (t) of the equation (22), the newly introduced function ν (t), the constant τ, and the coefficient K. , Given by the following equation.
Figure 0006986810

指数ν(t)の関数形を幾通りか仮定しておこなった計算と、シミュレーション結果との比較から、指数ν(t)の関数形を以下のように選べば、実験結果とシミュレーション結果とが、非常に良く一致することが見出された。

Figure 0006986810
ここで、τは1 h という値を有する、時間の次元を持つ定数である。 From the calculation performed assuming several functional forms of the exponent ν (t) and the comparison with the simulation results, if the functional form of the exponent ν (t) is selected as follows, the experimental results and the simulation results will be obtained. , Was found to match very well.
Figure 0006986810
Where τ is a constant with a dimension of time that has a value of 1 h.

数式(24)の第2項の分子Aに、図3の曲線との一致を与える値として、本発明の実施例1では、A=0.20を用いる。 In Example 1 of the present invention, A = 0.20 is used as a value that gives a coincidence with the curve of FIG. 3 for the molecule A of the second term of the formula (24).

また、以下に見るように、数式(23)の係数Kは定数ではなく、オキシダントの分圧POXと酸化温度Tとの関数である。 Moreover, as seen below, the coefficient K of the equation (23) is not a constant, is a function of the partial pressure P OX and oxidation temperature T of the oxidant.

数式(23)を時間微分すると、半導体材料の酸化速度を表す、以下の式が得られる。

Figure 0006986810
数式(24)で与えられる指数νが常に1より小さいことと、時間tの対数関数が数式(25)に含まれる事が、シリコン結晶の熱酸化の初期に観察される非常に大きな酸化速度の原因になっている。 By time-differentiating the equation (23), the following equation representing the oxidation rate of the semiconductor material is obtained.
Figure 0006986810
The fact that the exponent ν given by equation (24) is always less than 1 and that the logarithmic function of time t is included in equation (25) is the very large oxidation rate observed in the early stages of thermal oxidation of silicon crystals. It is the cause.

以下では、数式(23)を用いて得られる酸化膜の膜厚の計算結果が、シリコン結晶の熱酸化で生じる酸化膜の膜厚の測定結果と、非常に良く一致することを、複数の実験結果との比較によって例示する。 In the following, multiple experiments show that the calculation result of the oxide film thickness obtained by using the mathematical formula (23) is very good with the measurement result of the oxide film thickness generated by the thermal oxidation of the silicon crystal. Illustrated by comparison with the results.

実験結果の解析にあたっての仮定を、図2に沿って述べる。ドライ酸化の条件下では、オキシダントに酸素分子が使われるが、この酸素分子が、シリコン酸化膜(13)の表面(15)に吸着した後、酸化温度が高温であれば、一部がシリコン酸化膜(13)の表面(15)から蒸発してしまう。そこで、以下の説明では、酸化温度が850℃以下の場合に、酸素分子のシリコン酸化膜(13)の表面(15)からの蒸発の効果が、無視できるほど小さいと仮定する。 The assumptions for the analysis of the experimental results are described with reference to FIG. Under the condition of dry oxidation, oxygen molecules are used for the oxidant. After the oxygen molecules are adsorbed on the surface (15) of the silicon oxide film (13), if the oxidation temperature is high, a part of the oxygen molecules is oxidized to silicon. It evaporates from the surface (15) of the film (13). Therefore, in the following description, it is assumed that the effect of evaporation of oxygen molecules from the surface (15) of the silicon oxide film (13) is negligibly small when the oxidation temperature is 850 ° C. or lower.

図5は、面指数(100)方向のシリコン結晶の基板を用いた、分圧POX = 20 atmのドライ酸化条件における、熱酸化実験で得られた、シリコン酸化膜の膜厚の測定結果と、数式(23)による計算結果との比較である。この計算には、有効拡散障壁の値に、E eff=2.8eV を用いた。図5の酸化温度は以下の通りである。(a) T = 1000℃、(b) T = 950℃、 (c) T = 900℃、(d) T = 850℃、(e) T = 800℃。数式(23)との定量的な一致を得るために、係数Kには以下の値を用いた。(a) K = 9.6x107 nm、 (b) K = 1.14x10 nm、 (c) K = 1.26x10 nm、 (d) と (e) K = 1.4x10 nm。(実験データは非特許文献2を参照。また、E effとKの決定の方法については、実施例2を参照。) FIG. 5 shows the measurement results of the film thickness of the silicon oxide film obtained in the thermal oxidation experiment under the dry oxidation condition of partial pressure POX = 20 atm using a silicon crystal substrate in the plane index (100) direction. , Comparison with the calculation result by the mathematical formula (23). The calculation of the value of the effective diffusion barrier, with E D eff = 2.8eV. The oxidation temperature in FIG. 5 is as follows. (a) T = 1000 ° C, (b) T = 950 ° C, (c) T = 900 ° C, (d) T = 850 ° C, (e) T = 800 ° C. In order to obtain a quantitative agreement with the equation (23), the following values were used for the coefficient K. (a) K = 9.6x10 7 nm, (b) K = 1.14x10 8 nm, (c) K = 1.26x10 8 nm, (d) and (e) K = 1.4x10 8 nm. (See experimental data Non-Patent Document 2. As for the method of determining the E D eff and K, see Example 2.)

図6は、面指数(111)方向のシリコン結晶の結晶基板を用いた、分圧POX = 20 atmのドライ酸化条件における、熱酸化実験で得られた、シリコン酸化膜の膜厚の測定結果と、数式(23)による計算結果との比較である。この計算には、有効拡散障壁の値に、E eff=2.6 eV を用いた。図6の酸化温度は以下の通りである。(a) T = 1000℃、(b) T = 950℃、 (c) T = 900℃、(d) T = 850℃、(e) T = 800℃。数式(23)との定量的な一致を得るために、係数Kには以下の値を用いた。(a) K = 4.8x107 nm、 (b) K = 5.7x107 nm、 (c) K = 6.3x107 nm、 (d) と (e) K = 7.0x107 nm。(実験データは非特許文献2を参照。また、E effとKの決定の方法については、実施例2を参照。) FIG. 6 shows the measurement results of the film thickness of the silicon oxide film obtained in the thermal oxidation experiment under the dry oxidation condition of partial pressure POX = 20 atm using the crystal substrate of the silicon crystal in the plane index (111) direction. And the calculation result by the mathematical formula (23). The calculation of the value of the effective diffusion barrier, with E D eff = 2.6 eV. The oxidation temperature in FIG. 6 is as follows. (a) T = 1000 ° C, (b) T = 950 ° C, (c) T = 900 ° C, (d) T = 850 ° C, (e) T = 800 ° C. In order to obtain a quantitative agreement with the equation (23), the following values were used for the coefficient K. (a) K = 4.8x10 7 nm, (b) K = 5.7x10 7 nm, (c) K = 6.3x10 7 nm, (d) and (e) K = 7.0x10 7 nm. (See experimental data Non-Patent Document 2. As for the method of determining the E D eff and K, see Example 2.)

図5と6で示される実験データの解析結果から、温度が850℃以下では、係数Kの値が変化しないことが見出された。これは、T = 850℃以下では、酸化膜の表面に吸着した酸素分子の脱離が活性化されないことを示している。したがって、分圧POX = 1 atmのドライ酸化条件における、この温度領域での熱酸化実験で得られた、酸化膜の膜厚の測定結果があれば、数式(23)に含まれる、係数Kの値を求めることが可能になる。(係数Kの決定の方法については、実施例2を参照。) From the analysis results of the experimental data shown in FIGS. 5 and 6, it was found that the value of the coefficient K did not change when the temperature was 850 ° C. or lower. This indicates that the desorption of oxygen molecules adsorbed on the surface of the oxide film is not activated at T = 850 ° C. or lower. Therefore, if there is a measurement result of the film thickness of the oxide film obtained in the thermal oxidation experiment in this temperature region under the dry oxidation condition of partial pressure POX = 1 atm, the coefficient K included in the equation (23) is included. It becomes possible to obtain the value of. (Refer to Example 2 for the method of determining the coefficient K.)

図7は、面指数(100)方向のシリコン結晶の結晶基板を用いた、分圧POX = 1 atmのドライ酸化条件における、熱酸化実験で得られた、シリコン酸化膜の膜厚の測定結果と、数式(23)による計算結果との比較である。この計算には、有効拡散障壁の値に、E eff=2.8eV を用いた。酸化温度は以下の通りである。(a) T = 1000℃、(b) T = 900℃、 (c) T = 800℃。また、数式(23)の係数Kには、以下の値を用いた。(a) K = 2.0x107 nm、 (b) K = 2.4x107 nm、 (c) K = 3.2x107 nm。(実験データは非特許文献2を参照。) FIG. 7 shows the measurement results of the film thickness of the silicon oxide film obtained in the thermal oxidation experiment under the dry oxidation condition of partial pressure POX = 1 atm using the crystal substrate of the silicon crystal in the plane index (100) direction. And the calculation result by the mathematical formula (23). The calculation of the value of the effective diffusion barrier, with E D eff = 2.8eV. The oxidation temperature is as follows. (a) T = 1000 ° C, (b) T = 900 ° C, (c) T = 800 ° C. Further, the following values were used for the coefficient K of the mathematical formula (23). (a) K = 2.0x10 7 nm, (b) K = 2.4x10 7 nm, (c) K = 3.2x10 7 nm. (Refer to Non-Patent Document 2 for experimental data.)

図8は、面指数(111)方向のシリコン結晶の結晶基板を用いた、分圧POX = 1 atmのドライ酸化の条件で、熱酸化実験で得られた、シリコン酸化膜の膜厚の測定結果と、数式(23)による計算結果との比較である。この計算には、有効拡散障壁の値にE eff=2.6 eV を用いた。酸化温度は以下の通りである。(a) T = 1000℃、(b) T = 900℃、 (c) T = 800℃。また、数式(23)の係数Kには、以下の値を用いた。(a) K = 1.0x107 nm、 (b) K = 1.2x107 nm、 (c) K = 1.6x107 nm。(実験データは非特許文献2を参照。) FIG. 8 shows the measurement of the film thickness of the silicon oxide film obtained in the thermal oxidation experiment under the condition of dry oxidation with partial pressure POX = 1 atm using a crystal substrate of silicon crystals in the plane index (111) direction. It is a comparison between the result and the calculation result by the mathematical formula (23). The calculation using the E D eff = 2.6 eV in value of the effective diffusion barrier. The oxidation temperature is as follows. (a) T = 1000 ° C, (b) T = 900 ° C, (c) T = 800 ° C. Further, the following values were used for the coefficient K of the mathematical formula (23). (a) K = 1.0x10 7 nm, (b) K = 1.2x10 7 nm, (c) K = 1.6x10 7 nm. (Refer to Non-Patent Document 2 for experimental data.)

ここで、熱酸化による酸化膜の膜厚の成長速度が、オキシダント分子の分圧POXに対して、亜線形の依存性を有することを、実験データの解析から確認する。 Here, the growth rate of the film thickness of the oxide film by thermal oxidation, relative to the partial pressure P OX oxidant molecules, that have a sub-linear dependence is confirmed from the analysis of the experimental data.

図9は、面指数(100)方向のシリコン結晶の基板を用いた、ドライ酸化の条件における熱酸化実験で、酸化温度をT = 900℃に固定し、分圧をPOX =1 atmからPOX = 20 atmまで変化させた時の、シリコン酸化膜の膜厚の測定結果と、数式(23)による計算結果との比較である。この計算には、有効拡散障壁の値に、E eff=2.8eV を用いた。測定に使用された分圧は以下の通りである。(a) POX = 20 atm、(b) POX = 10 atm、 (c) POX = 5 atm、(d) POX = 1 atm。数式(23)の係数Kには、以下の値を用いた。(a) K = 1.3x10 nm、 (b) K = 8.4x10 nm、 (c) K = 5.9x10 nm、(d) K = 2.5x10 nm。(実験データは非特許文献2を参照。) FIG. 9 shows a thermal oxidation experiment under the condition of dry oxidation using a silicon crystal substrate in the plane index (100) direction. The oxidation temperature is fixed at T = 900 ° C., and the partial pressure is P OX = 1 atm to P. It is a comparison between the measurement result of the film thickness of the silicon oxide film and the calculation result by the mathematical formula (23) when the temperature is changed to OX = 20 atm. The calculation of the value of the effective diffusion barrier, with E D eff = 2.8eV. The partial pressure used for the measurement is as follows. (a) P OX = 20 atm, (b) P OX = 10 atm, (c) P OX = 5 atm, (d) P OX = 1 atm. The following values were used for the coefficient K in the equation (23). (a) K = 1.3x10 8 nm, (b) K = 8.4x10 7 nm, (c) K = 5.9x10 7 nm, (d) K = 2.5x10 7 nm. (Refer to Non-Patent Document 2 for experimental data.)

図10に、図9のデータ解析で得られた係数Kの値を、分圧POXに対して対数目盛りでプロットした結果を示す。図10の直線の傾きは0.54である。この結果から、係数Kの分圧POXへの依存性はべき乗で表されることと、その指数が1より小さいという、亜線形の分圧依存性が確認された。(非特許文献8を参照。) FIG. 10 shows the result of plotting the value of the coefficient K obtained by the data analysis of FIG. 9 on the logarithmic scale with respect to the partial pressure POX. The slope of the straight line in FIG. 10 is 0.54. This result is dependent on the partial pressure P OX coefficient K and by being represented by the power, that the index is less than 1, the partial pressure dependence of the sub linear is confirmed. (See Non-Patent Document 8.)

そこで、分圧POX = 1 atmの場合の係数Kの値をKと書き、図10の傾きをαと記すと、係数Kの分圧POXへの依存性は、以下の式で書き表される。

Figure 0006986810
すでに述べたように、数式(23)の係数Kは、オキシダントの分圧POXと酸化温度Tとの関数であった。これに対して係数Kは、酸化温度Tのみの関数である。 Therefore, if the value of the coefficient K when the partial pressure P OX = 1 atm is written as K 1 and the slope in FIG. 10 is written as α , the dependence of the coefficient K on the partial pressure P OX is written by the following equation. expressed.
Figure 0006986810
As already mentioned, the coefficient K in equation (23) was a function of the oxidant's partial pressure POX and the oxidation temperature T. On the other hand, the coefficient K 1 is a function of the oxidation temperature T only.

数式(26)を代入すると、数式(23)は以下のように書き換えられる。

Figure 0006986810
Substituting the mathematical formula (26), the mathematical formula (23) is rewritten as follows.
Figure 0006986810

以上から、ドライ酸化の条件で、数式(27)に酸化温度と酸化時間と酸素分子の分圧とを代入すれば、シリコンの熱酸化により形成される酸化膜の膜厚が、高い精度で計算できることが示された。そこで次に、オキシダントの種類を変えた時の、数式(23)または数式(27)の妥当性を検証する。 From the above, by substituting the oxidation temperature, oxidation time, and partial pressure of oxygen molecules into the formula (27) under the condition of dry oxidation, the film thickness of the oxide film formed by the thermal oxidation of silicon can be calculated with high accuracy. It was shown that it can be done. Therefore, next, the validity of the mathematical formula (23) or the mathematical formula (27) when the type of the oxidant is changed is verified.

図11は、面指数(100)方向のシリコン結晶の結晶基板を用いた、分圧POX = 1 atmのウェット酸化の条件における熱酸化実験で得られた、シリコン酸化膜の膜厚の測定結果と、数式(23)による計算結果との比較である。この計算には、有効拡散障壁の値に、E eff=1.0 eV を用いた。図11の酸化温度は以下の通りである。(a) T = 1200℃、(b) T = 1100℃、 (c) T = 1000℃、(d) T = 920℃。係数Kには、酸化温度によらずにK = 4.2x10 nmを用いた。(実験データは非特許文献1を参照。E effの決定の方法については、実施例2を参照。) FIG. 11 shows the measurement results of the film thickness of the silicon oxide film obtained in the thermal oxidation experiment under the condition of wet oxidation with partial pressure POX = 1 atm using a crystal substrate of silicon crystals in the plane index (100) direction. And the calculation result by the mathematical formula (23). The calculation of the value of the effective diffusion barrier, with E D eff = 1.0 eV. The oxidation temperature in FIG. 11 is as follows. (a) T = 1200 ° C, (b) T = 1100 ° C, (c) T = 1000 ° C, (d) T = 920 ° C. For the coefficient K, K = 4.2 × 10 4 nm was used regardless of the oxidation temperature. (For the method of experimental data of the reference .E D eff Non-Patent Document 1 determines, see Example 2.)

図12は、面指数(100)方向のシリコン結晶の結晶基板に対して、分圧が900Paのオゾンを用いた熱酸化実験で得られた、シリコン酸化膜の膜厚の測定結果と、数式(23)による計算結果との比較である。この計算には、有効拡散障壁の値に、E eff=0.84 eV を用いた。図6の酸化温度は以下の通りである。(a) T = 830℃、(b) T = 600℃、 (c) T = 500℃、(d) T = 400℃、(e)T = 330℃、(f)T = 260℃。係数Kには、以下の値を用いた。(a) K = 4.0x10 nm、(b) K = 7.0x10 nm、 (c) K = 1.1x10 nm、(d) K = 1.9x10 nm、(e)と(f)K = 2.5x10 nm。(実験データは非特許文献4を参照。E effの決定の方法については、実施例2を参照。) FIG. 12 shows the measurement results of the film thickness of the silicon oxide film obtained by the thermal oxidation experiment using ozone having a partial pressure of 900 Pa with respect to the crystal substrate of the silicon crystal in the plane index (100) direction, and the mathematical formula ( It is a comparison with the calculation result by 23). The calculation of the value of the effective diffusion barrier, with E D eff = 0.84 eV. The oxidation temperature in FIG. 6 is as follows. (a) T = 830 ° C, (b) T = 600 ° C, (c) T = 500 ° C, (d) T = 400 ° C, (e) T = 330 ° C, (f) T = 260 ° C. The following values were used for the coefficient K. (a) K = 4.0x10 2 nm, (b) K = 7.0x10 2 nm, (c) K = 1.1x10 3 nm, (d) K = 1.9x10 3 nm, (e) and (f) ) K = 2.5x10 3 nm. (For the method of experimental data of the reference .E D eff Non-Patent Document 4 determines, see Example 2.)

尚、圧力単位の換算は、1 atm=101325Paである。 The conversion of the pressure unit is 1 atm = 101325 Pa.

以上により、ドライ酸化とウェット酸化、および、オゾンを用いた熱酸化のすべてで、数式(23)を用いた計算結果が、実験結果と非常に良い一致を示すことが確認された。これは数式(23)が、オキシダントの種類によらず、半導体材料の熱酸化により作成される、シリコン酸化膜の膜厚の計算に有効である事を実証している。 From the above, it was confirmed that the calculation results using the mathematical formula (23) show very good agreement with the experimental results in all of the dry oxidation, the wet oxidation, and the thermal oxidation using ozone. This demonstrates that the formula (23) is effective in calculating the thickness of the silicon oxide film produced by thermal oxidation of the semiconductor material regardless of the type of oxidant.

そこで、数式(23)または数式(27)を用いて、コンピュータープログラムを作成すれば、熱酸化をおこなう半導体材料の種類と面指数と酸化温度とオキシダントの種類に対応する係数Kと、半導体材料の種類と面指数とオキシダントの種類に対応する有効拡散障壁とを指定し、さらに、酸化温度とオキシダント分子の分圧と所定の膜厚を指定することで、所定の膜厚を有する酸化膜を、ナノメートルの精度で形成させるために必要な、酸化時間の計算が実行できることになる。 Therefore, using Equation (23) or formula (27), by creating a computer program, the coefficient K 1 corresponding to the type and plane index and the type of oxidation temperature and oxidant semiconductor material subjected to thermal oxidation, the semiconductor material By specifying the type, surface index, and effective diffusion barrier corresponding to the type of oxidant, and further specifying the oxidation temperature, the partial pressure of the oxidant molecule, and the predetermined film thickness, an oxide film having a predetermined film thickness can be obtained. It will be possible to perform the calculation of the oxidation time required for formation with nanometer accuracy.

以下、本発明の実施例1に係る半導体材料の酸化時間の計算方法について、図13と図14に添って説明する。 Hereinafter, a method for calculating the oxidation time of the semiconductor material according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 13 and 14.

図13は本発明の実施例1に係る、計算装置の構成図である。入力装置(21)から計算を開始する旨の命令が入力されると、記録装置(23)に記録されたコンピュータープログラムを演算装置(22)が読み出し、その後に入力待ちの状態になる。次に、計算に必要な各種条件が入力装置(21)を通じて入力されると、演算装置(22)が計算を実行し、得られた結果を出力装置(24)に出力する。 FIG. 13 is a block diagram of the arithmetic unit according to the first embodiment of the present invention. When the command to start the calculation is input from the input device (21), the arithmetic unit (22) reads out the computer program recorded in the recording device (23), and then the input device (21) waits for input. Next, when various conditions necessary for the calculation are input through the input device (21), the arithmetic unit (22) executes the calculation and outputs the obtained result to the output device (24).

図14は本発明の実施例1に係る、半導体材料の酸化時間の計算方法を示すフローチャートである。 FIG. 14 is a flowchart showing a method of calculating the oxidation time of a semiconductor material according to the first embodiment of the present invention.

最初に、酸化温度Tとオキシダント分子の分圧POXと所定の膜厚X1が、図13の入力装置(21)から入力されると、これらの値を、コンピュータープログラムの中の、対応する変数または定数の値に設定する(ステップS1)。 First, the partial pressure of the oxidation temperature T and oxidant molecules P OX and predetermined thickness X1 is, is input from the input device of FIG. 13 (21), these values, in the computer program, the corresponding variable Alternatively, it is set to a constant value (step S1).

次に、図13の入力装置(21)を通じて、有効拡散障壁Eと係数Kが入力されると、これらの値を、コンピュータープログラムの中の、対応する変数または定数の値に設定する(ステップS2)。 Next, when the effective diffusion barrier E and the coefficient K are input through the input device (21) of FIG. 13, these values are set to the values of the corresponding variables or constants in the computer program (step S2). ).

図13の入力装置(21)を通じて、第2の膜厚X2を熱酸化の開始時間における酸化膜の膜厚と、酸化時間の増加分Δtと、膜厚の許容誤差の値が入力されると、これらの値を、コンピュータープログラムの中の、対応する変数または定数の値に設定する(ステップS3)。 When the film thickness of the oxide film at the start time of thermal oxidation, the increase Δt of the oxidation time, and the value of the tolerance of the film thickness are input to the second film thickness X2 through the input device (21) of FIG. , These values are set to the values of the corresponding variables or constants in the computer program (step S3).

第1の酸化時間 t1を初期化する。(ステップS4)。 Initialize the first oxidation time t1. (Step S4).

第2の酸化時間 t2を第1の酸化時間 t1と酸化時間の増加分Δtとの和に設定する。また、オキシダント分子の分圧POXと指数αを用いて、第1の関数 f(POX、α) の値を計算し、有効拡散障壁Eと酸化温度Tとの比から、第2の関数 g(E/T) の値を計算し、さらに、第2の酸化時間 t2を用いて第3の関数 g(t2) の値を計算する。さらに、膜厚の増加分ΔXを、係数Kと第1から第3の関数の関数値の積を用いて計算する(ステップS5)。 The second oxidation time t2 is set to the sum of the first oxidation time t1 and the increase Δt of the oxidation time. In addition, the value of the first function f (P OX , α) is calculated using the partial pressure P OX of the oxidant molecule and the exponent α, and the second function is calculated from the ratio of the effective diffusion barrier E and the oxidation temperature T. The value of g (E / T) is calculated, and the value of the third function g (t2) is calculated using the second oxidation time t2. Further, the increase in film thickness ΔX is calculated using the product of the coefficient K 1 and the function values of the first to third functions (step S5).

第3の膜厚X3を、第2の膜厚X2と膜厚の増加分ΔXとの和に設定する(ステップS6)。 The third film thickness X3 is set to the sum of the second film thickness X2 and the increase in film thickness ΔX (step S6).

第3の膜厚X3と所定の膜厚X1の差の絶対値が許容誤差より小さいか否かを判定する(ステップS7)。 It is determined whether or not the absolute value of the difference between the third film thickness X3 and the predetermined film thickness X1 is smaller than the margin of error (step S7).

ステップS7の判定結果がYESの場合に、第2の酸化時間を図13の出力装置(24)に出力する(ステップS8)。 When the determination result in step S7 is YES, the second oxidation time is output to the output device (24) of FIG. 13 (step S8).

ステップS7の判定結果がNOの場合に、第3の膜厚X3が所定の膜厚X1より小さいか否かを判定する(ステップS9)。 When the determination result in step S7 is NO, it is determined whether or not the third film thickness X3 is smaller than the predetermined film thickness X1 (step S9).

ステップS9の判定結果がYESの場合に、第1の酸化時間 t1を第2の酸化時間t2に設定してステップS5に戻る(ステップS10)。 If the determination result in step S9 is YES, the first oxidation time t1 is set to the second oxidation time t2, and the process returns to step S5 (step S10).

ステップS9の判定結果がNOの場合に、増加分ΔtをB>1の条件を満たす実数Bで除算して新たにΔtを設定し、ステップS5に戻る(ステップS11)。 If the determination result in step S9 is NO, the increase Δt is divided by the real number B satisfying the condition B> 1, a new Δt is set, and the process returns to step S5 (step S11).

尚、本発明の実施例1では、化学式(1)〜(3)で表される化学反応を考えたが、酸化反応は、半導体材料の結晶基板と酸化膜の界面または遷移層に到達した酸素原子が、化学反応を通じて酸化膜の形成に寄与するように構成されていればよく、数式(21)〜(26)は、化学式(1)〜(3)の使用に限定されない。 In Example 1 of the present invention, the chemical reactions represented by the chemical formulas (1) to (3) were considered, but the oxidation reaction was carried out by oxygen reaching the interface or transition layer between the crystal substrate of the semiconductor material and the oxide film. The atoms may be configured to contribute to the formation of an oxide film through a chemical reaction, and the formulas (21) to (26) are not limited to the use of the chemical formulas (1) to (3).

さらに、本発明の実施例1のステップS1からステップS4は、この順番に設定されている必要はなく、これらの順番を別の順番に変えてもよい。 Further, steps S1 to S4 of the first embodiment of the present invention do not need to be set in this order, and these orders may be changed to another order.

また、本発明では、数式(24)の第2項の分子にA=0.20を用いたが、この値は0.18<A<0.22の範囲にあればよく、必ずしもA=0.20でなくともよい。
Further, in the present invention, A = 0.20 is used for the molecule of the second term of the formula (24), but this value may be in the range of 0.18 <A <0.22, and A = 0 is not always required. It does not have to be .20.

以下に、複数の酸化温度と複数の酸化時間における測定で得られた、シリコン酸化膜の膜厚の測定結果を用いて、本発明の実施例1の数式(21)で表される、オキシダント分子の有効拡散障壁と、数式(23)の係数Kと、を決定する、測定結果の解析方法について、図2を参照しながら説明する。 Hereinafter, the oxidant molecule represented by the mathematical formula (21) of Example 1 of the present invention is used by using the measurement results of the film thickness of the silicon oxide film obtained by the measurement at a plurality of oxidation temperatures and a plurality of oxidation times. The method of analyzing the measurement result, which determines the effective diffusion barrier of No. 2 and the coefficient K of the mathematical formula (23), will be described with reference to FIG.

シリコン等の半導体材料の結晶基板(11)の熱酸化プロセスにおいて、オキシダント分子(16)は、最初に、シリコン酸化膜(13)の表面(15)に吸着し、その後に、シリコン酸化膜(13)の表面(15)から蒸発により脱離するか、有限の頻度でシリコン酸化膜(13)の内部に取り込まれるかの、どちらかの過程をたどる。さらに、シリコン酸化膜(13)の内部に取り込まれたオキシダント分子のうち、シリコン酸化膜(13)の中を拡散して遷移層(12)を通り、界面(14)に到達した分子と、遷移層(12)内で、化学式(1)または(2)の化学反応で生じた中間生成物と反応した分子とが、シリコン酸化膜(13)の成長に寄与することになる。 In the thermal oxidation process of the crystal substrate (11) of a semiconductor material such as silicon, the oxidant molecule (16) is first adsorbed on the surface (15) of the silicon oxide film (13), and then the silicon oxide film (13). ) Is desorbed from the surface (15) by evaporation or is incorporated into the silicon oxide film (13) at a finite frequency. Further, among the oxidant molecules incorporated into the silicon oxide film (13), the molecule that diffuses in the silicon oxide film (13), passes through the transition layer (12), and reaches the interface (14), and the transition. In the layer (12), the molecule that has reacted with the intermediate product generated by the chemical reaction of the chemical formula (1) or (2) contributes to the growth of the silicon oxide film (13).

酸化膜(13)の表面(15)に化学吸着したオキシダント分子(17)の、シリコン酸化膜(13)の表面(15)からの脱離の頻度は、高温になるほど大きくなる。このため、高温における、シリコン酸化膜(13)の膜厚の測定結果を、オキシダント分子の拡散過程の有効拡散障壁の決定に使用したら、正しい結果が得られなくなる可能性がある。 The frequency of desorption of the oxidant molecule (17) chemically adsorbed on the surface (15) of the oxide film (13) from the surface (15) of the silicon oxide film (13) increases as the temperature increases. Therefore, if the measurement result of the film thickness of the silicon oxide film (13) at a high temperature is used to determine the effective diffusion barrier of the diffusion process of the oxidant molecule, the correct result may not be obtained.

そこで、複数の酸化温度における、シリコン酸化膜(13)の膜厚の測定結果のうち、オキシダント分子(17)の、シリコン酸化膜(13)の表面(15)からの脱離の過程が活性化される温度よりも低い温度領域で、オキシダント分子の分圧が同一という条件で測定された、2組の異なる酸化温度での測定結果を用いることにし、これらの温度をTAとTBと記して区別する。また、シリコン酸化膜(13)の膜厚の測定を各温度で複数回実行したものとし、その酸化時間のそれぞれを、添え字 i を使って ti (i = 1,2,3, …)と表す。同様に、酸化温度TAとTBでの熱酸化におけるシリコン酸化膜(13)の膜厚の、酸化時間tiにおける測定結果を、それぞれ、 XiA とXi と記す事にする。 Therefore, among the measurement results of the film thickness of the silicon oxide film (13) at a plurality of oxidation temperatures, the process of desorption of the oxidant molecule (17) from the surface (15) of the silicon oxide film (13) is activated. in a temperature region lower than the temperature at which the partial pressure of oxidant molecules was measured under the condition that the same, to the use of measurement results of two sets of different oxidation temperatures, noted these temperature T a and T B To distinguish. In addition, it is assumed that the film thickness of the silicon oxide film (13) was measured multiple times at each temperature, and each of the oxidation times was t i (i = 1,2,3,…) using the subscript i. It is expressed as. Similarly, the thickness of the silicon oxide film (13) in the thermal oxidation of the oxidation temperature T A and T B, the measurement results of oxidation time t i, respectively, to be referred to as Xi A and Xi B.

同一の酸化時間 ti (i = 1,2,3, …)における、2つの異なる温度TAとTBでの測定結果の比は、本発明の実施例1の数式(22)と(24)を用いると、オキシダント分子の有効拡散障壁と酸化温度TAとTBの関数として、以下のように表される。

Figure 0006986810
Same oxidation time t i (i = 1,2,3, ... ) in the ratio of the measurement results at two different temperatures T A and T B is the first embodiment of the present invention and Equation (22) (24 ) is used, as a function of the effective diffusion barrier and oxidation temperature T a and T B of oxidant molecules, are expressed as follows.
Figure 0006986810

これから、オキシダント分子の拡散過程の有効拡散障壁は、同一の酸化時間で測定した、2つの異なる酸化温度におけるシリコン酸化膜(13)の膜厚の測定結果を用いて、以下の方程式を用いて計算できることになる。

Figure 0006986810
From this, the effective diffusion barrier of the diffusion process of the oxidant molecule is calculated using the following equation using the measurement results of the film thickness of the silicon oxide film (13) at two different oxidation temperatures measured at the same oxidation time. You will be able to do it.
Figure 0006986810

さらに、酸化温度とオキシダント分子の分圧を同一の値に設定しておこなった、AとBとの、2つの異なる面方位の結晶基板(11)を用いた酸化実験によって得られた、同一の測定時間 ti における、シリコン酸化膜(13)の膜厚の測定結果である、{Xi }と{Xi }との2組の測定結果がある場合、これらの膜厚の測定結果に対して、同一時間における膜厚の測定結果の比を考える。さらにこの比に対して、数式(23)を適用した後で、この比の対数を取ると、以下の式が得られる。

Figure 0006986810
Furthermore, the same obtained by the oxidation experiment using the crystal substrates (11) having two different plane orientations of A and B, which were carried out by setting the oxidation temperature and the partial pressure of the oxidant molecule to the same value. If there are two sets of measurement results of {X i A } and {X i B }, which are the measurement results of the film thickness of the silicon oxide film (13) at the measurement time t i, the measurement results of these film thicknesses. On the other hand, consider the ratio of the measurement results of the film thickness at the same time. Further, after applying the equation (23) to this ratio, the logarithm of this ratio is taken to obtain the following equation.
Figure 0006986810

数式(30)が、温度の逆数を2で割った結果を変数とする、線形の方程式になっていることに着目して、この式に最小二乗法を適用すると、以下の2つの関係式が得られる。

Figure 0006986810
Figure 0006986810
ここで、数式(31)と数式(32)の右辺は、それぞれ、数式(30)に最小二乗法を適用して得られる直線の、傾きと縦軸の切片から得られる定数である。 Focusing on the fact that the equation (30) is a linear equation in which the result of dividing the reciprocal of temperature by 2 is a variable, applying the least squares method to this equation results in the following two relational expressions. can get.
Figure 0006986810
Figure 0006986810
Here, the right-hand side of the formula (31) and the formula (32) are constants obtained from the slope and the intercept of the vertical axis of the straight line obtained by applying the least squares method to the formula (30), respectively.

数式(29)と、数式(31)と数式(32)とを組み合わせる事により、2つの面指数AとBの双方での、シリコン酸化膜(13)の膜厚の測定結果の解析を同時に進めながら、これらの測定結果に含まれる系統誤差の一部を除去して、解析結果の精度を向上させることが可能になる。 By combining the formula (29), the formula (31), and the formula (32), the analysis of the measurement result of the film thickness of the silicon oxide film (13) in both the two surface indices A and B can be simultaneously advanced. However, it is possible to improve the accuracy of the analysis result by removing a part of the systematic error included in these measurement results.

例えば図5と図6に示した、Si(100)面とSi(111)面の基板上での、ドライ酸化の実験で得られた、熱酸化によるシリコン酸化膜の成長実験のデータに数式(30)を適用すると、Si(111)面に対するSi(100)面の、有効拡散障壁の差と係数Kの比の値として、それぞれ、0.2 eVと2.0が得られる。これに数式(29)を組み合わせる事により、Si(100)面とSi(111)面の結晶基板上での、熱酸化における酸素分子の有効拡散障壁として、それぞれ、2.8eVと2.6 eVという値が得られる。また、Si(100)面のデータである図5で行ったフィッティングで得られた係数Kを、2組の実験データに対する係数Kの比である2.0で除算した結果を、Si(111)面の係数Kに使用することにより、Si(111)面のデータに対して、数式(23)を用いた計算で、測定結果との非常に良い一致が得られることが、図6から確認できる。 For example, the data of the silicon oxide film growth experiment by thermal oxidation obtained in the dry oxidation experiment on the Si (100) plane and Si (111) plane substrates shown in FIGS. 5 and 6 is a mathematical formula ( When 30) is applied, 0.2 eV and 2.0 are obtained as the values of the ratio of the difference between the effective diffusion barriers and the coefficient K of the Si (100) plane to the Si (111) plane, respectively. By combining this with mathematical formula (29), 2.8 eV and 2.6 eV are used as effective diffusion barriers for oxygen molecules in thermal oxidation on the Si (100) plane and Si (111) plane crystal substrates, respectively. Is obtained. Further, the result obtained by dividing the coefficient K obtained by the fitting performed in FIG. 5, which is the data of the Si (100) plane, by 2.0, which is the ratio of the coefficient K to the two sets of experimental data, is obtained by Si (111). It can be confirmed from FIG. 6 that by using it for the surface coefficient K, a very good agreement with the measurement result can be obtained by the calculation using the mathematical formula (23) for the data of the Si (111) surface. ..

尚、数式(29)と、数式(31)と(32)とを組み合わせることにより決定される、有効拡散障壁が、本発明の実施例1の、図14のステップS2で使用される、有効拡散障壁Eである。(実施例1のステップS2を参照。) The effective diffusion barrier determined by combining the mathematical formula (29) and the mathematical formulas (31) and (32) is the effective diffusion barrier used in step S2 of FIG. 14 of the first embodiment of the present invention. Barrier E. (See step S2 of Example 1.)

また、数式(30)の左辺の膜厚の変数に付けられた、上付き添え字のAとBは、結晶基板の面方位に限られず、ドライ酸化とウェット酸化といった酸化条件の違いや、シリコン結晶と炭化シリコン結晶といった、結晶基板の組成の違いであってもよい。 In addition, the superscripts A and B attached to the thickness variable on the left side of the formula (30) are not limited to the plane orientation of the crystal substrate, but also the difference in oxidation conditions such as dry oxidation and wet oxidation, and silicon. The composition of the crystal substrate may be different, such as a crystal and a silicon carbide crystal.

シリコン酸化膜を含む半導体装置の開発において、シリコン結晶または炭化シリコン結晶の基板の熱酸化によるシリコン酸化膜の膜厚の形成を、ナノスケールの精度で制御することが可能になる。 In the development of semiconductor devices including a silicon oxide film, it becomes possible to control the formation of the film thickness of the silicon oxide film by thermal oxidation of a substrate of a silicon crystal or a silicon carbide crystal with nanoscale accuracy.

1 シリコン酸化膜からなる絶縁膜である。
2 n型のSiまたはSiCの半導体である。
3 p型のSiまたはSiCの半導体である。
4 ゲート端子である。
5 ソース端子である。
6 ドレィン端子である。
11 半導体材料の結晶基板である。
12 遷移層である。
13 シリコン酸化膜である。
14 プレーナー型界面である。
15 シリコン酸化膜の表面である。
16 気相のオキシダント分子である。
17 シリコン酸化膜の表面に化学吸着したオキシダント分子である。
21 入力装置である。
22 演算装置である。
23 記憶装置である。
24 出力装置である。
S1 酸化温度Tとオキシダント分子の分圧POXと所定の膜厚X1を設定するステップである。
S2 有効拡散障壁Eと係数Kと指数αを設定するステップである。
S3 第2の膜厚X2に初期値を設定し、酸化時間の増加分Δtと膜厚の許容誤差を設定するステップである。
S4 第1の酸化時間t1を設定するステップである。
S5 第2の酸化時間 t2 を第1の酸化時間 t1と酸化時間の増加分Δtとの和に設定し、第2の酸化時間 t2 と酸化温度Tとオキシダント分子の分圧POXと有効拡散障壁Eと指数αと係数Kとから、係数Kと第1の関数 f(POX、α)と第2の関数g(E/T)と第3の関数 h(t2) の積を用いて、第2の酸化時間 t2 における膜厚の増加分ΔXを計算するステップである。
S6 第3の膜厚X3 = X2+ΔXを計算するステップである。
S7 X3とX1の差の絶対値と誤差との大小を比較するステップである。
S8 第2の酸化時間 t2 を出力するステップである。
S9 X3とX1の大小を比較するステップである。
S10 X3がX1より小さい場合に、第1の酸化時間 t1に第2の酸化時間 t2 を代入するステップである。さらにこの後、処理過程はステップS5に戻る。
S11 X3がX1より大きい場合に、酸化時間の増加分Δtを、正の値を保ちながら減じるステップである。さらにこの後、処理過程はステップS5に戻る。
1 It is an insulating film made of a silicon oxide film.
It is a 2 n-type Si or SiC semiconductor.
It is a 3p type Si or SiC semiconductor.
4 Gate terminal.
5 Source terminal.
6 Drain terminal.
11 It is a crystal substrate of a semiconductor material.
12 It is a transition layer.
13 Silicon oxide film.
14 Planer type interface.
15 The surface of the silicon oxide film.
16 It is an oxidant molecule of the gas phase.
17 It is an oxidant molecule chemically adsorbed on the surface of a silicon oxide film.
21 It is an input device.
22 Arithmetic logic unit.
23 It is a storage device.
24 Output device.
S1, which is the partial pressure P OX and setting a predetermined thickness X1 of the oxidation temperature T and oxidant molecules.
S2 as effective diffusion barriers E and setting the coefficients K 1 and exponent alpha.
S3 This is a step of setting an initial value for the second film thickness X2, and setting the increase Δt of the oxidation time and the tolerance of the film thickness.
S4 This is a step of setting the first oxidation time t1.
S5 The second oxidation time t2 is set to the sum of the first oxidation time t1 and the increase Δt of the oxidation time, and the second oxidation time t2, the oxidation temperature T, the partial pressure OX of the oxidant molecule, and the effective diffusion barrier are set. From E, exponent α, and coefficient K 1 , the product of coefficient K 1 , first function f ( POX , α), second function g (E / T), and third function h (t2) is used. Then, it is a step to calculate the increase ΔX of the film thickness in the second oxidation time t2.
S6 This is a step of calculating the third film thickness X3 = X2 + ΔX.
This is a step of comparing the absolute value of the difference between S7 X3 and X1 and the magnitude of the error.
S8 This is a step of outputting the second oxidation time t2.
This is a step of comparing the size of S9 X3 and X1.
This is a step of substituting the second oxidation time t2 for the first oxidation time t1 when S10 X3 is smaller than X1. Further, after this, the processing process returns to step S5.
When S11 X3 is larger than X1, this step is to reduce the increase Δt of the oxidation time while maintaining a positive value. Further, after this, the processing process returns to step S5.

Claims (8)

半導体材料の熱酸化により形成される酸化膜の所定の膜厚と、酸化温度と、オキシダント分子の分圧と、を指定して行う、半導体材料の酸化時間の計算方法において、
前記所定の膜厚である第1の膜厚と、前記酸化温度と、前記分圧と、前記酸化膜の表面から前記酸化膜の内部への前記分子の取り込み過程の活性化エネルギーと前記酸化膜の内部における前記分子の拡散過程の活性化エネルギーと前記酸化膜と前記半導体材料との界面の近傍に形成される遷移層内における前記分子の拡散過程の活性化エネルギーとの和からなる有効拡散障壁と、前記酸化時間の増加分である第1の増加分と、前記酸化膜の膜厚の許容誤差とを設定し、第1の酸化時間を初期化し、第2の膜厚を前記熱酸化の開始時間における前記膜厚に設定する第1の工程と、
第2の酸化時間を前記第1の酸化時間と前記第1の増加分との和に設定し、前記開始時間から前記第2の酸化時間に至る間に前記熱酸化により形成される前記膜厚の増加分である第2の増加分を、前記分圧と前記酸化温度との関数である第1の関数と前記有効拡散障壁と前記酸化温度との比に比例する変数の指数関数である第2の関数と前記第2の酸化時間の関数である第3の関数との積を用いて計算する第2の工程と、
前記第2の膜厚と前記第2の増加分との和である第3の膜厚と、前記第1の膜厚と、の差の絶対値が、前記許容誤差より小さいか否かを判定する第3の工程と、
前記第3の工程で、前記絶対値が前記許容誤差より小さいと判定された場合に、前記第2の酸化時間を出力する第4の工程と、
前記第3の工程で、前記絶対値が前記許容誤差より大きいと判定された場合に、前記第3の膜厚が前記第1の膜厚より小さいか否かを判定する第5の工程と、
前記第5の工程で、前記第3の膜厚が前記第1の膜厚より小さいと判定された場合に、前記第1の酸化時間を前記第2の酸化時間に設定して前記第2の工程に戻る第6の工程と、
からなることを特徴とする、半導体材料の酸化時間の計算方法。
In a method for calculating the oxidation time of a semiconductor material, which is performed by designating a predetermined thickness of an oxide film formed by thermal oxidation of a semiconductor material, an oxidation temperature, and a partial pressure of an oxidant molecule.
The first film thickness, which is the predetermined film thickness, the oxidation temperature, the partial pressure, the activation energy of the process of incorporating the molecule from the surface of the oxide film into the inside of the oxide film, and the oxide film. An effective diffusion barrier consisting of the sum of the activation energy of the diffusion process of the molecule inside the above and the activation energy of the diffusion process of the molecule in the transition layer formed near the interface between the oxide film and the semiconductor material. The first increase, which is the increase in the oxidation time, and the tolerance of the film thickness of the oxide film are set, the first oxidation time is initialized, and the second film thickness is the thermal oxidation. The first step of setting the film thickness at the start time and
The second oxidation time is set to the sum of the first oxidation time and the first increase, and the film thickness formed by the thermal oxidation from the start time to the second oxidation time. The second increase, which is the increase in A second step calculated using the product of the function 2 and the third function, which is the function of the second oxidation time, and
It is determined whether or not the absolute value of the difference between the third film thickness, which is the sum of the second film thickness and the second increase, and the first film thickness is smaller than the margin of error. The third step to do and
In the third step, when it is determined that the absolute value is smaller than the permissible error, the second step of outputting the second oxidation time and the fourth step.
In the third step, when it is determined that the absolute value is larger than the permissible error, the fifth step of determining whether or not the third film thickness is smaller than the first film thickness.
When it is determined in the fifth step that the third film thickness is smaller than the first film thickness, the first oxidation time is set to the second oxidation time and the second oxidation time is set. The sixth process, which returns to the process, and
A method for calculating the oxidation time of a semiconductor material, which comprises.
前記第5の工程で、前記第3の膜厚が前記第1の膜厚より大きいと判定された場合に、前記第1の増加分を正の値に保ったまま値を減じて前記第2の工程に戻る、第7の工程をさらに具備することを特徴とする、請求項1に記載の半導体材料の酸化時間の計算方法。 When it is determined in the fifth step that the third film thickness is larger than the first film thickness, the value is reduced while keeping the first increase at a positive value to reduce the second. The method for calculating the oxidation time of a semiconductor material according to claim 1, further comprising a seventh step, which returns to the step of the above. 前記第3の関数が、1未満の初期値から前記第2の酸化時間の増加と共に単調に減少して0.5に近づく、前記第2の酸化時間の関数である第4の関数を指数に持つ、前記第2の酸化時間のべき関数であることをさらなる特徴とする、請求項1または2に記載の半導体材料の酸化時間の計算方法。 The fourth function, which is a function of the second oxidation time, in which the third function monotonically decreases from an initial value of less than 1 to 0.5 with an increase in the second oxidation time, is used as an exponent. The method for calculating the oxidation time of a semiconductor material according to claim 1 or 2, further characterized by having the power function of the second oxidation time. 前記第1の関数が、前記分圧のべき関数からなることをさらなる特徴とする、請求項1乃至3のいずれかに記載の半導体材料の酸化時間の計算方法。 The method for calculating the oxidation time of a semiconductor material according to any one of claims 1 to 3, further characterized in that the first function comprises a power function of the partial pressure. 半導体材料の熱酸化により形成される酸化膜の所定の膜厚と、酸化温度と、オキシダント分子の分圧と、が指定されると、半導体材料の酸化時間の計算をコンピューターに実行させるためのコンピュータープログラムにおいて、
前記所定の膜厚である第1の膜厚と、前記酸化温度と、前記分圧と、前記酸化膜の表面から前記酸化膜の内部への前記分子の取り込み過程の活性化エネルギーと前記酸化膜の内部における前記分子の拡散過程の活性化エネルギーと前記酸化膜と前記半導体材料との界面の近傍に形成される遷移層内における前記分子の拡散過程の活性化エネルギーとの和からなる有効拡散障壁と、前記酸化時間の増加分である第1の増加分と、前記酸化膜の膜厚の許容誤差とを設定し、第1の酸化時間を初期化し、第2の膜厚を前記熱酸化の開始時間における前記膜厚に設定する第1の工程と、
第2の酸化時間を前記第1の酸化時間と前記第1の増加分との和に設定し、前記開始時間から前記第2の酸化時間に至る間に前記熱酸化により形成される前記膜厚の増加分である第2の増加分を、前記分圧と前記酸化温度との関数である第1の関数と前記有効拡散障壁と前記酸化温度との比に比例する変数の指数関数である第2の関数と前記第2の酸化時間の関数である第3の関数との積を用いて計算する第2の工程と、
前記第2の膜厚と前記第2の増加分との和である第3の膜厚と、前記第1の膜厚と、の差の絶対値が、前記許容誤差より小さいか否かを判定する第3の工程と、
前記第3の工程で、前記絶対値が前記許容誤差より小さいと判定された場合に、前記第2の酸化時間を出力する第4の工程と、
前記第3の工程で、前記絶対値が前記許容誤差より大きいと判定された場合に、前記第3の膜厚が前記第1の膜厚より小さいか否かを判定する第5の工程と、
前記第5の工程で、前記第3の膜厚が前記第1の膜厚より小さいと判定された場合に、前記第1の酸化時間を前記第2の酸化時間に設定して前記第2の工程に戻る第6の工程と、
からなることを特徴とする、半導体材料の酸化時間の計算方法による計算を、コンピューターに実行させるためのコンピュータープログラム。
When a predetermined thickness of the oxide film formed by thermal oxidation of the semiconductor material, the oxidation temperature, and the partial pressure of the oxidant molecule are specified, a computer for causing the computer to calculate the oxidation time of the semiconductor material. In the program
The first film thickness, which is the predetermined film thickness, the oxidation temperature, the partial pressure, the activation energy of the process of incorporating the molecule from the surface of the oxide film into the inside of the oxide film, and the oxide film. An effective diffusion barrier consisting of the sum of the activation energy of the diffusion process of the molecule inside the above and the activation energy of the diffusion process of the molecule in the transition layer formed near the interface between the oxide film and the semiconductor material. The first increase, which is the increase in the oxidation time, and the tolerance of the film thickness of the oxide film are set, the first oxidation time is initialized, and the second film thickness is the thermal oxidation. The first step of setting the film thickness at the start time and
The second oxidation time is set to the sum of the first oxidation time and the first increase, and the film thickness formed by the thermal oxidation from the start time to the second oxidation time. The second increase, which is the increase in A second step calculated using the product of the function 2 and the third function, which is the function of the second oxidation time, and
It is determined whether or not the absolute value of the difference between the third film thickness, which is the sum of the second film thickness and the second increase, and the first film thickness is smaller than the margin of error. The third step to do and
In the third step, when it is determined that the absolute value is smaller than the permissible error, the second step of outputting the second oxidation time and the fourth step.
In the third step, when it is determined that the absolute value is larger than the permissible error, the fifth step of determining whether or not the third film thickness is smaller than the first film thickness.
When it is determined in the fifth step that the third film thickness is smaller than the first film thickness, the first oxidation time is set to the second oxidation time and the second oxidation time is set. The sixth process, which returns to the process, and
A computer program for causing a computer to perform calculations by a method for calculating the oxidation time of a semiconductor material, which is characterized by being composed of.
前記第5の工程で、前記第3の膜厚が前記第1の膜厚より大きいと判定された場合に、前記第1の増加分を正の値に保ったまま値を減じて前記第2の工程に戻る、第7の工程をさらに具備することを特徴とする、請求項5に記載の半導体材料の酸化時間の計算方法による計算を、コンピューターに実行させるためのコンピュータープログラム。 When it is determined in the fifth step that the third film thickness is larger than the first film thickness, the value is reduced while keeping the first increase to a positive value, and the second. A computer program for causing a computer to perform a calculation by the method for calculating an oxidation time of a semiconductor material according to claim 5, further comprising a seventh step, which returns to the step of. 前記第3の関数が、1未満の初期値から前記第2の酸化時間の増加と共に単調に減少して0.5に近づく、前記第2の酸化時間の関数である第4の関数を指数に持つ、前記第2の酸化時間のべき関数であることを特徴とする、請求項5または6に記載の、半導体材料の酸化時間の計算方法による計算を、コンピューターに実行させるためのコンピュータープログラム。 The fourth function, which is a function of the second oxidation time, in which the third function monotonically decreases from an initial value of less than 1 to 0.5 with an increase in the second oxidation time, is used as an exponent. A computer program for causing a computer to perform a calculation by the method for calculating an oxidation time of a semiconductor material according to claim 5 or 6, which is a power function of the second oxidation time having. 前記第1の関数が、前記分圧のべき関数からなることをさらなる特徴とする、請求項5乃至7のいずれかに記載の、半導体材料の酸化時間の計算方法による計算を、コンピューターに実行させるためのコンピュータープログラム。 The computer is made to perform the calculation by the calculation method of the oxidation time of the semiconductor material according to any one of claims 5 to 7, further characterized in that the first function comprises the power function of the partial pressure. Computer program for.
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