JPH0653155A - Method and device for simulating semiconductor element - Google Patents

Method and device for simulating semiconductor element

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JPH0653155A
JPH0653155A JP20513592A JP20513592A JPH0653155A JP H0653155 A JPH0653155 A JP H0653155A JP 20513592 A JP20513592 A JP 20513592A JP 20513592 A JP20513592 A JP 20513592A JP H0653155 A JPH0653155 A JP H0653155A
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JP
Japan
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equation
diffusion
simultaneous linear
term
simulation
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JP20513592A
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Mitsutoshi Nakamura
光利 中村
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To provide method and device for simulation of a semiconductor element wherein accurate simulation result can be obtained at a fast speed even a high concentration impurity region exists and time interval is long. CONSTITUTION:Lattice points used for discretization of nonlinear partial difference equation for describing diffusion phenomenon of N-type impurities used for manufacture of a semiconductor element are generated in a lattice point generation part 1. When simultaneous linear equations generated by discretization of partial difference equation are formed, a coefficient matrix and constant terms are formed in a simultaneous linear equation part 3 using linear terms related to impurity concentrations contained in a diffusion term and a non-diffusion term as unknown quantities, and the formed simultaneous linear equations are solved by a simultaneous linear equation solution finding part 5. Thereby, it is possible to restrain generation of negative concentration and oscillation of solution even if time interval is long, to enable accurate simulation and to enable long time interval. Simulation of a thermal treatment process can be carried out rapidly.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は拡散現象を記述した偏微
分方程式を解き、半導体素子の製造状態をシミュレーシ
ョンすることによって製造方法を評価する半導体素子の
シミュレーション方法および装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor element simulation method and apparatus for evaluating a manufacturing method by solving a partial differential equation describing a diffusion phenomenon and simulating a manufacturing state of the semiconductor element.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体素子のプロセス設計、評価及び解
析の手段であるプロセスシミュレーション技術(例え
ば、S.M. Sze,“VLSI TECHNOLO
GY”,McGraw−Hill,1988)では、式
(1)に示す熱処理工程に於ける不純物の拡散現象を記
述した方程式(以後、拡散方程式と呼ぶ)が、有限要素
法、有限差分法等で離散化され、連立一次方程式の解法
問題に帰着する事により解かれる。
2. Description of the Related Art A process simulation technique (for example, SM Sze, "VLSI TECHNOLO", which is a means for designing, evaluating and analyzing a semiconductor device.
GY ", McGraw-Hill, 1988), an equation (hereinafter referred to as a diffusion equation) describing the diffusion phenomenon of impurities in the heat treatment step shown in the equation (1) is discrete by a finite element method, a finite difference method, or the like. And is solved by reducing to a solution problem of simultaneous linear equations.

【0003】[0003]

【数4】 C:全濃度(全不純物濃度)、t:時間、D:拡散係
数、N:活性化濃度(活性化した不純物濃度)、Z:電
価状態(P型不純物:−1、N型不純物:1)、n:電
子濃度、添え字kは不純物の種類 このプロセスシミュレーションは、プロセスシミュレー
タと呼ばれる数値計算用のプログラムを備えたシミュレ
ーション装置で実行される。
[Equation 4] C: total concentration (total impurity concentration), t: time, D: diffusion coefficient, N: activation concentration (activated impurity concentration), Z: charge state (P-type impurity: -1, N-type impurity: 1) ), N: electron concentration, and the subscript k is the type of impurity. This process simulation is executed by a simulation device provided with a program for numerical calculation called a process simulator.

【0004】ここで、式(1)は半導体結晶の格子位置
に存在する電気的に活性化した不純物が、拡散と不純物
自身によって形成される電界によって移動すると考えた
式であり、右辺第一項が拡散項、第二項が電界項であ
る。
Here, the formula (1) is a formula which is considered that electrically activated impurities existing at the lattice position of the semiconductor crystal move due to diffusion and an electric field formed by the impurities themselves, and the first term on the right side. Is the diffusion term, and the second term is the electric field term.

【0005】プロセスシミュレータ内では、一般に全濃
度Cを未知数とし、電界項を既知数として計算が行わ
れ、最終的に式(2)が数値的に解かれている。
In the process simulator, generally, the total concentration C is an unknown number, the electric field term is a known number, and calculation is performed, and finally the equation (2) is solved numerically.

【0006】[0006]

【数5】 以下、式(2)を解く従来のシミュレーション方法のア
ルゴリズムを、N型拡散層を形成する不純物に関するア
ルゴリズムである図6,7を参照して説明する。
[Equation 5] Hereinafter, an algorithm of the conventional simulation method for solving the equation (2) will be described with reference to FIGS. 6 and 7 which are algorithms regarding impurities forming the N-type diffusion layer.

【0007】先ず、ステップS401において、後のス
テップで必要となる離散化用格子点を作成し、拡散係数
等の物理量の初期化を行い、熱処理時間の時刻tを零に
する。
First, in step S401, the discretization grid points required in the subsequent steps are created, the physical quantities such as the diffusion coefficient are initialized, and the time t of the heat treatment time is set to zero.

【0008】次に、ステップS402で時刻tをΔt進
めた後、ステップS403において、熱処理を行う時に
拡散炉へ流すガスが半導体を酸化するガスであるか否か
の判断を行い、半導体が酸化されない非酸化性雰囲気の
場合はそのままステップS405へ進む。
Next, after advancing the time t by Δt in step S402, it is judged in step S403 whether or not the gas flowing into the diffusion furnace during the heat treatment is a gas that oxidizes the semiconductor, and the semiconductor is not oxidized. In the case of a non-oxidizing atmosphere, the process directly proceeds to step S405.

【0009】半導体が酸化される酸化性雰囲気の場合は
ステップS404へ進み、酸化による酸化膜厚の変化に
伴う形状変化および酸化膜中の格子点の再配置の処理を
行いステップS405へ進む。
In the case of an oxidizing atmosphere in which the semiconductor is oxidized, the process proceeds to step S404, the shape change accompanying the change of the oxide film thickness due to the oxidation and the rearrangement of lattice points in the oxide film are performed, and the process proceeds to step S405.

【0010】ステップS405では活性化不純物濃度N
を式(3)および(4)で計算する。全濃度Cと活性化
濃度Nの間には、全濃度Cが高くなるにつれて(約1×
1019cm-3以上)活性化濃度Nは全濃度Cよりも小さ
くなる関係が存在する。この関係を記述する物理モデル
として、複数個の不純物原子が固まり(クラスター)と
なると考えたクラスターモデルが一般に用いられる。
At step S405, the activation impurity concentration N
Is calculated by equations (3) and (4). Between the total concentration C and the activation concentration N, as the total concentration C increases (about 1 ×
The activation concentration N is smaller than the total concentration C (10 19 cm −3 or more). As a physical model for describing this relationship, a cluster model is generally used in which a plurality of impurity atoms are considered to be a cluster (cluster).

【0011】半導体製造に用いられる不純物には、クラ
スターが電気的に中性な中性クラスターを形成する不純
物とクラスターが帯電している荷電クラスターを形成す
る不純物があり、荷電クラスターを形成する不純物では
活性化濃度の計算に K・Nm ・(N+(m−i)Ccl−Ccl=0 (3) N=C−mCcl (4) が用いられる。
Impurities used in semiconductor manufacturing include impurities that form electrically neutral clusters and impurities that form charged clusters in which the clusters are charged. K · N m · in calculating the activation concentration (N + (m-i) C cl) i -C cl = 0 (3) N = C-mC cl (4) is used.

【0012】ここで、Kはクラスター生成係数、mはク
ラスター内に含まれる不純物の数、iはクラスター形成
時に荷電クラスターを形成する不純物と反応する電子の
数、Cclはクラスターの濃度である。
Here, K is a cluster formation coefficient, m is the number of impurities contained in the cluster, i is the number of electrons that react with impurities forming a charged cluster during cluster formation, and C cl is the concentration of the cluster.

【0013】次に、ステップS406において、活性化
濃度Nが固溶限濃度Nslを越えないように制限を加え
る。この理由は、全濃度Cが半導体物質の固溶限を越え
る高濃度になると不純物が半導体物質に溶けきれなくな
り、活性化濃度Nは全濃度Cに無関係な一定値となる現
象を再現する為である。
Next, in step S406, the activation concentration N is restricted so as not to exceed the solid solubility limit concentration N sl . The reason for this is to reproduce the phenomenon that when the total concentration C becomes a high concentration exceeding the solid solubility limit of the semiconductor substance, the impurities cannot be completely dissolved in the semiconductor substance and the activation concentration N becomes a constant value irrelevant to the total concentration C. is there.

【0014】ステップS407において例えば荷電クラ
スターを形成する不純物の場合、後に拡散方程式の離散
化によって生ずる連立一次方程式の係数行列の計算に用
いる活性化濃度の微係数を式(5)で計算する。
In step S407, for example, in the case of impurities forming charge clusters, the differential coefficient of the activation concentration used in the calculation of the coefficient matrix of the simultaneous linear equations generated by discretization of the diffusion equation is calculated by the equation (5).

【0015】[0015]

【数6】 さらに、ステップS408において、荷電クラスターに
よる電子濃度nclの計算を行い、ステップS409にお
いて、後に拡散方程式の離散化によって生ずる連立一次
方程式の定数項の計算に用いる電子濃度nの計算を行
う。
[Equation 6] Further, in step S408, the electron concentration n cl due to the charged clusters is calculated, and in step S409, the electron concentration n used in the calculation of the constant term of the simultaneous linear equations generated by the discretization of the diffusion equation is calculated.

【0016】荷電クラスターを形成する不純物に関する
電子濃度nclは、格子位置にある不純物とクラスターか
ら電子が放出されるので、
The electron concentration n cl relating to the impurities forming the charged clusters is that electrons are emitted from the impurities and the clusters at the lattice position.

【数7】 となる。プロセスシミュレータでは複数種類の不純物の
拡散を同時に取り扱うので、単位体積あたりの電子濃度
nは
[Equation 7] Becomes Since the process simulator handles diffusion of multiple types of impurities at the same time, the electron concentration n per unit volume is

【数8】 で計算される。ここで、kは不純物の種類を表す添え
字、kmaxは不純物の種類の総数である。但し、荷電
クラスターを形成する不純物の添え字kを1とした。
[Equation 8] Calculated by Here, k is a subscript indicating the type of impurities, and kmax is the total number of types of impurities. However, the subscript k of the impurities forming the charged clusters was set to 1.

【0017】次に、ステップS410とステップS41
1において、前述したステップS405〜409で計算
した値から拡散方程式の離散化によって生ずる連立一次
方程式(2)の係数行列と定数項を計算した後、ステッ
プS412において、前記連立一次方程式の行列計算を
行い、拡散方程式の数値解を計算する。
Next, step S410 and step S41
In step 1, the coefficient matrix and the constant term of the simultaneous linear equation (2) generated by discretization of the diffusion equation are calculated from the values calculated in steps S405 to 409, and then in step S412, the matrix of the simultaneous linear equation is calculated. And calculate the numerical solution of the diffusion equation.

【0018】しかる後、ステップS413において、指
定された熱処理時間に達したか否かの判断を行い、達し
ていなかったらステップS402に戻り、上述したルー
プを繰り返す。指定された熱処理時間に達した場合は計
算を終了する。
After that, in step S413, it is determined whether or not the designated heat treatment time has been reached. If not, the process returns to step S402 and the above loop is repeated. When the designated heat treatment time has been reached, the calculation ends.

【0019】このような熱処理工程のプロセスシミュレ
ーション方法では、一般に荷電クラスターを形成する不
純物の場合に、高濃度領域に発生する電界が中性クラス
ターを形成する不純物の場合よりも強くなる。また、固
溶限濃度を越える高濃度領域では活性化濃度Nが一定と
なり、微係数が零となるので拡散は発生しない。従っ
て、不純物濃度が固溶限濃度を越える高濃度の場合、不
純物は電界だけで移動している事になる。
In the process simulation method of such a heat treatment step, generally, in the case of impurities forming charge clusters, the electric field generated in the high concentration region is stronger than in the case of impurities forming neutral clusters. Further, in the high concentration region exceeding the solid solubility limit, the activation concentration N becomes constant and the differential coefficient becomes zero, so that diffusion does not occur. Therefore, when the impurity concentration is a high concentration exceeding the solid solubility limit, the impurities move only by the electric field.

【0020】ところで、拡散方程式に含まれる時間微分
の取扱い手法としては、陽解法と陰解法がある。陽解法
は連立一次方程式を解く必要がないので一時間刻み当た
りの計算時間が短いが、時間刻みを短くしないと解の振
動が発生し、正確な計算ができない。特に、前述した不
純物が電界だけで移動する様な場合に解の振動が深刻な
問題となる。
By the way, as a method for handling the time differential included in the diffusion equation, there are an explicit method and an implicit method. Since the explicit method does not need to solve simultaneous linear equations, the calculation time per hour is short, but if the time is not shortened, the solution will oscillate and accurate calculation will not be possible. Especially, when the above-mentioned impurities move only by the electric field, the vibration of the solution becomes a serious problem.

【0021】一方、陰解法は連立一次方程式を解く必要
があるので一時間刻み当たりの計算時間が陽解法に比べ
て長いが、時間刻みを長くしても解の振動が発生しな
い。
On the other hand, since the implicit method needs to solve simultaneous linear equations, the calculation time per hour step is longer than that of the explicit method, but the solution oscillation does not occur even if the time step is lengthened.

【0022】従来のシミュレーション方法は、連立一次
方程式の係数行列および定数項の作成において、非拡散
項(電界項)(式(5)の右辺)に含まれる不純物濃度
に関する線形項(式(7)分子の第一項)を既知数とし
て取り扱う為、高濃度領域では陽解法を用いている事に
なる。従って、従来のシミュレーション方法では、不純
物濃度の高い領域(約1×1020cm-3以上)が存在す
ると、時間刻みが長い場合に解の振動および負の濃度が
発生し、正確なシミュレーションができない。図8は、
従来のシミュレーション方法で正確なシミュレーション
ができない場合の一例(ヒ素の高濃度拡散)を示してお
り、(a)がシミュレーションを行う前の初期不純物分
布、(b)が熱処理シミュレーション後の不純物分布で
ある。シミュレーション時の熱処理条件は、1000℃
で20分とし、時間刻みは1分とした。
In the conventional simulation method, a linear term (equation (7)) relating to the impurity concentration included in the non-diffusion term (electric field term) (right side of equation (5)) is used in creating the coefficient matrix and constant term of simultaneous linear equations. Since the first term of the molecule) is treated as a known number, the explicit method is used in the high concentration region. Therefore, in the conventional simulation method, when a region having a high impurity concentration (about 1 × 10 20 cm −3 or more) exists, vibration of the solution and a negative concentration occur when the time step is long, and an accurate simulation cannot be performed. . Figure 8
An example (according to high-concentration diffusion of arsenic) in which an accurate simulation cannot be performed by a conventional simulation method is shown. (A) is an initial impurity distribution before simulation, and (b) is an impurity distribution after heat treatment simulation. . The heat treatment condition during simulation is 1000 ° C.
20 minutes and the time step was 1 minute.

【0023】不純物濃度が約1×1020cm-3以上の領
域で解の振動および負の濃度が発生している(図8
(b)の楕円部分)。(以下の図において、濃度に関す
る軸は対数スケールであり、負の濃度の場合は絶対値を
取って表示している。)ただし、図9に示すように時間
刻みを0.1分と、十分に細かくすれば正確な解を求め
る事ができる場合もあるが、時間刻みを非常に小さくす
る必要があるので計算時間が増大する。図9の例では計
算時間は時間刻みを1/10にしたのでほぼ10倍の計
算時間を要する。
Solution oscillation and negative concentration occur in the region where the impurity concentration is about 1 × 10 20 cm -3 or more (FIG. 8).
(Ellipse part of (b)). (In the following figures, the axis relating to concentration is a logarithmic scale, and in the case of negative concentration, the absolute value is shown.) However, as shown in FIG. In some cases, it is possible to obtain an accurate solution by making it finer, but it is necessary to make the time step very small, which increases the calculation time. In the example of FIG. 9, the calculation time is set to 1/10, so that the calculation time is about 10 times as long.

【0024】一般に、半導体の全製造工程のシミュレー
ションに要する時間の大部分は熱処理シミュレーション
に費やされる。この為、前述した計算時間の増大によっ
て、シミュレーションの実用性が著しく低下してしま
う。特に元々計算時間が長い二次元問題や三次元問題で
は重大な問題である。
Generally, most of the time required for simulation of the entire semiconductor manufacturing process is spent for heat treatment simulation. Therefore, the above-mentioned increase in calculation time significantly reduces the practicability of the simulation. Especially, it is a serious problem in the two-dimensional problem and the three-dimensional problem, which originally have a long calculation time.

【0025】前述した問題は、現実の半導体製造工程で
よく用いられる条件でも発生する。図10は一例とし
て、N型MOSFETのソース・ドレイン部をヒ素のイ
オン注入によって形成した後に酸化した場合のシミュレ
ーション結果を示している。このときのヒ素イオン注入
条件は、注入時の酸化膜厚が100Å、入射エネルギー
が40keVで、ドーズ量が5×1015cm-3について
行い、熱処理条件は、ドライ酸化を900℃で20分行
った。
The above-mentioned problems also occur under conditions often used in actual semiconductor manufacturing processes. As an example, FIG. 10 shows a simulation result when the source / drain portions of the N-type MOSFET are formed by ion implantation of arsenic and then oxidized. The arsenic ion implantation condition at this time is that the oxide film thickness at the time of implantation is 100Å, the incident energy is 40 keV, and the dose amount is 5 × 10 15 cm −3 . The heat treatment condition is dry oxidation at 900 ° C. for 20 minutes. It was

【0026】この場合、時間刻みを0.01分(点線)
にしても酸化膜/シリコン界面付近で解の振動および負
の濃度が発生し、正確なシミュレーションができない。
更に時間刻みを0.001分(実線)にした場合、解の
振動および負の濃度は発生しないが、酸化膜中の不純物
分布が過大評価されており、シミュレーション精度が著
しく低下している。
In this case, the time step is 0.01 minutes (dotted line)
Even so, solution vibration and negative concentration occur near the oxide film / silicon interface, and an accurate simulation cannot be performed.
Further, when the time step is set to 0.001 minutes (solid line), the vibration of the solution and the negative concentration do not occur, but the impurity distribution in the oxide film is overestimated, and the simulation accuracy is significantly reduced.

【0027】[0027]

【発明が解決しようとする課題】この様に従来のシミュ
レーション方法は、高濃度不純物領域が存在し、時間刻
みが長い場合に解の振動および負の濃度が発生し、正確
なシミュレーションができないという問題がある。ま
た、正確な解が求められる場合にも時間刻みを短くする
必要があり、計算時間の著しい増加をまねくという問題
もあった。
As described above, the conventional simulation method has a problem in that a high concentration impurity region exists, and when the time step is long, vibration of the solution and negative concentration occur, and an accurate simulation cannot be performed. There is. Further, even when an accurate solution is required, it is necessary to shorten the time step, which causes a problem that the calculation time is remarkably increased.

【0028】本発明の目的は、上述した問題点に鑑み、
高濃度不純物領域が存在し、かつ時間刻みが長い場合で
も、正確な解を高速に求める事のできる半導体素子のシ
ミュレーション方法および装置を提供することにある。
The object of the present invention is to solve the above problems.
It is an object of the present invention to provide a semiconductor element simulation method and apparatus capable of obtaining an accurate solution at high speed even when a high-concentration impurity region exists and a time step is long.

【0029】[0029]

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために、半導体素子の製造に用いられるN型不純物
の拡散現象を記述した非線形偏微分方程式の離散化に用
いる格子点を発生する格子点発生手段と、前記偏微分方
程式の離散化によって生ずる連立一次方程式を作成する
際に拡散項および非拡散項に含まれる不純物濃度に関す
る線形項を未知数として係数行列と定数項を作成する連
立一次方程式作成手段と、作成された前記連立一次方程
式を解く連立一次方程式求解手段とから構成されてい
る。
In order to achieve the above object, the present invention generates lattice points used for discretization of a non-linear partial differential equation which describes the diffusion phenomenon of N-type impurities used in the manufacture of semiconductor devices. When creating a simultaneous linear equation generated by discretization of the partial differential equation and the lattice point generation means, a simultaneous linear equation that creates a coefficient matrix and a constant term with the linear term relating to the impurity concentration contained in the diffusion term and the non-diffusion term as unknowns It is composed of equation creating means and simultaneous linear equation solving means for solving the created simultaneous linear equations.

【0030】[0030]

【作用】上記構成により、本発明は、半導体素子の製造
に用いられるN型不純物の拡散現象を記述した非線形偏
微分方程式の離散化に用いる格子点を格子点発生手段で
発生し、前記偏微分方程式の離散化によって生ずる連立
一次方程式を作成する際に拡散項および非拡散項に含ま
れる不純物濃度に関する線形項を未知数として係数行列
と定数項を連立一次方程式作成手段において作成し、作
成された前記連立一次方程式を連立一次方程式求解手段
で解いている。
With the above structure, the present invention generates lattice points used for discretization of the nonlinear partial differential equation describing the diffusion phenomenon of N-type impurities used in the manufacture of semiconductor devices by the lattice point generating means, and the partial differential is generated. When the simultaneous linear equations generated by the discretization of the equations are created, the coefficient matrix and the constant term are created by the simultaneous linear equation creating means with the linear term regarding the impurity concentration contained in the diffusion term and the non-diffusion term as unknowns The simultaneous linear equations are solved by the simultaneous linear equation solving means.

【0031】連立一次方程式作成手段において連立一次
方程式を作成する際に、拡散項および非拡散項に含まれ
る不純物濃度に関する線形項を未知数として係数行列と
定数項を作成しているので、高濃度不純物領域が存在す
る場合に陰解法を用いる部分を増やすことができる。
When the simultaneous linear equations are created by the simultaneous linear equation creating means, the coefficient matrix and the constant term are created with the linear terms relating to the impurity concentrations contained in the diffusion term and the non-diffusion term as unknowns, so that the high concentration impurities It is possible to increase the portion using the implicit method when the region exists.

【0032】[0032]

【実施例】以下、本発明の半導体素子のシミュレーショ
ン方法および装置に係わる一実施例を図面を用いて説明
する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of a semiconductor element simulation method and apparatus according to the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0033】図1は、本発明の半導体素子のシミュレー
ション装置の一実施例の構成を示すブロック図である。
FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of an embodiment of the semiconductor device simulation apparatus of the present invention.

【0034】同図において、格子点発生部1は、半導体
素子の製造に用いられるN型不純物の拡散現象を記述し
た非線形偏微分方程式の離散化に用いる格子点を発生す
るところであり、連立一次方程式作成部3は、偏微分方
程式の離散化によって生ずる連立一次方程式を作成する
際に拡散項および非拡散項に含まれる不純物濃度に関す
る線形項を未知数として係数行列と定数項を作成する機
能を有している。また、連立一次方程式求解部5は、連
立一次方程式作成部3において作成された連立一次方程
式を解くものである。
In the figure, a lattice point generating section 1 is for generating lattice points used for discretization of a non-linear partial differential equation describing the diffusion phenomenon of N-type impurities used in the manufacture of semiconductor elements, and simultaneous linear equations are used. The creating unit 3 has a function of creating a coefficient matrix and a constant term by using a linear term related to the impurity concentration contained in the diffusion term and the non-diffusion term as an unknown number when creating a simultaneous linear equation generated by discretization of a partial differential equation. ing. Further, the simultaneous linear equation solving section 5 solves the simultaneous linear equations created by the simultaneous linear equation creating section 3.

【0035】図2,3は、本発明のシミュレーション方
法のフローチャートであり、図6,7で示した従来のシ
ミュレーション方法との違いはステップS110とステ
ップS111である。ステップS101からステップS
109まで従来手法と同様な計算を行った後、ステップ
S110において、式(2)の右辺の電子濃度nの計算
式に含まれる荷電クラスターを形成する不純物から発生
する電子の濃度nclに対する線形項を左辺に移行し、式
(6)を代入した式:
FIGS. 2 and 3 are flowcharts of the simulation method of the present invention. The difference from the conventional simulation method shown in FIGS. 6 and 7 is step S110 and step S111. Steps S101 to S
After performing the same calculation as the conventional method up to 109, in step S110, a linear term for the concentration n cl of electrons generated from the impurities forming the charge clusters included in the calculation formula of the electron concentration n on the right side of Expression (2). To the left side, and the equation (6) is substituted:

【数9】 を用いて、連立一次方程式の係数行列を計算する。[Equation 9] Is used to calculate the coefficient matrix of the simultaneous linear equations.

【0036】次にステップS111において、式(8)
へ移行した電子濃度nの計算式に含まれる荷電クラスタ
ーを構成する不純物から発生する電子の濃度nclを式
(2)の右辺から差し引いた式:
Next, in step S111, equation (8)
The electron concentration n cl generated from the impurities forming the charge clusters included in the calculation formula of the electron concentration n transferred to is subtracted from the right side of the equation (2):

【数10】 を用いて、連立一次方程式の定数項を計算する。その
後、従来手法と同様な計算手順により熱処理シミュレー
ションを行う。
[Equation 10] Is used to calculate the constant term of the simultaneous linear equations. After that, heat treatment simulation is performed by the same calculation procedure as the conventional method.

【0037】図4は、図8(a)で示した初期不純物分
布から1000℃、20分の熱処理を行った場合のシミ
ュレーション結果である。実線は従来のシミュレーショ
ン方法で計算した結果、三角印は本発明のシミュレーシ
ョン方法によって時間刻み1分で計算した結果である。
FIG. 4 shows simulation results when heat treatment was performed at 1000 ° C. for 20 minutes from the initial impurity distribution shown in FIG. The solid line indicates the result calculated by the conventional simulation method, and the triangular mark indicates the result calculated by the simulation method of the present invention in a time step of 1 minute.

【0038】従来手法では、図9で説明したように、時
間刻みを0.1分にしないと正確な計算ができないが、
本発明によるシミュレーション方法では時間刻みを1分
としても正確な計算ができる。更に、熱処理時間が20
分なので、従来手法では200回の反復計算が必要であ
ったのに対して、本発明による手法では、20回の反復
計算で充分となり、計算時間が約10倍短縮されてい
る。
In the conventional method, as described with reference to FIG. 9, accurate calculation cannot be performed unless the time step is set to 0.1 minutes.
In the simulation method according to the present invention, accurate calculation can be performed even if the time step is 1 minute. Furthermore, the heat treatment time is 20
Since it is a minute, the conventional method requires 200 iterations, whereas the method according to the present invention requires 20 iterations, and the computation time is reduced by about 10 times.

【0039】図5は、本発明による手法を用い、図10
で説明したものと等しい条件で時間刻みを1分として計
算した結果である。従来の手法では時間刻みが0.00
1分でも正確な計算ができなかったのに対して、本発明
による手法では時間刻みを1分としても正確な計算がで
きている。即ち、従来よりも約1000倍、計算時間が
短縮され、かつ正確な計算が可能である。
FIG. 5 uses the method according to the invention and FIG.
This is the result of calculation with a time step of 1 minute under the same conditions as those described in. With the conventional method, the time step is 0.00
Although the accurate calculation could not be performed even for 1 minute, the method according to the present invention enables accurate calculation even if the time step is 1 minute. That is, the calculation time can be shortened by about 1000 times as compared with the conventional method, and accurate calculation can be performed.

【0040】[0040]

【発明の効果】以上のように、本発明の半導体素子のシ
ミュレーション方法および装置では、半導体素子の製造
に用いられる不純物の拡散現象を記述した非線形偏微分
方程式の離散化によって生ずる連立一次方程式の作成に
おいて拡散項および非拡散項に含まれる不純物濃度に関
する線形項を未知数として係数行列と定数項を作成して
いる。
As described above, in the semiconductor element simulation method and apparatus of the present invention, simultaneous linear equations generated by discretization of the nonlinear partial differential equation describing the diffusion phenomenon of impurities used in the manufacture of semiconductor elements are created. In, the coefficient matrix and the constant term are created by using the linear terms related to the impurity concentration contained in the diffusion term and the non-diffusion term as unknowns.

【0041】これにより、時間刻みが長い場合でも負の
濃度発生や解の振動を抑制でき、正確なシミュレーショ
ンが行える。また、時間刻みを長くできるので、高速に
熱処理工程のシミュレーションを行うことができる。
As a result, even if the time step is long, it is possible to suppress the occurrence of negative concentration and the vibration of the solution, and it is possible to perform accurate simulation. Further, since the time step can be lengthened, the heat treatment process can be simulated at high speed.

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

【図1】本発明の半導体素子のシミュレーション装置の
一実施例の構成を示すブロック図である。
FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of an embodiment of a semiconductor device simulation apparatus according to the present invention.

【図2】本発明の半導体素子のシミュレーション方法を
示すフローチャートである。
FIG. 2 is a flowchart showing a semiconductor element simulation method of the present invention.

【図3】図2に続く本発明の半導体素子のシミュレーシ
ョン方法を示すフローチャートである。
FIG. 3 is a flowchart showing a method for simulating a semiconductor device of the present invention, which is subsequent to FIG.

【図4】本発明のシミュレーション方法と従来のシミュ
レーション方法の計算結果を比較するグラフである。
FIG. 4 is a graph comparing the calculation results of the simulation method of the present invention and the conventional simulation method.

【図5】本発明のシミュレーション方法を用いて実際の
半導体製造に用いられる条件の計算結果を示す図であ
る。
FIG. 5 is a diagram showing calculation results of conditions used in actual semiconductor manufacturing using the simulation method of the present invention.

【図6】従来のシミュレーション方法を示すフローチャ
ートである。
FIG. 6 is a flowchart showing a conventional simulation method.

【図7】図6に続く従来のシミュレーション方法を示す
フローチャートである。
7 is a flowchart showing a conventional simulation method following FIG.

【図8】シミュレーション前の初期分布及び従来のシミ
ュレーション方法で解の振動および負の濃度が発生した
計算結果を示すグラフである。
FIG. 8 is a graph showing an initial distribution before simulation and a calculation result in which a solution vibration and a negative concentration are generated by a conventional simulation method.

【図9】従来のシミュレーション方法で解の振動および
負の濃度が発生しない計算結果を示すグラフである。
FIG. 9 is a graph showing a calculation result in which the vibration of the solution and the negative concentration do not occur in the conventional simulation method.

【図10】従来のシミュレーション方法を用いて実際の
半導体製造に用いられる条件の計算結果を示すグラフで
ある。
FIG. 10 is a graph showing calculation results of conditions used in actual semiconductor manufacturing using a conventional simulation method.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 格子点発生部 3 連立一次方程式作成部 5 連立一次方程式求解部 1 Lattice point generation part 3 Simultaneous linear equation creation part 5 Simultaneous linear equation solving part

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 半導体素子の製造に用いられるN型不純
物の拡散現象を記述した非線形偏微分方程式の離散化に
用いる格子点を発生し、前記偏微分方程式の離散化によ
って生ずる連立一次方程式を作成する際に拡散項および
非拡散項に含まれる不純物濃度に関する線形項を未知数
として係数行列と定数項を作成し、作成された前記連立
一次方程式を解く事を特徴とする半導体素子のシミュレ
ーション方法。
1. A lattice point used for discretization of a non-linear partial differential equation describing the diffusion phenomenon of N-type impurities used for manufacturing a semiconductor device is generated, and simultaneous linear equations generated by the discretization of the partial differential equation are created. A method of simulating a semiconductor device, characterized in that a linear matrix relating to the impurity concentration contained in the diffusion term and the non-diffusion term is used as unknowns to create a coefficient matrix and a constant term, and the created simultaneous linear equations are solved.
【請求項2】 前記連立一次方程式の係数行列を、 Cを全不純物濃度、tを時間、Dを拡散係数、Nを電気
的に活性化した不純物濃度、nを電子濃度、mをN型不
純物が帯電した固まりである荷電クラスターに含まれる
N型不純物の数、iを前記荷電クラスターを構成するN
型不純物と反応する電子の数、i−mを前記荷電クラス
ターの電荷数、nclを前記荷電クラスターを構成するN
型不純物に関する電子濃度として、 【数1】 を用いて作成し、 前記連立一次方程式の定数項を、 【数2】 【数3】 を用いて作成する事を特徴とする請求項1記載の半導体
素子のシミュレーション方法。
2. A coefficient matrix of the simultaneous linear equations, wherein C is total impurity concentration, t is time, D is diffusion coefficient, N is electrically activated impurity concentration, n is electron concentration, and m is N-type impurity. Is the number of N-type impurities contained in the charged cluster, which is a charged mass, and i is N constituting the charged cluster.
Type electrons, the number of electrons reacting with the impurity, i-m is the number of charges of the charged cluster, and n cl is the N that constitutes the charged cluster.
As the electron concentration related to the type impurities, And the constant term of the simultaneous linear equations is given by [Equation 3] The method for simulating a semiconductor device according to claim 1, wherein the simulation is performed by using.
【請求項3】 半導体素子の製造に用いられるN型不純
物の拡散現象を記述した非線形偏微分方程式の離散化に
用いる格子点を発生する格子点発生手段と、前記偏微分
方程式の離散化によって生ずる連立一次方程式を作成す
る際に拡散項および非拡散項に含まれる不純物濃度に関
する線形項を未知数として係数行列と定数項を作成する
連立一次方程式作成手段と、作成された前記連立一次方
程式を解く連立一次方程式求解手段とを備えた事を特徴
とする半導体素子のシミュレーション装置。
3. Lattice point generating means for generating lattice points used for discretization of a non-linear partial differential equation describing the diffusion phenomenon of N-type impurities used in the manufacture of semiconductor devices, and said partial differential equation. When a simultaneous linear equation is created, a linear matrix relating to the impurity concentration contained in the diffusion term and the non-diffusion term is used as unknowns to create a coefficient matrix and a constant term, and a simultaneous linear equation creating means is created to solve the created simultaneous linear equation. A semiconductor device simulation apparatus comprising: a linear equation solving means.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6360190B1 (en) 1997-11-28 2002-03-19 Nec Corporation Semiconductor process device simulation method and storage medium storing simulation program
JP2007025828A (en) * 2005-07-13 2007-02-01 Meidensha Corp Numerical simulation system

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