JPH07115071A - Designing method for semiconductor device - Google Patents

Designing method for semiconductor device

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JPH07115071A
JPH07115071A JP5258362A JP25836293A JPH07115071A JP H07115071 A JPH07115071 A JP H07115071A JP 5258362 A JP5258362 A JP 5258362A JP 25836293 A JP25836293 A JP 25836293A JP H07115071 A JPH07115071 A JP H07115071A
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JP
Japan
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conditions
annealing
ion implantation
impurity
database
Prior art date
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Pending
Application number
JP5258362A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hisako Sato
久子 佐藤
Kaori Kondo
香織 近藤
Katsumi Tsuneno
克己 常野
Hiroo Masuda
弘生 増田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
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Publication of JPH07115071A publication Critical patent/JPH07115071A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE:To provide simulation which easily calculates the diffusing conditions of impurities in the vertical direction and horizontal direction even when the conditions for manufacturing an impurity diffusion layer are changed. CONSTITUTION:Several combinations of ion implanting condition and annealing condition are decided prior to simulation, and based on the conditions, concentration distribution of the impurity in an impurity diffusion layer is calculated or actually measured by Monte Carlo method (a) or C-V method and the results are stored in the data base. The data base is used for process simulation A for forming an impurity diffusion layer. As a result, the easy and highly accurate process simulation A can be conducted by using the data base even when manufacturing conditions are changed.

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、半導体製造技術さらに
は不純物拡散層の製造条件をプロセスシミュレーション
に従って決定する設計方法に適用して特に有効な技術に
関し、例えばイオン打込みとアニールとによる不純物拡
散層の設計に利用して有用な技術に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor manufacturing technique, and more particularly to a technique particularly effective when applied to a design method for determining the manufacturing conditions of an impurity diffusion layer according to a process simulation. Related to useful technology for designing.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体装置の製造工程において、半導体
基板に不純物のイオン打込みを行い、これにアニールを
施して、不純物拡散層を形成する方法が行われている。
このイオン打込み条件(例えば、不純物の種類、打込み
時のエネルギー、打ち込み角度、打ち込み量等)及び、
アニール条件(アニール温度、アニール時間)等の製造
条件は、不純物拡散層が所望の濃度分布となるように、
プロセス・シミュレーション用ツールを用いて決定され
る。不純物濃度は、一定の不純物のイオン打ち込み条
件、アニール条件に従って、実際に半導体基板に不純物
を導入し、この導入された不純物の深さ方向(縦方向)
の濃度を、二次イオン質量分析(SIMS分析)等で検
知し、この検出結果に基いて決定されている。尚、SI
MS分析による不純物濃度の測定は、例えば、文献J.of
Electronic Materials vol 18(1989)145〜150頁に記
載されている。
2. Description of the Related Art In a manufacturing process of a semiconductor device, a method is used in which an impurity is ion-implanted into a semiconductor substrate and annealed to form an impurity diffusion layer.
This ion implantation condition (for example, the type of impurities, the energy at the time of implantation, the implantation angle, the implantation amount, etc.),
Manufacturing conditions such as annealing conditions (annealing temperature and annealing time) are set so that the impurity diffusion layer has a desired concentration distribution.
Determined using a process simulation tool. The impurity concentration is such that impurities are actually introduced into the semiconductor substrate according to a constant impurity ion implantation condition and annealing condition, and the depth direction (vertical direction) of the introduced impurities
Is detected by secondary ion mass spectrometry (SIMS analysis) or the like, and is determined based on the detection result. SI
The measurement of the impurity concentration by the MS analysis can be carried out, for example, in J.
Electronic Materials vol 18 (1989) pp. 145-150.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た技術には、次のような問題のあることが本発明者らに
よってあきらかにされた。即ち、上記SIMS分析では
1次元データ(半導体基板の縦方向の不純物濃度分布)
しか得ることができず、従って、このSIMS分析の結
果に基いて構築されるシミュレーションには、不純物の
濃度分布の2次元のデータ(例えば、深さ方向の濃度分
布と横方向の濃度分布)を反映させることができない。
従って、例えば、MOSトランジスタのソース・ドレイ
ン領域を形成する際に、ゲートの両側に形成される当該
不純物拡散層に関しては、この拡散層がどの程度ゲート
直下まで広がっているか(横方向の濃度分布)を予測す
ることができない。
However, the present inventors have clarified that the above-mentioned technique has the following problems. That is, in the above SIMS analysis, one-dimensional data (impurity concentration distribution in the vertical direction of the semiconductor substrate)
Therefore, in the simulation constructed based on the result of the SIMS analysis, the two-dimensional data of the impurity concentration distribution (for example, the concentration distribution in the depth direction and the concentration distribution in the lateral direction) is obtained. It cannot be reflected.
Therefore, for example, when forming the source / drain regions of a MOS transistor, with respect to the impurity diffusion layers formed on both sides of the gate, to what extent the diffusion layers extend just below the gate (concentration distribution in the lateral direction). Cannot be predicted.

【0004】又、近年の半導体製造技術では、製造工程
でのサブミクロン化が進んでおり、かかるスケールの製
造工程では、製造条件の変化がデバイス特性に与える影
響は特異なものとなり、従来の製造条件とデバイス特性
との関係に基く従来のシミュレーションをそのまま用い
てデバイス特性を類推することができないことが明らか
になった。
Further, in recent semiconductor manufacturing technology, submicronization is progressing in the manufacturing process, and in the manufacturing process of such a scale, the influence of changes in manufacturing conditions on device characteristics becomes peculiar, and conventional manufacturing It was revealed that the device characteristics cannot be estimated by using the conventional simulation based on the relationship between the conditions and the device characteristics.

【0005】又、サブミクロン化されたデバイスにあっ
ては、高濃度で浅い不純物拡散層を形成することがあ
る。この場合、初期アニール時に、イオン打込みされた
不純物の拡散速度が異常に速くなる、所謂「増速拡散」
が生じることが知られている。この増速拡散に関して
も、一次元方向(縦方向)の濃度分布は、上記SIMS
分析等によって測定され得るが、横方向の広がり(拡散
距離)を考慮したデータは求められておらず、従って、
このような浅い不純物拡散層を形成するためのシミュレ
ーションを正確に行うことができなかった。
In a submicron-sized device, a high concentration and shallow impurity diffusion layer may be formed. In this case, at the time of initial annealing, the diffusion speed of the ion-implanted impurities becomes abnormally high, so-called “accelerated diffusion”.
Is known to occur. Regarding this enhanced diffusion as well, the concentration distribution in the one-dimensional direction (vertical direction) is
Although it can be measured by analysis etc., data considering the lateral spread (diffusion distance) is not required, and therefore,
The simulation for forming such a shallow impurity diffusion layer could not be performed accurately.

【0006】本発明はかかる事情に鑑みてなされたもの
で、不純物拡散層の製造条件が変化した場合であって
も、当該製造条件下での不純物の基板内での縦方向及び
横方向への拡散状態を簡易に予測することができる半導
体装置の設計方法を提供することをその主たる目的とす
る。この発明の前記ならびにそのほかの目的と新規な特
徴については、本明細書の記述および添附図面から明ら
かになるであろう。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and even when the manufacturing conditions of the impurity diffusion layer are changed, the impurities in the vertical and horizontal directions in the substrate under the manufacturing conditions are changed. It is a main object of the present invention to provide a method for designing a semiconductor device that can easily predict a diffusion state. The above and other objects and novel features of the present invention will be apparent from the description of this specification and the accompanying drawings.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち代表的なものの概要を説明すれば、下記のと
おりである。即ち、第1の発明では、データベースを構
築するための不純物イオンの打ち込み条件、及びアニー
ル条件を予め決定しておき、斯く決定された条件に基い
て、不純物の濃度分布をモンテカルロ法によって算出
し、上記打ち込み条件とアニール条件とをパラメータと
して、当該算出結果をデータベース化し、このデータベ
ースに基いて、実際に不純物拡散層を形成する際の打ち
込み条件及びアニール条件に係るシミュレーションを行
なうようにしている。又、第2の発明では、データベー
スを構築するための不純物イオンの打ち込み条件、及び
アニール条件を予め決定し、斯く決定した条件に基い
て、イオン打ち込み及び/又はアニールを行い、これに
より形成された不純物拡散層の濃度分布を実験によって
測定し、上記不純物イオンの打ち込み条件とアニール条
件とをパラメータとして当該測定結果をデータベース化
し、このデータベースに基いて、実際に不純物拡散層を
形成する際の打ち込み条件及びアニール条件に係るシミ
ュレーションを行なうようにしている。
The typical ones of the inventions disclosed in the present application will be outlined below. That is, in the first invention, the impurity ion implantation conditions and the annealing conditions for constructing the database are determined in advance, and the impurity concentration distribution is calculated by the Monte Carlo method based on the conditions thus determined, With the implantation conditions and the annealing conditions as parameters, the calculation results are made into a database, and based on this database, a simulation concerning the implantation conditions and the annealing conditions when actually forming the impurity diffusion layer is performed. In the second invention, the impurity ion implantation conditions and the annealing conditions for constructing the database are determined in advance, and the ion implantation and / or annealing is performed based on the conditions thus determined. The concentration distribution of the impurity diffusion layer is measured by an experiment, and the measurement result is made into a database using the above-mentioned impurity ion implantation condition and annealing condition as parameters, and the implantation condition when actually forming the impurity diffusion layer is based on this database. Also, the simulation regarding the annealing conditions is performed.

【0008】[0008]

【作用】第1の発明では、予め決定されたイオン打込
み、アニール条件に基いて、モンテカルロ法により、不
純物の濃度分布が高精度に求められ、この算出結果をデ
ータベース化してシミュレーションを行うようになって
いるので、不純物の濃度分布を2次元で予測でき、しか
も、製造条件が変更されたとき、データベースを構築す
るための所定数の条件設定を行なうだけで変更された種
々の製造条件に適したシミュレーションを簡易に行なう
ことができる。又、第2の発明では、予め決定されたイ
オン打込み、アニール条件に従って実際に不純物拡散層
を形成し、その不純物の濃度分布を測定し、この測定結
果をデータベース化して、シミュレーションに反映させ
ているので、不純物の濃度分布を2次元で予測でき、し
かも、製造条件が変更されたとき、データベースを構築
するための所定数の条件設定を行なうだけで変更された
種々の製造条件に適したシミュレーションを簡易に行な
うことができる。
In the first aspect of the present invention, the impurity concentration distribution is obtained with high accuracy by the Monte Carlo method based on the predetermined ion implantation and annealing conditions, and the calculation results are stored in a database for simulation. Therefore, it is possible to predict the impurity concentration distribution in a two-dimensional manner, and moreover, when the manufacturing conditions are changed, it is suitable for various changed manufacturing conditions only by setting a predetermined number of conditions for constructing the database. The simulation can be easily performed. In the second invention, the impurity diffusion layer is actually formed according to the predetermined ion implantation and annealing conditions, the concentration distribution of the impurities is measured, and the measurement result is made into a database and reflected in the simulation. Therefore, the impurity concentration distribution can be predicted two-dimensionally, and when the manufacturing conditions are changed, a simulation suitable for various changed manufacturing conditions can be performed only by setting a predetermined number of conditions for constructing the database. It can be done easily.

【0009】[0009]

【実施例】以下、本発明の第1実施例を添付図面を参照
して説明する。図1は、本実施例の拡散層形成プロセス
シミュレーション用ツールの構成を示すブロック図であ
る。この図に示すように、本実施例のシミュレーション
では、予め、ステップ(a)にて不純物拡散層の形成に
必要な所望のデータがデータベース化される。そして、
実際に、ステップ(A)でプロセスシミュレーションを
行なう場合に、このデータベースに基いて、最適なシミ
ュレーションが行なわれる。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A first embodiment of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of a diffusion layer forming process simulation tool of this embodiment. As shown in this figure, in the simulation of this embodiment, desired data necessary for forming the impurity diffusion layer is stored in the database in step (a) in advance. And
When the process simulation is actually performed in step (A), the optimum simulation is performed based on this database.

【0010】ところで上記ステップ(a)でのデータベ
ース化は、不純物拡散層の製造条件(イオン打込み条
件、炉アニール条件)が、データベースを構築するため
に、複数組決定され、これらの製造条件に基いて、モン
テカルロ法による演算を行い、決定された条件下で不純
物拡散層が形成された場合の不純物の濃度分布が高精度
に算出される。そして、上記データベースに基づいてス
テップ(A)のプロセスシミュレーションを行い、その
後、ステップ(B)のデバイスシミュレーションを行っ
て、当該LSIのデバイス特性を予測し、ステップ
(C)で試作を行なう。
By the way, in the database creation in the step (a), a plurality of sets of manufacturing conditions (ion implantation conditions, furnace annealing conditions) for the impurity diffusion layer are determined in order to construct the database, and based on these manufacturing conditions. Then, the calculation by the Monte Carlo method is performed, and the impurity concentration distribution when the impurity diffusion layer is formed under the determined conditions is calculated with high accuracy. Then, a process simulation of step (A) is performed based on the above database, and then a device simulation of step (B) is performed to predict the device characteristics of the LSI, and a trial manufacture is performed in step (C).

【0011】上記ステップ(a)でのデータベース化を
行うに当たり、不純物の種類(リン、ボロン、砒素
等)、打ち込み量(ドーズ量)、打ち込みエネルギ
ー、打ち込み角度、炉アニール温度、炉アニール
時間を1組とした製造条件が決定される。即ち、データ
ベースを作成するための上記6つの条件〜が夫々決
定されると、それらの値に基いて、公知のモンテカルロ
法によって、半導体基板中の不純物の濃度分布状態が算
出される。この場合、2次元の濃度分布(縦方向拡散距
離と横方向拡散距離)が求められる。尚、本実施例で
は、イオン打込み直後の不純物の濃度分布と、アニール
によって拡散された後の不純物の濃度分布が、夫々求め
られる。このとき得られたデータは、データベース化さ
れ、グラフ(b)、テーブル(c)、関数モデル(d)
等の形式で表わされる(図1)。そして、実際に半導体
基板に不純物拡散層を形成する際には、上記データベー
スに基く、グラフ(b)、テーブル(c)、又は、関数
モデル(d)に従って、所望の不純物濃度分布が得られ
るように、プロセスシミュレーションが行われ、所望の
デバイス特性を得るための実際の製造条件(〜)が
決定される。
When the database is created in the step (a), the type of impurities (phosphorus, boron, arsenic, etc.), implantation amount (dose amount), implantation energy, implantation angle, furnace annealing temperature, furnace annealing time are set to 1 The manufacturing conditions for the set are determined. That is, when the above six conditions (1) to (5) for creating the database are respectively determined, the concentration distribution state of the impurities in the semiconductor substrate is calculated based on these values by the known Monte Carlo method. In this case, a two-dimensional density distribution (vertical diffusion distance and horizontal diffusion distance) is obtained. In this embodiment, the concentration distribution of impurities immediately after ion implantation and the concentration distribution of impurities after being diffused by annealing are obtained. The data obtained at this time is made into a database, and graph (b), table (c), functional model (d)
Etc. (FIG. 1). When actually forming the impurity diffusion layer on the semiconductor substrate, a desired impurity concentration distribution should be obtained according to the graph (b), the table (c), or the functional model (d) based on the above database. Then, a process simulation is performed to determine the actual manufacturing conditions (-) for obtaining desired device characteristics.

【0012】図2は上記拡散層形成プロセスシミュレー
ションにてその製造条件が決定される、n形MOSトラ
ンジスタ10のデバイス構造を示す断面図であり、図中
1はp形半導体基板、2はゲート酸化膜、3はソース・
ドレイン領域を形成するn形不純物拡散層、4はゲート
電極を示している。尚、イオン打込み直後には、pn接
合面が図に示す等濃度線S1に沿って形成され、アニー
ル後には、pn接合面が図に示す等濃度線S2に沿って
形成され、このとき等濃度線S2の内側が、ソース・ド
レイン領域3となる。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing the device structure of the n-type MOS transistor 10 whose manufacturing conditions are determined by the above diffusion layer formation process simulation. In FIG. 2, 1 is a p-type semiconductor substrate and 2 is a gate oxide. Membrane, 3 is source
N-type impurity diffusion layers 4 forming a drain region indicate gate electrodes. Immediately after the ion implantation, the pn junction surface is formed along the isoconcentration line S1 shown in the figure, and after annealing, the pn junction surface is formed along the isoconcentration line S2 shown in the figure. The inside of the line S2 becomes the source / drain region 3.

【0013】上記製造条件〜を、任意の値に設定
し、当該製造条件でリン(P)のイオン打ち込みを行っ
た後の不純物の濃度分布をモンテカルロ法で計算し、更
に、アニールを行った後の不純物の濃度分布をモンテカ
ルロ法で計算する。この場合、pn接合面(S1)のイ
オン打込み直後の深さ方向距離V1及びアニール後の深
さ方向拡散距離V2を、当該モンテカルロ法により求め
ることができる。更に、上記モンテカルロ法による計算
によって、トランジスタ10におけるゲート酸化膜下に
延びる、イオン打込み直後の拡散距離(横方向拡散距
離)L1,及びアニール後の横方向拡散距離L2を求める
こともできる。このようにイオン打込み条件〜、ア
ニール条件,を任意の値に設定し、斯く設定した条
件に基いてモンテカルロ法による演算を行うことによっ
て、所定の製造条件により形成される不純物拡散層の不
純物濃度分布を予測するためのデータを得ることができ
る。
The above manufacturing conditions (1) to (4) are set to arbitrary values, the impurity concentration distribution after phosphorus (P) ion implantation is performed under the manufacturing conditions is calculated by the Monte Carlo method, and further, after annealing is performed. The concentration distribution of the impurities in is calculated by the Monte Carlo method. In this case, the depth direction distance V 1 of the pn junction surface (S1) immediately after ion implantation and the depth direction diffusion distance V 2 after annealing can be obtained by the Monte Carlo method. Further, the diffusion length (lateral diffusion length) L 1 immediately after ion implantation and the lateral diffusion length L 2 after annealing, which extends below the gate oxide film in the transistor 10, can be obtained by the calculation by the Monte Carlo method. As described above, the ion implantation conditions to the annealing conditions are set to arbitrary values, and the calculation by the Monte Carlo method is performed based on the conditions thus set, whereby the impurity concentration distribution of the impurity diffusion layer formed under the predetermined manufacturing conditions is determined. Data can be obtained to predict

【0014】次に、サンプリングした製造条件〜に
基いて、モンテカルロ法による不純物の濃度分布の演算
を行なって、これをデータベース化する手法について説
明する。先ず、イオン打ち込み直後(アニール前)の、
不純物の縦方向距離(V1)、横方向距離(L1)を、モ
ンテカルロ法に基いて演算し、その結果をイオン打込み
時のエネルギー(加速電圧E)をパラメータとして表わ
す(図3,図4)。これらの関係は、加速電圧Eの一次
関数として、次式(1),(2)で近似できる。 V1=a1E…(1) L1=a2E…(2) ここでa1,a2は、モンテカルロ法による算出データに
基づいて決定される係数である。
Next, a method of calculating the impurity concentration distribution by the Monte Carlo method based on the sampled manufacturing conditions 1 to 3, and making it a database will be described. First, immediately after ion implantation (before annealing),
The vertical distance (V 1 ) and the horizontal distance (L 1 ) of the impurities are calculated based on the Monte Carlo method, and the results are expressed with the energy at the time of ion implantation (acceleration voltage E) as a parameter (FIGS. 3 and 4). ). These relationships can be approximated by the following equations (1) and (2) as a linear function of the acceleration voltage E. V 1 = a 1 E (1) L 1 = a 2 E (2) Here, a 1 and a 2 are coefficients determined based on the calculation data by the Monte Carlo method.

【0015】即ち、図3に示す、加速電圧(E)と縦方
向距離(V1)との関係を示すグラフによれば、これら
が略比例関係にあることが分かる。同様に、加速電圧
(E)と横方向距離(L1)との関係を示す図4のグラ
フによれば、これらが略比例関係にあることが分かる。
例えば、リンの打ち込み時には、加速電圧Eと縦方向距
離V1との関係を表わす係数a1と、縦方向距離L1との
関係を表わす係数a2との比は、3.8:1.0程度に
なる。
That is, according to the graph showing the relationship between the acceleration voltage (E) and the vertical distance (V 1 ) shown in FIG. 3, it can be seen that these are in a substantially proportional relationship. Similarly, according to the graph of FIG. 4 showing the relationship between the acceleration voltage (E) and the lateral distance (L 1 ), it can be seen that these are in a substantially proportional relationship.
For example, at the time of implanting phosphorus, the ratio between the coefficient a 1 representing the relationship between the acceleration voltage E and the vertical distance V 1 and the coefficient a 2 representing the relationship with the vertical distance L 1 is 3.8: 1. It will be about 0.

【0016】上記グラフに示すように、イオン打込み条
件(加速電圧)等を所定数サンプリングして当該データ
をデータベース化しておけば、他の製造条件が変化した
場合であっても、その都度、演算に長時間を要するモン
テカルロ法や、実験による濃度測定を行わずとも、当該
データベースを組み込んだシミュレーションを行って、
加速電圧Eから縦方向距離V1、横方向距離L1を、簡易
に且つ正確に予測することができる。尚、図3,図4に
示すように、他の不純物(As,B,BF2)を基板に
導入した場合にも、加速電圧Eと縦方向距離V,若くは
横方向距離Lとは、略比例関係となって、上記(1),
(2)式で近似できる。
As shown in the above graph, if a predetermined number of ion implantation conditions (accelerating voltage) and the like are sampled and the data is stored in a database, even if other manufacturing conditions change, calculation is performed each time. Even if the Monte Carlo method, which requires a long time to perform, or concentration measurement by experiment, is not performed, a simulation incorporating the database is performed,
The vertical distance V 1 and the horizontal distance L 1 can be easily and accurately predicted from the acceleration voltage E. Incidentally, as shown in FIGS. 3 and 4, even when other impurities (As, B, BF 2 ) are introduced into the substrate, the acceleration voltage E and the vertical distance V, or the horizontal distance L are as follows. It becomes a substantially proportional relationship, and the above (1),
It can be approximated by the equation (2).

【0017】また、アニール後の、横方向拡散距離(L
2)と、縦方向拡散距離(V2)との関係は、上記イオン
打込み条件に拘らず、図5に示す関係となることが、モ
ンテカルロ法による演算結果により分かった。更にこれ
らの関係は、次式(3)で表わすことができる。 L2=a32+b…(3) ここでa3はモンテカルロ法による算出データに基いて
決定される係数、bは変数である。
The lateral diffusion distance (L
It was found from the calculation result by the Monte Carlo method that the relationship between 2 ) and the vertical diffusion distance (V 2 ) has the relationship shown in FIG. 5 regardless of the ion implantation conditions. Further, these relationships can be expressed by the following equation (3). L 2 = a 3 V 2 + b ... (3) where a 3 is a coefficient which is determined based on the calculated data by the Monte Carlo method, b is variable.

【0018】又、図5に示す、縦方向拡散距離V2と横
方向拡散距離L2との関係を示すグラフによれば、V2
2との関係を表わす上記(3)式の係数a3は、約0.
9となる。アニール後の横方向拡散距離L2は、縦方向
拡散距離V2に基いて予測することができる。この結果
も、データベース化され、当該プロセスシミュレーショ
ンに組み込まれる。因に、同図に示すようにリン以外の
不純物(As,B,BF2)を基板にイオン打込みし
て、その後アニールを行った場合であっても、縦方向拡
散距離V2と横方向拡散距離L2とは、係数0.9の比例
関係となることが分かった。図6は、上記モンテカルロ
法による演算にて得られた算出結果を、製造条件〜
に基いてテーブル化したものである。
Further, according to the graph showing the relationship between the vertical diffusion distance V 2 and the horizontal diffusion distance L 2 shown in FIG. 5, the coefficient of the equation (3) representing the relationship between V 2 and L 2 is shown. a 3 is about 0.
It becomes 9. The lateral diffusion length L 2 after annealing can be predicted based on the vertical diffusion distance V 2 . This result is also made into a database and incorporated in the process simulation. Incidentally, as shown in the figure, even when impurities (As, B, BF 2 ) other than phosphorus are ion-implanted into the substrate and then annealed, the vertical diffusion distance V 2 and the horizontal diffusion are obtained. It has been found that the distance L 2 has a proportional relationship of 0.9. FIG. 6 shows the calculation results obtained by the calculation by the Monte Carlo method as described above under the manufacturing conditions.
It is a table based on.

【0019】上記のようにして得られた(1)〜(3)
式、図3〜図5にて表されたグラフ、更には図6に示す
テーブルの何れかの形態でデータベース化された演算結
果は、上記のように半導体基板上に不純物拡散層を形成
する際のプロセスシミュレーションに組み込まれ、その
後、当該シミュレーションに基くデバイスシミュレーシ
ョンが行われ、当該デバイスの試作が行われる(図
1)。
(1) to (3) obtained as described above
The formula, the graphs shown in FIGS. 3 to 5, and the operation result stored in the database in any of the tables shown in FIG. 6 are used when the impurity diffusion layer is formed on the semiconductor substrate as described above. Is incorporated into the process simulation, and then a device simulation based on the simulation is performed to prototype the device (FIG. 1).

【0020】ところで、上記したモンテカルロ法による
不純物の濃度分布の算出に代えて、サンプリングされた
条件〜にて実際に不純物拡散層を形成し、この拡散
層の2次元不純物の濃度分布を測定し(C−V測定法
等)、その測定結果から縦方向距離V1、横方向距離
1、縦方向拡散距離V2、横方向拡散距離L2を得て、
上記と同様に、これらの測定結果を、データベース化す
ることもできる。このように、不純物拡散層の2次元デ
ータを測定し、この実測結果をデータベース化しておく
ことによって、所望の製造条件下での、不純物拡散層の
広がりを、簡単に、且つ正確に予測できる。
Instead of calculating the impurity concentration distribution by the Monte Carlo method described above, an impurity diffusion layer is actually formed under the sampled conditions 1 to 3, and the two-dimensional impurity concentration distribution of this diffusion layer is measured ( C-V measurement method, etc.), the vertical distance V 1 , the horizontal distance L 1 , the vertical diffusion distance V 2 , and the horizontal diffusion distance L 2 are obtained from the measurement results,
Similar to the above, these measurement results can be stored in a database. As described above, by measuring the two-dimensional data of the impurity diffusion layer and storing the measurement result in the database, the spread of the impurity diffusion layer under desired manufacturing conditions can be predicted easily and accurately.

【0021】以上詳述したように本実施例のシミュレー
ションによれば、データベースを構築するために、幾つ
かのイオン打ち込み条件、アニール条件の組を決定して
おき、これら決定した条件に基いて、モンテカルロ法、
若くはC−V法によって不純物拡散層内での不純物の濃
度分布を算出、若くは、実測し、この結果をデータベー
ス化し、該データベースを用いてプロセスシミュレーシ
ョンを行うようになっているので、製造条件が変わって
も、簡単な方法で高精度のプロセスシミュレーションを
行うことができる。又、近年のサブミクロン化された製
造プロセスにて不純物拡散層を形成した場合に、当該不
純物濃度分布に影響を与える増速拡散についても、幾つ
かの製造条件を予め決定するだけで容易にデータベース
が構築されて、増速拡散による影響を考慮したシミュレ
ーションを行うことができる。
As described above in detail, according to the simulation of this embodiment, several ion implantation conditions and annealing condition groups are determined in order to construct a database, and based on these determined conditions, Monte Carlo method,
Since the concentration distribution of impurities in the impurity diffusion layer is calculated by the CV method, the measurement is actually performed, the results are stored in a database, and the process simulation is performed using the database. Even if is changed, a highly accurate process simulation can be performed with a simple method. In addition, when the impurity diffusion layer is formed by the manufacturing process of submicron in recent years, the database for the accelerated diffusion that affects the impurity concentration distribution can be easily obtained only by predetermining some manufacturing conditions. Is constructed, and the simulation considering the effect of enhanced diffusion can be performed.

【0022】以上本発明者によってなそれた発明を実施
例に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施例に
限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で
種々変更可能であることはいうまでもない。例えば、上
記した実施例では、MOSトランジスタ製造時の不純物
拡散層の形成工程を例に上げて説明したが、バイポーラ
トランジスタの拡散層の形成に本発明のシミュレーショ
ンを適用してもよい。又、本実施例では、炉アニールを
行って不純物を拡散させる例について説明したが、短時
間アニール(RTA)による不純物拡散にも当該シミュ
レーションを適用することができる。又、本実施例は2
次元の濃度分布をシミュレーションするに当たって、2
次元データをデータベース化する手法について述べた
が、当該2次元データベースを組合わせて3次元の拡散
状態を表わすデータをデータベース化することも可能で
ある。
Although the invention made by the present inventor has been specifically described based on the embodiments, the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. Needless to say. For example, in the above-described embodiments, the process of forming the impurity diffusion layer at the time of manufacturing the MOS transistor has been described as an example, but the simulation of the present invention may be applied to the formation of the diffusion layer of the bipolar transistor. Further, in the present embodiment, the example in which the furnace annealing is performed to diffuse the impurities has been described, but the simulation can also be applied to the impurity diffusion by the short-time annealing (RTA). In addition, this embodiment is 2
In simulating the three-dimensional concentration distribution,
Although the method of converting the dimensional data into a database has been described, it is also possible to combine the two-dimensional database into a database of data representing a three-dimensional diffusion state.

【0023】以上の説明では主として本発明者によって
なされた発明をその背景となった利用分野であるトラン
ジスタを構成する不純物拡散層の形成に適用した場合に
ついて説明したが、この発明はそれに限定されるもので
なく、半導体基板上に不純物拡散層を形成する技術一般
に利用することができる。
In the above description, the case where the invention made by the present inventor is mainly applied to the formation of the impurity diffusion layer constituting the transistor, which is the field of application of the background, has been described, but the present invention is not limited thereto. However, it can be generally used in the technology of forming an impurity diffusion layer on a semiconductor substrate.

【0024】[0024]

【発明の効果】本願において開示される発明のうち代表
的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば下記
のとおりである。すなわち、半導体基板に打ち込まれた
不純物の2次元濃度分布を簡単に予測することができ
る。又、製造条件の変化に適応した、新たなプロセスシ
ミュレータを容易に構築することができ、不純物濃度分
布、更にはデバイス性能予測が容易になる。
The effects obtained by the representative one of the inventions disclosed in the present application will be briefly described as follows. That is, the two-dimensional concentration distribution of impurities implanted in the semiconductor substrate can be easily predicted. In addition, a new process simulator adapted to changes in manufacturing conditions can be easily constructed, and the impurity concentration distribution and device performance can be easily predicted.

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

【図1】本実施例の拡散層形成プロセスシミュレーショ
ン用ツールの構成を示すブロック図である。
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a diffusion layer forming process simulation tool of the present embodiment.

【図2】本実施例のシミュレーションにてその製造条件
が決定されたn形MOSトランジスタ10の断面図であ
る。
FIG. 2 is a cross-sectional view of an n-type MOS transistor 10 whose manufacturing conditions are determined by simulation of this embodiment.

【図3】イオン打ち込み後の不純物の縦方向距離V1
加速電圧Eとの関係を示すグラフである。
FIG. 3 is a graph showing the relationship between the vertical distance V 1 of impurities after ion implantation and the acceleration voltage E.

【図4】イオン打ち込み後の不純物の横方向距離L1
加速電圧Eとの関係を示すグラフである。
FIG. 4 is a graph showing the relationship between the lateral distance L 1 of impurities after ion implantation and the acceleration voltage E.

【図5】アニール後の横方向拡散距離L2と縦方向拡散
距離V2との関係を示すグラフである。
FIG. 5 is a graph showing a relationship between a lateral diffusion distance L 2 and a vertical diffusion distance V 2 after annealing.

【図6】不純物拡散層の製造条件と、縦・横拡散距離V
2,L2との関係を示すテーブルである。
FIG. 6 Manufacturing conditions of impurity diffusion layer and vertical / horizontal diffusion distance V
2 is a table showing the relationship between L 2 and L 2 .

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 p形半導体基板 2 ゲート酸化膜 3 n形不純物拡散層 4 ゲート電極 10 MOSFET(n型MOSトランジスタ) S1 イオン打込み後のpn接合面 S2 アニール後のpn接合面 1 p-type semiconductor substrate 2 gate oxide film 3 n-type impurity diffusion layer 4 gate electrode 10 MOSFET (n-type MOS transistor) S1 pn junction surface after ion implantation S2 pn junction surface after annealing

フロントページの続き (72)発明者 増田 弘生 東京都青梅市今井2326番地 株式会社日立 製作所デバイス開発センタ内Front page continuation (72) Inventor Hiroo Masuda 2326 Imai, Ome-shi, Tokyo Hitachi, Ltd. Device Development Center

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 半導体基板に不純物拡散層を形成するに
当り、不純物のイオン打込み条件と、これに引き続いて
行われるアニール条件とを、所定のシミュレーションに
従って、所望の不純物濃度分布が得られるように決定す
る半導体装置の設計方法において、予めデータベースを
構築するための不純物イオンの打ち込み条件、及びアニ
ール条件を決定し、決定した打ち込み条件に基いて、又
は、決定した打ち込み条件及びアニール条件に基いて、
不純物の濃度分布をモンテカルロ法によって算出し、上
記不純物イオンの打ち込み条件又はアニール条件をパラ
メータとして当該算出結果をデータベース化し、このデ
ータベースを用いて所定の拡散層形成プロセスシミュレ
ーションを行なうことを特徴とする半導体装置の設計方
法。
1. When forming an impurity diffusion layer on a semiconductor substrate, a desired impurity concentration distribution is obtained according to a predetermined simulation of an impurity ion implantation condition and an annealing condition subsequently performed. In the method of designing a semiconductor device to be determined, impurity ion implantation conditions for constructing a database in advance, and annealing conditions are determined, based on the determined implantation conditions, or based on the determined implantation conditions and annealing conditions,
A semiconductor characterized in that a concentration distribution of impurities is calculated by a Monte Carlo method, a database of the calculation results is obtained using the above-mentioned impurity ion implantation conditions or annealing conditions as parameters, and a predetermined diffusion layer formation process simulation is performed using this database. Equipment design method.
【請求項2】 半導体基板への不純物のイオン打込み条
件と、これに引き続いて行われるアニール条件を、所定
のシミュレーションに従って、所望の不純物濃度分布が
得られるように決定する半導体装置の設計方法におい
て、予めデータベースを構築するための不純物イオンの
打ち込み条件、又は、アニール条件を決定し、上記打ち
込み条件に基いて基板にイオン打ち込みを行い、又は、
該打ち込み条件及びアニール条件に基いてイオン打込み
及びアニールを行い、この結果得られた半導体基板内の
不純物の濃度分布を測定し、上記不純物イオンの打ち込
み条件又はアニール条件をパラメータとして当該測定結
果をデータベース化し、このデータベースを用いて所定
の拡散層形成プロセスシミュレーションを行なうことを
特徴とする半導体装置の設計方法。
2. A method of designing a semiconductor device, comprising: determining a condition for ion implantation of impurities into a semiconductor substrate and an annealing condition subsequently performed so as to obtain a desired impurity concentration distribution according to a predetermined simulation. Impurity ion implantation conditions for constructing a database in advance, or annealing conditions are determined, and ion implantation is performed on the substrate based on the implantation conditions, or
Ion implantation and annealing are performed based on the implantation conditions and annealing conditions, the impurity concentration distribution in the semiconductor substrate obtained as a result is measured, and the measurement results are databased using the above-mentioned impurity ion implantation conditions or annealing conditions as parameters. And a method for designing a semiconductor device, characterized by performing a predetermined diffusion layer formation process simulation using this database.
【請求項3】 上記不純物の2次元濃度分布は、イオン
の打ち込み時の加速電圧をパラメータとして2次元拡散
距離を表わすことを特徴とする請求項1又は2に記載の
半導体装置の設計方法。
3. The method for designing a semiconductor device according to claim 1, wherein the two-dimensional concentration distribution of the impurities represents a two-dimensional diffusion distance with the acceleration voltage at the time of ion implantation as a parameter.
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