JPH11243089A - Simulation method of stress - Google Patents

Simulation method of stress

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JPH11243089A
JPH11243089A JP4342198A JP4342198A JPH11243089A JP H11243089 A JPH11243089 A JP H11243089A JP 4342198 A JP4342198 A JP 4342198A JP 4342198 A JP4342198 A JP 4342198A JP H11243089 A JPH11243089 A JP H11243089A
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JP
Japan
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stress
silicon
oxide
increment
tensor
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JP4342198A
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Japanese (ja)
Inventor
Yukihiro Ushiku
幸広 牛久
Tsukasa Nakakubo
宰 中久保
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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  • Local Oxidation Of Silicon (AREA)
  • Formation Of Insulating Films (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain an accurate simulation result by giving the effect of stiffness change when silicon is changed to oxide as an initial stress increment for calculating stress, and by repeating stress calculation until an entire structure including silicon is balanced with force. SOLUTION: An oxidation seed diffusion calculation in an oxide is made based on a diffusion coefficient, a reaction coefficient, and a viscosity coefficient corresponding to a stress distribution at a starting point, and an oxidation flux vector (q) at the interface between silicon 1 and oxide 2 is obtained. Then, the silicon/oxide interface is moved in the direction of oxidation flux by a distance vector dx. Then, a thermal distortion increment, a creep distortion increment, and the like incidental to each material are given to an entire device structure for calculating stress, a displacement increment and a stress are obtained, and a shape is updated according to a displacement increment dv being obtained. Then, while the stress is being updated, force balance is checked, and a calculation is repeated until balancing is reached.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、応力のシミュレー
ション方法に関する。
The present invention relates to a method for simulating stress.

【0002】[0002]

【従来の技術】LSIの高集積化に伴い、低温環境下で
の酸化工程が頻繁に行われるようになってきている。と
ころが、この低温環境下においては、従来より広く用い
られてきた粘性流動モデルによる酸化応力計算手法で
は、オキサイドの弾性効果が無視されており、精度のよ
いシミュレーション結果を得ることができない。
2. Description of the Related Art With the increase in the degree of integration of LSIs, an oxidizing step under a low-temperature environment has been frequently performed. However, in this low-temperature environment, the oxidative stress calculation method based on the viscous flow model that has been widely used conventionally ignores the elastic effect of the oxide, so that accurate simulation results cannot be obtained.

【0003】このような低温環境下においては、上記粘
性流動モデルのような制約のない粘弾性モデルによる計
算手法が有効であり、粘弾性モデルに基づいた酸化工程
中の酸化種拡散計算と応力計算とを組み合わせた手法も
すでに提案されている。
In such a low-temperature environment, a calculation method using a viscoelastic model without restrictions such as the viscous flow model described above is effective, and diffusion calculation of oxidizing species and stress calculation during the oxidation process based on the viscoelastic model are effective. A method combining the above has already been proposed.

【0004】この酸化種拡散計算と応力計算とを組み合
わせた手法では、シリコンからオキサイドへの変化に伴
って発生する体積膨張に対して、シリコン/オキサイド
界面をオキサイド方向に強制変位させるか(文献1 NO
VEL: A NONLINEAR VISCOELASTIC MODEL FOR
THERMAL OXIDATION OF SILICON, J.P.PENG eta
l; COMPEL(VOL10,NO.4,PP341-353)、 文献2 Two-D
imensional Simulation of Local Oxidation o
f Silicon: Calibrated Viscoelastic Flow analy
sis Vincent Senez et al; IEEE TRANS. ED
(VOL43,NO5,PP720-731) )、或いはこの体積膨張に対し
て等方性歪みを与える(文献3 Siの熱酸化プロセス
における形状・応力解析プログラムOXSIM2Dの開
発 斎藤直人他 日本機械学会論文集(A編)(VOL57,
NO541,PP115-120 ))ことによって取り扱っているが、
低温酸化工程において発生する酸化応力と熱応力とを同
時に取り扱うという観点から見ると欠点がある。
[0004] In this technique combining the calculation of diffusion of oxidizing species and the calculation of stress, it is necessary to forcibly displace the silicon / oxide interface in the oxide direction with respect to the volume expansion caused by the change from silicon to oxide (Reference 1). NO
VEL: A NONLINEAR VISCOELASTIC MODEL FOR
THERMAL OXIDATION OF SILICON, JPPENG eta
l; COMPEL (VOL10, NO.4, PP341-353), Reference 2 Two-D
imensional Simulation of Local Oxidation o
f Silicon: Calibrated Viscoelastic Flow analy
sis Vincent Senez et al; IEEE TRANS.ED
(VOL43, NO5, PP720-731)) or give isotropic strain to this volume expansion (Ref. 3 Development of shape and stress analysis program OXSIM2D in thermal oxidation process of Si) Naoto Saito et al. A) (VOL57,
NO541, PP115-120))
There is a drawback from the viewpoint of simultaneously handling oxidative stress and thermal stress generated in the low-temperature oxidation step.

【0005】上記文献1および2の方法について、図3
および図4を参照して説明する。図3は文献1および2
の方法によるシリコンの酸化のシミュレーション方法を
示したフローチャートであり、図4は図3のフローチャ
ートに対応したシリコン・オキサイド界面の変化の様子
を示した模式図である。
[0005] Regarding the methods of the above-mentioned references 1 and 2, FIG.
This will be described with reference to FIG. FIG. 3 shows References 1 and 2.
FIG. 4 is a flow chart showing a method of simulating the oxidation of silicon by the method of FIG. 1, and FIG. 4 is a schematic view showing a state of a change of a silicon oxide interface corresponding to the flow chart of FIG.

【0006】まず、時刻t0のオキサイドの拡散、反応
係数、粘性係数に基づいて、オキサイド内酸化種の拡散
計算を行い、シリコン1とオキサイド2との界面の酸化
フラックスqを求める(ステップa) 次に、シリコン側へのシリコン・オキサイド界面の移動
量dx(dx=(α/N)・q・dt、ここで、α、N
はそれぞれ、体積膨張時にシリコンがしめる体積比並び
に単位体積当たりのオキサイドを形成するのに必要な酸
化種)を求め、シリコン・オキサイド界面を移動する(
ステップb) 。
First, based on the diffusion, reaction coefficient and viscosity coefficient of the oxide at time t0, the diffusion calculation of the oxidized species in the oxide is performed to obtain the oxidation flux q at the interface between silicon 1 and oxide 2 (step a). Then, the amount of movement dx (dx = (α / N) · q · dt of the silicon oxide interface to the silicon side, where α, N
Respectively determine the volume ratio of silicon during volume expansion and the oxidizing species required to form oxides per unit volume) and move through the silicon oxide interface (
Step b).

【0007】次に、時刻t0の界面をオキサイド側へd
u(du=((1−α)/N)・q・dt)強制変位さ
せ、オキサイド部に関して応力計算を実施する。このと
き、オキサイドの構成則として粘性流動に対応した増分
型の粘弾性緩和モデルを用いる(ステップc)。
Next, the interface at time t0 is moved toward the oxide side by d.
u (du = ((1−α) / N) · q · dt) is forcibly displaced and stress calculation is performed on the oxide portion. At this time, an incremental viscoelastic relaxation model corresponding to viscous flow is used as a constitutive rule of the oxide (step c).

【0008】次に、ステップa、cで用いた拡散、反応
係数、粘性係数が求められた応力と整合するまで上記ス
テップを繰り返す。整合がとれたら時刻t+dtの形状
分布を求めてこれを次の時間ステップの初期形状とする
( ステップd) 。
Next, the above steps are repeated until the diffusion, reaction coefficient and viscosity coefficient used in steps a and c match the obtained stress. After matching, the shape distribution at time t + dt is obtained, and this is used as the initial shape for the next time step.
(Step d).

【0009】しかしながら、上記文献1および2の方法
では、シリコン・オキサイド界面に対してオキサイドに
変化するときの体積膨張効果が強制変位として与えられ
る結果、本来一体としてみなされるべきデバイス構造が
2分割されるため、酸化応力計算時にシリコンの剛性が
考慮できないばかりでなく、同時に熱応力計算と組み合
わせることができない。
However, according to the methods of the above-mentioned references 1 and 2, the volume expansion effect when the oxide is changed to the silicon oxide interface is given as a forced displacement, and as a result, the device structure that should be regarded as an integral body is divided into two. Therefore, not only the rigidity of silicon cannot be taken into account when calculating the oxidative stress, but also it cannot be combined with the thermal stress calculation.

【0010】また、上記文献3の方法では、文献中にも
記載されているように、平面酸化工程の場合でも異様に
大きな応力が界面方向に出現するという欠点を有してお
り、また同時に熱応力を組み合わせることができないと
いう欠点も有している。
Also, the method of the above-mentioned reference 3 has a drawback that an unusually large stress appears in the interface direction even in the plane oxidation step, as described in the reference. It also has the disadvantage that stresses cannot be combined.

【0011】[0011]

【発明が解決しようとする課題】このように、従来のシ
ミュレーション手法では、本来一体としてみなされるべ
きデバイス構造が2分割されるため、シリコンの剛性が
考慮できず、また同時に熱応力計算と組み合わせること
ができないといった問題があり、さらに異常に大きな応
力が界面に出現するといった問題もあった。そのため、
正確なシミュレーション結果を得ることが困難であっ
た。
As described above, in the conventional simulation method, since the device structure that should be regarded as an integral structure is divided into two parts, the rigidity of silicon cannot be taken into account. In addition, there is a problem in that an unusually large stress appears at the interface. for that reason,
It has been difficult to obtain accurate simulation results.

【0012】本発明は上記従来の問題に対してなされた
ものであり、応力の正確なシミュレーション結果を得る
ことの可能なシミュレーション方法を提供することを目
的としている。
The present invention has been made to solve the above-mentioned conventional problems, and has as its object to provide a simulation method capable of obtaining an accurate simulation result of stress.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】本発明に係る応力のシミ
ュレーション方法は、時刻t0のステップにおいて時間
増分dt間に酸化されるシリコン領域に対して、シリコ
ンがオキサイドに変化する際の体積膨張に対応した非等
方性初期歪み増分、オキサイドの熱歪み増分およびクリ
ープ歪み増分を与えるとともに、シリコンがオキサイド
に変化するときの剛性変化の効果(シリコンとオキサイ
ドの剛性差に対応したもの)を初期応力増分として与え
て応力計算を行い、シリコンを含む構造全体に対して力
の釣り合いがとれるまで前記応力計算を繰り返し行うこ
とを特徴とする。
According to the present invention, there is provided a method for simulating a stress, which corresponds to a volume expansion when silicon is changed to an oxide in a silicon region oxidized during a time increment dt at a time t0. In addition to the anisotropic initial strain increment, the thermal strain increment of the oxide, and the creep strain increment, the effect of stiffness change when silicon changes to oxide (corresponding to the difference in stiffness between silicon and oxide) is determined by the initial stress increment. , And the stress calculation is repeated until the force is balanced in the entire structure including silicon.

【0014】また、本発明に係る応力のシミュレーショ
ン方法は、時刻t0のステップにおいて時間増分dt間
に酸化されるシリコン領域に対して、シリコンがオキサ
イドに変化する際の体積膨張に対応した非等方性初期歪
み増分、オキサイドの熱歪み増分およびクリープ歪み増
分を与えるとともに、シリコンがオキサイドに変化する
ときの剛性変化の効果を初期応力増分として与えて応力
計算を行い、シリコンを含む構造全体に対して力の釣り
合いがとれるまで前記応力計算を繰り返し、この力の釣
り合いがとれた条件で算出される酸化フラックスが所定
の値になるまでさらに前記応力計算を繰り返し行うこと
を特徴とする。
Further, the method for simulating stress according to the present invention is characterized in that the silicon region which is oxidized during the time increment dt at the step of time t0 is anisotropic with respect to volume expansion when silicon changes to oxide. In addition to the initial strain increment, the thermal strain increment of the oxide and the creep strain increment, the effect of the stiffness change when silicon changes to oxide is given as the initial stress increment, and the stress calculation is performed. The stress calculation is repeated until the force is balanced, and the stress calculation is further repeated until the oxide flux calculated under the condition of the balanced force reaches a predetermined value.

【0015】前記発明によれば、酸化工程時に発生する
応力の計算に際して、シリコンを含めたデバイス構造全
体の剛性を考慮することができ、かつ内部応力の力の釣
り合いが保たれるまで繰り返し計算を行うので、シリコ
ン中の酸化応力を正確に求めることができる。また、酸
化工程時に発生する酸化応力を体積膨張に対応した非等
方性の1次元初期歪みで表わすことにより、等方性の初
期歪みを与えた場合に出現する異常に大きな応力場を回
避することができる。
According to the present invention, when calculating the stress generated during the oxidation step, the rigidity of the entire device structure including silicon can be considered, and the calculation is repeated until the balance of the internal stress force is maintained. As a result, the oxidative stress in silicon can be determined accurately. In addition, by expressing the oxidative stress generated during the oxidation step by anisotropic one-dimensional initial strain corresponding to the volume expansion, an abnormally large stress field that appears when the isotropic initial strain is given is avoided. be able to.

【0016】また、温度変動に伴って発生する熱応力
は、オキサイド進展分も含めて熱歪み増分として単に合
算して与えればよいので、酸化応力と熱応力とを簡単に
統合した応力計算が可能となり、また、シリコンがオキ
サイドに変化するときの剛性変動分まで考慮しているの
で、界面進展と連動した熱応力計算を実施することが可
能となる。
Further, since the thermal stress generated due to the temperature fluctuation may be simply given as an increment of thermal strain including the amount of oxide development, it is possible to easily integrate the oxidative stress and the thermal stress. Further, since the variation in rigidity when silicon is changed to oxide is taken into consideration, it is possible to perform thermal stress calculation in conjunction with interface development.

【0017】さらに、酸化種拡散計算において、温度変
動を伴う酸化工程におけるシリコン基板の自由膨張分の
形状変形を取り込むことが可能となり、かつ更新された
応力に対応した拡散、反応係数の整合性をとるための反
復ループをおくことにより、応力依存性を考慮した酸化
膜進展シミュレーションを簡単に実施することが可能と
なる。
Further, in the calculation of the diffusion of oxidizing species, it is possible to take in the shape deformation of the free expansion of the silicon substrate in the oxidation step accompanied by the temperature fluctuation, and to make the consistency of the diffusion and reaction coefficients corresponding to the updated stress. By providing an iterative loop for performing the simulation, it is possible to easily carry out an oxide film growth simulation in consideration of stress dependency.

【0018】なお、本発明に係るシミュレーション方法
は、シリコンの酸化のみならず、シリコンのシリサイド
化に対しても同様に行うことが可能であり、同様の作用
効果を得ることができる。
The simulation method according to the present invention can be similarly performed not only for silicon oxidation but also for silicidation of silicon, and similar effects can be obtained.

【0019】すなわち、本発明に係る応力のシミュレー
ション方法は、時刻t0のステップにおいて時間増分d
t間にシリサイド化されるシリコン領域に対して、シリ
コンがシリサイドに変化する際の体積膨張に対応した非
等方性初期歪み増分、シリサイドの熱歪み増分およびク
リープ歪み増分を与えるとともに、シリコンがシリサイ
ドに変化するときの剛性変化の効果(シリコンとシリサ
イドの剛性差に対応したもの)を初期応力増分として与
えて応力計算を行い、シリコンを含む構造全体に対して
力の釣り合いがとれるまで前記応力計算を繰り返し行う
ことを特徴とする。
That is, in the stress simulation method according to the present invention, the time increment d
The silicon region to be silicided during t is provided with an anisotropic initial strain increment, a thermal strain increment of the silicide, and a creep strain increment corresponding to the volume expansion when the silicon changes to silicide, and the silicon is silicidized. The effect of stiffness change (corresponding to the difference in stiffness between silicon and silicide) is given as an initial stress increment to perform stress calculation, and the stress calculation is performed until the force is balanced for the entire structure including silicon. Is repeatedly performed.

【0020】[0020]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面を
参照して説明する。図1はシリコンの酸化におけるシミ
ュレーション方法を示したフローチャートであり、図2
は図1のフローチャートに対応したシリコン・オキサイ
ド界面の変化の様子を示した模式図である。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a flowchart showing a simulation method for oxidizing silicon, and FIG.
FIG. 3 is a schematic view showing a state of a change of a silicon oxide interface corresponding to the flowchart of FIG. 1.

【0021】まず、時刻t0時点での応力分布に対応し
た拡散係数、反応係数、粘性係数に基づいて、オキサイ
ド内の酸化種拡散計算を実施し、シリコン1とオキサイ
ド2(図2参照)との界面の酸化フラックスベクトルq
(r)を求める。ここで、rは時刻t0におけるシリコ
ン・オキサイド界面の位置ベクトルである。この酸化フ
ラックスは,事後のシリコン・オキサイド界面の移動に
際して、時刻t0時点の基準値を与えるので保存してお
き、新たにq0 (=q)なる酸化フラックスベクトルを
定義しておく(ステップa)。
First, based on the diffusion coefficient, reaction coefficient, and viscosity coefficient corresponding to the stress distribution at the time t0, calculation of diffusion of oxidizing species in the oxide is performed to determine the relationship between silicon 1 and oxide 2 (see FIG. 2). Interface oxidation flux vector q
(R) is obtained. Here, r is a position vector of the silicon oxide interface at time t0. The oxidation flux is given a reference value at the time t0 when the silicon oxide interface moves afterward, so that it is stored and a new oxidation flux vector q0 (= q) is defined (step a).

【0022】次に、酸化フラックスの方向へ係数α/N
(ただし、α=0.44、N:単位体積当たりのオキサ
イドを形成するのに必要な酸化種)を乗じた分の距離ベ
クトルdx(dx=(α/N)・q0 ・dt)だけシリ
コン・オキサイド界面を移動させる。時刻t0の界面と
dx分だけ移動した界面との間の領域がシリコンからオ
キサイドに変化する領域である(ステップb) 。
Next, the coefficient α / N is set in the direction of the oxidation flux.
(However, α = 0.44, N: oxidizing species necessary to form oxide per unit volume) multiplied by the distance vector dx (dx = (α / N) · q0 · dt). Move the oxide interface. The area between the interface at time t0 and the interface moved by dx is the area where silicon changes to oxide (step b).

【0023】次に、デバイス構造全体に対して、各材料
に付随した熱歪み増分、クリープ歪み増分等を与えて応
力計算を行い、変位増分、応力を求める。dt時間内の
温度変動分に対応して、シリコン基板の自由熱膨張増分
ベクトルdvをデバイスの側方境界に強制変位として与
える。求められた変位増分により形状の更新を行う。
Next, the entire device structure is subjected to stress calculation by giving an increment of thermal strain, an increment of creep strain, etc., associated with each material, and a displacement increment and stress are obtained. A free thermal expansion increment vector dv of the silicon substrate is given as a forced displacement to a lateral boundary of the device in accordance with the temperature fluctuation within the dt time. The shape is updated based on the obtained displacement increment.

【0024】ステップbで求めたシリコンからオキサイ
ドに変化する領域以外の領域(例えばオキサイド、シリ
コンなどの領域)に対しては、以下の応力・歪み関係式 dσ=Dox(dε−dεc ox−dεthox) dσ=Ds (dε−dεths ) を用いるものとする。ただし、dσは応力増分テンソ
ル、dεは歪み増分テンソル、dεc oxはオキサイドの
粘性流動効果を表わすクリープ歪み増分テンソル、dε
thoxはオキサイドの熱歪み増分テンソル、Doxはオキサ
イドの4階弾性テンソルであり、Ds はシリコンの4階
弾性テンソル、dεths はシリコンの熱歪み増分テンソ
ルである。
For a region other than the region that changes from silicon to oxide obtained in step b (for example, a region of oxide, silicon, etc.), the following stress-strain relational expression dσ = D ox (dε−dεc ox −dεth) ox ) dσ = D s (dε−dεth s ). Where dσ is a stress increment tensor, dε is a strain increment tensor, dεc ox is a creep strain increment tensor representing the viscous flow effect of oxide, dε
th ox is the thermal strain increment tensor of oxide, D ox is the fourth order elastic tensor of oxide, D s is the fourth order elastic tensor of silicon, and dεth s is the thermal strain increment tensor of silicon.

【0025】ステップbで求めたシリコンからオキサイ
ドに変化する領域に対しては、以下の応力・歪み関係式 dσ=Dox(dε−dεc ox−dεthox−dεv )+d
g を用いる。ただし、dεv はシリコンがオキサイドに変
化するときの1次元体積膨張歪みに対応した非等方性初
期歪み増分テンソルであり、dgはシリコンがオキサイ
ドに変化するときのシリコンとオキサイドの剛性差に対
応した初期応力増分テンソルである。
[0025] Step for the region changes oxide of silicon obtained b, the following stress-strain relationship dσ = D ox (dε-dεc ox -dεth ox -dεv) + d
g. Here, dεv is an anisotropic initial strain increment tensor corresponding to one-dimensional volume expansion strain when silicon changes to oxide, and dg corresponds to a difference in rigidity between silicon and oxide when silicon changes to oxide. Initial stress increment tensor.

【0026】また、Rを全体座標系からシリコンとオキ
サイドの界面に設定された局所直行座標系への変換行
列、RT をRの転置行列、dεv L を局所座標系におけ
る体積膨張増分テンソルとして、 dεv =RT ・dεv L ・R と表わしたとき、シリコンとオキサイドの界面の酸化フ
ラックスの方向を局所第1座標成分としたときの体積膨
張率をdεn (一般にシリコンがオキサイドへ変化する
場合には体積が2.2倍に増加するので、体積膨張率d
εn は1.2となる)として、
Further, R is a transformation matrix from the global coordinate system to the local orthogonal coordinate system set at the interface between silicon and oxide, R T is a transposed matrix of R, and dεv L is a volume expansion increment tensor in the local coordinate system. Diipushironv = when expressed as R T · dεv L · R, in the case where the silicon volume expansion rate when the direction of the oxidizing flux at the interface between silicon and oxide and the local first coordinate component Diipushiron'enu (typically changes to oxides Since the volume increases 2.2 times, the volume expansion rate d
εn is 1.2)

【0027】[0027]

【数3】 と表わすことができる。(Equation 3) Can be expressed as

【0028】また、オキサイドの温度T0 での線膨張係
数をαox( T0 ) とし、δijをクロネッカーのデルタと
して、参照温度Tref から時刻t0 の温度T0 の間で生
じるオキサイドの熱歪みテンソルεthoxを εthox=αox( T0 ) (T0 −Tref )δij と表したときに、εt0を時刻t0 におけるシリコン中の
全歪みテンソル、σt0s を時刻t0 のシリコンの応力テ
ンソルとして、前記dgを dg=Dox(εt0−εthox)−σt0 と表わすことができる(ステップc)。
The thermal expansion tensor εth ox of the oxide generated between the reference temperature Tref and the temperature T0 at time t0 is defined as α ox (T0), where δ ij is the delta of Kronecker, where α is the linear expansion coefficient at the temperature T0 of the oxide. the when expressed as εth ox = α ox (T0) (T0 -Tref) δ ij, the total strain tensor in the silicon at time t0 the Ipushironti0, as the stress tensor of silicon Shigumati0 s time t0, the dg dg = it can be expressed as D ox (εt0-εth ox) -σt0 s ( step c).

【0029】上記応力計算では、顕著な変形やクリープ
歪みに見られるような顕著な応力依存性があるので、デ
バイス構造全体の力の釣り合いが1回の計算では保証さ
れない。そのため、形状、応力を更新しながら力の釣り
合いをチェックし、釣り合いがとれるまで計算を繰り返
す(繰り返し回数は通常3回程度)。力の釣り合いが取
れていない場合には、残差力に関する平衡反復計算を行
い、ステップcへと戻る。
In the above stress calculation, since there is a remarkable stress dependency such as a remarkable deformation or creep strain, the balance of the force of the entire device structure cannot be guaranteed by one calculation. Therefore, the balance of the force is checked while updating the shape and the stress, and the calculation is repeated until the balance is obtained (the number of repetitions is usually about three times). If the forces are not balanced, an equilibrium repetition calculation regarding the residual force is performed, and the process returns to step c.

【0030】次に、上記ステップで求められたオキサイ
ド形状とオキサイド内応力に基づいて拡散、反応係数を
算出する。この拡散、反応係数を用いて酸化種の拡散計
算を行い、シリコン・オキサイド界面の酸化フラックス
ベクトルQを求め、時刻t0の酸化フラックスベクトル
qとの平均値qn (qn =(Q+q)/2)を求める
( ステップd) 。
Next, diffusion and a reaction coefficient are calculated based on the oxide shape and the oxide stress obtained in the above steps. The diffusion flux of the oxidizing species is calculated using the diffusion and reaction coefficients to obtain an oxidation flux vector Q at the silicon-oxide interface, and an average value qn (qn = (Q + q) / 2) of the oxidation flux vector q at time t0 is calculated. Ask
(Step d).

【0031】この平均値qn がステップbで仮定したq
0 と同じになるまで上記ステップb−dを繰り返す。q
n がq0 と同じになれば収束したとみなし、次の時間ス
テップへと進み、上記ステップa−dを再度実施する。
The average value qn is equal to the value q assumed in step b.
Steps b-d are repeated until the value becomes equal to 0. q
When n becomes the same as q0, it is considered that the convergence has been reached, the process proceeds to the next time step, and the above steps a to d are performed again.

【0032】なお、本発明は上記実施形態に限定される
ものではない。上記実施形態では、シリコンの酸化に対
するシミュレーションについて説明したが、例えば図1
に示したステップa−cと同様のステップを繰り返すこ
とにより、酸化の代わりにシリサイド化についても同様
のシミュレーションを実施することができる。その他、
本発明はその要旨を逸脱しない範囲内において種々変形
して実施することが可能である。
The present invention is not limited to the above embodiment. In the above embodiment, the simulation for the oxidation of silicon has been described.
By repeating the steps similar to the steps a to c shown in (1), a similar simulation can be performed for silicidation instead of oxidation. Others
The present invention can be implemented with various modifications without departing from the scope of the invention.

【0033】[0033]

【発明の効果】本発明によれば、酸化応力(或いはシリ
サイド化応力)と熱応力とを同時に考慮し、デバイス構
造全体に対して力の釣り合いがとれるまで繰り返し計算
を行うことにより、正確に応力を求めることができる。
According to the present invention, an oxidative stress (or a silicidation stress) and a thermal stress are considered at the same time, and the calculation is repeatedly performed until the force is balanced for the entire device structure, thereby accurately calculating the stress. Can be requested.

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

【図1】本発明の実施形態を示した図であり、シリコン
の酸化におけるシミュレーション方法を示したフロー
図。
FIG. 1 is a view showing an embodiment of the present invention, and is a flow chart showing a simulation method in oxidation of silicon.

【図2】図1のフローチャートに対応したシリコン・オ
キサイド界面の変化の様子を示した模式図。
FIG. 2 is a schematic view showing a state of a change of a silicon oxide interface corresponding to the flowchart of FIG. 1;

【図3】従来技術を示した図であり、シリコンの酸化に
おけるシミュレーション方法を示したフロー図。
FIG. 3 is a view showing a conventional technique, and is a flow chart showing a simulation method in oxidation of silicon.

【図4】図3のフローチャートに対応したシリコン・オ
キサイド界面の変化の様子を示した模式図。
FIG. 4 is a schematic diagram showing a state of a change of a silicon oxide interface corresponding to the flowchart of FIG. 3;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…シリコン 2…オキサイド 1. Silicon 2. Oxide

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】時刻t0のステップにおいて時間増分dt
間に酸化されるシリコン領域に対して、シリコンがオキ
サイドに変化する際の体積膨張に対応した非等方性初期
歪み増分、オキサイドの熱歪み増分およびクリープ歪み
増分を与えるとともに、シリコンがオキサイドに変化す
るときの剛性変化の効果を初期応力増分として与えて応
力計算を行い、シリコンを含む構造全体に対して力の釣
り合いがとれるまで前記応力計算を繰り返し行うことを
特徴とする応力のシミュレーション方法。
1. A time increment dt in a step at time t0.
In addition to providing anisotropic initial strain increments corresponding to the volume expansion of silicon as it changes to oxide, thermal oxide and creep strain of oxide, and the silicon being converted to oxide, A stress simulation method characterized in that the effect of a change in stiffness is given as an initial stress increment, stress calculation is performed, and the stress calculation is repeated until the forces are balanced with respect to the entire structure including silicon.
【請求項2】シリコンがオキサイドに変化する領域に対
する応力・歪み関係式を、dσを応力増分テンソル、d
εを歪み増分テンソル、Doxをオキサイドの4階弾性テ
ンソル、dεc oxをオキサイドのクリープ歪み増分テン
ソル、dεthoxをオキサイドの熱歪み増分テンソル、d
εv を非等方性初期歪み増分テンソル、dgを初期応力
増分テンソルとして、 dσ=Dox(dε−dεc ox−dεthox−dεv )+d
g と表わし、 Rを全体座標系からシリコンとオキサイドの界面に設定
された局所直交座標系への変換行列、RT をRの転置行
列、dεv L を局所座標系における体積膨張増分テンソ
ルとして、前記dεv を dεv =RT ・dεv L ・R と表わしたときに、 シリコンとオキサイドの界面の酸化フラックスの方向を
局所第1座標成分としたときの体積膨張率をdεn とし
て、 【数1】 と表わし、 オキサイドの温度T0 での線膨張係数をαox( T0 ) と
し、δijをクロネッカーのデルタとして、参照温度Tre
f から時刻t0 の温度T0 の間で生じるオキサイドの熱
歪みテンソルεthoxを εthox=αox( T0 ) (T0 −Tref )δij と表したときに、 εt0を時刻t0 におけるシリコン中の全歪みテンソル、
σt0s を時刻t0 のシリコンの応力テンソルとして、前
記dgを dg=Dox(εt0−εthox)−σt0s と表わすことを特徴とする請求項1に記載の応力のシミ
ュレーション方法。
2. A stress-strain relational expression for a region where silicon changes to an oxide, dσ is a stress increment tensor, d
ε is the strain increment tensor, D ox is the fourth order elasticity tensor of oxide, dεc ox is the creep strain increment tensor of oxide, dεth ox is the thermal strain increment tensor of oxide, d
Anisotropic initial strain increment tensor .epsilon.v, as initial stress increment tensor dg, dσ = D ox (dε -dεc ox -dεth ox -dεv) + d
where R is a transformation matrix from the global coordinate system to the local rectangular coordinate system set at the interface between silicon and oxide, R T is a transposed matrix of R, and dεv L is a volume expansion increment tensor in the local coordinate system. the Diipushironv when expressed as dεv = R T · dεv L · R, the volume expansion rate when the direction of the oxidizing flux at the interface between silicon and oxide and the local first coordinate component as Diipushiron'enu, Equation 1] Where α ox (T 0) is the linear expansion coefficient of the oxide at the temperature T 0, δ ij is the Kronecker delta, and the reference temperature Tre
When representing the thermal distortion tensor Ipushironth ox of oxide occurring between the temperature T0 at time t0 εth ox = α ox (T0 ) and (T0 -Tref) δ ij from f, the total strain in the silicon εt0 at time t0 tensor,
The Shigumati0 s as the stress tensor of the silicon at the time t0, the stress simulation method according to claim 1, characterized in that representing the dg and dg = D ox (εt0-εth ox) -σt0 s.
【請求項3】時刻t0のステップにおいて時間増分dt
間に酸化されるシリコン領域に対して、シリコンがオキ
サイドに変化する際の体積膨張に対応した非等方性初期
歪み増分、オキサイドの熱歪み増分およびクリープ歪み
増分を与えるとともに、シリコンがオキサイドに変化す
るときの剛性変化の効果を初期応力増分として与えて応
力計算を行い、シリコンを含む構造全体に対して力の釣
り合いがとれるまで前記応力計算を繰り返し、この力の
釣り合いがとれた条件で算出される酸化フラックスが所
定の値になるまでさらに前記応力計算を繰り返し行うこ
とを特徴とする応力のシミュレーション方法。
3. A time increment dt in a step at time t0.
In addition to providing anisotropic initial strain increments corresponding to the volume expansion of silicon as it changes to oxide, thermal oxide and creep strain of oxide, and the silicon being converted to oxide, The effect of the change in stiffness is given as an initial stress increment, stress is calculated, and the above-described stress calculation is repeated until the force is balanced with respect to the entire structure including silicon, which is calculated under the condition where the force is balanced. A stress simulation method wherein the stress calculation is repeated until the oxidation flux reaches a predetermined value.
【請求項4】時刻t0のステップにおいて時間増分dt
間にシリサイド化されるシリコン領域に対して、シリコ
ンがシリサイドに変化する際の体積膨張に対応した非等
方性初期歪み増分、シリサイドの熱歪み増分およびクリ
ープ歪み増分を与えるとともに、シリコンがシリサイド
に変化するときの剛性変化の効果を初期応力増分として
与えて応力計算を行い、シリコンを含む構造全体に対し
て力の釣り合いがとれるまで前記応力計算を繰り返し行
うことを特徴とする応力のシミュレーション方法。
4. A time increment dt in a step at time t0.
In addition to providing anisotropic initial strain increments corresponding to volume expansion when silicon changes to silicide, thermal silicide increments, and creep strain increments for the silicon region to be silicided, silicon is added to silicide. A stress simulation method, wherein a stress calculation is performed by giving an effect of a change in rigidity as an initial stress increment when the change is made, and the stress calculation is repeated until the force is balanced with respect to the entire structure including silicon.
【請求項5】シリコンがシリサイドに変化する領域に対
する応力・歪み関係式を、dσを応力増分テンソル、d
εを歪み増分テンソル、Dscをシリサイドの4階弾性テ
ンソルとし、dεc scをシリサイドのクリープ歪み増分
テンソル、dεthscをシリサイドの熱歪み増分テンソ
ル、dεv を非等方性初期歪み増分テンソル、dgを初
期応力増分テンソルとして、 dσ=Dsc(dε−dεc sc−dεthsc−dεv )+d
g と表わし、 Rを全体座標系からシリコンとシリサイドの界面に設定
された局所直交座標系への変換行列、RT をRの転置行
列、dεv L を局所座標系における体積膨張増分テンソ
ルとして、前記dεv を dεv =RT ・dεv L ・R と表わしたときに、 シリコンとシリサイドの界面のシリサイド化フラックス
の方向を局所第1座標成分としたときの体積膨張率dε
n として、 【数2】 と表わし、 シリサイドの温度T0 での線膨張係数をαsc( T0 ) と
し、δijをクロネッカーのデルタとして、参照温度Tre
f から時刻t0 の温度T0 の間で生じるシリサイドの熱
歪みテンソルεthscを εthsc=αsc( T0 ) (T0 −Tref )δij と表したときに、 εt0を時刻t0 におけるシリコン中の全歪みテンソル、
σt0s を時刻t0 のシリコンの応力テンソルとして、前
記dgを dg=Dsc(εt0−εthsc)−σt0s と表わすことを特徴とする請求項4に記載の応力のシミ
ュレーション方法。
5. A stress-strain relational expression for a region where silicon changes to silicide, dσ is a stress increment tensor, d
ε is a strain increment tensor, D sc is a fourth order elastic tensor of silicide, dεc sc is a creep strain increment tensor of silicide, dεth sc is a thermal strain increment tensor of silicide, dεv is an anisotropic initial strain increment tensor, dg is As the initial stress increment tensor, dσ = D sc (dε−dεc sc −dεth sc −dεv) + d
where R is the transformation matrix from the global coordinate system to the local rectangular coordinate system set at the interface between silicon and silicide, R T is the transposed matrix of R, and dεv L is the volume expansion increment tensor in the local coordinate system. the Diipushironv when expressed as dεv = R T · dεv L · R, volume expansion rate dε when the direction of the silicidation flux at the interface between silicon and silicide was localized first coordinate component
As n, Where the linear expansion coefficient at the temperature T0 of the silicide is α sc (T0), δ ij is the Kronecker delta, and the reference temperature Tre
When representing the silicide thermal strain tensor Ipushironth sc occurring between the temperature T0 at time t0 εth sc = α sc (T0 ) and (T0 -Tref) δ ij from f, the total strain in the silicon εt0 at time t0 tensor,
The Shigumati0 s as the stress tensor of the silicon at the time t0, the stress simulation method according to claim 4, characterized in that representing the dg and dg = D sc (εt0-εth sc) -σt0 s.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009099800A (en) * 2007-10-17 2009-05-07 Oki Semiconductor Co Ltd Stress distribution calculation method of semiconductor oxidation process

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009099800A (en) * 2007-10-17 2009-05-07 Oki Semiconductor Co Ltd Stress distribution calculation method of semiconductor oxidation process

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