JPH1145922A - Method for material strength simulation - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、基体の強度を見積
もるための材料強度シミュレーション方法、並びに基体
に任意の処理を施した際、欠陥発生の有無を見積もるプ
ロセスシミュレーション方法に関する。The present invention relates to a material strength simulation method for estimating the strength of a substrate and a process simulation method for estimating the presence or absence of defects when an arbitrary process is performed on the substrate.
【０００２】[0002]
【従来の技術】ＬＳＩ素子の製造プロセスの酸化，成
膜，イオン注入或いはアニール工程等において、プロセ
ス中に発生する応力が素子に作用することによって転位
等の欠陥が発生して素子の電気的特性に悪影響を及ぼ
し、歩留まりを悪化させることが知られている。ＬＳＩ
の歩留まりを向上させるために、電気的特性に悪影響を
及ぼす欠陥を発生させない製造プロセスを如何にして設
計するかが課題となっている。2. Description of the Related Art In an oxidizing, film forming, ion implanting or annealing step of a manufacturing process of an LSI device, a stress generated during the process acts on the device to generate defects such as dislocations, resulting in electrical characteristics of the device. Is known to adversely affect the yield and deteriorate the yield. LSI
In order to improve the yield, there is a problem how to design a manufacturing process that does not generate defects that adversely affect electrical characteristics.
【０００３】従来、この課題に対し、プロセス中に発生
する応力を弾性論に基づく応力シミュレーションを用い
て計算し、どのプロセスで大きな応力が発生するか、ま
た素子のどの個所に大きな応力が発生するのか評価され
ていた。Conventionally, in order to solve this problem, the stress generated during the process is calculated by using a stress simulation based on the theory of elasticity, and in which process a large stress is generated and in which part of the element a large stress is generated. Had been evaluated.
【０００４】しかしながら、応力シミュレーションで
は、素子の特定の個所に作用する応力値はわかるもの
の、実際に素子に欠陥が発生するかどうかは分からなか
った。つまり、素子に大きな応力が発生した場合、その
応力値より素子の強度が大きければ、転位等の電気的特
性に悪影響を及ぼす欠陥は発生しない。また、応力値が
小さくても素子の強度が小さければ欠陥が発生すること
もある。従って、応力の値のみから欠陥発生の予測を行
うことはできないという問題があった。[0004] However, in the stress simulation, although the stress value acting on a specific portion of the element is known, it is not known whether or not a defect actually occurs in the element. That is, when a large stress is generated in the element and the strength of the element is larger than the stress value, no defect that adversely affects the electrical characteristics such as dislocation occurs. Even if the stress value is small, a defect may occur if the strength of the element is small. Therefore, there is a problem that it is not possible to predict the occurrence of a defect only from the stress value.
【０００５】一方、基板材料に応力を印加したときに、
転位等の大きな欠陥が発生するかを評価する方法、すな
わち基板の強度を評価する方法としては、実験的に基板
に応力を印加して転位発生の有無を調べる強度試験法
（三点曲げ試験法、四点曲げ試験法、球圧子試験法等）
がある。On the other hand, when stress is applied to the substrate material,
As a method of evaluating whether or not a large defect such as a dislocation is generated, that is, a method of evaluating the strength of a substrate, a stress test method (a three-point bending test method) for experimentally applying stress to a substrate to check for the occurrence of dislocation , Four-point bending test method, ball indenter test method, etc.)
There is.
【０００６】これらの強度試験法では、実際に素子を作
成した後、強度試験を行うため、多大な時間とお金がか
かり、効率的ではないという問題がある。さらに、これ
らの試験方法では、基板全体、或いは基板の最表面のみ
に応力が作用し、素子の特定の個所の局所的な強度を検
出することが困難であり、素子の強度分布を評価するこ
とができないという問題があった。In these strength test methods, since a strength test is performed after an element is actually produced, it takes a lot of time and money, and there is a problem that it is not efficient. Furthermore, in these test methods, stress acts on the entire substrate or only the outermost surface of the substrate, and it is difficult to detect the local intensity at a specific portion of the device. There was a problem that can not be.
【０００７】また、Ｓｉ基板に帯状のＳｉＮ膜を成膜
し、ＳｉＮ膜の大きな真性応力により膜端部に大きな応
力を局所的に作用させ欠陥発生の有無を調べることによ
ってＳｉ基板の強度を調べた例が、「材料」Vol.45,p13
22-1327(1996) に記載されている。Further, the strength of the Si substrate is examined by forming a strip-shaped SiN film on the Si substrate and locally applying a large stress to the film edge by the large intrinsic stress of the SiN film to check for the occurrence of defects. Examples are “Materials” Vol. 45, p13
22-1327 (1996).
【０００８】しかし、この強度評価方法では、ＳｉＮが
及ぼす真性応力に起因してＳｉ基板に発生する局所的な
応力は、空間的にかなりの分布をもっていると考えら
れ、どの領域のどの程度の応力が、転位発生の直接的な
原因となっているのかを判断することは困難であった。However, in this strength evaluation method, the local stress generated on the Si substrate due to the intrinsic stress exerted by SiN is considered to have a considerable spatial distribution, However, it was difficult to determine whether or not it was the direct cause of dislocation generation.
【０００９】さらに、強度を評価するには、ＳｉＮの膜
厚等を変え、転位発生の膜厚等の依存性を調べる必要が
あり、非常に煩雑であるという問題がある。しかも、強
度解析ができるのは、基板の表面付近のみであり、内部
については評価できず、強度分布を求めることができな
いという問題があった。また、実験的に強度を求める方
法においては、プロセスを行っている最中の強度を求め
ることは、原理的に困難であるという問題があった。Further, in order to evaluate the strength, it is necessary to change the thickness of SiN and the like, and to examine the dependence of dislocation generation on the thickness and the like, which is very complicated. In addition, there is a problem that the strength analysis can be performed only in the vicinity of the surface of the substrate, the inside cannot be evaluated, and the strength distribution cannot be obtained. Further, in the method of experimentally obtaining the strength, there is a problem that it is theoretically difficult to obtain the strength during the process.
【００１０】[0010]
【発明が解決しようとする課題】上述したように、実験
的な方法では、材料の強度を容易に求めることができな
いという問題があった。また、実験的に、プロセス途中
での材料の強度を求めることができないという問題があ
った。また、実験的に求められる強度は、材料全体若し
くは表面層のみで、局所的な強度を知ることができず、
強度分布を知ることができないという問題があった。As described above, there is a problem that the strength of the material cannot be easily obtained by the experimental method. Further, there is a problem that the strength of the material during the process cannot be determined experimentally. In addition, the strength required experimentally is the whole material or only the surface layer, the local strength cannot be known,
There was a problem that the intensity distribution could not be known.
【００１１】また、プロセス中に発生する応力による欠
陥発生の評価を行うことができないという問題があっ
た。本発明の目的は、プロセス後、プロセスの途中であ
っても材料の強度を容易に評価することができ、且つ強
度分布を求めることが可能な材料強度シミュレーション
方法を提供することにある。Another problem is that it is not possible to evaluate the occurrence of defects due to the stress generated during the process. An object of the present invention is to provide a material strength simulation method capable of easily evaluating the strength of a material even after the process, even during the process, and obtaining the strength distribution.
【００１２】また、本発明の別の目的は、応力の印加に
よる欠陥発生の評価を行うことができ、プロセス設計が
容易になるプロセスシミュレーション方法を提供するこ
とにある。Another object of the present invention is to provide a process simulation method that can evaluate the occurrence of defects due to the application of stress and facilitates process design.
【００１３】[0013]
［構成］本発明は、上記目的を達成するために以下のよ
うに構成されている。 （１） 本発明（請求項１）の材料強度シミュレーショ
ン方法は、基体の構造を入力する第１のステップと、前
記基体から所定領域を選択し、該所定領域に第１の応力
が印加された状態で、該所定領域の安定な原子配置を計
算する第２のステップと、第２のステップで計算された
原子配置に対し、第２の応力の印加，解放を行った後、
前記所定領域の安定な原子配置を計算する第３のステッ
プと、第２及び第３のステップで計算された原子配置を
比較して、原子配置の欠陥の有無を判定する第４のステ
ップと、第２の応力を変更して、第３及び第４のステッ
プを順次行い、前記所定領域の原子配置に欠陥が生じな
い最大の第２の応力を求める第５のステップとを含むこ
とを特徴とする。[Configuration] The present invention is configured as described below to achieve the above object. (1) In the material strength simulation method of the present invention (claim 1), a first step of inputting a structure of a base, a predetermined area is selected from the base, and a first stress is applied to the predetermined area. In the state, after performing a second step of calculating a stable atomic arrangement in the predetermined region and applying and releasing a second stress to the atomic arrangement calculated in the second step,
A third step of calculating a stable atomic arrangement in the predetermined region, a fourth step of comparing the atomic arrangements calculated in the second and third steps, and determining the presence or absence of a defect in the atomic arrangement; A fifth step of sequentially performing the third and fourth steps by changing the second stress, and obtaining a maximum second stress that does not cause a defect in the atomic arrangement in the predetermined region. I do.
【００１４】本発明の好ましい実施態様を以下に示す。
安定な原子配置、或いは原子の移動する軌跡を計算する
に際し、分子動力学法を用いる。Preferred embodiments of the present invention will be described below.
A molecular dynamics method is used for calculating a stable atomic arrangement or a moving trajectory of an atom.
【００１５】前記分子動力学法を用いた計算において、
前記基体を構成する原子に作用する力を計算するに際
し、電子の波動関数を考慮する。前記第１の応力は、前
記材料に対して処理を施したことによって発生する応力
である。 （２） 本発明（請求項５）のプロセスシミュレーショ
ン方法は、基体の構造及び該基体に対して施す処理方法
及び処理条件を入力する第１のステップと、前記基体か
ら所定領域を選択し、入力された処理方法及び処理条件
に応じた処理を前記基体に施した結果、該所定領域に作
用する応力値を計算し、計算された応力値を第１の応力
として、請求項１記載の材料強度シミュレーション方法
を用いて該所定領域の強度値を計算する第２のステップ
と、計算された応力値と強度値とを比較する第３のステ
ップと、第３のステップにおいて強度値が応力値より小
さかった場合、前記基体の原子配置に欠陥が生じると判
定し、前記処理方法又は処理条件の少なくとも一方を変
更して、前記所定領域に対して第２及び第３のステップ
を順次行う第４のステップと、前記第３のステップにお
いて強度値が応力値より大きかった場合、前記所定領域
の原子配置に欠陥が生じないと判定する第５のステップ
とを含むことを特徴とする。In the calculation using the molecular dynamics method,
In calculating the force acting on the atoms constituting the base, the wave function of electrons is taken into account. The first stress is a stress generated by performing a process on the material. (2) In the process simulation method of the present invention (claim 5), a first step of inputting a structure of a substrate, a processing method and processing conditions applied to the substrate, and selecting and inputting a predetermined region from the substrate. 2. The material strength according to claim 1, wherein a stress value acting on the predetermined region is calculated as a result of performing the process according to the performed processing method and the processing condition on the base, and the calculated stress value is used as a first stress. A second step of calculating an intensity value of the predetermined region using a simulation method, a third step of comparing the calculated stress value with the intensity value, and determining whether the intensity value is smaller than the stress value in the third step. In this case, it is determined that a defect occurs in the atomic arrangement of the substrate, and at least one of the processing method and the processing condition is changed, and a fourth step of sequentially performing the second and third steps on the predetermined region is performed. And a fifth step of determining that no defect occurs in the atom arrangement in the predetermined region when the strength value is larger than the stress value in the third step.
【００１６】［作用］分子動力学法を用いて計算機上で
素子の局所的な領域の強度を評価することにより、時間
をかけて実験的に評価する方法に比べ容易に評価するこ
とができ、且つ実験的には評価できない領域の強度を求
めることができるようになる。また、プロセス途中の状
態での原子配置を計算することによって、プロセス途中
での強度分布を知ることができる。[Effect] By evaluating the intensity of the local region of the element on a computer by using the molecular dynamics method, the evaluation can be performed more easily as compared with the method of experimentally evaluating over time. In addition, the intensity of an area that cannot be evaluated experimentally can be obtained. Further, by calculating the atom arrangement in the middle of the process, the intensity distribution in the middle of the process can be known.
【００１７】また、強度分布を材料全体にわたって求め
ることが可能になったので、応力シミュレーションの結
果と比較することによって、欠陥の発生を容易に判定す
ることができる。つまり、強度と応力との値を比較し、
強度の値が応力の値より大きければ欠陥が発生せず、強
度の値が応力の値より小さければ欠陥が発生する。Further, since the strength distribution can be obtained over the entire material, the occurrence of defects can be easily determined by comparing the strength distribution with the result of the stress simulation. In other words, compare the values of strength and stress,
If the strength value is larger than the stress value, no defect occurs, and if the strength value is smaller than the stress value, a defect occurs.
【００１８】[0018]
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を以下に図面
を参照して説明する。図１は、本発明の一実施形態に係
わる材料強度シミュレーション方法の手順を示す図であ
る。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram showing a procedure of a material strength simulation method according to one embodiment of the present invention.
【００１９】先ず、デバイス形状データ１１，プロセス
データ１２、基礎物理データ１３等のデータを入力する
（ステップＳ１）。なお、デバイス形状データ１１は、
図２（ａ）に示すような、ＬＳＩ素子において強度分布
を知りたい基板２１に形成されたＭＯＳトランジスタの
ソース・ドレイン領域２２（図２（ａ−１））やＳＴＩ
（シヤロー・トレンチ・アイソレーション）領域２４
（図２（ａ−２））等の素子分離領域等の形状である。
なお、図中の２３はＭＯＳトランジスタのゲート電極で
ある。First, data such as device shape data 11, process data 12, and basic physical data 13 are input (step S1). The device shape data 11 is
As shown in FIG. 2A, in the LSI element, the source / drain region 22 (FIG. 2A-1) of the MOS transistor formed on the substrate 21 for which the intensity distribution is to be known or the STI
(Shallow Trench Isolation) Region 24
(FIG. 2 (a-2)) and the like.
Incidentally, reference numeral 23 in the figure denotes a gate electrode of the MOS transistor.
【００２０】図２（ａ）に示したデバイス形状の構成は
断面図であるが、実際に入力されるデバイス形状データ
１１は３次元構造である。また、プロセスデータ１２
は、イオン注入やアニール等の欠陥が生じる可能性のあ
るプロセスで、強度を計算する対象のプロセスの条件が
入力される。さらに、基礎物理データ１３は、欠陥発生
を左右するＳｉ基板中の格子間酸素，空孔，格子間Ｓｉ
原子等の点欠陥（初期欠陥）の濃度等のデータである。The configuration of the device shape shown in FIG. 2A is a sectional view, but the device shape data 11 actually input has a three-dimensional structure. The process data 12
Is a process in which a defect such as ion implantation or annealing may occur, and the condition of the process whose strength is to be calculated is input. Furthermore, the basic physical data 13 indicates that interstitial oxygen, vacancies, and interstitial Si
This is data such as the concentration of point defects (initial defects) such as atoms.
【００２１】点欠陥の濃度の平衡状態における値は、Ap
plied Physics A,Vol.55,p121-134(1996) ，或いはMate
rial Research Society Sympojium Proceedings,Vol59,
P19-30(1986)に記載されている。また、陽電子消滅方等
を用いた実験を行うことにより、これらの値を見積もる
ことも可能である。The value of the point defect concentration in an equilibrium state is Ap
plied Physics A, Vol. 55, p121-134 (1996), or Mate
rial Research Society Sympojium Proceedings, Vol59,
P19-30 (1986). It is also possible to estimate these values by conducting an experiment using the positron annihilation method or the like.
【００２２】次いで、入力されているデバイス形状デー
タ１１の中から強度評価を行う領域を選択する（ステッ
プＳ２）。例えば、イオン注入により強度が劣化しやす
いソースドレイン領域等を選択する。Next, an area to be evaluated for strength is selected from the input device shape data 11 (step S2). For example, a source / drain region or the like whose strength is likely to be deteriorated by ion implantation is selected.
【００２３】次いで、プロセス条件データ１２に対応す
るプロセスの計算を行う（ステップＳ３）。ここでの計
算には、材料を構成する原子の間に作用する原子間ポテ
ンシャルエネルギーを考慮して、安定構造や原子の追跡
を行う分子動力学法等を用いる。分子動力学法では、原
子の運動をニュートンの運動方程式に基づき計算する
が、原子が平衡点の付近を振動する、すなわち格子振動
を行う時間（シリコン結晶では６４フェムト秒程度）よ
りも小さく時間を刻んで計算する必要がある。しかし、
アニールに対応する計算を行う場合、現実的な数時間の
アニールに対応する計算を全て直接行うには膨大な時間
がかかり、直接的に計算することは困難である。Next, a process corresponding to the process condition data 12 is calculated (step S3). In this calculation, a molecular dynamics method or the like for tracking a stable structure and atoms is used in consideration of the interatomic potential energy acting between atoms constituting the material. In the molecular dynamics method, the motion of an atom is calculated based on the Newton's equation of motion. It is necessary to calculate in steps. But,
When performing calculations corresponding to annealing, it takes an enormous amount of time to directly perform all calculations corresponding to realistic annealing for several hours, and it is difficult to calculate directly.
【００２４】そこで、ある温度領域での分子動力学計算
を行い、Ｓｉ基板中の格子間酸素，空孔，格子間Ｓｉ原
子等の点欠陥の拡散の度合い、すなわち拡散係数を求
め、求められた拡散係数を用いた拡散方程式を解くこと
により、アニール後の点欠陥の分布及び点欠陥が集積し
た点欠陥クラスターの分布を容易に計算することができ
る。Therefore, the molecular dynamics calculation in a certain temperature range was performed to determine the degree of diffusion of point defects such as interstitial oxygen, vacancies, and interstitial Si atoms in the Si substrate, that is, the diffusion coefficient. By solving the diffusion equation using the diffusion coefficient, the distribution of point defects after annealing and the distribution of point defect clusters in which point defects are accumulated can be easily calculated.
【００２５】なお、拡散方程式を用いた点欠陥の分布変
化の解析例としては、Journal of Electrochemical Soc
iety,Vol.143,p995-1001(1996)において、格子間酸素の
拡散及び格子間酸素が析出して生じた酸素析出物の密度
に関して述べられている。As an example of analyzing the change in distribution of point defects using the diffusion equation, see Journal of Electrochemical Soc.
Society, Vol. 143, p995-1001 (1996) describes the diffusion of interstitial oxygen and the density of oxygen precipitates generated by the precipitation of interstitial oxygen.
【００２６】具体的には、次に示す拡散方程式が用いら
れている。なお、次式においてＣO，ＣO ,op はそれぞ
れ格子間酸素，析出物（Oxide Precipitation ）となっ
た酸素の密度分布関数、ＤO は、酸素の拡散係数であ
る。Specifically, the following diffusion equation is used. In the following equation, C O , C O , and op are density distribution functions of interstitial oxygen and oxygen that has become a precipitate (Oxide Precipitation), respectively, and D O is a diffusion coefficient of oxygen.
【００２７】[0027]
【数１】 (Equation 1)
【００２８】この様な拡散方程式を解くことにより、ア
ニールに対応する任意の時間の点欠陥及び酸素析出物等
の密度分布を計算することが可能になる。そして、計算
で得られた分布密度関数に対応するように、格子間酸素
等の点欠陥及びその集合体を配置することにより、アニ
ール後の原子配置を計算する（ステップＳ４）。By solving such a diffusion equation, it is possible to calculate the density distribution of point defects, oxygen precipitates, and the like at an arbitrary time corresponding to annealing. Then, by arranging point defects such as interstitial oxygen and their aggregates so as to correspond to the distribution density function obtained by the calculation, the atomic arrangement after annealing is calculated (step S4).
【００２９】なお、場合によっては、入力されたデバイ
ス形状の全領域にわたって、アニール後の原子配置を計
算した後、領域を選択することも可能である。次いで、
選択領域に引っ張り応力、圧縮応力、或いはせん断応力
を印加した後、応力をゼロにした場合の原子配置を分子
動力学法を用いて計算する（ステップＳ５）。In some cases, it is possible to select the region after calculating the atomic arrangement after annealing over the entire region of the input device shape. Then
After a tensile stress, a compressive stress, or a shear stress is applied to the selected region, the atomic arrangement when the stress is reduced to zero is calculated using a molecular dynamics method (step S5).
【００３０】次いで、ステップＳ４で求められた応力印
加前の原子配置と、ステップＳ５で求められた原子配置
とを比較し、応力印加により選択領域に欠陥発生の判定
を行う（ステップＳ６）。Next, the atom arrangement before applying the stress obtained in step S4 is compared with the atomic arrangement obtained in step S5, and it is determined whether a defect is generated in the selected area by applying the stress (step S6).
【００３１】応力の小さいうちは、印加応力をゼロに戻
すと、選択領域中の原子の配置は、応力印加前の配置に
戻る、或いは数個の点欠陥が合体するに留まる。しか
し、応力が大きくなると、大きな点欠陥の集合体、ある
いは転位が発生し、印加応力をゼロに戻しても、これら
の点欠陥の集合体、あるいは転位は消失せず、選択領域
中に残留する。When the applied stress is returned to zero while the stress is small, the arrangement of atoms in the selected region returns to the arrangement before the stress is applied, or only a few point defects are united. However, when the stress increases, a large aggregate of point defects or dislocations occurs, and even if the applied stress is returned to zero, the aggregate of these point defects or dislocations does not disappear and remains in the selected region. .
【００３２】ここで、「大きな点欠陥の集合体」とは、
通常１０個以上の空孔より構成されるボイド，１０個以
上の格子間Ｓｉ原子が集積した積層欠陥領域及び数１０
０個以上の格子間酸素が集積してできる酸素析出物等を
意味しており、「転位」とは、螺旋転位並びに刃状転位
を意味している。Here, the “aggregate of large point defects” is
Voids usually composed of 10 or more vacancies, stacking fault regions in which 10 or more interstitial Si atoms are integrated, and
The term "dislocation" means a screw dislocation or an edge dislocation, which means an oxygen precipitate formed by accumulating zero or more interstitial oxygen.
【００３３】選択領域に欠陥が生じていない場合、先に
与えた応力より更に大きい応力値を入力し（ステップＳ
７）、新たに入力された応力解放後の原子配置を計算し
（ステップＳ５）、再度選択領域に欠陥発生の判定を行
う（ステップＳ６）。このステップＳ５，６，７のルー
プ処理は欠陥が発生するまで行う。If no defect has occurred in the selected area, a stress value larger than the previously applied stress is input (step S).
7) Then, the newly input atomic arrangement after stress release is calculated (step S5), and the occurrence of a defect is determined again in the selected area (step S6). The loop processing of steps S5, S6, S7 is performed until a defect occurs.
【００３４】そして、選択領域に欠陥が生じた判断され
た場合、欠陥が生じた応力値の前の段階で印加されてい
た応力値を臨界応力とし、選択領域の強度として定義す
る（ステップＳ８）。If it is determined that a defect has occurred in the selected area, the stress value applied at the stage prior to the stress value at which the defect occurred is defined as the critical stress and defined as the strength of the selected area (step S8). .
【００３５】次いで、別に領域があるか確認する（ステ
ップＳ９）。そして、別の領域がある場合、選択されて
いない領域を入力する（ステップＳ１０）。再度、先に
説明したステップＳ３〜８を行い選択領域での強度を求
める。Next, it is confirmed whether there is another area (step S9). If there is another area, an area that is not selected is input (step S10). Steps S3 to S8 described above are performed again to determine the intensity in the selected area.
【００３６】そして、最終的には、入力されたデバイス
形状データ１１の全３次元領域にわたって強度を求め
る。そして、デバイス形状データ１１の全域にわたって
強度を求めた後、図２（ｂ）（図２（ｂ−１），（ｂ−
２））に示すような強度分布を表示する（ステップＳ１
１）。Finally, the intensity is obtained over the entire three-dimensional area of the input device shape data 11. Then, after obtaining the intensity over the entire area of the device shape data 11, FIG. 2 (b) (FIG. 2 (b-1), (b-
An intensity distribution as shown in 2)) is displayed (step S1).
1).
【００３７】なお、最初の応力値で、欠陥が生じていた
場合、欠陥が発生しなくなるまで応力値を徐々に小さく
していきながら安定な原子配置の比較を行い、欠陥が発
生しなくなるまで行う。そして、欠陥が生じなくなった
応力値を臨界応力値とし、その領域の強度として定義す
る。If a defect occurs at the initial stress value, a stable comparison of the atomic arrangement is performed while gradually reducing the stress value until the defect does not occur, and the process is repeated until no defect occurs. . Then, the stress value at which no defect occurs is defined as a critical stress value, and defined as the strength of the region.
【００３８】以上のようにして、基板中の強度の分布を
計算機を用いて容易に評価することが可能となる。この
ような強度の評価は、様々なプロセスを経た後のみでは
なく、プロセスの実行中、例えば、イオン注入の途中や
アニールの途中にも、必要に応じ、随時実行可能であ
る。As described above, the intensity distribution in the substrate can be easily evaluated using a computer. Such evaluation of the strength can be performed as needed, not only after various processes, but also during the execution of the process, for example, during ion implantation or annealing.
【００３９】このように、素子中の各領域，各領域間の
境界での強度の計算が可能となり、マクロな実験ではモ
ニターできなかった局所的な強度の評価が可能となっ
た。より具体的な例として、Ｓｉ基板にＰイオンを加速
電圧８６０ｋｅＶ，１０14ｃｍ-2の濃度で注入した現合
に、イオン注入領域のＳｉ基板の強度がどの程度劣化す
るのかを解析した結果を図３に示す。また、比較のた
め、イオン注入を行わない場合の強度も評価している。
この図より、イオン注入を行うことにより、材料の強度
が劣化していることがわかる。この計算結果は、球圧子
試験法による実験結果と一致しており、現実の系を上記
した材料強度シミュレーションによって再現できること
が確認することができた。且つ、球圧子試験法よりもか
なり容易に、素子の強度を知ることができた。As described above, it is possible to calculate the intensity at each region in the element and at the boundary between the regions, and it is possible to evaluate the local intensity that could not be monitored in a macro experiment. As a more specific example, a result of analyzing how much the strength of the Si substrate in the ion implantation region deteriorates when P ions are implanted into the Si substrate at an acceleration voltage of 860 keV and a concentration of 10 14 cm −2. As shown in FIG. Further, for comparison, the strength without ion implantation is also evaluated.
From this figure, it is understood that the strength of the material is deteriorated by performing the ion implantation. This calculation result is consistent with the experimental result by the ball indenter test method, and it was confirmed that the actual system can be reproduced by the above-described material strength simulation. Moreover, the strength of the element could be known much more easily than the ball indenter test method.
【００４０】［第２実施形態］本実施形態では、先の実
施形態で説明した材料強度シミュレーションを用いた材
料強度シミュレータと、既知の応力シミュレータとを組
み合わせて、欠陥が生じることがないプロセスを求める
方法について説明する。[Second Embodiment] In the present embodiment, a process in which no defect occurs is obtained by combining a material strength simulator using the material strength simulation described in the previous embodiment with a known stress simulator. The method will be described.
【００４１】図４に本発明の第２実施形態に係わる最適
プロセス方法の手順を示す図である。先ず、材料強度シ
ミュレータ及び材料強度シミュレータにデバイス形状デ
ータ，プロセスデータ及び基礎物理データを入力する
（ステップＳ２１）。FIG. 4 is a diagram showing a procedure of an optimum process method according to the second embodiment of the present invention. First, device shape data, process data, and basic physical data are input to a material strength simulator and a material strength simulator (step S21).
【００４２】次いで、材料強度シミュレータを用いて、
第１実施形態で説明したシミュレーションを行い入力さ
れたデバイス形状の各領域における強度を計算する。ま
た、応力シミュレータを用いて、入力されたデバイス形
状の各領域に加わる応力を計算する（ステップＳ２
２）。Next, using a material strength simulator,
The simulation described in the first embodiment is performed to calculate the intensity in each region of the input device shape. Further, the stress applied to each region of the input device shape is calculated using the stress simulator (step S2).
2).
【００４３】次いで、デバイス形状データ中から領域を
選択し（ステップＳ２３）、選択した領域での応力値と
強度値との大きさを比較し、欠陥発生の判定を行う（ス
テップＳ２４）。ここで、強度値より応力値が大きい場
合には欠陥が生じ、強度値より応力値が小さい場合には
欠陥が生じない。Next, an area is selected from the device shape data (step S23), and the magnitude of the stress value and the intensity value in the selected area are compared to determine the occurrence of a defect (step S24). Here, when the stress value is larger than the strength value, a defect occurs, and when the stress value is smaller than the strength value, no defect occurs.
【００４４】欠陥が生じた場合、入力したプロセス条件
の変更、若しくはプロセスの見直しを行い、新たなプロ
セスデータを材料強度シミュレータ及び応力シミュレー
タに入力する（ステップＳ２５）。そして、新たに入力
されたプロセスデータの基で、それぞれのシミュレータ
でシミュレーションを行って強度及び応力を計算し、再
度強度値と応力値を比較し欠陥発生の有無を確認する。If a defect occurs, the input process conditions are changed or the process is reviewed, and new process data is input to the material strength simulator and the stress simulator (step S25). Then, based on the newly input process data, simulations are performed by the respective simulators to calculate the strength and stress, and the strength value and the stress value are compared again to confirm the presence or absence of a defect.
【００４５】欠陥が発生しないと判定された場合、欠陥
発生の判定を行っていない領域の有無を確認する（ステ
ップＳ２６）。判定を行っていない領域がある場合に
は、残っている領域から選択して、選択した部分での欠
陥発生の判定を行う。そして、全ての領域で欠陥発生の
判定を行い、シミュレーションを終了する。If it is determined that no defect occurs, it is confirmed whether or not there is an area for which no defect occurrence has been determined (step S26). If there is an area for which no determination has been made, a selection is made from the remaining areas to determine whether a defect has occurred in the selected portion. Then, it is determined that a defect has occurred in all the regions, and the simulation ends.
【００４６】以上説明したように、上記強度と応力との
比較を行うことによって、強度の劣化がより小さいプロ
セスをシミュレーションによって容易に検討することが
可能となり、実際のプロセスにおいて結晶欠陥の発生を
抑制することができる。As described above, by comparing the above-mentioned strength and stress, it is possible to easily examine by simulation a process in which the strength is less deteriorated, and to suppress the occurrence of crystal defects in the actual process. can do.
【００４７】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、原子の運動追跡、
及び安定な原子配置の計算に、分子動力学法を用いる場
合について説明した。しかし、電子の波動関数まで考慮
して原子間に働く力を求めると、より精度の高い計算を
実行することが可能となる。電子の波動関数まで考慮し
た原子間に働く力を求める方法は、Jornal of Physics
C,Vol.12,p4409-4422(1979) に述べられている。The present invention is not limited to the above embodiment. In the above embodiment, the motion tracking of the atom,
In addition, the case where the molecular dynamics method is used for calculation of stable atom arrangement has been described. However, if the force acting between atoms is determined in consideration of the wave function of electrons, more accurate calculations can be performed. The method of finding the force acting between atoms taking into account the electron wave function is described in the Journal of Physics
C, Vol. 12, p4409-4422 (1979).
【００４８】また実際に、電子の波動関数を用いて原子
間に働く力を求め、原子の運動追跡を行った例の１つ
は、Physical Review B,Vol49,p8076-8085(1994)に掲載
されている。ここでは、Ｓｉ表面の塩素分子によるエッ
チング反応における原子配置の変化を再現するために、
電子の波動関数まで考慮して、密度汎関数法に基づいた
方法により、原子間に働く力を求めることにより、Ｓｉ
表面に塩素分子を入射させた場合のＳｉ，Ｃｌ原子の運
動追跡を行っている。One example of actually tracking the motion of an atom by calculating the force acting between atoms using the electron wave function is described in Physical Review B, Vol 49, p8076-8085 (1994). ing. Here, in order to reproduce the change in atomic arrangement in the etching reaction by chlorine molecules on the Si surface,
By calculating the force acting between atoms by a method based on the density functional theory, taking into account the electron wave function, the Si
Motion tracking of Si and Cl atoms when chlorine molecules are incident on the surface is performed.
【００４９】また、電子の波動関数まで考慮した原子間
に働く力を求める方法は、原子の運動追跡だけでなく、
安定構造の計算にも十分適用可能であり、Physical Rev
iewLetters,Vol.77,p861-864(1996) には、Ｓｉ中の酸
素集合体の安定構造を計算した例が掲載されている。The method of obtaining the force acting between atoms in consideration of the wave function of electrons is not limited to tracking the motion of atoms.
Applicable to calculation of stable structure,
iewLetters, Vol. 77, p861-864 (1996) provides an example of calculating the stable structure of oxygen aggregates in Si.
【００５０】また、以上の例では、ＬＳＩのシリコンの
領域中の大きな点欠陥の集合件、あるいは、転移の発生
の有無について述べたが、ＬＳＩ素子において絶縁のた
めに用いられるシリコン酸化膜やシリコン窒化膜につい
ても、全く同様な解析が可能であり、それぞれの材料に
おける強度の評価が可能である。さらに、ＳｉとＳｉＯ
2 との間の界面のように、異なる材料間の境界領域での
強度をも解析することが可能である。その他、本発明
は、その要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施す
ることが可能である。Further, in the above example, the description has been made of the collection of large point defects or the occurrence of dislocation in the silicon region of the LSI. However, a silicon oxide film or a silicon oxide film used for insulation in an LSI element has been described. The same analysis can be performed for the nitride film, and the strength of each material can be evaluated. Further, Si and SiO
It is also possible to analyze the strength at the boundary region between different materials, such as the interface between the two . In addition, the present invention can be variously modified and implemented without departing from the gist thereof.
【００５１】[0051]
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、欠
陥発生を予測するために必要な材料の強度を、計算機を
用いて容易に評価することができる。またさらに、球圧
子試験法等の実験的な方法と比べ、より詳細な基板の強
度の値、すなわち強度分布がわかる。As described above, according to the present invention, the strength of a material necessary for predicting the occurrence of a defect can be easily evaluated using a computer. Further, compared with an experimental method such as a ball indenter test method, a more detailed value of the strength of the substrate, that is, a strength distribution can be found.
【００５２】また、本発明の材料強度シミュレーション
と応力シミュレーションと組み合わせることにより、欠
陥発生がないＬＳＩの製造プロセスを容易に設計するこ
とが可能となる。Further, by combining the material strength simulation and the stress simulation according to the present invention, it becomes possible to easily design an LSI manufacturing process free from defects.
【図１】第１実施形態に係わる材料強度シミュレーショ
ン方法の手順を示す図。FIG. 1 is a view showing a procedure of a material strength simulation method according to a first embodiment.
【図２】第１実施形態に係わる材料強度シミュレーショ
ン方法の解析結果である強度分布を示す図。FIG. 2 is a view showing an intensity distribution as an analysis result of the material strength simulation method according to the first embodiment.
【図３】第１実施形態に係わる材料強度シミュレーショ
ン方法によるイオン注入による強度変化の解析結果を示
す図。FIG. 3 is a view showing an analysis result of a change in intensity due to ion implantation by a material intensity simulation method according to the first embodiment.
【図４】第２実施形態に係わるプロセスシミュレーショ
ン方法の手順を示す図。FIG. 4 is a view showing a procedure of a process simulation method according to a second embodiment.
１１…デバイス形状データ １２…プロセスデータ １３…基礎物理データ ２１…基板 ２２…ソース・ドレイン領域 ２３…ゲート電極 ２４…ＳＴＩ領域 DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Device shape data 12 ... Process data 13 ... Basic physical data 21 ... Substrate 22 ... Source / drain area 23 ... Gate electrode 24 ... STI area
Claims (5)
力が印加された状態で、該所定領域の安定な原子配置を
計算する第２のステップと、 第２のステップで計算された原子配置に対し、第２の応
力の印加，解放を行った後、前記所定領域の安定な原子
配置を計算する第３のステップと、 第２及び第３のステップで計算された原子配置を比較し
て、原子配置の欠陥の有無を判定する第４のステップ
と、 第２の応力を変更して、第３及び第４のステップを順次
行い、前記所定領域の原子配置に欠陥が生じない最大の
第２の応力を求める第５のステップとを含むことを特徴
とする材料強度シミュレーション方法。1. A first step of inputting a structure of a base, selecting a predetermined area from the base, and performing a stable atom arrangement in the predetermined area while applying a first stress to the predetermined area. A second step of calculating; and a third step of calculating a stable atomic arrangement in the predetermined region after applying and releasing a second stress to the atomic arrangement calculated in the second step. A fourth step of comparing the atomic arrangements calculated in the second and third steps to determine the presence or absence of a defect in the atomic arrangement; a third and a fourth step of changing the second stress; And a fifth step of obtaining a maximum second stress that does not cause a defect in the atomic arrangement in the predetermined region.
力学法を用いることを特徴とする請求項１記載の材料強
度シミュレーション方法。2. The material strength simulation method according to claim 1, wherein a molecular dynamics method is used for calculating a stable atomic arrangement.
し、電子の波動関数を考慮することを特徴とする請求項
２記載の材料強度シミュレーション方法。3. The material strength according to claim 2, wherein in the calculation using the molecular dynamics method, a wave function of electrons is taken into account in calculating a force acting on atoms constituting the base. Simulation method.
を施したことによって発生する応力であることを特徴と
する請求項１記載の材料強度シミュレーション方法。4. The material strength simulation method according to claim 1, wherein the first stress is a stress generated by performing a process on the material.
法及び処理条件を入力する第１のステップと、 前記基体から所定領域を選択し、入力された処理方法及
び処理条件に応じた処理を前記基体に施した結果、該所
定領域に作用する応力値を計算し、計算された応力値を
第１の応力として、請求項１記載の材料強度シミュレー
ション方法を用いて該所定領域の強度値を計算する第２
のステップと、 計算された応力値と強度値とを比較する第３のステップ
と、 第３のステップにおいて強度値が応力値より小さかった
場合、前記基体の原子配置に欠陥が生じると判定し、前
記処理方法又は処理条件の少なくとも一方を変更して、
前記所定領域に対して第２及び第３のステップを順次行
う第４のステップと、 前記第３のステップにおいて強度値が応力値より大きか
った場合、前記所定領域の原子配置に欠陥が生じないと
判定する第５のステップとを含むことを特徴とするプロ
セスシミュレーション方法。5. A first step of inputting a structure of a substrate and a processing method and processing conditions applied to the substrate, selecting a predetermined area from the substrate, and performing processing according to the input processing method and processing conditions. Applying a stress value acting on the predetermined area to the base as a result of applying the calculated stress value as a first stress to the strength value of the predetermined area using the material strength simulation method according to claim 1. The second to calculate
And a third step of comparing the calculated stress value with the strength value. If the strength value is smaller than the stress value in the third step, it is determined that a defect occurs in the atomic arrangement of the substrate, By changing at least one of the processing method or processing conditions,
A fourth step of sequentially performing the second and third steps on the predetermined area; and if the intensity value is larger than the stress value in the third step, a defect does not occur in the atomic arrangement of the predetermined area. And a fifth step of determining.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20031397A JPH1145922A (en) | 1997-07-25 | 1997-07-25 | Method for material strength simulation |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20031397A JPH1145922A (en) | 1997-07-25 | 1997-07-25 | Method for material strength simulation |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1145922A true JPH1145922A (en) | 1999-02-16 |
Family
ID=16422241
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20031397A Pending JPH1145922A (en) | 1997-07-25 | 1997-07-25 | Method for material strength simulation |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1145922A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005276915A (en) * | 2004-03-23 | 2005-10-06 | Toshiba Corp | Process management system and method |
-
1997
- 1997-07-25 JP JP20031397A patent/JPH1145922A/en active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005276915A (en) * | 2004-03-23 | 2005-10-06 | Toshiba Corp | Process management system and method |
| JP4550453B2 (en) * | 2004-03-23 | 2010-09-22 | 株式会社東芝 | Process management system and process management method |
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