(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体の製造プロセスをシミュレーションする半導体プロセスシミュレーション方法において、
イオン注入する際に、イオン注入によってシリコン基板中に導入される格子間シリコン原子を考慮し、イオン注入工程後の熱処理工程における不純物拡散計算に不純物原子、格子間シリコン原子、およびシリコン原子空孔の点欠陥の連続式を連立して解く点欠陥拡散モデルを使用し、
前記点欠陥拡散モデルを使用して不純物拡散計算を行う際に、前記イオン注入工程でシリコン基板中に導入された不純物濃度が指定濃度以上ある領域は、不純物原子、格子間シリコン原子、およびシリコン原子空孔の拡散が行われない不動領域として拡散の連続方程式に寄与しないとし、
その不動領域は不純物拡散計算中に縮小して消失するとしたことを特徴とする半導体プロセスシミュレーション方法。
【請求項２】
前記シリコン基板中の拡散が行われる拡散領域と拡散が行われない不動領域との境界上における不純物原子、格子間シリコン原子、およびシリコン原子空孔は、２つの領域間で移動がないとして不純物拡散計算を行うことを特徴とする請求項１に記載の半導体プロセスシミュレーション方法。
【請求項３】
前記シリコン基板中の拡散が行われる拡散領域と拡散が行われない不動領域との境界上に格子点が存在するように生成したメッシュを不純物拡散計算に使用し、
前記不純物拡散計算中に前記不動領域が縮小するのに伴って、拡散領域と不動領域との境界上に格子点が存在するようにリメッシュすることを特徴とする請求項１に記載の半導体プロセスシミュレーション方法。
【請求項４】
前記シリコン基板中の拡散が行われる拡散領域と拡散が行われない不動領域との境界は、不純物拡散計算中に、境界面に対して垂直、かつ、不動領域の方向へ時間の関数で移動していくとしたことを特徴とする請求項１または請求項３に記載の半導体プロセスシミュレーション方法。
【請求項５】
前記不純物拡散計算の初期状態で拡散が行われないとした不動領域内の格子間シリコン原子とシリコン原子空孔の濃度を平衡濃度としたことを特徴とする請求項１に記載の半導体プロセスシミュレーション方法。
【請求項６】
半導体の製造プロセスをシミュレーションする半導体プロセスシミュレーション装置において、
シリコン基板へのイオン注入後の不純物濃度プロファイルと、拡散が行われるか不動であるかを判定する不純物の指定濃度に基づいて拡散が行われる拡散領域と拡散が行われない不動領域との境界を算出する第１の境界計算手段と、
前記不動領域内の格子間シリコン原子濃度、およびシリコン原子空孔濃度を平衡濃度として格子間シリコン原子濃度プロファイル、およびシリコン原子空孔濃度プロファイルを算出する点欠陥初期プロファイル計算手段と、
前記拡散領域と前記不動領域との境界上に格子点が配置されるようにメッシュを生成するメッシュ生成手段と、
不純物拡散計算の各ステップごとに、前記シリコン基板中の拡散領域と不動領域との境界が不純物拡散計算中に境界面に対して垂直、かつ、不動領域の方向へ時間の関数で移動していくとして新たな境界を算出する第２の境界計算手段と、
拡散工程中にリメッシュを行う際に、旧メッシュの格子上の物理量を新メッシュに投影する物理量投影計算手段と、
不純物原子、格子間シリコン原子、およびシリコン原子空孔の点欠陥の連続式を連立して解く点欠陥拡散モデルを使用した不純物拡散計算を行う点欠陥拡散モデル計算手段と、
を備えていることを特徴とする半導体プロセスシミュレーション装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体プロセスシミュレーション方法および装置に係り、さらに詳しくは、高濃度イオン注入後にシリコン結晶がアモルファス化された領域の熱処理による拡散状態の影響を考慮してシミュレーションを行う半導体プロセスシミュレーション方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
今日の半導体デバイス開発においては、半導体の製造プロセスをシミュレーションする半導体プロセスシミュレーション装置が重要な位置を占めており、商品として開発された半導体プロセスシミュレーション装置が普及しつつあり、半導体デバイスの開発者などに利用されている。
【０００３】
ところが、市販の半導体プロセスシミュレーション装置に組み込まれているモデルは、未だに物理的に不十分であるため、半導体デバイスを製造する際に、プロセスごとに用いるシミュレーションのパラメータの合わせ込みを行わなければならない場合が数多くあった。
【０００４】
特に、製造プロセスにおける熱処理工程では、年々熱処理温度が低くなってきており、このような低温の熱処理では、従来の高温の熱処理を用いた製造プロセスでは問題とならなかった高濃度イオン注入後の熱処理において、トランジェントな増速拡散が表れるようになってきている。
【０００５】
そこで、このトランジェントな増速拡散をシミュレーションするため、現在では、イオン注入によってシリコン結晶中に導入される結晶欠陥をモデル化して、半導体プロセスシミュレーション装置に取り入れるという試みが始められている。このような結晶欠陥モデルとしては、転位の輪モデルや｛３１１｝クラスタ（格子間シリコン原子クラスタ）モデルなどがある。
【０００６】
上記した結晶欠陥モデルによるトランジェントな増速拡散では、まず、イオン注入によりシリコン結晶中にダメージが導入されると、このダメージに伴って格子間シリコン原子クラスタや転移の輪などの結晶欠陥が形成される。このような結晶欠陥は、格子間シリコン原子のトラップサイト、あるいは供給源として作用するため、点欠陥拡散モデルの描像に従うと、不純物拡散に影響を与えることになる。このような格子間シリコン原子クラスタや転移の輪などの結晶欠陥は、形成される場所や分解する時間が異なるため、それぞれにトランジェントな増速拡散を説明することができる。
【０００７】
また、上記した結晶欠陥のパラメータについては、透過電子顕微鏡などによって観察される実験データに基づく数値を使用することが好ましいが、実際には、シミュレーション上の単なるパラメータとして扱われる場合が多く、必ずしも正確なシミュレーションが行われるとは限られなかった。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の半導体プロセスシミュレーション装置にあっては、点欠陥拡散モデルや結晶欠陥モデルに基づくトランジェントな増速拡散のシミュレーションにおいて、イオン注入直後の拡散計算を始める際の初期状態が非常に重要であると考えられているが、高濃度イオン注入直後に発生しているシリコン結晶のアモルファス化現象を考慮せずに、不純物の活性化濃度、イオン注入によるダメージ量、あるいは拡散係数など用いてシミュレーションの実データへの合わせ込みを行っていたため、シリコン結晶がアモルファス化された後の熱処理による拡散状態を計算によって、正確にシミュレーションすることができないという問題があった。
【０００９】
さらに、本願発明者らは、高濃度イオン注入によりシリコン結晶がアモルファス化された後の熱処理の拡散計算を考慮してシミュレーションを行う半導体プロセスシミュレーション装置について公知文献の検索を行ったが、見つけることはできなかった。
【００１０】
本発明は上記に鑑みてなされたものであって、高濃度イオン注入の際にシリコン結晶がアモルファス化したことによる影響をプロセスシミュレーションに取り入れて、より正確なシミュレーションを行うことができる半導体プロセスシミュレーション方法および装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために，請求項１に記載の発明は、半導体の製造プロセスをシミュレーションする半導体プロセスシミュレーション方法において、イオン注入する際に、イオン注入によってシリコン基板中に導入される格子間シリコン原子を考慮し、イオン注入工程後の熱処理工程における不純物拡散計算に不純物原子、格子間シリコン原子、およびシリコン原子空孔の点欠陥の連続式を連立して解く点欠陥拡散モデルを使用し、前記点欠陥拡散モデルを使用して不純物拡散計算を行う際に、前記イオン注入工程でシリコン基板中に導入された不純物濃度が指定濃度以上ある領域は、不純物原子、格子間シリコン原子、およびシリコン原子空孔の拡散が行われない不動領域として拡散の連続方程式に寄与しないとし、その不動領域は不純物拡散計算中に縮小して消失するとしたものである。
【００１２】
これによれば、イオン注入後の熱処理による不純物拡散計算を行う際に、注入された不純物濃度が指定濃度以上となるアモルファス化された領域では、不純物原子、格子間シリコン原子、およびシリコン原子空孔が拡散しない不動領域として考慮するとともに、アモルファス領域が熱処理工程中に再結晶化によってなくなるという性質を、不動領域が不純物拡散計算中に消失するとして考慮するようにしたため、半導体の製造プロセスをより正確にシミュレーションすることができる。
【００１３】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の半導体プロセスシミュレーション方法において、前記シリコン基板中の拡散が行われる拡散領域と拡散が行われない不動領域との境界上における不純物原子、格子間シリコン原子、およびシリコン原子空孔は、２つの領域間で移動がないとして不純物拡散計算を行うようにしたものである。
【００１４】
これによれば、拡散領域と不動領域との境界上における不純物原子、格子間シリコン原子、およびシリコン原子空孔は、２つの領域間で移動がないとして取り扱うようにしたため、シリコン基板を拡散領域と不動領域とに分けた場合に、不純物原子、格子間シリコン原子、およびシリコン原子空孔の全体量を保存することができる。
【００１５】
また、請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の半導体プロセスシミュレーション方法において、前記シリコン基板中の拡散が行われる拡散領域と拡散が行われない不動領域との境界上に格子点が存在するように生成したメッシュを不純物拡散計算に使用し、前記不純物拡散計算中に前記不動領域が縮小するのに伴って、拡散領域と不動領域との境界上に格子点が存在するようにリメッシュするものである。
【００１６】
これによれば、拡散領域と不動領域との境界上に格子点が存在するようにしたため、拡散領域と不動領域とを別な材料領域として取り扱うことが可能である。また、不純物拡散計算中に不動領域が縮小するのにともなって、計算対象領域をリメッシュする際にも、拡散領域と不動領域との境界上に格子点が存在するとしたことにより、不純物拡散計算の最中であっても、拡散領域と不動領域を別な材料領域として取り扱うことが可能となる。
【００１７】
また、請求項４に記載の発明は、請求項１または請求項３に記載の半導体プロセスシミュレーション方法において、前記シリコン基板中の拡散が行われる拡散領域と拡散が行われない不動領域との境界は、不純物拡散計算中に、境界面に対して垂直、かつ、不動領域の方向へ時間の関数で移動していくとしたものである。
【００１８】
これによれば、拡散領域と不動領域との境界は、不純物拡散計算中に境界に垂直で、不動領域方向へ時間の関数で移動していくとしたため、熱処理中にアモルファス領域が縮小して、消滅するというアモルファス領域の特徴を表現したプロセスシミュレーションを行うことが可能になる。
【００１９】
また、請求項５に記載の発明は、請求項１に記載の半導体プロセスシミュレーション方法において、前記不純物拡散計算の初期状態で拡散が行われないとした不動領域内の格子間シリコン原子とシリコン原子空孔の濃度を平衡濃度としたものである。
【００２０】
これによれば、不純物拡散計算の初期状態で拡散が行われないとした不動領域内の格子間シリコン原子とシリコン原子空孔の濃度を平衡濃度としたため、アモルファス領域が再結晶化する際に、再結晶化領域内のイオン注入によるダメージが解消されることを表現したプロセスシミュレーションを行うことが可能になる。
【００２１】
また、請求項６に記載の発明は、半導体の製造プロセスをシミュレーションする半導体プロセスシミュレーション装置において、シリコン基板へのイオン注入後の不純物濃度プロファイルと、拡散が行われるか不動であるかを判定する不純物の指定濃度に基づいて拡散が行われる拡散領域と拡散が行われない不動領域との境界を算出する第１の境界計算手段と、前記不動領域内の格子間シリコン原子濃度、およびシリコン原子空孔濃度を平衡濃度として格子間シリコン原子濃度プロファイル、およびシリコン原子空孔濃度プロファイルを算出する点欠陥初期プロファイル計算手段と、前記拡散領域と前記不動領域との境界上に格子点が配置されるようにメッシュを生成するメッシュ生成手段と、不純物拡散計算の各ステップごとに、前記シリコン基板中の拡散領域と不動領域との境界が不純物拡散計算中に境界面に対して垂直、かつ、不動領域の方向へ時間の関数で移動していくとして新たな境界を算出する第２の境界計算手段と、拡散工程中にリメッシュを行う際に、旧メッシュの格子上の物理量を新メッシュに投影する物理量投影計算手段と、不純物原子、格子間シリコン原子、およびシリコン原子空孔の点欠陥の連続式を連立して解く点欠陥拡散モデルを使用した不純物拡散計算を行う点欠陥拡散モデル計算手段と、を備えたものである。
【００２２】
これによれば、第１の境界計算手段によりイオン注入後の不純物濃度プロファイルに対して不純物の指定濃度に基づいて拡散領域と不動領域との境界を算出し、点欠陥初期プロファイル計算手段により不動領域内の格子間シリコン原子濃度やシリコン原子空孔濃度を平衡濃度として拡散計算の初期状態となる格子間シリコン原子濃度プロファイルおよびシリコン原子空孔濃度プロファイルを算出し、メッシュ生成部により拡散領域と不動領域との境界上に格子点が配置されるようにメッシュ生成を行い、第２の境界計算手段により不純物拡散計算の各ステップごとに、シリコン基板中の拡散領域と不動領域との境界が不純物拡散計算中に境界面に対して垂直、かつ、不動領域方向へ時間の関数で移動していくとして新たな境界を算出するようにし、物理量投影計算手段により拡散工程中にリメッシュを行う際に、旧メッシュの格子上の物理量を新メッシュに投影するようにした。このため、請求項１〜５に記載した半導体プロセスシミュレーション方法を実施することにより、半導体の製造プロセスのシミュレーションをより実際の製造プロセスに近づけ行うことができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の半導体プロセスシミュレーション方法および装置の実施の形態について、添付の図面を参照して詳細に説明する。
【００２４】
〔実施の形態１〕
図１は、シリコン基板へのイオン注入後の不純物濃度プロファイルと所定の指定濃度に基づいて拡散が行われない不動領域を決定する方法を説明する図である。図１の不純物濃度プロファイル１０における横軸は、シリコン基板の表面からの深さを示し、縦軸は不純物濃度を示している。
【００２５】
図１に示すように、イオン注入後のシリコン基板中の不純物濃度プロファイル１０に対して、半導体プロセスシュミレーション装置の使用者は、拡散を不動とする不純物濃度を指定濃度１２として指定し、これよりも高い不純物濃度からなる領域を拡散に対して不動な領域、すなわち不動領域１４とする。
【００２６】
一般的に、半導体プロセスのドーパントとして使用される不純物は、シリコン結晶格子のサイトへ置換が可能な置換型不純物原子である。このような置換型不純物原子の拡散は、不純物原子が格子間シリコン原子、あるいはシリコン原子間空孔と対を作ることによって拡散が進むと考えられており、この拡散メカニズムをモデル化したものが点欠陥拡散モデルである。
【００２７】
これに対して、上記したように高濃度のイオン注入によってシリコン基板中のシリコン結晶がアモルファス化された領域では、結晶格子が崩れてしまっていることから、格子間シリコン原子やシリコン原子間空孔の濃度を定義することができない。従って、不純物の拡散は、格子間シリコン原子やシリコン原子間空孔と対を作ることによる上記の拡散メカニズムが作用せず、シリコンの結合手が空いているサイトを不純物原子が移動していくという別の拡散メカニズムが主になると考えられる。このような拡散メカニズムでは、格子間シリコン原子やシリコン原子間空孔と対になる拡散メカニズムよりもかなり拡散速度が遅くなり、プロセスシミュレーション上では殆ど無視することができるため、不動領域１４としている。
【００２８】
このように、実施の形態１において、指定濃度１２以上の不純物濃度を持った領域（不動領域１４）では、シリコン結晶がアモルファス化していることから、不純物原子、格子間シリコン原子、あるいはシリコン原子間空孔の拡散が起こらない領域として処理するようにした。
【００２９】
また、図２は、拡散が行われる拡散領域１６と拡散が行われない不動領域１４との境界２０の移動を説明する図である。
【００３０】
図２において、拡散領域１６と不動領域１４との境界２０は、拡散によって不動領域１４が小さくなる矢印Ａ方向に移動していって、不純物拡散計算中に消失するものとした。これは、実際の半導体の製造プロセスにおいて、アモルファス領域が熱処理工程中に再結晶化することによって消失することを考慮したものである。
【００３１】
この図２の例では、深さ方向の不純物濃度プロファイルで見たときに、拡散が行われる拡散領域１６と拡散が行われない不動領域１４との境界２０が２箇所存在する例であるため、２つの境界２０が不動領域１４を縮小させる方向、すなわち、矢印Ａ方向に移動することとした。
【００３２】
また、図３は、拡散領域１６と不動領域１４との境界３０の移動を説明する図である。この図３では、深さ方向の不純物濃度プロファイル１０で見たときに、イオン注入の条件によって拡散領域１６と不動領域１４との境界３０が１箇所となる。この場合の拡散領域１６と不動領域１４との境界３０の移動は、図２の場合と同様に不動領域１４を縮小させる方向に移動するが、境界３０が１箇所しかないことから、シリコン基板の表面方向、すなわち矢印Ｂ方向へ移動することになる。
【００３３】
さらに、上記した実施の形態１では、イオン注入によってシリコン基板中のシリコン結晶がアモルファス化された領域（不動領域１４）では、結晶格子が崩れてしまっているため、格子間シリコン原子やシリコン原子間空孔の濃度が定義できないと説明したが、上記のように結晶領域（拡散領域１６）とアモルファス領域（不動領域１４）との境界が移動していくことと、結晶領域中の不純物拡散計算では、格子間シリコン原子やシリコン原子間空孔の濃度が必要になるため、拡散が不動となる不動領域においても変数として残すようにする。
【００３４】
以上述べたように、本実施の形態１によれば、イオン注入後の熱処理による不純物拡散計算を行う際に、注入された不純物濃度が指定濃度以上となる領域を不純物原子、格子間シリコン原子、およびシリコン原子空孔が拡散しない不動領域として、不純物拡散計算を行う際にアモルファス化された領域を考慮するようにする。このように、不動領域が不純物拡散計算中に消失するとしたのは、アモルファス領域が熱処理工程中に再結晶化によりなくなるという性質を考慮したもので、これにより、半導体の製造プロセスをより正確にシミュレーションすることができる。
【００３５】
特に、本実施の形態１では、不純物拡散計算に連続式を連立で解くという点欠陥拡散モデルの手法を用いつつ、半導体の製造プロセスをシミュレーションする場合に、シリコン結晶の領域とアモルファス化された領域とを別の物性を持った別の材料として取り扱うことにより、不純物拡散計算をより実際の不純物拡散状態に近い状態で行うことができるため、正確にシミュレーションすることができる。
【００３６】
〔実施の形態２〕
本実施の形態２は、拡散領域と不動領域との境界上の境界条件に関するものである。図４は、不純物拡散計算の初期状態を説明する図であり、図４に示すように、プロセスシミュレーションを行うシリコン基板へイオン注入を行った後の不純物濃度プロファイル４０に対して、半導体プロセスシュミレーション装置の使用者が指定した指定濃度４２よりも高い不純物濃度からなる領域を拡散が行われない不動領域４４とし、それよりも低い不純物濃度からなる領域を拡散が行われる拡散領域４６とし、この不動領域４４と拡散領域４６との境を境界４８とする。
【００３７】
そして、本実施の形態２では、上記した不動領域４４と拡散領域４６との間の境界４８上で、２つの領域間における不純物原子、格子間シリコン原子、およびシリコン原子空孔の移動はないとして処理するようにした。
【００３８】
これにより、１タイムステップの不純物拡散計算後の不純物濃度プロファイルを示した図５に見られるように、１タイムステップの拡散計算後は、２つの領域の境界５８上で不純物濃度に段差が生じる。そして、不動領域５４と拡散領域５６の境界５８上では、２つの領域間の不純物原子、格子間シリコン原子、およびシリコン原子空孔の移動がないとしたため、不純物は拡散が行われる領域内の不純物の総量が保存されたまま、不純物濃度の高い方から低い方へと拡散する。
【００３９】
また、拡散が行われない不動領域５４内の不純物は拡散が行われないため、不純物の総量も保存されることになる。
【００４０】
以上述べたように、本実施の形態２によれば、プロセスシミュレーションの計算対象の全領域において、不純物の総量を保存した状態で不純物拡散計算を行うことができる。
【００４１】
なお、上記実施の形態２では、主に不純物原子に対して説明を行ったが、格子間シリコン原子、およびシリコン原子空孔の場合についても同様である。
【００４２】
〔実施の形態３〕
本実施の形態３は、上記した実施の形態１および２に従って、有限要素法などを用いて実際に計算する場合のメッシュおよび格子点の扱いに関するものである。図６は、２次元計算によってメッシュの生成を説明する半導体デバイスの断面図を示したものである。図６において、シリコン基板６０中には多数の格子点６２が存在しており、そのシリコン基板６０中にイオン注入が行われると、不純物濃度に応じて拡散が行われる拡散領域と拡散が行われない不動領域とに分かれ、その境界６４上に格子点６２が存在するように生成されたメッシュを不純物拡散計算に使用するようにする。境界６４の内側の拡散が行われない不動領域は、不純物拡散計算が進むにつれて縮小するが、これに伴って、図６に示したのと同様に、拡散領域と不動領域との新たな境界（図示しない）についても、その境界上に格子点６２が存在するようにリメッシュが行われる。
【００４３】
また、上記した境界６４は、イオン注入によって形成されるため、シリコン基板６０の表面に形成されたイオン注入マスクとなるゲート６６の下方には形成されていない。
【００４４】
以上述べたように、本実施の形態３によれば、拡散領域と不動領域との境界上に格子点が存在するようにしたので、拡散領域と不動領域を別な材料領域として取り扱うことが可能となる。また、不純物拡散計算中に不動領域の縮小にともなって、計算対象領域をリメッシュする際にも、拡散領域と不動領域との境界上に格子点が存在するようにしたので、不純物拡散計算の最中であっても、拡散領域と不動領域を別な材料領域として取り扱うことが可能となる。
【００４５】
〔実施の形態４〕
本実施の形態４は、上記した実施の形態１および３において、拡散領域と不動領域との境界の不純物拡散計算中における移動の取り扱いに関するものである。図７は、２次元計算により拡散が行われる拡散領域と拡散が行われない不動領域との境界の移動方向を説明する半導体デバイスの断面図である。図７において、シリコン基板７０中の拡散領域と不動領域との境界７２は、その境界面に対して垂直であり、かつ拡散の行われない不動領域の方向（図中の矢印Ｃ方向）へ、時間の関数で移動していくものとする。
【００４６】
そして、２つの領域の境界７２の移動関数は、境界７２に対して垂直な矢印Ｃ方向への移動速度が等速であるとしても良く、仮に、半導体プロセスシュミレーション装置の使用者がアモルファス領域の再結晶化速度について、さらに詳しいデータを所有しているならば、上記した境界７２の移動時間に依存した関数として、そのデータを使用しても良い。
【００４７】
本実施の形態４では、２つの領域の境界７２が移動したときに、前記実施の形態３のリメッシュがどのように行われるかについて、深さのプロファイルで説明する。
【００４８】
まず、説明を簡単にするために、拡散領域と不動領域との境界が１つの場合で説明する。例えば、図５に示すように、１タイムステップの不純物拡散計算後の不純物濃度プロファイルを用いた場合は、２つの領域５４、５６の境界５８上に不純物濃度の段差が生じている。このような場合、旧タイムステップ計算後の状態を説明する図８に示すように、旧タイムステップにおける境界８８ｂ上に格子点８６が存在している。
【００４９】
そして、境界８８ｂの移動速度から新タイムステップにおける境界８８ａの位置を知ることができる。
【００５０】
また、図９は、新タイムステップ計算のためのメッシュ生成と物理量投影とを説明する図である。図９に示されるように、さらに境界９８ａの位置上に格子点９６が存在するように新タイムステップの計算に使用するメッシュを生成するようにする。このとき、旧メッシュの格子点上の不純物濃度、格子間シリコン原子濃度及びシリコン原子間空孔濃度といった物理量について新メッシュの格子点へ投影するようにする。また、新メッシュの境界上の格子点の物理量についても、上記と同様の処理により求めるようにする。
【００５１】
以上述べたように、本実施の形態４によれば、拡散領域と不動領域との境界は、不純物拡散計算中に境界に垂直であって、不動領域方向へ時間の関数で移動するとしたことにより、熱処理中にアモルファス領域が縮小して消滅するというアモルファス領域の特徴を表現したプロセスシミュレーションを行うことが可能になる。
【００５２】
〔実施の形態５〕
図１０は、実施の形態５の点欠陥初期濃度プロファイルの設定方法を説明する図である。図１０に示されるように、実施の形態５では、高濃度イオン注入工程の直後、すなわち、不純物拡散計算の初期状態において、拡散が行われない不動領域１０８内の格子間シリコン原子１０２とシリコン原子空孔１０４との濃度を平衡濃度とするようにした。
【００５３】
これにより、アモルファス領域内では、シリコン結晶がアモルファス化されたことにより、イオン注入によるダメージが解消されることをプロセスシミュレーションに取り入れることができる。
【００５４】
もちろん、シミュレーションを行うプロセス条件によって、シリコン基板の表面付近に格子間シリコン原子の供給源が必要になることもあるが、その場合には、転移の輪モデルなどを用いて、結晶欠陥から格子間シリコン原子が供給されるとして処理するようにする。これは、実際に透過電子顕微鏡によって観察を行った際に、イオン注入直後の結晶領域とアモルファス領域との境界付近に、転位の輪が観察される場合があることが知られているからである。
【００５５】
以上述べたように、本実施の形態５によれば、不純物拡散計算の初期状態において、不動領域内の格子間シリコン原子とシリコン原子空孔の濃度を平衡濃度としたので、アモルファス領域が再結晶化する際に、再結晶化領域内のイオン注入によるダメージが解消されることを表現したプロセスシミュレーションを行うことができる。
【００５６】
〔実施の形態６〕
本実施の形態６では、上記した実施の形態１〜５で説明した半導体プロセスシュミレーション方法を実施することができる半導体プロセスシュミレーション装置について説明する。
【００５７】
図１１は、本発明に係る半導体プロセスシミュレーション装置における不純物拡散計算部１１０の構成を示すブロック図である。図１１に示した不純物拡散計算部１１０は、第１の境界計算手段としての第１の境界計算部１１２、点欠陥初期プロファイル計算手段としての点欠陥初期プロファイル計算部１１４、メッシュ生成手段としてのメッシュ生成部１１６、第２の境界計算手段としての第２の境界計算部１１８、物理量投影計算手段としての物理量投影計算部１２０、および点欠陥拡散モデル計算部１２２などにより構成されている。
【００５８】
第１の境界計算部１１２は、イオン注入後のシリコン基板中の不純物濃度プロファイルを計算し、拡散を不動とする指定濃度と比較して、拡散が行われる拡散領域と拡散が行われない不動領域との判定を行い、２つの領域間の境界を算出するものである。この第１の境界計算部１１２は、上記実施の形態１で説明した方法に従って拡散領域と不動領域との境界を算出するとともに、その拡散領域と不動領域とが計算上別材料であるとして、計算機内でそれぞれの領域が割り当てられるようにする。
【００５９】
点欠陥初期プロファイル計算部１１４は、不純物拡散計算の初期状態となる格子間シリコン原子濃度プロファイルおよびシリコン原子空孔濃度プロファイルを、拡散が行われない不動領域内では、格子間シリコン原子濃度およびシリコン原子空孔濃度を平衡濃度とし、拡散が行われる拡散領域内では、イオン注入のダメージによる格子間シリコン原子濃度プロファイルやシリコン原子空孔濃度プロファイルを用いて算出するようにする。
【００６０】
メッシュ生成部１１６は、拡散が行われる拡散領域と拡散が行われない不動領域との境界上に格子点が配置されるようにメッシュ生成を行うものである。このメッシュ生成部１１６は、不純物拡散計算の最初のステップでは第１の境界計算部１１２の計算結果を使用し、また、不純物拡散計算の最中では第２の境界計算部１１８の計算結果を使用してメッシュ生成が行われる。
【００６１】
第２の境界計算部１１８は、拡散工程中において、拡散が行われる拡散領域と拡散が行われない不動領域との境界が移動することを考慮して、各タイムステップ毎に境界を算出するものである。
【００６２】
物理量投影計算部１２０は、不純物拡散計算中にリメッシュを行う際に、旧メッシュの格子上の物理量を新メッシュに投影するものである。すなわち、物理量投影計算部１２０では、不純物拡散計算の最中に、旧タイムステップの不純物原子、格子間シリコン原子およびシリコン原子間空孔などの不純物拡散計算結果を、新タイムステップの計算を行うためにメッシュ生成部１１６で生成した新たなメッシュの格子点上に投影するようにする。
【００６３】
なお、点欠陥拡散モデル計算部１２２は、上記した不純物拡散計算部１１０において不純物拡散計算を行うための基本構成部であって、従来からあったものである。
【００６４】
図１２は、本発明の半導体プロセスシミュレーション装置において半導体の製造プロセスをシミュレーションする際の各部の処理順序を説明する図である。まず、図１２に示されるように、破線で囲んだ不純物拡散計算部１１０における不純物拡散計算の前工程としては、シリコン基板にイオン注入することによって、基板中の不純物濃度分布を示す不純物濃度プロファイルをイオン注入計算部１３０の計算によって求めることが行われる。
【００６５】
次いで、上記したイオン注入計算部１３０の計算結果を受けて、不純物拡散計算部１１０における不純物拡散計算処理が実行される。図１２に示されるように、不純物拡散計算部１１０の内部では、第１の境界計算部１１２と点欠陥初期プロファイル計算部１１４とによって、不純物拡散計算における初期処理が行われる。
【００６６】
また、メッシュ生成部１１６、第２の境界計算部１１８、物理量投影計算部１２０、および点欠陥拡散モデル計算部１２２は、不純物拡散計算のタイムステップの繰り返しの中で使用される。
【００６７】
そして、この不純物拡散計算部１１０における計算結果は、次工程計算部１３２に引き継がれて順次計算処理されることで、半導体の製造プロセスのシミュレーションが行われる。
【００６８】
以上述べたように、本実施の形態６によれば、半導体プロセスシュミレーション装置の不純物拡散計算部として、第１の境界計算部、点欠陥初期プロファイル計算部、メッシュ生成部、第２の境界計算部、および物理量投影計算部を備え、点欠陥拡散モデル計算部を用いて計算処理するようにしたので、半導体の製造プロセスのシミュレーションがより実際の製造プロセスに近い状態で実施できるようになった。
【００６９】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に記載の発明によれば、不純物拡散計算の際にアモルファス化され拡散の行われない不動領域について考慮するとともに、アモルファス領域が熱処理工程中に再結晶化してなくなることを、不動領域が不純物拡散計算中に消失してしまうとして考慮することで、一層正確なシミュレーションを行うことができる。
【００７０】
また、請求項２に記載の発明によれば、シリコン基板中を拡散領域と不動領域とに分けた場合に、不純物原子、格子間シリコン原子、およびシリコン原子空孔の全体量を保存したまま拡散計算を行うことができる。
【００７１】
また、請求項３に記載した発明によれば、不純物拡散計算前、あるいは不純物拡散計算中の不動領域の縮小に伴って計算対象領域のリメッシュを行う場合でも、常に拡散領域と不動領域との境界上に格子点が存在するとしたことにより、２つの領域を別な材料領域として取り扱うことができる。
【００７２】
また、請求項４に記載した発明によれば、不純物拡散計算中における拡散領域と不動領域との境界の移動が、境界に垂直で不動領域方向へ時間の関数で移動するとして、熱処理中にアモルファス領域が縮小して消滅するとしたことにより、アモルファス領域の特徴をシミュレーションで表現することができる。
【００７３】
また、請求項５に記載した発明によれば、不純物拡散計算の初期状態で不動領域内の格子間シリコン原子とシリコン原子空孔の濃度を平衡濃度として、アモルファス領域が再結晶化する際に、再結晶化領域内のイオン注入によるダメージが解消することをシミュレーションで表現することができる。
【００７４】
さらに、請求項６に記載した発明によれば、請求項１〜５に記載した半導体プロセスシミュレーション方法を好適に実施することが可能な半導体プロセスシュミレーション装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】シリコン基板へのイオン注入後の不純物濃度プロファイルと所定の指定濃度に基づいて不動領域を決定する方法を説明する図である。
【図２】拡散が行われる拡散領域と拡散が行われない不動領域との境界の移動を説明する図である。
【図３】拡散領域と不動領域との境界の移動を説明する図である。
【図４】不純物拡散計算の初期状態を説明する図である。
【図５】１タイムステップの拡散計算後の不純物濃度プロファイルを説明する図である。
【図６】２次元計算によりメッシュの生成を説明する半導体デバイスの断面図である。
【図７】２次元計算により拡散領域と不動領域との境界の移動方向を説明する半導体デバイスの断面図である。
【図８】旧タイムステップ計算後の状態を説明する図である。
【図９】新タイムステップ計算のためのメッシュ生成と物理量投影とを説明する図である。
【図１０】実施の形態５の点欠陥初期濃度プロファイルの設定方法を説明する図である。
【図１１】本発明に係る半導体プロセスシミュレーション装置の不純物拡散計算部の構成を示すブロック図である。
【図１２】本発明の半導体プロセスシミュレーション装置において半導体の製造プロセスをシミュレーションする際の各部の処理順序を説明する図である。
【符号の説明】
１０  不純物濃度プロファイル
１２  指定濃度
１４  不動領域
１６  拡散領域
２０  境界
３０  境界
４０  不純物濃度プロファイル
４２  指定濃度
４４  不動領域
４６  拡散領域
４８  境界
５０  不純物濃度プロファイル
５４  不動領域
５６  拡散領域
５８  境界
６０  シリコン基板
６２  格子点
６４  境界
６６  ゲート（マスク）
７０  シリコン基板
７２  境界
７６  ゲート（マスク）
８０  不純物濃度プロファイル
８２  不動領域
８４  拡散領域
８６  格子点
８８ａ、８８ｂ  境界
９０  不純物濃度プロファイル
９２  不動領域
９４  拡散領域
９６  格子点
９８ａ、９８ｂ  境界
１００  不純物
１０２  格子間シリコン原子
１０４  シリコン原子間空孔
１０６  指定濃度
１０８  不動領域
１１０  不純物拡散計算部
１１２  第１の境界計算部
１１４  点欠陥初期プロファイル計算部
１１６  メッシュ生成部
１１８  第２の境界計算部
１２０  物理量投影計算部
１２２  点欠陥拡散モデル計算部
１３０  イオン注入計算部
１３２  次工程計算部
【図１】
0004350817.tif 000002
【図２】
0004350817.tif 000003
【図３】
0004350817.tif 000004
【図４】
0004350817.tif 000005
【図５】
0004350817.tif 000006
【図６】
0004350817.tif 000007
【図７】
0004350817.tif 000008
【図８】
0004350817.tif 000009
【図９】
0004350817.tif 000010
【図１０】
0004350817.tif 000011
【図１１】
0004350817.tif 000012
【図１２】
0004350817.tif 000013