JPH0962718A - シミュレーション装置およびシミュレーション方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 短時間で信頼性の高いシミュレーション結果
を得ること。 【解決手段】 本発明は、予め不純物濃度分布の実測デ
ータやシミュレーション結果をデータベース５である記
憶部内に格納しておき、次に、計算部３にて入力データ
Ａに基づく不純物濃度分布の計算を行うとともに、デー
タ処理部４にて入力データＡでの指示に基づきデータベ
ース５内に格納されている実測データまたはシミュレー
ション結果に対する濃度変換処理を施し、次いで、濃度
変換処理の施された変換後濃度分布と、計算による不純
物濃度分布とを合成して出力するシミュレーション装置
１およびシミュレーション方法である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置におけ
る基板の不純物濃度分布を計算するシミュレーション装
置およびシミュレーション方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体装置の多様化、微細化にと
もない、試作をせず計算によってプロセス条件の検討や
特性評価を行うことができるシミュレーションが多く用
いられており、その要求も年々厳しいものとなってきて
いる。

【０００３】特に、半導体装置の微細化にともないプロ
セスの低温化、イオン注入の低エネルギー化が進み、イ
オン注入後の拡散や酸化による不純物濃度分布はイオン
注入のダメージによる点欠陥等の影響を受け、計算では
予想できないような異常な拡散を引き起こすようになっ
ている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】不純物濃度分布の計算
を行うシミュレーションでは、このような点欠陥等を考
慮した拡散モデルを持つ精度の高いシミュレーション装
置やシミュレーション方法も用いられるが、限られた条
件以外では十分なシミュレーション精度が得られず、ま
た十分なシミュレーション精度を得る場合にも多大な計
算時間を要するという問題がある。また、イオン注入の
低エネルギー化により材質境界での影響を強く受けるよ
うになり、不純物の拡散がより複雑となってシミュレー
ション精度の低下を招く原因となっている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、このような課
題を解決するために成されたシミュレーション装置およ
びシミュレーション方法である。すなわち、本発明のシ
ミュレーション装置は、プロセスの諸条件に基づく入力
データを得て基板における不純物濃度分布の計算を行
い、その結果を出力するものであり、不純物濃度分布の
計算を行う計算部と、予め取り込んでおいた不純物濃度
分布の実測データやシミュレーション結果を格納してお
く記憶部と、入力データでの指示に基づき記憶部内の実
測データまたはシミュレーション結果に対する濃度変換
処理を施し、濃度変換処理の施された変換後濃度分布と
計算部にて計算された不純物濃度分布とを合成するデー
タ処理部とを備えている。

【０００６】また、本発明のシミュレーション方法は、
予め、不純物濃度分布の実測データやシミュレーション
結果を記憶部内に格納しておき、次に、不純物濃度分布
の計算を行うとともに、入力データでの指示に基づいて
記憶部内に格納されている実測データまたはシミュレー
ション結果に対する濃度変換処理を施し、次いで、濃度
変換処理の施された変換後濃度分布と、計算による不純
物濃度分布とを合成する方法である。

【０００７】このようなシミュレーション装置では、計
算部にて入力データに基づく不純物濃度分布の計算を行
い、データ処理部にて入力データでの指示に基づき記憶
部内の実測データまたはシミュレーション結果に対する
濃度変換処理を施している。つまり、入力データにはプ
ロセスの諸条件に基づく記述が成されており、計算部に
て不純物濃度分布を計算させる指示と、記憶部内の実測
データやシミュレーション結果を適宜濃度変換して用い
る指示とが書き込まれている。そして、計算による不純
物濃度分布とデータ処理部にて濃度変換処理の施された
変換後濃度分布との合成を行い、必要な部分のみ実測デ
ータやシミュレーション結果から得たデータを使用した
不純物濃度分布の結果を出力する。

【０００８】また、本発明のシミュレーション方法で
は、予め不純物濃度分布の実測データやシミュレーショ
ン結果を記憶部内に格納しておき、入力データの指示に
基づいての通常の不純物濃度分布の計算や、記憶部内に
格納されている実測データまたはシミュレーション結果
に対する濃度変換処理を施し、計算によって得られた不
純物濃度分布と、濃度変換処理の施された変換後濃度分
布とを適宜合成している。これにより、計算では精度が
不十分となる部分には実測データまたはシミュレーショ
ン結果から得た不純物濃度分布を用い、計算でも十分な
精度を得ることができる部分には計算による不純物濃度
分布を用いて、最終的な結果として信頼性の高いものを
出力できるようにしている。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下に、本発明のシミュレーショ
ン装置およびシミュレーション方法における実施の形態
を図に基づいて説明する。図１は、本発明のシミュレー
ション装置を説明するブロック図である。すなわち、こ
のシミュレーション装置１は、入力データＡを読み込む
ための前処理部２と、前処理部２から入力データＡを受
けて所定の計算（イオン注入計算、拡散計算、酸化計
算、堆積計算、エッチング計算、エピタキシー計算等）
を行う計算部３と、入力データＡの指示に基づいて所定
の処理を行うデータ処理部４と、プロセス条件データ５
ａや種々の実測データ、高精度不純物シミュレーション
結果５ｄを格納するデータベース５と、計算結果Ｂの出
力を行うための後処理部６とを備えている。

【００１０】本発明のシミュレーション装置１では、特
にデータベース５内に不純物濃度分布の実測データであ
るＳＩＭＳ測定データ５ｂやＳＲ測定データ５ｃ、モン
テカルロシミュレーション等による高精度不純物シミュ
レーション結果５ｄを備えており、入力データＡに記述
された要求に基づいてこれらデータベース５内のデータ
を読み出し、計算部３で計算した不純物濃度分布との合
成を行う点に特徴がある。

【００１１】また、データベース５内のＳＩＭＳ測定デ
ータ５ｂやＳＲ測定データ５ｃ、高精度不純物シミュレ
ーション結果５ｄはデータ処理部４にて所定の濃度変換
が施され、計算部３に渡される。これにより、所望のシ
ミュレーション条件に適合した型でＳＩＭＳ測定データ
５ｂ、ＳＲ測定データ５ｃ等の実測データや高精度不純
物シミュレーション結果５ｄを計算結果に反映させるこ
とが可能となる。

【００１２】例えば、低温プロセスによりイオン注入を
行った場合、この際のダメージによって発生した基板内
の点欠陥の影響等により異常な不純物拡散を起こすこと
が分かっている。このようなプロセスにおけるシミュレ
ーションを行う場合、異常な不純物拡散を起こすイオン
注入に対応した不純物濃度分布を、データベース５から
読み込んだＳＩＭＳ測定データ５ｂやＳＲ測定データ５
ｃ等の実測データまたは高精度不純物シミュレーション
結果５ｄを用いて合成する。

【００１３】この合成を行うにあたり、どのようなイオ
ン注入に対してデータベース５からのデータを取り込む
か等の情報は入力データＡに予め記述されている。図２
は入力データの一例を示す図である。すなわち、この入
力データには、大別して〜までのシミュレーション
に必要な記述が書き込まれており、このうちの、、
、は通常のシミュレーション計算を行うためのプロ
セス諸条件が記述されている。また、ととの間にあ
るの記述は、図１に示すデータベース５から実測デー
タまたはシミュレーション結果を取り込むための指示が
書き込まれている。

【００１４】このような入力データは、図１に示すシミ
ュレーション装置１を用いてシミュレーションを行う場
合に、オペレータによって作成されたり、また所定の指
定（半導体装置の構造やシミュレーション位置等の指
定）を行うことで自動的に作成される。

【００１５】入力データの記述では、「ＩＮＩＴ」と
して基板の材質や結晶方位、導電型とその濃度、厚さ、
シミュレーションを行う場合のメッシュの間隔や総数か
ら成る初期値が指定されている。また、記述、に
は、「ＤＥＰＯ」として堆積条件、「ＩＭＰＬ」として
イオン注入条件、「ＥＴＣＨ」としてエッチング条件、
「ＤＩＦＦ」として拡散や酸化の条件がプロセスに応じ
て指定されている。

【００１６】さらに、記述には、「ＰＲＩＮＴ」とし
て計算結果の出力条件が指定されている。入力データの
中の記述は、記述までの条件により計算された不純
物濃度分布に対して、図１に示すデータベース５から実
測データまたはシミュレーション結果を読み込んで適宜
合成するための指示が書き込まれている。

【００１７】図１に示すデータ処理部４は、この入力デ
ータの記述を参照して、データベース５から指定され
たデータを読み出し、所定の濃度変化処理を施して計算
部３へ渡している。

【００１８】例えば、図２に示す入力データにおける記
述では、「ＩＯＮ１」としてイオン種の指定を行い、
「ＤＡＴＡ」として読み出すデータベース５内のデータ
の種類を指定し、「ＮＵＭＭ」として指定された種類の
データの中の番号を指定している。

【００１９】また、「ＭＥＴＨＯＤ」の中の「ＤＯＳ
Ｅ」には、読み出したデータに対する濃度変換の指定が
記述され、また「ＲＥＰＬＡＣＥ」として濃度変換を施
した後の変換後濃度分布をどのように合成するかの指定
を行っている。この「ＲＥＰＬＡＣＥ」では、計算によ
り得られた不純物濃度分布を、変換後濃度分布に置き換
えて合成することを指定している。なお、置き換え以外
にも、例えば計算により得られた不純物濃度分布と変換
後濃度分布とを加算して合成することも他の記述により
指定できる。

【００２０】このような入力データに基づき、本発明の
シミュレーション装置１はシミュレーション計算を行
い、入力データ内での指定によって適宜データベース５
内のデータを読み出して、計算による不純物濃度分布と
の合成を行っている。これにより、計算では精度が不十
分となる不純物濃度分布を、予めデータベース５内に格
納されているＳＩＭＳ測定データ５ｂやＳＲ測定データ
５ｃ、高精度シミュレーション結果５ｄに基づく変換後
濃度分布に置き換えたり、加算等を行って、信頼性の高
い不純物濃度分布の結果を出力することができるように
なる。

【００２１】次に、このシミュレーション装置１による
不純物濃度分布のシミュレーション方法を順に説明す
る。先ず、図１に示すシミュレーション装置１のデータ
ベース５内に、ＳＩＭＳ測定データ５ｂやＳＲ測定デー
タ５ｃ等の実測データと、モンテカルロシミュレーショ
ン等による高精度不純物シミュレーション結果５ｄを格
納しておく。これらのデータは、予め適宜求めておき、
求められた段階でデータベース５内に順次蓄積していく
ようにする。

【００２２】次いで、図１に示すシミュレーション装置
１における前処理部２での入力データＡの読み込みと、
この読み込んだ入力データＡにおける書式等のチェック
を行う。そして、チェック後の入力データＡを計算部３
へ渡す。

【００２３】計算部３では、前処理部２から渡された入
力データＡに基づいてイオン注入計算、拡散計算、酸化
計算、堆積計算、エッチング計算、エピタキシー計算等
の種々のシミュレーション計算を行う。この際、図２に
示すような入力データが渡された場合には、その記述
、に基づいて所定のイオン注入と拡散とによる不純
物濃度分布の計算を行う。

【００２４】そして、記述に基づいて、計算部３はデ
ータ処理部４にこの記述によるデータベース５内のデ
ータの種類や濃度変換情報、合成情報をデータ処理部４
へ渡す。データ処理部４は、計算部３から渡されたこれ
らの情報に基づきデータベース５内のデータに対する所
定の処理を行う。このデータ処理部４での処理を、図３
のフローチャートに基づいて詳細に説明する。

【００２５】先ず、ステップＳ１に示すように、データ
処理部４は計算部３から計算した不純物濃度分布の読み
込みを行い、次のステップＳ２では、計算部３からデー
タ処理条件の読み込み（例えば、入力データの記述に
書き込まれたデータの種類、データ番号、データ処理方
法等の読み込み）を行う。

【００２６】次いで、ステップＳ３に示すように、デー
タ処理部４は、指定された不純物濃度分布をデータベー
ス５から読み込む処理を行う。例えば、先に説明した入
力データの記述では、データの種類として「ＢＯＲ
Ｏ」および「ＳＩＭＳ」が指定され、データ番号として
「Ｂ．１２．１」が指定され、データ処理方法として
「ＤＯＳＥ＝５Ｅ１２」および「ＲＥＰＬＡＣＥ」が指
定されている。また、データの取り込み範囲として「Ｔ
ＯＰＤ＝０．０」から「ＢＯＴＤ＝１．０」が指定され
ている。

【００２７】これにより、データ処理部４は、データベ
ース５内のＳＩＭＳ測定データ５ｂのうちのボロンに関
するデータ番号「Ｂ．１２．１」の不純物濃度分布を、
基板の表面から１μｍの深さまでの範囲で読み込む。な
お、このデータベース５内の不純物濃度分布としては、
測定したままのデータや測定したデータに対して所定の
ノイズ除去処理が施されたものも含まれている。上記の
データ番号「Ｂ．１２．１」の末尾に付された「１」
は、この不純物濃度分布に対してノイズ除去処理が施さ
れていることを示している。

【００２８】次のステップＳ５では、データ処理部４に
よってデータベース５から読み出した不純物濃度分布に
対して濃度変換を行うか否かの判断を行う。濃度変換を
行う場合にはステップＳ６で所定の濃度変換を行いステ
ップＳ７へ進む。また、濃度変換を行わない場合にはそ
のままステップＳ７へ進む。

【００２９】図２に示す入力データの場合には、その記
述の中の「ＭＥＴＨＯＤ」において、「ＤＯＳＥ＝５
Ｅ１２」が指定されているため、この指定によってデー
タベース５から読み出した不純物濃度分布に対して濃度
変換を行うことが分かる。この場合には、読み出した不
純物濃度分布に対して所定の関数を用い、その濃度が５
×１０¹²ｃｍ^-3となるような濃度変換を行う。

【００３０】次に、ステップＳ７では、ステップＳ１で
読み込んだ計算部３からの不純物濃度分布と、データベ
ース５から読み出して必要に応じて濃度変換を行った不
純物濃度分布との合成を行う。図４は不純物濃度分布デ
ータの合成の一例を説明する図で、（ａ）は合成前、
（ｂ）は合成後を示している。

【００３１】すなわち、図４（ａ）に示すように、合成
前においては図中実線で示すような計算部３での計算に
よる不純物濃度分布が得られている。この例では、基板
の浅い位置から深い位置に向けてボロンＢ、砒素Ａｓ、
燐Ｐの順で分布している。ところが、実際のボロンＢの
分布は計算による分布とは異なっており、図中破線で示
すような分布（Ｂ）となっている。

【００３２】そこで、図２に示す入力データの記述に
基づき、ボロンの不純物濃度分布を、データベース５か
ら読み出したデータに基づく不純物濃度分布と置き換え
て合成する処理を行う。これにより、図４（ｂ）の実線
で示すような不純物濃度分布を得ることができる。な
お、図４（ｂ）に示す破線は、置き換え前のボロン
（Ｂ）の分布を示している。

【００３３】図３に示すステップＳ７では、このように
入力データに基づいた不純物濃度分布の合成を行う。そ
の後は、ステップＳ８に示すように、この合成後の不純
物濃度分布を計算部３へ渡す処理を行う。計算部３では
渡された合成後の不純物濃度分布を用い、図２に示す入
力データの記述、に従ったシミュレーション計算を
続けて行う。そして、後処理部６を介して計算結果Ｂを
例えばディスプレイ等に表示出力する。

【００３４】なお、本実施形態では、データベース５に
格納しておく実測データとしてＳＩＭＳ測定データ５ｂ
やＳＲ測定データ５ｃを例として説明したが、これ以外
の測定方法により得た不純物濃度分布の実測データであ
っても同様である。また、不純物濃度分布の合成では、
主としてボロンをデータベース５の実測データに基づく
不純物濃度分布と置き換えて合成する例を示したが、こ
れ以外の不純物を置き換えたり、加算して合成する場合
であっても同様である。

【００３５】さらに、図２に示す入力データの記述の
記載内容や記載形式はこれに限定されず、データベース
５内のどのデータを用い、これに対してどのような処理
を施すかが分かるような記載内容および記載形式であれ
ば図２に示すものに限定されない。

【００３６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のシミュレ
ーション装置およびシミュレーション方法によれば次の
ような効果がある。すなわち、本発明によれば計算のみ
では正確な不純物濃度分布のシミュレーション結果を得
ることができない場合であっても、記憶部であるデータ
ベース内に予め格納しておいた実測データやシミュレー
ション結果を用いて合成しているため、正確なシミュレ
ーション結果を出力することが可能となる。また、複雑
な計算を行うことなく簡単な処理による合成でシミュレ
ーション結果を得ているため、短時間でも信頼性の高い
シミュレーションを行うことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のシミュレーション装置を説明するブロ
ック図である。

【図２】入力データの一例を示す図である。

【図３】データ処理のフローチャートである。

【図４】データ合成の一例を説明する図で、（ａ）は合
成前、（ｂ）は合成後の分布を示している。

【符号の説明】

１ シミュレーション装置 ２ 前処理部 ３ 計算部 ４ データ処理部 ５ データベース ６ 後処理部 Ａ 入力データ Ｂ 計算結果

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 プロセスの諸条件に基づく入力データを
   得て基板における不純物濃度分布の計算を行い、その結
   果を出力するシミュレーション装置であって、 前記不純物濃度分布の計算を行う計算部と、 予め取り込んでおいた不純物濃度分布の実測データやシ
   ミュレーション結果を格納しておく記憶部と、 前記入力データでの指示に基づき前記記憶部内の実測デ
   ータまたはシミュレーション結果に対する濃度変換処理
   を施し、この濃度変換処理の施された変換後濃度分布と
   前記計算部にて計算された不純物濃度分布とを合成して
   該計算部へ出力するデータ処理部とを備えていることを
   特徴とするシミュレーション装置。
2. 【請求項２】 プロセスの諸条件に基づく入力データを
   参照し、基板における不純物濃度分布の計算を行い、そ
   の結果を出力するシミュレーション方法であって、 予め、不純物濃度分布の実測データやシミュレーション
   結果を記憶部内に格納しておき、 次に、前記不純物濃度分布の計算を行うとともに、前記
   入力データでの指示に基づいて前記記憶部内に格納され
   ている実測データまたはシミュレーション結果に対する
   濃度変換処理を施し、 次いで、前記濃度変換処理の施された変換後濃度分布
   と、前記計算による不純物濃度分布とを合成することを
   特徴とするシミュレーション方法。