JP3361698B2 - Ｆｅｔチャネルプロファイル抽出方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ＦＥＴ（電界効果
形トランジスタ）チャネルにおける不純物プロファイル
（不純物濃度分布）を抽出するＦＥＴチャネルプロファ
イル抽出方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】例えばＭＯＳＦＥＴでなるＬＳＩを評価
し、見直す際には、ＭＯＳＦＥＴチャネルの不純物プロ
ファイル（以下、場合によってはチャネルプロファイル
と呼ぶ）を把握することが重要である。すなわち、最終
的には、所望の電気特性が達成されているかが重要であ
るが、この電気特性には他の要因と共にＭＯＳＦＥＴチ
ャネルの不純物プロファイルが大きく影響を与えるから
である。

【０００３】文献「半導体表面の測定技術（Ｉ）−概
要、２次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ）−」、電子情報
通信会誌 従来、ＭＯＳＦＥＴチャネルの不純物プロファイルを抽
出する方法として、上記文献に開示されている２次イオ
ン質量分析法（以下、ＳＩＭＳ法と呼ぶ）がある。ＳＩ
ＭＳ法は、不純物濃度分布を直接的に測定するものであ
る。

【０００４】ＳＩＭＳ法は、図２に示すように、評価対
象のＭＯＳＦＥＴチャネルと同様なプロセスで形成され
た例えば縦横１００μｍ×１００μｍ程度の試料１の表
面に、イオン源２から射出され、加速された１次イオン
（試料１を構成していない原子のイオン）を照射し、そ
のイオン衝撃によってスパッタされて飛び出してくる試
料構成元素からなる２次イオンを質量分析器３で捕捉し
て質量分析することにより、試料構成元素の同定及び定
量を行なう。そして、同一プロセスで形成されているが
異なる試料１を用い、１次イオンの照射速度を代えたり
して、かかる処理を繰返すことにより、深さ方向の不純
物濃度分布を求めるものであった。

【０００５】なお、その他の不純物濃度分布の測定方法
もあるが、その測定環境や装置との関係から、上述のＳ
ＩＭＳ法と同様に、通常は、特別なＴＥＧ（試料グルー
プ）やモニターウエハを使用している。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
ＭＯＳＦＥＴのチャネルプロファイル抽出方法では、以
下のような課題を有するものであった。

【０００７】測定環境や測定装置との関係から、実際に
製作したＭＯＳＦＥＴからチャネルプロファイルを抽出
できない。そのため、抽出された不純物プロファイル
は、真の不純物プロファイルとの一致性が低いものであ
り、また、必ずしも電気特性を保証し得ない。例えば、
質量分析器３の測定誤差等により得られた不純物濃度の
測定値に誤差があれば、不純物濃度から計算によって得
られる電気特性も真値から大きくずれてしまう。

【０００８】また、上述のように、不純物プロファイル
を測定するためには、特別なＴＥＧや十分大きなデバイ
スが必要であり、しかも、スパッタするため１度の測定
で試料を破壊してしまい、評価コストが大きくなる。

【０００９】このような課題は、ＭＯＳＦＥＴだけでな
く、ＭＩＳＦＥＴやＭＥＳＦＥＴ等の他のＦＥＴチャネ
ルの不純物プロファイル抽出時にも同様に生じている。

【００１０】そのため、実際に製作されたＦＥＴの不純
物プロファイルとの一致性が高いプロファイルを抽出で
き、抽出された不純物プロファイルが電気特性を保証で
き、しかも、できれば非破壊的な方法によるＦＥＴチャ
ネルプロファイル抽出方法が求められている。

【００１１】

【課題を解決するための手段】かかる課題を解決するた
め、本発明は、ＦＥＴチャネルの不純物プロファイルを
抽出するＦＥＴチャネルプロファイル抽出方法におい
て、不純物プロファイルの抽出の出発値となる初期不純
物プロファイルを定めた後、不純物プロファイルをＢ−
スプライン関数を用いて関数表現化し、この関数表現化
された不純物プロファイルを用いて、ＦＥＴのしきい値
電圧及びその基板バイアスの依存性を演算し、この演算
されたしきい値電圧及びその基板バイアスの依存性と目
標とするしきい値電圧及びその基板バイアスの依存性と
を比較し、演算されたしきい値電圧及びその基板バイア
スの依存性が目標とするしきい値電圧及びその基板バイ
アスの依存性に許容誤差内で一致するまで関数表現化さ
れた不純物プロファイルを修正し、演算されたしきい値
電圧及びその基板バイアスの依存性が目標とするしきい
値電圧及びその基板バイアスの依存性に許容誤差内で一
致したときの関数表現化された不純物プロファイルを抽
出結果とし、不純物プロファイルの関数表現化に供した
濃度データと、関数表現化後の濃度データとの偏差の２
乗又は絶対値にその濃度に応じた重み付けを行ない、こ
の重み付け偏差２乗又は重み付け偏差絶対値の総和を評
価値として、Ｂ−スプライン関数の節点位置を追加する
か否かを決定し、追加する場合には関数表現化をやり直
すことを特徴とするものである。

【００１２】電気特性を指標とし、電気特性の目標値に
合わせ込むように関数表現化された不純物プロファイル
を修正して、抽出結果となる不純物プロファイルを得る
ようにしているので、抽出結果の不純物プロファイルは
所望の電気特性を保証することができ、また、電気特性
の目標値を実際に製作されたＦＥＴから得ている場合に
は、抽出された不純物プロファイルは真の不純物プロフ
ァイルに非常に一致したものとなる。また、初期不純物
プロファイルとして非破壊的な方法で得たものを適用で
き、この場合には、抽出結果となる不純物プロファイル
を得るにつき、一切の破壊的な測定方法等を不要にでき
る。

【００１３】

【発明の実施の形態】

（Ａ）第１の実施形態 以下、本発明によるＦＥＴチャネルプロファイル抽出方
法の第１の実施形態を図面を参照しながら説明する。な
お、この第１の実施形態において、不純物プロファイル
の抽出対象をＭＯＳＦＥＴとする。なお、不純物プロフ
ァイルとしては、イオン化されている不純物のプロファ
イルを意図しているが、イオン化されていない不純物の
プロファイルの抽出にも、この第１の実施形態及び以下
に説明する実施形態を適用することができる。

【００１４】図３は、第１の実施形態に係るＦＥＴチャ
ネルプロファイル抽出方法を実現する装置の全体構成を
示すものである。

【００１５】図３において、第１の実施形態に係るＦＥ
Ｔチャネルプロファイルの抽出装置は、半導体電気特性
測定装置１０と、チャネルプロファイル演算装置１１と
から構成されている。

【００１６】半導体電気特性測定装置１０は、実際のＭ
ＯＳＦＥＴにおけるしきい値電圧Ｖthとその基板バイア
ス依存性ΔＶthを求めるものであれば良く、その詳細構
成は問わない。

【００１７】ここで、しきい値電圧Ｖthは、周知のよう
に、また、図４に示すように、ドレイン電圧ＶD の一定
下で、ゲート電圧ＶG を変化させていった際に、ドレイ
ン電流ＩD が急激に変化するゲート電圧ＶG と定義され
る。実際上の測定においては、例えば、ゲート電圧ＶG
を変化させ、ドレイン電流ＩD が所定値を越えたゲート
電圧ＶG をしきい値電圧Ｖthとして求める方法を適用で
きる。

【００１８】ここで、しきい値電圧Ｖthは、基板バイア
ス電圧ＶB によっても変化する。この第１の実施形態に
おいては、基板バイアス電圧ＶB を、実製品に対して適
用する基板バイアス電圧（例えば０Ｖ）から変化させ、
そのバイアス電圧ＶB の変化量に対応したしきい値電圧
Ｖthの変化量である基板バイアス依存性ΔＶthも求め
る。この際、基板バイアス電圧ＶB の変化量（例えば−
１Ｖ、−２Ｖ、…）も種々変化させて基板バイアス依存
性ΔＶthも複数求める。

【００１９】このようにして半導体電気特性測定装置１
０によって得られたしきい値電圧Ｖth及び基板バイアス
依存性ΔＶthが、チャネルプロファイル演算装置１１に
対して、チャネルプロファイル演算装置１１が実行する
後述する繰返し演算を打ち切るか否かを決定するための
目標情報（ターゲット情報）として与えられる。

【００２０】チャネルプロファイル演算装置１１は、実
際上、ワークステーション等の情報処理装置で構成され
ており、この第１の実施形態の場合、チャネルプロファ
イル演算装置１１は、図１に示すソフトウェア処理によ
り、ＭＯＳＦＥＴチャネルの不純物プロファイルを得る
ようになされている。

【００２１】チャネルプロファイル演算装置１１は、ま
ず、プロセスシミュレーションによって、不純物プロフ
ァイルの初期値（出発値）を得る（ステップ１００）。
ここで、プロセスシミュレーションは、周知のように、
イオン注入、酸化、拡散、エッチング等のＬＳＩ製造工
程を一貫して最後まで解析し、最終の不純物プロファイ
ル、酸化膜形状等を出力するシミュレーションであり、
ここでは、ＭＯＳＦＥＴチャネルの不純物プロファイル
の情報を得る。一般に、プロセスシミュレーションによ
って得られる不純物プロファイルは、チャネル表面から
の深さについて離散値として得られる。

【００２２】次に、チャネルプロファイル演算装置１１
は、不純物プロファイルの初期値をＢ−スプライン関数
で表現する（ステップ１０１）。すなわち、Ｂ−スプラ
イン補間処理を行なう。

【００２３】ＭＯＳＦＥＴのチャネルの不純物プロファ
イルは、概ね図５に示すような形状を有するので、非対
称ガウス分布やピアソン分布等を用いて補間することが
できる（このような関数を用いたものは本発明の他の実
施形態を構成している）。しかし、Ｂ−スプライン関数
は、任意の分布形状を表現できて複雑な形状の不純物プ
ロファイルを関数表現できるので、また、パラメータを
変化させることにより、不純物プロファイルの各深さ領
域で部分的な不純物プロファイルの修正が容易にできる
ので、この実施形態においては、補間関数としてＢ−ス
プライン関数を適用することとしている。

【００２４】以上のようにして不純物プロファイルにつ
いて関数表現化が終了すると、チャネルプロファイル演
算装置１１は、その関数表現化された不純物プロファイ
ルを用いて、しきい値電圧Ｖth及び基板バイアス依存性
ΔＶthを計算する（ステップ１０２）。

【００２５】その後、関数表現化された不純物プロファ
イルに基づいて得られたしきい値電圧Ｖth及び基板バイ
アス依存性ΔＶthのそれぞれを、半導体電気特性測定装
置１０が実製品のＭＯＳＦＥＴから測定したしきい値電
圧Ｖth及び基板バイアス依存性ΔＶthのそれぞれと比較
して、関数表現化された不純物プロファイルの妥当性を
判断する（ステップ１０３）。

【００２６】ここで、妥当と判断された場合には、その
ときの関数表現化された不純物プロファイルを出力して
一連の処理を終了し、他方、妥当でないと判断された場
合には、上述したしきい値電圧Ｖth及び基板バイアス依
存性ΔＶthのそれぞれの比較結果に基づいて、関数表現
でのパラメータを変更して（ステップ１０４）、関数表
現化に戻る。

【００２７】以上のように、この第１の実施形態のチャ
ネルプロファイル演算装置１１は、プロセスシミュレー
ションによって得られた不純物プロファイルを出発値と
して、その不純物プロファイルをＢ−スプライン関数を
用いて関数表現化し、関数表現化された不純物プロファ
イルに基づいてしきい値電圧Ｖth及び基板バイアス依存
性ΔＶthを演算し、演算されたしきい値電圧Ｖth及び基
板バイアス依存性ΔＶthが、半導体電気特性測定装置１
０が実製品のＭＯＳＦＥＴから測定したしきい値電圧Ｖ
th及び基板バイアス依存性ΔＶthと一致すると見なせる
まで、関数のパラメータを変更させて関数表現された不
純物プロファイルの修正を繰返し、修正後の不純物プロ
ファイルから演算されたしきい値電圧Ｖth及び基板バイ
アス依存性ΔＶthが、半導体電気特性測定装置１０が実
製品のＭＯＳＦＥＴから測定したしきい値電圧Ｖth及び
基板バイアス依存性ΔＶthと一致すると見なせるように
なったときに、その際の関数表現された不純物プロファ
イルを出力する。

【００２８】以下、上述したステップ１０１及び１０４
の処理、ステップ１０２の処理、ステップ１０３の処理
について、この順序で補完説明する 不純物プロファイルの曲線形状ｆ（ｘ）は、隣合う節点
間の関数をｋ−１次（これより低次を含む概念）の多項
式とした場合には、(1) 式に示すように、節点位置ｔi
（ｉ（ｉ≦Ｎ−ｋ）はｉ番目の節点位置を意味し、ｔi
≦ｔi+1 ）で定まるＢ−スプライン関数Ｂi,k （ｘ）と
係数Ｃi との積の総和として表すことができる。なお、
ｘは酸化膜（例えばＳｉＯ₂ でなる）との境界を０とし
たＭＯＳＦＥＴチャネル（例えば基本的にはＳｉでな
る）の深さを表す変数である。

【００２９】

【数１】 ここで、各Ｂ−スプライン関数Ｂi,k （ｘ）は、(2) 式
に示す０次のＢ−スプライン関数Ｂi,0 （ｘ）を出発値
とした(3) 式に示す漸化式（ドブァ・コックスの算出方
法）で求めることができる。

【００３０】

【数２】 次に、図６を用いて、(1) 式の意味合いを説明する。図
６は、隣合う節点間の関数を３次の多項式とした場合を
示している。また、ＭＯＳＦＥＴチャネルの不純物濃度
が問題となる深さの範囲の所定倍（例えば１〜２倍）の
範囲を、図６（ａ）に示すように、３個の領域に分割
し、各分割点に対して、図６（ｂ）に示すように、節点
を割り振った場合の例を示している。この場合、各Ｂ−
スプライン関数Ｂi,4 （ｘ）は、図６（ｃ）に示すよう
になる。このような各Ｂ−スプライン関数Ｂi,4 （ｘ）
に係数Ｃi を乗算した後の総和が、図５に示すような不
純物プロファイルの曲線形状になるように係数Ｃi を定
めれば良い。

【００３１】ここで、初期不純物プロファイル又は直前
での関数表現化された不純物プロファイルにおいて、図
６（ｄ）に示すような深さｘj （ｊは１〜ｎ）での不純
物濃度をｙj とすると、(1) 式から、次の(4) 式が得ら
れる。ここで、深さｘj を与えると、Ｂ−スプライン関
数は定値となるので、係数Ｃi だけが変数となり、深さ
ｘj 及び不純物濃度ｙj の複数のデータ対に対して、
(4) 式を立て、その連立方程式を解くことにより、係数
Ｃi を求めることができる。

【００３２】

【数３】 以上、係数Ｃi だけがパラメータ（変数）の場合のＢ−
スプライン関数を用いた補間方法を説明したが、過去の
実験や測定結果等から係数Ｃi を固定値として取り扱え
る場合には、節点位置ｔi をパラメータ（変数）とし
て、Ｂ−スプライン関数を用いた補間を適用するように
しても良い。この場合において、各節点位置を±１０％
や±２０％ふらせるようにしても良い。それまでのさら
に、係数Ｃi 及び節点位置ｔi を共にパラメータ（変
数）として、Ｂ−スプライン関数を用いた補間を適用す
るようにしても良い。いずれのパラメータ選定方法にせ
よ、Ｂ−スプライン関数を用いた補間のアルゴリズム
は、既に種々確立されており、ステップ１０１のＢ−ス
プライン関数表現化においては、既に確立されているど
のアルゴリズムを適用しても良い。

【００３３】ところで、図６（ｃ）からは、表面側のチ
ャネル領域１においては、Ｂ−スプライン関数Ｂ1,4
（ｘ）〜Ｂ4,4 （ｘ）（従って、係数Ｃ1 〜Ｃ4 ）が寄
与し、中間部のチャネル領域２においては、Ｂ−スプラ
イン関数Ｂ2,4 （ｘ）〜Ｂ5,4（ｘ）（従って、係数Ｃ2
〜Ｃ5 ）が寄与し、奥部のチャネル領域３において
は、Ｂ−スプライン関数Ｂ3,4 （ｘ）〜Ｂ6,4 （ｘ）
（従って、係数Ｃ3 〜Ｃ6 ）が寄与していることが分か
る。

【００３４】周知のように、ＭＯＳＦＥＴチャネルの不
純物プロファイルは、しきい値電圧Ｖth及び基板バイア
ス依存性ΔＶthを決定するパラメータとなっている。図
７は、このことの説明図である。図７において、右上り
ハッチ部分は、対象とするＭＯＳＦＥＴに対して使用時
の基板バイアスＶB （ここでは０Ｖとする）を印加した
場合でのしきい値電圧（ここではＶth（０）で表す）に
影響を与える不純物濃度分布部分を表しており、右下り
ハッチ部分は、本来の基板バイアスＶB ＝０より低い基
板バイアス（ここでは−１Ｖとする）を印加した場合で
のしきい値電圧（ここではＶth（−１）で表す）に影響
を与える不純物濃度分布部分を表している。このよう
に、不純物プロファイル形状において、しきい値電圧Ｖ
thや基板バイアス依存性ΔＶth（例えば、ΔＶth＝Ｖth
（０）−Ｖth（−１））に影響を与える形状部分が定ま
っている。他の基板バイアス依存性ΔＶth（例えば、Δ
Ｖth＝Ｖth（−１）−Ｖth（−２））についても同様な
ことが言える。

【００３５】逆に言えば、関数表現化された不純物プロ
ファイルに基づいて得られたしきい値電圧Ｖth及び基板
バイアス依存性ΔＶthのそれぞれが、半導体電気特性測
定装置１０が実製品のＭＯＳＦＥＴから測定したしきい
値電圧Ｖth及び基板バイアス依存性ΔＶthのそれぞれと
の相違に基づいて、ステップ１０４でのパラメータの修
正方向をある程度定めることができ、ステップ１０１〜
１０４でなるシミュレーションにおいては、この点を考
慮して、パラメータを修正して、目標となっている実製
品のＭＯＳＦＥＴから測定したしきい値電圧Ｖth及び基
板バイアス依存性ΔＶthを得られる不純物プロファイル
を探索すれば良い。

【００３６】すなわち、ステップ１０４におけるパラメ
ータの更新においては、関数表現化された不純物プロフ
ァイルに基づいて得られたしきい値電圧Ｖth及び基板バ
イアス依存性ΔＶthのそれぞれが、半導体電気特性測定
装置１０が実製品のＭＯＳＦＥＴから測定したしきい値
電圧Ｖth及び基板バイアス依存性ΔＶthのそれぞれとの
相違方向等と、各パラメータの更新方向とを予め対応付
けた更新ルール等を定めてパラメータを更新させるよう
にすれば良い。

【００３７】このようにして得られた関数表現化された
不純物プロファイルから、しきい値Ｖth及び基板バイア
ス依存性ΔＶthを得る方法（ステップ１０２の処理方
法）としては、既に、デバイスシミュレーションとして
確立されている方法を適用できる。デバイスシミュレー
ションでは、予め設定されたデバイス形状や不純物濃度
分布（不純物プロファイル）のもとで、電極に電圧を加
えたときのデバイス内部のポテンシャル、電子濃度、正
孔濃度を数値的に求め、それらの値を用いてデバイス内
部の電流、電界分布や電極電流等を求めるものである。
印加した電極電圧や求められた電極電流等から、しきい
値Ｖth及び基板バイアス依存性ΔＶthを得ることができ
る。

【００３８】ここで、デバイス内部の電流、電界分布や
電極電流等を求める際に解く方程式は、(5) 式〜(9) 式
に示すいわゆる半導体支配方程式である。

【００３９】

【数４】 なお、(5) 式〜(9) 式において、ψはポテンシャル、ｎ
は電子濃度、ｐは正孔濃度、ｔは時間、ｑは電荷素量、
εは誘電率、Γは符号を含めた正味の不純物濃度（＝ド
ナー濃度−アクセプタ濃度）、μはキャリヤ移動度、Ｃ
はキャリヤ発生速度、Ｒはキャリヤ再結合速度である。
ここで、抽出する不純物プロファイルは、電気特性に影
響を与えるものであるので、上述した正味の不純物プロ
ファイルである。

【００４０】現時点で関数表現化された不純物プロファ
イルの妥当性を判断するステップ１０３においては、具
体的には、例えば、(10)式及び(11)式の条件を共に満足
するか否かによって妥当性を判断している。なお、しき
い値電圧の基板バイアス依存性については、基板バイア
スＶB が異なる全ての基板バイアス依存性についてそれ
ぞれ、(11)式の条件を満足することを要する。

【００４１】

【数５】 これら(10)式及び(11)式において、Ｖth^(Sim) 及びΔＶ
th^(Sim) は上述したステップ１０２の処理で得られたし
きい値電圧及びしきい値電圧の基板バイアス依存性を示
しており、Ｖth^(Tar) 及びΔＶth^(Tar) は、半導体電気
特性測定装置１０の測定により得られた目標値としての
しきい値電圧及びしきい値電圧の基板バイアス依存性を
示している。また、ｅｒｒ１及びｅｒｒ２は、しきい値
電圧及びしきい値電圧の基板バイアス依存性について、
目標値からのずれの許容できる限界値である。

【００４２】しきい値電圧Ｖth^(Sim) について(10)式を
満足し、かつ、全てのしきい値電圧の基板バイアス依存
性ΔＶth^(Sim) のそれぞれについて(11)式を満足したと
きには、上述したように、ステップ１０１でＢ−スプラ
イン関数表現化された不純物プロファイルが最終的に得
られた不純物プロファイルとして出力される。

【００４３】これに対して、しきい値電圧Ｖth^(Sim) 、
各しきい値電圧の基板バイアス依存性ΔＶth^(Sim) のい
ずれか一つでも、(10)式又は(11)式の条件を満足しない
場合には、上述したように、ステップ１０４に移行し
て、(1) 式におけるパラメータの変更を行なうことにな
る。ここで例えば、しきい値電圧Ｖth^(Sim) についての
み条件を満足しない場合には、図７を用いて説明したよ
うに、しきい値電圧は、チャネル表面側の不純物濃度に
よって変化するものであるので、(1) 式に示す関数ｆ
（ｘ）においてチャネル表面側の形状に影響を与えるパ
ラメータを変更させることになる。

【００４４】以上のように、第１の実施形態によれば、
実際に製作されたＭＯＳＦＥＴの電気特性に合わせるよ
うにチャネルプロファイルを抽出するようにしたので、
実際に製作されたＭＯＳＦＥＴのチャネルプロファイル
に良くマッチしたチャネルプロファイルを抽出すること
ができる。

【００４５】また、第１の実施形態によれば、実際に製
作されたＭＯＳＦＥＴの電気特性に合わせるようにチャ
ネルプロファイルを抽出するようにしたので、抽出した
不純物プロファイルは当然に電気特性を保証することが
できる。

【００４６】さらに、第１の実施形態によれば、しきい
値電圧等の測定を含め、試料や製作されたＭＯＳＦＥＴ
を破壊することなく、不純物プロファイルを抽出するこ
とができる。

【００４７】さらにまた、第１の実施形態によれば、不
純物プロファイルの補間関数として、任意の形を表現で
きるＢ−スプライン関数を利用しているので、複雑な形
状の不純物プロファイルを適切に関数表現することがで
きる。また、Ｂ−スプライン関数のパラメータ変数は、
不純物プロファイルの各領域で設定可能なため、不純物
プロファイルの部分的な修正を容易にすることができ、
この点からも、複雑な形状の不純物プロファイルを適切
に関数表現することができる。

【００４８】また、第１の実施形態によれば、初期不純
物プロファイルとしてプロセスシミュレーションから得
られた不純物プロファイルを用いるようにしたので、チ
ャネルプロファイルの解の存在範囲を保証し、全てシミ
ュレーション上での作業でチャネルプロファイルを求め
られ、ＴＡＴを削除でき、開発コストを節約することが
できる。

【００４９】因に、初期不純物プロファイルとして、作
業者が任意の形状を設定したり、既に製品化された同種
の他のＭＯＳＦＥＴの形状を設定したりすることも可能
であるが（これ自体、本発明の他の実施形態を構成して
いる）、チャネルプロファイルの解の存在範囲を保証で
きない。

【００５０】（Ｂ）第２の実施形態 図８は、本発明によるＦＥＴチャネルプロファイル抽出
方法の第２の実施形態における、チャネルプロファイル
演算装置１１の処理を示すフローチャートである。な
お、図８において、図１との同一、対応処理には同一符
号を付して示している。

【００５１】図８及び図１のステップ１００の処理の比
較から明らかなように、この第２の実施形態は、初期不
純物プロファイルとして、従来の技術の項で説明したＳ
ＩＭＳ法を適用して得た不純物プロファイルを用いてい
る点が、第１の実施形態とは異なっており、その他の点
は、第１の実施形態と同様である。

【００５２】この第２の実施形態によっても、最終的な
不純物プロファイルを得るためには試料グループ（ＴＥ
Ｇ）を用いた破壊検査が必要であるという点を除き、第
１の実施形態と同様な効果を得ることができる。

【００５３】（Ｃ）第３の実施形態 次に、本発明によるＦＥＴチャネルプロファイル抽出方
法の第３の実施形態を図面を参照しながら説明する。

【００５４】上記第１の実施形態の説明においては、ス
テップ１０１の処理におけるＢ−スプライン関数の節点
の位置の決定には、Ｂ−スプライン補間における既存の
アルゴリズムを適用できると説明した。第３の実施形態
は、この節点位置の決定に特徴を有するものであり、第
１又は第２の実施形態のステップ１０１の処理を改良し
たものである。

【００５５】図９は、第３の実施形態におけるステップ
１０１のＢ−スプライン関数表現化の処理を、節点位置
の決定面から詳細に示したものである。また、図１０
は、かかる処理の補助説明図である。

【００５６】Ｂ−スプライン関数表現化の処理において
はまず、(1) 式に示した不純物プロファイル関数ｆ
（ｘ）を算出する（ステップ２００）。この処理には、
第３の実施形態の特徴はないので、その詳細説明は省略
する。

【００５７】次に、不純物プロファイルを関数表現する
補間領域の全領域（図１０の例においては深さＨＳから
ＨＥの範囲）について、得られた不純物プロファイル
（関数ｆ（ｘ））と、その算出前の不純物プロファイル
（初期不純物プロファイル又は１回前のステップ１０１
による不純物プロファイル）とのずれパラメータ（後述
するＥＲＲ）を算出して一致性を判断する（ステップ２
０１、２０２）。

【００５８】ここで、１回前のステップ１０１による不
純物プロファイルにおける補間領域の全領域内の深さｘ
j （ｊは１〜ｎ）の不純物濃度をｙj とすると、このス
テップ２０１の処理は、まず、(13)式に示す重み係数ｗ
j を用いた(12)式に示す重み付け偏差２乗和ＥＲＲを求
め、これを予め定められている判断用しきい値ＴＨERR
と比較することで、一致性を判断する。

【００５９】

【数６】 (12)式は、深さｘj における今回のステップ２００で得
られた不純物プロファイル関数ｆ（ｘ）での値ｆ（ｘj
）と、１回前のステップ１０１による不純物プロファ
イルの深さｘj におけるデータ濃度ｙj との差分２乗
に、重み係数ｗj を乗算し、この重み付け偏差２乗を、
補間領域の全領域におけるデータ群（ｘj ，ｙj ）につ
いて累積したものをずれパラメータＥＲＲとすることを
表している。ここで、重み係数ｗj としては、(13)式に
示すように、最大不純物濃度ｙmax に対するそのデータ
濃度ｙj の比であるので、データ濃度ｙj が大きい深さ
ｘj ほど重みが大きくなっている。従って、データ濃度
ｙj が大きいほど、今回の濃度ｆ（ｘj ）とのずれが大
きくずれパラメータＥＲＲに寄与するようになってお
り、一致性の判断にも大きく影響するようになってい
る。

【００６０】ステップ２０２の判断の結果、今回の不純
物プロファイル関数ｆ（ｘ）が直前の不純物プロファイ
ルとほぼ一致しているという結果を得た場合には、今回
の不純物プロファイル関数ｆ（ｘ）を、ステップ１０２
の処理に引き渡す。

【００６１】これに対して、ずれパラメータＥＲＲが大
きいと判断すると、全補間領域が節点に分けられた各部
分補間領域毎に、(12)式を適用して、ずれパラメータ
（重み付け偏差２乗和）ＥＲＲs （ｓは各部分補間領域
を特定するパラメータ）を算出し（ステップ２０３）、
ずれパラメータＥＲＲs が最も大きい部分補間領域の例
えば中央の深さに節点を追加して（ステップ２０４）、
不純物プロファイル関数ｆ（ｘ）の算出ステップ２００
に戻る。

【００６２】図１０（ｂ）に示すように節点が割り当て
られ、図１０（ａ）に示すように、全補間領域ＨＳ〜Ｈ
Ｅが３個に区分されている場合において、例えば、全補
間領域に対するずれパラメータＥＲＲが大きく、それに
より各領域１、２、３について求めたずれパラメータＥ
ＲＲ1 、ＥＲＲ2 、ＥＲＲ3 のうち、ずれパラメータＥ
ＲＲ1 が最も大きいときには、図１０（ｄ）に示すよう
に、今までの領域１の中間に節点を追加し、図１０
（ｃ）に示すように、全補間領域ＨＳ〜ＨＥを４区分
し、不純物プロファイル関数ｆ（ｘ）を算出し直すこと
になる。

【００６３】この第３の実施形態によっても、基本的な
処理の流れは、第１及び第２の実施形態と同様であるの
で、同様な効果を奏することができる。

【００６４】これに加えて、第３の実施形態によれば、
Ｂ−スプライン関数を用いた補間精度を一段と高めるこ
とができるという効果を奏する。すなわち、節点を追加
させる処理において、不純物濃度を反映させた重み付け
を考慮しない場合、ＳＩＭＳ法による初期不純物プロフ
ァイル等のＢ−スプライン関数表現では、基板の深い低
濃度領域で誤差を多く含むため、不純物プロファイル上
重要度が低い基板の深い領域に節点位置を増やすことに
なるが、不純物濃度の関数として重み付けを扱うことに
より、不純物プロファイル上重要度が高いチャネル表面
側に節点位置を多く発生でき、チャネル表面の補間精度
を向上させることができる。

【００６５】なお、この第３の実施形態において、節点
の追加判断、追加処理は、初期不純物プロファイルが得
られてステップ１０１の関数表現化に移行してきたとき
のみ実行するようにしても良く、また、この場合に加え
て、ステップ１０４のパラメータ更新が実行された後に
ステップ１０１の関数表現化に移行してきたときにも実
行するようにしても良い。

【００６６】また、節点の追加判断に供するずれパラメ
ータとして、重み付け偏差２乗和に代えて、重み付け偏
差絶対値の総和を適用するようにしても良い。

【００６７】（Ｄ）第４の実施形態 次に、本発明によるＦＥＴチャネルプロファイル抽出方
法の第４の実施形態を図面を参照しながら説明する。

【００６８】この第４の実施形態は、不純物プロファイ
ルをＢ−スプライン関数を用いて関数表現化する補間領
域をもパラメータとして出力する不純物プロファイル関
数ｆ（ｘ）を得るようにしたことを特徴とするものであ
る。

【００６９】図１１は、この第４の実施形態の特徴処理
の説明図である。なお、この図１１における曲線部分Ｃ
i Ｂi （ｘ）の形状は実際上のものとは異なり、特徴処
理の説明の便宜上、簡単な形状で示している。また、図
１１においては、Ｂ−スプライン関数Ｂi,k （ｘ）をそ
の多項式の次数を表すパラメータｋを省略して示してい
る。

【００７０】今、図１１（ａ）に示すように、補間領域
がＨＳ〜ＨＥの範囲で、不純物プロファイルについて、
ある程度良好なＢ−スプライン関数表現化（関数ｆ
（ｘ））が実行されたとする。このような状態におい
て、図１１（ｂ）に示すように、係数Ｃi を固定したま
ま、補間領域をＨＳ〜ＨＥ’に変化させ、各節点の位置
も（ＨＳ−ＨＥ）／（ＨＳ−ＨＥ’）の比率で変化さ
せ、これによって得られた新たなＢ−スプライン関数Ｂ
i ’（ｘ）に今までの係数Ｃi を適用して、新たな不純
物プロファイル関数ｆ（ｘ）を求める。

【００７１】このように係数Ｃi を固定化させておき、
補間領域をパラメータとして種々変化させ、実製品から
のしきい値電圧Ｖth及び基板バイアス依存性ΔＶthに最
もフィットするように不純物プロファイルを得る。

【００７２】ここで、補間領域の初期値としては、基板
と酸化膜の界面から基板に向かって拡がる空乏層幅の
１．２倍や１．５倍等の１倍から２倍の間の任意の長さ
に選定しておき、補間領域をパラメータとして変更させ
る場合には、例えば、その空乏層幅の１〜２倍の間で変
化させる。

【００７３】補間領域をパラメータとしたチャネルプロ
ファイル演算装置１１の処理の流れは任意であるが、一
例を示すと、図１２に示すものを挙げることができる。
なお、図１２は、この実施形態の特徴を分かり易いよう
に示したものであり、ステップ１０１Ａ〜１０４Ａは、
ステップ１０１〜１０４と融合させた形で処理を実現す
るようにしても良いことは勿論である。

【００７４】補間領域以外をパラメータとした最適な不
純物プロファイルのシミュレーション探索を最初に実行
し（ステップ１００〜１０４）、その後、その不純物プ
ロファイルの係数Ｃi を固定化した、しかも、補間領域
だけをパラメータとした最適な不純物プロファイルのシ
ミュレーション探索を実行するようにする（ステップ１
０１Ａ〜１０４Ａ）。なお、ステップ１０３の判断基準
を、ステップ１０３Ａの判断基準より甘くしておく。ま
た、ステップ１０１ＡのＢ−スプライン関数表現化にお
いては、係数Ｃi を固定値として取扱う。

【００７５】この第４の実施形態によっても、基本的な
処理の流れは、第１及び第２の実施形態と同様であるの
で、同様な効果を奏することができる。

【００７６】これに加えて、第４の実施形態によれば、
Ｂ−スプライン関数を用いた補間領域をもパラメータと
して、実製品の電気特性にフィットする最適な不純物プ
ロファイルを探索するようにしたので、補間精度を一段
と高めることができるという効果を奏する。ここで、補
間領域だけをパラメータとして処理する際には、処理パ
ラメータ数が少なく、処理を容易かつ迅速に実行するこ
とができる。

【００７７】なお、上記の説明においては、最適な係数
Ｃi の探索をも行なうものを示したが、初期不純物プロ
ファイルを処理して係数Ｃi を決定した後は、補間領域
だけをパラメータとして処理するようにしても良い。

【００７８】（Ｅ）第５の実施形態 次に、本発明によるＦＥＴチャネルプロファイル抽出方
法の第５の実施形態を図面を参照しながら説明する。こ
こで、図１３は、第５の実施形態のチャネルプロファイ
ル演算装置１１が実行する処理を示すフローチャートで
あり、図１との同一、対応部分には同一符号を付して示
している。

【００７９】この第５の実施形態は、図１３に示すよう
に、不純物プロファイル関数ｆ（ｘ）を算出したときに
は、更新するパラメータ変数を定義するためにしきい値
電圧Ｖth及びその基板バイアス依存性ΔＶthの感度解析
を行ない、その後ステップ１０４に進んだときには、感
度の高いパラメータだけを変数として更新させるように
したことを特徴とするものである。

【００８０】不純物プロファイル関数ｆ（ｘ）の算出後
に実行されるしきい値電圧Ｖth及びその基板バイアス依
存性ΔＶth_(t) （ｔは第ｔ番目の基板バイアス依存性を
表す）の感度解析処理例として、図１４に示すものを挙
げることができる。

【００８１】全てのパラメータのそれぞれについて、所
定量だけ変化させた場合のしきい値電圧Ｖth及びその基
板バイアス依存性ΔＶth_(t) の変化量を算出して格納す
る（ステップ３００〜３０３）。ここで、パラメータの
変化量も複数段階にしても良い。例えば、係数Ｃ1 を変
化させた場合、図７に示した不純物プロファイルの山の
部分が持ち上がり、図７を用いて説明したように、不純
物濃度分布の影響を受けるしきい値電圧Ｖth及びその基
板バイアス依存性ΔＶth_(t) もそれに応じて変化する。

【００８２】その後、各パラメータの変化量に対するし
きい値電圧Ｖth及びその基板バイアス依存性ΔＶth_(t)
の変化量に基づいて、(10)式及び(11)式に示した収束条
件の不満足の組み合わせ（ここではその符号も問題とす
る）と、更新すべきパラメータ及び更新方向との対応関
係を作成する（ステップ３０４）。

【００８３】このような感度解析結果が、ステップ１０
４のパラメータ更新処理で利用され、必要なパラメータ
だけが更新される。

【００８４】この第５の実施形態によっても、基本的な
処理の流れは、第１及び第２の実施形態と同様であるの
で、同様な効果を奏することができる。

【００８５】これに加えて、第５の実施形態によれば、
不純物プロファイル関数ｆ（ｘ）が得られた際に感度解
析を行ない、しきい値電圧Ｖth及びその基板バイアス依
存性ΔＶth_(t) に感度のないパラメータを予め除き、感
度のあるパラメータのみを変数として更新させるように
したので、ステップ１０１の処理時間を平均的に見て低
減できるという効果をも奏する。

【００８６】（Ｆ）第６の実施形態 次に、本発明によるＦＥＴチャネルプロファイル抽出方
法の第６の実施形態を図面を参照しながら説明する。

【００８７】第６の実施形態は、イオン種の異なる２つ
以上の不純物プロファイルを有する埋め込み型ＭＯＳＦ
ＥＴのチャネルプロファイルを抽出するものである。

【００８８】所望の各種電気特性を得るための不純物プ
ロファイルが、２つ以上のイオン種の異なる不純物から
構成される場合、(5) 式で扱われる不純物濃度が正味の
不純物濃度Γとして扱われるため、得られる不純物プロ
ファイルは、図１５（ａ）に示す正味の不純物濃度であ
る。この正味の不純物濃度を得るための方法として、２
つ以上のイオン種の異なる不純物（図１５（ｂ）ではＡ
及びＢで表している）に分離して取扱うことで、最終的
に所望するチャネルプロファイルを得るようにしてい
る。例えば、２種類の不純物をドーピングする場合であ
れば、不純物の組み合わせとして、ボロン及びリンや、
ボロン及びヒ素の組み合わせが用いられることが多い。

【００８９】図１６は、このようなイオン種の異なる２
つ以上の不純物を用いた埋め込みチャネル型ＭＯＳＦＥ
Ｔのチャネルプロファイルの抽出処理を示すフローチャ
ートである。以下では、不純物種類が２個として説明す
る。

【００９０】まず、各種類の不純物についてそれぞれ、
ＳＩＭＳ法やプロセスシミュレーションによって、以下
の処理の出発値となる初期の不純物プロファイルを得る
（ステップ４００）。そして、得られた各初期不純物プ
ロファイルをＢ−スプライン関数を用いて関数表現化す
る（ステップ４０１）。その後、パラメータ感度解析を
行ない、それそれの不純物についての不純物プロファイ
ル関数で更新処理に供するパラメータ（数や領域分割位
置）を決定する（ステップ４０２）。

【００９１】その後、最適な合成不純物プロファイル
（チャネルプロファイル）の探索に進むが、まず、しき
い値電圧の基板バイアス依存性ΔＶthに与える影響が大
きい、深い領域までドーピングされている不純物（図１
５（ｂ）における不純物Ｂが該当する）について、その
不純物プロファイルを決定する。

【００９２】なお、以下では、図１５（ｂ）における不
純物Ｂに該当する不純物のチャネルプロファイルを第１
の不純物プロファイルと呼び、図１５（ｂ）における不
純物Ａに該当する不純物のチャネルプロファイルを第２
の不純物プロファイルと呼ぶこととする。

【００９３】第１の不純物プロファイルの決定処理にお
いては、第１及び第２の不純物プロファイルを融合させ
たチャネルプロファイルから、しきい値電圧の基板バイ
アス依存性ΔＶth（＝ΔＶth^(Sim) ）を求め（ステップ
４０３）、その算出された基板バイアス依存性ΔＶth
^(Sim) と、半導体電気特性測定装置１１が実製品から測
定した基板バイアス依存性ΔＶth（＝ΔＶth^(Tar) ）と
の偏差絶対値が予め定められている所定値ｅｒｒ３以下
になっているか否かを判定し（ステップ４０４）、否定
結果を得たときには、上述したパラメータ感度解析結果
に基づいて、『第１の不純物プロファイル』のパラメー
タを更新し（ステップ４０５；必要ならば再度の関数表
現化を含む）、上述したしきい値電圧の基板バイアス依
存性ΔＶth（＝ΔＶth^(Sim) ）の算出処理に戻り、この
ようなステップ４０３〜４０５でなる処理ループを、ス
テップ４０４で肯定結果が得られるまで繰返す。

【００９４】このように、深い領域までドーピングされ
ている不純物の第１の不純物プロファイルの決定処理に
おいては、他方の第２の不純物プロファイルを固定化さ
せ、しきい値電圧の基板バイアス依存性ΔＶthについて
の許容誤差条件を満足させるように、『第１の不純物プ
ロファイル』だけを逐次修正させて決定する。

【００９５】以上のようにして、第１の不純物プロファ
イルを決定すると、次に、しきい値電圧Ｖthに与える影
響が大きい、浅い領域にドーピングされている不純物
（図１５（ｂ）における不純物Ａが該当する）につい
て、その第２の不純物プロファイルを決定する。

【００９６】ここで、最初に第１の不純物プロファイル
を決定した後、第２の不純物プロファイルを決定するよ
うにしたのは、第１の不純物プロファイルの方が広い範
囲に渡っていてその形状が第２の不純物プロファイルよ
り単純で決定し易いこと、第２の不純物プロファイルの
方がしきい値電圧に影響を与えるのでより正確に決定す
る必要があり、その決定のために他の要素を補償してお
く必要があること、に基づいている。

【００９７】第２の不純物プロファイルの決定処理にお
いては、第１及び第２の不純物プロファイルを融合させ
たチャネルプロファイルから、しきい値電圧Ｖth（＝Ｖ
th^{(S im)} ）を求め（ステップ４０６）、その算出された
しきい値電圧Ｖth^(Sim) と、半導体電気特性測定装置１
１が実製品から測定したしきい値電圧Ｖth（＝Ｖth^(T
ar) ）との偏差絶対値が予め定められている所定値ｅｒ
ｒ４以下になっているか否かを判定し（ステップ４０
７）、否定結果を得たときには、上述したパラメータ感
度解析結果に基づいて、『第２の不純物プロファイル』
のパラメータを更新し（ステップ４０８；必要ならば再
度の関数表現化を含む）、上述したしきい値電圧Ｖth
（＝Ｖth^(Sim) ）の算出処理に戻り、このようなステッ
プ４０６〜４０８でなる処理ループを、ステップ４０８
で肯定結果が得られるまで繰返す。

【００９８】このように、浅い領域にドーピングされて
いる不純物の第２の不純物プロファイルの決定処理にお
いては、他方の第１の不純物プロファイルを固定化さ
せ、しきい値電圧Ｖthについての許容誤差条件を満足さ
せるように、『第２の不純物プロファイル』だけを逐次
修正させて決定する。

【００９９】以上のようにして、第１及び第２の不純物
プロファイルが決定されると、第２の不純物プロファイ
ルの決定（修正）により、しきい値電圧の基板バイアス
依存性ΔＶthも変化するので、その許容誤差条件を満足
しているかを再確認する。すなわち、決定された第１及
び第２の不純物プロファイルを融合させたチャネルプロ
ファイルから、しきい値電圧の基板バイアス依存性ΔＶ
th（＝ΔＶth^(Sim) ）を求め（ステップ４０９）、その
算出された基板バイアス依存性ΔＶth^(Sim) と、半導体
電気特性測定装置１１が実製品から測定した基板バイア
ス依存性ΔＶth（＝ΔＶth^(Tar) ）との偏差絶対値が予
め定められている所定値ｅｒｒ３以下になっているか否
かを判定する（ステップ４１０）。

【０１００】ここで、否定結果を得た場合には、第１の
不純物プロファイルの決定処理（ステップ４０３〜４０
５）に戻り、肯定結果を得た場合には、チャネルプロフ
ァイルを出力する。

【０１０１】第６の実施形態は、埋め込みチャネル型Ｍ
ＯＳＦＥＴを対象としているが、この第６の実施形態に
よっても、実際に製作されたＭＯＳＦＥＴの電気特性に
合わせるようにチャネルプロファイルを抽出するように
しているので、既述した各実施形態におけると同様な効
果を得ることができる。しかも、しきい値電圧の基板バ
イアス依存性ΔＶthに感度がある深い領域のプロファイ
ルを先に決定することにより、解の存在範囲を限定で
き、解を収束の方向に良好に導け、チャネルプロファイ
ルを高精度に抽出することができる。

【０１０２】なお、３個以上の不純物がドーピングされ
ている場合には、深い領域までドーピングされている不
純物のプロファイルから浅い位置にドーピングされてい
る不純物の順序で各不純物プロファイルを決定し、その
際、深い領域ほど基板バイアス電圧の逆バイアスが大き
い基板バイアス依存性ΔＶthを指標とし、浅い領域でし
きい値電圧Ｖth自体を指標とする。また、しきい値電圧
Ｖth及びその基板バイアス依存性ΔＶthに対する各不純
物プロファイルの感度が同じ、又は、同等の場合、それ
らのプロファイルを１つにまとめることもでき、あたか
もイオン種が少ないように取扱うこともできる。

【０１０３】（Ｇ）第７の実施形態 次に、本発明によるＦＥＴチャネルプロファイル抽出方
法及び装置の第７の実施形態を図面を参照しながら説明
する。この第７の実施形態も、イオン種の異なる２つ以
上の不純物プロファイルを有する埋め込み型ＭＯＳＦＥ
Ｔのチャネルプロファイルを抽出するものである。

【０１０４】図１７は、第７の実施形態のチャネルプロ
ファイル演算装置１１の処理を示すフローチャートであ
り、図１との同一、対応処理には同一符号を付して示し
ている。

【０１０５】この第７の実施形態においては、イオン種
の異なる２つ以上の不純物プロファイルを有する埋め込
み型のチャネルプロファイルを抽出するために、まず、
各不純物についての初期不純物プロファイルを、例え
ば、ＳＩＭＳ法等によって得た場合には、それぞれのイ
オン種の異なる不純物のプロファイルをネットドーピン
グ（Ｎｅｔ Ｄｏｐｉｎｇ；正味の不純物濃度）として
１本化する（ステップ１００）。

【０１０６】これにより、あたかも１種類の不純物と同
様に取扱うことができるようになり、これ以降は、第１
の実施形態と同様に処理する（ステップ１０１〜１０
４）。

【０１０７】第７の実施形態も、埋め込みチャネル型Ｍ
ＯＳＦＥＴを対象としているが、この第７の実施形態に
よっても、実際に製作されたＭＯＳＦＥＴの電気特性に
合わせるようにチャネルプロファイルを抽出するように
しているので、既述した第１〜第５実施形態におけると
同様な基本的な効果を得ることができる。ここで、第６
の実施形態と比較した場合、イオン種の異なる２つ以上
の埋め込み型のチャネルプロファイルをネットドーピン
グとして１本化して不純物プロファイルを抽出するの
で、抽出精度が若干悪くなる恐れがある反面、パラメー
タ数を低減できて高速に不純物プロファイルを抽出でき
る利点がある。

【０１０８】（Ｈ）他の実施形態 上述においては、本発明の各種特徴を理解し易いよう
に、特徴毎に別個の実施形態を示したが、上記各実施形
態の技術的思想を組み合わせるようにしても良い。例え
ば、第１又は第２の実施形態に、第３〜第５の実施形態
の技術的思想を盛り込むようにしても良く、また、第６
の実施形態に第３〜第５の実施形態の技術的思想を盛り
込むようにしても良い。

【０１０９】図１８は、前者の組み合わせ例における初
期不純物プロファイル、真の不純物プロファイル及び抽
出された不純物プロファイルを示しており、図１９は、
後者の組み合わせ例における初期不純物プロファイル、
真の不純物プロファイル及び抽出された不純物プロファ
イルを示している。これらの図１８及び図１９からは、
初期不純物プロファイルが真の不純物プロファイルから
かなりずれていても、抽出結果の不純物プロファイルが
真の不純物プロファイルに非常に良く一致していること
が分かる。

【０１１０】また、上記各実施形態においては、不純物
プロファイルの抽出対象がＭＯＳＦＥＴの場合を示した
が、ＭＥＳＦＥＴやＭＩＳＦＥＴ等の他のＦＥＴの不純
物プロファイルの抽出に本発明を適用できることは勿論
である。

【０１１１】さらに、上記各実施形態においては、不純
物プロファイルの関数表現化を、Ｂ−スプライン関数を
用いて行なうものを示したが、既述したように、非対称
ガウス分布やピアソン分布等の他の関数を用いて不純物
プロファイルを関数表現化するものであっても良い。

【０１１２】さらにまた、上記各実施形態においては、
最適な不純物プロファイルを探索するための初期値とし
ての不純物プロファイルを、プロセスシミュレーション
又はＳＩＭＳ法によって得るものを示したが、これ以外
の方法によっても良いことは勿論である。例えば、同様
なＦＥＴ構造の他のＦＥＴについて過去に抽出した不純
物プロファイルを初期不純物プロファイルとすることも
できる。

【０１１３】また、上記各実施形態においては、最適な
不純物プロファイルの探索を打ち切るか否かを決定する
ための電気特性がしきい値電圧（及びその基板バイアス
依存性）であるものを示したが、不純物プロファイルに
よって特性値が変化する、しかも、実製品から測定可能
な他の電気特性を用いるようにしても良い。例えば、ゲ
ート電圧（ＶG ）−ドレイン電流（ＩD ）特性の非飽和
領域における所定のゲート電圧でのドレイン電流（及び
その基板バイアス依存性）を、最適な不純物プロファイ
ルの探索を打ち切るか否かを決定するための電気特性と
することもできる。

【０１１４】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、不純物
プロファイルの抽出の出発値となる初期不純物プロファ
イルを定めた後、不純物プロファイルをＢ−スプライン
関数を用いて関数表現化し、この関数表現化された不純
物プロファイルを用いて、ＦＥＴのしきい値電圧及びそ
の基板バイアスの依存性を演算し、この演算されたしき
い値電圧及びその基板バイアスの依存性と目標とするし
きい値電圧及びその基板バイアスの依存性とを比較し、
演算されたしきい値電圧及びその基板バイアスの依存性
が目標とするしきい値電圧及びその基板バイアスの依存
性に許容誤差内で一致するまで関数表現化された不純物
プロファイルを修正し、演算されたしきい値電圧及びそ
の基板バイアスの依存性が目標とするしきい値電圧及び
その基板バイアスの依存性に許容誤差内で一致したとき
の関数表現化された不純物プロファイルを抽出結果と
し、不純物プロファイルの関数表現化に供した濃度デー
タと、関数表現化後の濃度データとの偏差の２乗又は絶
対値にその濃度に応じた重み付けを行ない、この重み付
け偏差２乗又は重み付け偏差絶対値の総和を評価値とし
て、Ｂ−スプライン関数の節点位置を追加するか否かを
決定し、追加する場合には関数表現化をやり直すことと
したので、抽出結果の不純物プロファイルは所望の電気
特性を保証でき、また、電気特性の目標値を実際に製作
されたＦＥＴから得ている場合には、抽出された不純物
プロファイルは真の不純物プロファイルに非常に一致し
たものとなる。

【０１１５】ここで、初期不純物プロファイルとして非
破壊的な方法で得たものを適用でき、この場合には、抽
出結果となる不純物プロファイルを得るにつき、一切の
破壊的な測定方法等を不要にできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施形態のプロファイル抽出処理を示す
フローチャートである。

【図２】ＳＩＭＳ法によるプロファイル抽出方法の説明
図である。

【図３】第１の実施形態に係る装置構成を示すブロック
図である。

【図４】抽出処理で指標とするしきい値電圧の説明図で
ある。

【図５】一般的なプロファイル形状を示す説明図であ
る。

【図６】第１の実施形態のＢ−スプライン関数表現化の
説明図である。

【図７】しきい値電圧及びその基板バイアス依存性と、
プロファイルとの関係説明図である。

【図８】第２の実施形態のプロファイル抽出処理を示す
フローチャートである。

【図９】第３の実施形態の節点追加判断処理を示すフロ
ーチャートである。

【図１０】第３の実施形態の節点追加判断処理の説明図
である。

【図１１】第４の実施形態の補間領域の変更処理の説明
図である。

【図１２】第４の実施形態の補間領域の変更処理を含む
プロファイル抽出処理を示すフローチャートである。

【図１３】第５の実施形態のプロファイル抽出処理を示
すフローチャートである。

【図１４】第５の実施形態のパラメータ感度解析の詳細
フローチャートである。

【図１５】埋め込み型ＭＯＳＦＥＴのチャネルプロファ
イルの説明図である。

【図１６】第６の実施形態のプロファイル抽出処理を示
すフローチャートである。

【図１７】第７の実施形態のプロファイル抽出処理を示
すフローチャートである。

【図１８】本発明により抽出された不純物プロファイル
を示す説明図（１）である。

【図１９】本発明により抽出された不純物プロファイル
を示す説明図（２）である。

【符号の説明】

１０…半導体電気特性測定装置、１１…チャネルプロフ
ァイル演算装置。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 林洋一、黒田茂樹、甲斐和彦、劉国 林、福田浩一、西謙二，インバースモデ リング技術を用いたＭＯＳＦＥＴチャネ ルプロファイル抽出法の検討，電子情報 通信学会技術研究報告 信学技報，日 本，社団法人電子情報通信学会，1995年 ９月14日，Ｖｏｌ．95，Ｎｏ．231, ＰＰ．23−28 林洋一、黒田茂樹、甲斐和彦、劉国 林、福田浩一、西謙二，インバースモデ リングによるＭＯＳＦＥＴチャネルプロ ファイルの抽出法の検討〜Ｂ−スプライ ン関数を用いた，1995年（平成７年）春 季第42回応用物理学関係連合講演会予稿 集第０分冊，日本，（社）応用物理学 会，1995年 ３月28日，28ａ−ＴＦ− ４，タイトル欠損有り 林洋一、黒田茂樹、甲斐和彦、劉国 林、福田浩一、西謙二，インバースモデ リングによるＭＯＳＦＥＴチャネルプロ ファイル抽出法〜埋込みチャネルプロフ ァイルへの適用，1995年（平成７年）秋 季第56回応用物理学会学術講演会予稿集 第２分冊，日本，（社）応用物理学会, 1995年 ８月26日，27ａ−ＺＱ−２，タ イトル欠損有り (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/336 H01L 29/78 G01R 31/26 H01L 29/00

Claims (10)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ＦＥＴチャネルの不純物プロファイルを
   抽出するＦＥＴチャネルプロファイル抽出方法におい
   て、 不純物プロファイルの抽出の出発値となる初期不純物プ
   ロファイルを定めた後、不純物プロファイルをＢ−スプ
   ライン関数を用いて関数表現化し、この関数表現化され
   た不純物プロファイルを用いて、ＦＥＴのしきい値電圧
   及びその基板バイアスの依存性を演算し、この演算され
   たしきい値電圧及びその基板バイアスの依存性と目標と
   するしきい値電圧及びその基板バイアスの依存性とを比
   較し、演算されたしきい値電圧及びその基板バイアスの
   依存性が目標とするしきい値電圧及びその基板バイアス
   の依存性に許容誤差内で一致するまで関数表現化された
   不純物プロファイルを修正し、演算されたしきい値電圧
   及びその基板バイアスの依存性が目標とするしきい値電
   圧及びその基板バイアスの依存性に許容誤差内で一致し
   たときの関数表現化された不純物プロファイルを抽出結
   果とし、不純物プロファイルの関数表現化に供した濃度
   データと、関数表現化後の濃度データとの偏差の２乗又
   は絶対値にその濃度に応じた重み付けを行ない、この重
   み付け偏差２乗又は重み付け偏差絶対値の総和を評価値
   として、Ｂ−スプライン関数の節点位置を追加するか否
   かを決定し、追加する場合には関数表現化をやり直すこ
   とを特徴とするＦＥＴチャネルプロファイル抽出方法。
2. 【請求項２】 Ｂ−スプライン関数のパラメータを一定
   として、不純物プロファイルの関数表現化を行なう補間
   領域を調節し、関数のフィッティング精度を高めること
   を特徴とする請求項１に記載のＦＥＴチャネルプロファ
   イル抽出方法。
3. 【請求項３】 ＦＥＴチャネルの不純物プロファイルを
   抽出するＦＥＴチャネルプロファイル抽出方法におい
   て、 不純物プロファイルの抽出の出発値となる初期不純物プ
   ロファイルを定めた後、不純物プロファイルをＢ−スプ
   ライン関数を用いて関数表現化し、この関数表現化され
   た不純物プロファイルを用いて、ＦＥＴのしきい値電圧
   及びその基板バイアスの依存性を演算し、この演算され
   たしきい値電圧及びその基板バイアスの依存性と目標と
   するしきい値電圧及びその基板バイアスの依存性とを比
   較し、演算されたしきい値電圧及びその基板バイアスの
   依存性が目標とするしきい値電圧及びその基板バイアス
   の依存性に許容誤差内で一致するまで関数表現化された
   不純物プロファイルを修正し、演算されたしきい値電圧
   及びその基板バイアスの依存性が目標とするしきい値電
   圧及びその基板バイアスの依存性に許容誤差内で一致し
   たときの関数表現化された不純物プロファイルを抽出結
   果とし、Ｂ−スプライン関数のパラメータを一定とし
   て、不純物プロファイルの関数表現化を行なう補間領域
   を調節し、関数のフィッティング精度を高めることを特
   徴とするＦＥＴチャネルプロファイル抽出方法。
4. 【請求項４】 イオン種の異なる２つ以上の不純物がド
   ーピングされている埋め込み型ＦＥＴのチャネルの不純
   物プロファイルを抽出するＦＥＴチャネルプロファイル
   抽出方法において、 イオン種の異なるそれぞれの不純物について初期不純物
   プロファイルを得た後、各初期不純物プロファイルをネ
   ットドーピングとして１本化して不純物プロファイルを
   関数表現化し、その後、１種類の不純物がドーピングさ
   れている場合と同様に、この関数表現化された不純物プ
   ロファイルを用いて、ＦＥＴの所定の電気特性を演算
   し、この演算された電気特性と目標とする電気特性とを
   比較し、演算された電気特性が目標とする電気特性に許
   容誤差内で一致するまで関数表現化された不純物プロフ
   ァイルを修正し、演算された電気特性が目標とする電気
   特性に許容誤差内で一致したときの関数表現化された不
   純物プロファイルを抽出結果とし、所定の電気特性を指
   標とした最適な不純物プロファイルの探索を行なうこと
   を特徴とするＦＥＴチャネルプロファイル抽出方法。
5. 【請求項５】 上記電気特性が、しきい値電圧及びその
   基板バイアスの依存性であることを特徴とする請求項４
   に記載のＦＥＴチャネルプロファイル抽出方法。
6. 【請求項６】 不純物プロファイルの関数表現化を、Ｂ
   −スプライン関数を用いて行なうことを特徴とする請求
   項４又は５に記載のＦＥＴチャネルプロファイル抽出方
   法。
7. 【請求項７】 不純物プロファイルの関数表現化に供し
   た濃度データと、関数表現化後の濃度データとの偏差の
   ２乗又は絶対値にその濃度に応じた重み付けを行ない、
   この重み付け偏差２乗又は重み付け偏差絶対値の総和を
   評価値として、Ｂ−スプライン関数の節点位置を追加す
   るか否かを決定し、追加する場合には関数表現化をやり
   直すことを特徴とする請求項６に記載のＦＥＴチャネル
   プロファイル抽出方法。
8. 【請求項８】 Ｂ−スプライン関数のパラメータを一定
   として、不純物プロファイルの関数表現化を行なう補間
   領域を調節し、関数のフィッティング精度を高めること
   を特徴とする請求項６又は７に記載のＦＥＴチャネルプ
   ロファイル抽出方法。
9. 【請求項９】 上記初期不純物プロファイルとして、２
   次イオン質量分析法によって得られた不純物プロファイ
   ル、又は、ＦＥＴの製造工程についてのプロセスシミュ
   レーションによって得られた不純物プロファイルを適用
   することを特徴とする請求項４〜８のいずれかに記載の
   ＦＥＴチャネルプロファイル抽出方法。
10. 【請求項１０】 関数表現化した少なくても初期不純物
    プロファイルのパラメータに対し、そのパラメータが電
    気特性に与える影響を検出する感度解析を行ない、最適
    な不純物プロファイルの探索中にパラメータの変更が必
    要になったときに、感度解析結果に基づいて、パラメー
    タの変更を行なうことを特徴とする請求項４〜９のいず
    れかに記載のＦＥＴチャネルプロファイル抽出方法。