JPH06196539A - イオン注入プロセスのシミュレーション方法 - Google Patents

イオン注入プロセスのシミュレーション方法

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JPH06196539A
JPH06196539A JP34366992A JP34366992A JPH06196539A JP H06196539 A JPH06196539 A JP H06196539A JP 34366992 A JP34366992 A JP 34366992A JP 34366992 A JP34366992 A JP 34366992A JP H06196539 A JPH06196539 A JP H06196539A
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JP
Japan
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profile
substrate
semiconductor substrate
layer
impurity concentration
Prior art date
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Application number
JP34366992A
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English (en)
Inventor
Kannan Tei
煥南 鄭
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】基板深さ方向において部分的にアモルファス化
された半導体基板に対して不純物のイオンを注入した場
合の基板深さ方向における不純物濃度のプロファイルを
求める場合でも、解析的な計算の結果の精度を向上させ
る。 【構成】基板深さ方向において同一素材のアモルファス
層21aおよび結晶層21bが存在する状態の半導体基
板21に対して不純物のイオンを注入した場合の基板深
さ方向における不純物濃度のプロファイルの解析的計算
を行う際に、アモルファス層と結晶層とに分割して取り
扱い、アモルファス層における不純物濃度のプロファイ
ルは、アモルファス層のみからなる半導体基板に関して
既知の解析的関数のパラメータのデータベースに基いて
計算し、結晶層における不純物濃度のプロファイルは、
結晶層のみからなる半導体基板に関して既知の解析的関
数のパラメータのデータベースに基いて計算することを
特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置の製造方法
に係り、特に半導体基板にイオン注入するプロセスのシ
ミュレーション方法に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体装置の製造プロセスにおける半導
体基板へのイオン注入プロセスのシミュレーションに際
して、イオン注入のターゲット(半導体基板)に対して
不純物のイオンを注入した場合の基板深さ方向における
不純物濃度のプロファイルを求めるために、解析的な計
算方法が多用されている。
【0003】従来の解析的な計算方法は、ターゲットの
素材を特定してイオン注入の加速エネルギーを変えてイ
オン注入を行った場合に得られるターゲットの深さ方向
における不純物濃度のプロファイルを実測し、この実測
したプロファイルを解析的関数で近似して得られる解析
的関数のパラメータ(イオンの投影飛程Rpなど)をデ
ータベース化した表に基いて計算している。このような
従来の解析的な計算方法によれば、ターゲットが単一材
質からなる場合には精度の良い結果が得られる。
【0004】しかし、従来の解析的な計算方法では、タ
ーゲットの素材は同一であってもターゲットの深さ方向
に材質が二種類以上存在する場合には、精度の良い結果
が得られないという問題がある。
【0005】即ち、半導体装置の製造プロセスにおいて
は、ターゲットの素材は同一であっても、ターゲットの
深さ方向に材質が二種類以上存在する場合がある。例え
ば、半導体基板に重い元素の高ドーズ量のイオンが注入
されると、注入時の衝撃によって半導体基板の表層部の
結晶がアモルファス化する。
【0006】このように基板深さ方向において部分的に
アモルファス化された半導体基板に対してイオン注入を
行った場合に得られるターゲットの深さ方向における不
純物濃度のプロファイルは、結晶質のみからなる単一材
質のターゲットに対してイオン注入を行った場合に得ら
れるプロファイルよりも浅く、アモルファスのみからな
る単一材質のターゲットに対してイオン注入を行った場
合に得られるプロファイルよりも深くなる。
【0007】図5は、以上の問題点を具体的に実証する
ために、全体が結晶からなるシリコン基板(ベア・シリ
コン)にヒ素(As)イオンを注入して基板表層部をア
モルファス化した後にボロン(B)イオンを注入した場
合について、SIMS(二次イオン質量分析計)を用い
た実測結果(実線)および従来の解析的な計算方法によ
る計算結果(点線)を対比して示している。図6は、結
晶層のみの単一材質からなるシリコン基板に対して不純
物のイオンを注入した場合に得られたプロファイルの一
例を示している。図7は、アモルファス層のみの単一材
質からなるシリコン基板に対して不純物のイオンを注入
した場合に得られたプロファイルの一例を示している。
【0008】図5によれば、ベア・シリコンにAsイオ
ンを注入した場合については、結晶層のみの単一材質か
らなるシリコン基板にAsイオンを注入した場合に得ら
れたプロファイル(図6)に対応する解析的関数のパラ
メータのデータベースに基いて計算した結果が、実測結
果とほぼ一致していることが分かる。
【0009】しかし、基板表層部がアモルファス化され
た状態の半導体基板にBイオンを注入した場合について
は、ターゲットの材質がアモルファスのみである場合に
得られたプロファイル(図7)に対応する解析的関数の
パラメータのデータベースに基いて計算した結果が、実
測結果とはかなりずれており、解析的な計算の結果の精
度が十分には得られないことが分かる。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】上記したように従来の
イオン注入プロセスのシミュレーション方法は、イオン
注入のターゲットの深さ方向に同一素材の二種類以上の
材質が存在する場合には、解析的な計算の結果の精度が
十分には得られないという問題があった。
【0011】本発明は上記の問題点を解決すべくなされ
たもので、基板深さ方向において部分的にアモルファス
化された半導体基板に対して不純物のイオンを注入した
場合の基板深さ方向における不純物濃度のプロファイル
を求める場合でも、解析的な計算の結果の精度が十分に
得られるようになるイオン注入プロセスのシミュレーシ
ョン方法を提供することを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】本発明のイオン注入プロ
セスのシミュレーション方法は、基板深さ方向において
同一素材のアモルファス層および結晶層が存在する状態
の半導体基板に対して不純物のイオンを注入した場合の
基板深さ方向における不純物濃度のプロファイルの解析
的計算を行う際に、上記アモルファス層と結晶層とに分
割して取り扱い、上記半導体基板のアモルファス層にお
ける不純物濃度のプロファイルについては、アモルファ
ス層のみの単一材質からなる半導体基板に対して不純物
のイオンを注入した場合に得られたプロファイルを解析
的関数で近似して得られる解析的関数のパラメータのデ
ータベースに基いて計算し、前記半導体基板の結晶層に
おける不純物濃度のプロファイルについては、結晶層の
みの単一材質からなる半導体基板に対して不純物のイオ
ンを注入した場合に得られたプロファイルを解析的関数
で近似して得られる解析的関数のパラメータのデータベ
ースに基いて計算することを特徴とする。
【0013】
【作用】基板深さ方向において部分的にアモルファス化
された半導体基板に対して不純物のイオンを注入した場
合の基板深さ方向における不純物濃度のプロファイルを
求める場合でも、アモルファス層と結晶層とに分割し、
それぞれに対応して得られた基板深さ方向における不純
物濃度のプロファイルを解析的関数で近似して得られる
解析的関数のパラメータのデータベースに基いて計算す
るので、解析的な計算の結果の精度が十分に得られるよ
うになる。
【0014】
【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細
に説明する。図1は、本発明のイオン注入プロセスのシ
ミュレーション方法の一実施例を示すフローチャートで
ある。
【0015】本発明のシミュレーション方法では、基板
深さ方向において同一素材のアモルファス層および結晶
層が存在する状態の半導体基板に対して不純物のイオン
を注入した場合の基板深さ方向における不純物濃度のプ
ロファイルの解析的計算を行う際に、上記アモルファス
層と結晶層とに分割して取り扱う。
【0016】即ち、ステップS1では、上記半導体基板
の結晶層における不純物濃度のプロファイルについて、
結晶層のみの単一材質からなる半導体基板に対して不純
物のイオンを注入した場合に得られたプロファイル(例
えば図6)を解析的関数で近似して得られる解析的関数
のパラメータのデータベースに基いて計算する。
【0017】そして、ステップS2では、アモルファス
層における不純物濃度のプロファイルについて、前記半
導体基板のアモルファス層のみの単一材質からなる半導
体基板に対して不純物のイオンを注入した場合に得られ
たプロファイル(例えば図7)を解析的関数で近似して
得られる解析的関数のパラメータのデータベースに基い
て計算する。図2は、図1の方法にしたがって基板のア
モルファス層と結晶層とに分割してシミュレーションを
行った様子を示している。
【0018】図3は、本発明方法の適用例として、Bi
CMOS集積回路にバイポーラトランジスタを形成する
際のベース領域形成用のボロンイオン注入プロセスに適
用した場合における半導体基板を示す断面図である。
【0019】図3に示すように、全体が結晶からなるP
型シリコン基板(ベア・シリコン)21上にシリコン酸
化膜22を形成した後、NPNトランジスタのエミッタ
領域形成用にAsイオンを注入する。この場合、Asイ
オンのドーズ量は、例えば1015程度と高いので、As
イオンの投影飛程Rpを過ぎた付近までの基板表層部2
1aがアモルファス化する。これにより、後続のBイオ
ンの注入によるチャネリングが防止される。この後、さ
らに、ベース領域形成用のBイオンを注入し、アニール
により注入イオンを活性化してエミッタ領域およびベー
ス領域を形成する。
【0020】図4は、上記したBイオンの注入プロセス
のシミュレーションに際して、本発明方法を用いた解析
的な計算方法による計算結果を実線で示している。対比
のため、従来の解析的な計算方法による計算結果を点線
で示している。
【0021】図4から、本発明を用いた解析的な計算方
法による計算結果は、従来例の説明に際して図4中に実
線で示したSIMSによる実測結果とほぼ一致している
ことが分かる。
【0022】即ち、ベア・シリコンにAsイオンを注入
した場合については、ターゲットの材質が結晶のみであ
る場合に対応する解析的関数のパラメータのデータベー
スに基いて計算した結果が、実測結果とほぼ一致してい
ることが分かる。
【0023】また、基板表層部がアモルファス化された
状態のシリコン基板21にBイオンを注入した場合につ
いては、アモルファス層21aに対しては、図7に示し
たように、ターゲットの材質がアモルファスのみである
場合に対応する既知の解析的関数のパラメータのデータ
ベースに基いて計算する。
【0024】そして、アモルファス層21aより下層の
結晶層21bに対しては、図8に示したように、ターゲ
ットの材質が結晶のみである場合に対応する既知の解析
的関数のパラメータのデータベースに基いて計算した結
果が、実測結果とほぼ一致していることが分かる。
【0025】
【発明の効果】上述したように本発明のイオン注入プロ
セスのシミュレーション方法によれば、基板深さ方向に
おいて部分的にアモルファス化された半導体基板に対し
て不純物のイオンを注入した場合の基板深さ方向におけ
る不純物濃度のプロファイルを求める場合でも、解析的
な計算の結果の精度が十分に得られるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のイオン注入プロセスのシミュレーショ
ン方法の一実施例を示すフローチャート。
【図2】図1の方法にしたがって基板のアモルファス層
と結晶層とに分割してシミュレーションを行った様子を
示す特性図。
【図3】BiCMOS集積回路にバイポーラトランジス
タを形成する際のベース領域形成用のボロンイオン注入
プロセスに本発明方法を適用した場合における半導体基
板を示す断面図。
【図4】図2のボロンイオン注入プロセスのシミュレー
ションに際して本発明方法を用いた解析的な計算方法に
よる計算結果および従来の解析的な計算方法による計算
結果を対比して示す特性図。
【図5】基板深さ方向において部分的にアモルファス化
された半導体基板に対して不純物のイオンを注入した場
合の基板深さ方向における不純物濃度のプロファイルを
実測した結果および従来の解析的な計算方法により計算
した結果を対比して示す特性図。
【図6】結晶層のみの単一材質からなる半導体基板に対
して不純物のイオンを注入した場合に得られたプロファ
イルの一例を示す図。
【図7】アモルファス層のみの単一材質からなる半導体
基板に対して不純物のイオンを注入した場合に得られた
プロファイルの一例を示す図。
【符号の説明】
21…シリコン基板、21a…基板表層部のアモルファ
ス層、21b…結晶層、22…シリコン酸化膜。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基板深さ方向において同一素材のアモル
    ファス層および結晶層が存在する状態の半導体基板に対
    して不純物のイオンを注入した場合の基板深さ方向にお
    ける不純物濃度のプロファイルの解析的計算を行う際
    に、 上記アモルファス層と結晶層とに分割して取り扱い、 上記半導体基板のアモルファス層における不純物濃度の
    プロファイルについては、アモルファス層のみの単一材
    質からなる半導体基板に対して不純物のイオンを注入し
    た場合に得られたプロファイルを解析的関数で近似して
    得られる解析的関数のパラメータのデータベースに基い
    て計算し、前記半導体基板の結晶層における不純物濃度
    のプロファイルについては、結晶層のみの単一材質から
    なる半導体基板に対して不純物のイオンを注入した場合
    に得られたプロファイルを解析的関数で近似して得られ
    る解析的関数のパラメータのデータベースに基いて計算
    することを特徴とするイオン注入プロセスのシミュレー
    ション方法。
  2. 【請求項2】 請求項1記載のイオン注入プロセスのシ
    ミュレーション方法において、 前記アモルファス層は、シリコン結晶基板にヒ素イオン
    が比較的高いドーズ量で注入されることにより基板表層
    部に生じたものであり、 前記アモルファス層および結晶層が存在する状態のシリ
    コン結晶基板に対してボロンのイオンを注入した場合の
    基板深さ方向における不純物濃度のプロファイルの解析
    的計算を行うことを特徴とするイオン注入プロセスのシ
    ミュレーション方法。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0864991A2 (en) * 1997-03-10 1998-09-16 NEC Corporation Method and apparatus of establishing a region to be made amorphous
CN1308816C (zh) * 2002-03-14 2007-04-04 旺宏电子股份有限公司 离子注入机台工艺参数自动预调系统及方法

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