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JP2008124075A - Ion implantation simulation method, simulator, and simulation program - Google Patents

Ion implantation simulation method, simulator, and simulation program Download PDF

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JP2008124075A
JP2008124075A JP2006303075A JP2006303075A JP2008124075A JP 2008124075 A JP2008124075 A JP 2008124075A JP 2006303075 A JP2006303075 A JP 2006303075A JP 2006303075 A JP2006303075 A JP 2006303075A JP 2008124075 A JP2008124075 A JP 2008124075A
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distribution function
implantation
implantation energy
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projection range
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JP2006303075A
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Morikazu Tsuno
盛和 津野
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Panasonic Holdings Corp
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To estimate with higher accuracy an arsenic concentration profile formed within a semiconductor substrate through high energy ion implantation using zero tilt angle by utilizing an analysis model (Dual-Pearson function). <P>SOLUTION: Projection range, dispersion, and weighting coefficient of the first Pearson function indicating a random element of impurity concentration profile are extracted on the basis of the shape of the maximum concentration 31 of the actual impurity concentration profile. Projection range and dispersion of the second Pearson function indicating a channeling element of impurity concentration profile can be calculated by reducing the projection range and dispersion of the first Pearson function with a specified rate. When the same impurity is implanted in different implantation energy, projection range and dispersion are extracted under the condition that these are reduced with reduction of the implantation energy and a degree of strain, a degree of sharpness, and a weighting coefficient are extracted under the condition that these are increased with reduction of the implantation energy. The degree of strain and the degree of sharpness are extracted on the basis of a shape of the tail part 32 of the actual impurity concentration profile. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、イオン注入シミュレーション方法、イオン注入シミュレータ、及びイオン注入シミュレーションプログラムに関し、特に、イオン注入法を用いてゼロ度のチルト角で、300keVから600keVの高エネルギーで不純物をシリコンに導入する際の不純物濃度プロファイルを予測するイオン注入シミュレーション方法、イオン注入シミュレータ、及びイオン注入シミュレーションプログラムに関する。   The present invention relates to an ion implantation simulation method, an ion implantation simulator, and an ion implantation simulation program, and in particular, when an impurity is introduced into silicon with a high energy of 300 keV to 600 keV at a tilt angle of zero degree using the ion implantation method. The present invention relates to an ion implantation simulation method for predicting an impurity concentration profile, an ion implantation simulator, and an ion implantation simulation program.

一般に広く使用されているTSUPREM4(商品名)のようなプロセスシミュレータでは、半導体基板に導入された不純物の濃度分布(不純物濃度プロファイル)の予測に解析モデルが使用される。解析モデルは、ガウス関数やピアソン関数等の分布関数を用いて、SIMS(Secondary Ion Mass Spectrometry)等により実測した不純物濃度プロファイルを近似的に予測する。   In a process simulator such as TSUPREM4 (trade name) that is widely used in general, an analysis model is used to predict the concentration distribution (impurity concentration profile) of impurities introduced into a semiconductor substrate. The analysis model approximately predicts the impurity concentration profile measured by SIMS (Secondary Ion Mass Spectrometry) or the like using a distribution function such as a Gaussian function or a Pearson function.

例えばピアソン関数は、数1〜数6に示すように、投影飛程Rp、分散ΔRp、歪度γ、及び尖度βの4つのパラメータ(以下、ピアソン関数パラメータという。)を用いて、基板表面から深さyの位置における不純物濃度プロファイルを表現する。なお、数1〜数6において、f(v)は、v=y−Rpの位置における不純物濃度を示す関数である。投影飛程Rpは不純物濃度プロファイルのピーク位置(最大濃度となる深さ)を示すパラメータである。分散ΔRpは投影飛程Rp近傍の不純物濃度プロファイルの広がりを示すパラメータである。歪度γは不純物濃度プロファイルの深さ方向の歪み具合(左右対称性)を示すパラメータである。尖度βは不純物濃度プロファイルの尖り具合(すそ引き具合)を示すパラメータである。 For example, the Pearson function uses four parameters (hereinafter referred to as Pearson function parameters) of the projection range Rp, variance ΔRp, skewness γ, and kurtosis β, as shown in Equations 1 to 6, and the substrate surface. To the impurity concentration profile at the position of the depth y. In Equations 1 to 6, f (v) is a function indicating the impurity concentration at the position of v = y−R p . The projection range Rp is a parameter indicating the peak position (depth at which the maximum concentration is obtained) of the impurity concentration profile. The variance ΔRp is a parameter indicating the spread of the impurity concentration profile in the vicinity of the projection range Rp. The skewness γ is a parameter indicating the degree of distortion (symmetry) in the depth direction of the impurity concentration profile. The kurtosis β is a parameter indicating the sharpness of the impurity concentration profile.

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また、実際のイオン注入では、特定の結晶軸に沿った方向に進む注入不純物も一部存在している。特定の結晶軸に沿った方向では、不純物は原子や電子と衝突することなく結晶格子の間を容易に通過できるため、通常よりも深い位置まで不純物が進入する。この現象はチャネリングと呼ばれ、通常の不純物プロファイルf1(y)とは別に、チャネリング成分による新たな不純物プロファイルf2(y)を生じさせる。そこで、数7に示す様に、2つのピアソン関数を重み付け係数Dで関連付けたDual-ピアソン関数f3(y)で不純物プロファイルを表現する手法が用いられている。   In actual ion implantation, some implanted impurities proceed in a direction along a specific crystal axis. In the direction along the specific crystal axis, the impurity can easily pass between the crystal lattices without colliding with atoms and electrons, so that the impurity enters deeper than usual. This phenomenon is called channeling, and causes a new impurity profile f2 (y) due to a channeling component separately from the normal impurity profile f1 (y). Therefore, as shown in Equation 7, a technique is used in which an impurity profile is expressed by a Dual-Pearson function f3 (y) in which two Pearson functions are associated with a weighting coefficient D.

Figure 2008124075
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上記ピアソン関数パラメータ(Rp、ΔRp、γ、β)は、注入材料ごとに注入エネルギーと対応づけられたデータテーブルとしてデータベース等に蓄積されている。イオン注入シミュレーション(不純物プロファイルの予測)を行なう場合、注入材料及び注入エネルギーに応じたピアソン関数パラメータがデータテーブルから読み出される。読み出されたピアソン関数パラメータは上記数1〜数6に代入される。その分布関数に注入ドーズ量を乗じることにより、不純物濃度プロファイルが演算される。このようなピアソン関数を用いた不純物注入シミュレーションの精度を高める手法として、ピアソン関数パラメータを不純物の注入ドーズ量に依存して変化させる手法等が提案されている(例えば、特許文献1等参照。)。 The Pearson function parameters (R p , ΔR p , γ, β) are stored in a database or the like as a data table associated with injection energy for each injection material. When performing ion implantation simulation (impurity profile prediction), Pearson function parameters corresponding to the implantation material and implantation energy are read from the data table. The read Pearson function parameters are substituted into the above formulas 1 to 6. The impurity concentration profile is calculated by multiplying the distribution function by the implantation dose. As a technique for improving the accuracy of impurity implantation simulation using such a Pearson function, a technique for changing a Pearson function parameter depending on the implantation dose of the impurity has been proposed (see, for example, Patent Document 1). .

また、近年、フォトダイオードを備える固体撮像素子では、固体撮像素子に蓄積できる電荷数を向上させるため、フォトダイオード周辺部の比較的狭い領域に砒素のイオン注入を行なう構造が提案されている。当該構造では、300keVから600keVの注入エネルギーで砒素がイオン注入されている。また、当該イオン注入では、狭く限定されたシリコン単結晶基板の領域に効率良く砒素を注入するために、イオン注入時のシリコン単結晶基板のチルト角がゼロ度(シリコン単結晶基板表面に対する不純物の入射角が90度)に設定されている。シリコン単結晶基板へチルト角ゼロ度でイオン注入を行う場合、チャネリングが発生しやすい。特に、300keV〜600keVのような高注入エネルギーでイオン注入を行う場合には、チャリングが顕著に発生するため、チャネリング成分を無視することができない。したがって、所望の特性を得ることができる砒素のイオン注入条件をシミュレーションにより求めるためには、上記のようなDual-ピアソン関数f3(y)を用いて不純物濃度プロファイルシミュレーションを行うことが望ましい。
特開平7−62533号公報
In recent years, in a solid-state imaging device including a photodiode, a structure in which arsenic ions are implanted in a relatively narrow region around the photodiode has been proposed in order to improve the number of charges that can be accumulated in the solid-state imaging device. In this structure, arsenic is ion-implanted with an implantation energy of 300 keV to 600 keV. Also, in the ion implantation, in order to efficiently implant arsenic into a narrowly limited region of the silicon single crystal substrate, the tilt angle of the silicon single crystal substrate at the time of ion implantation is zero degrees (impurity of impurities with respect to the surface of the silicon single crystal substrate). The incident angle is set to 90 degrees. When ion implantation is performed on a silicon single crystal substrate at a tilt angle of zero degree, channeling is likely to occur. In particular, when ion implantation is performed at a high implantation energy such as 300 keV to 600 keV, charing occurs remarkably, so that the channeling component cannot be ignored. Therefore, in order to obtain the arsenic ion implantation conditions capable of obtaining desired characteristics by simulation, it is desirable to perform an impurity concentration profile simulation using the Dual-Pearson function f3 (y) as described above.
JP 7-62533 A

上述のピアソン関数パラメータは、SIMS等で取得された現実の不純物濃度プロファイル(以下、実測値という。)を再現するように、注入材料及び注入エネルギーごとに校正(キャリブレーション)される。通常、ピアソン関数パラメータの校正は、ピアソン関数と実測値とが合致するように各ピアソン関数パラメータを数学的にフィッティングすることで行われる。そのため、ピアソン関数パラメータのデータテーブルを、全ての注入条件に対して準備することは困難である。また、チルト角ゼロ度でのイオン注入は、注入後の不純物プロファイルのばらつきが大きいため、通常の半導体装置の製造工程では採用されていない。すなわち、上記の固体撮像素子のような、半導体基板の狭い領域に、半導体基板表面と平行な方向に広がりをもたない不純物領域を形成する場合等の、チルト角ゼロ度でイオン注入をせざるを得ない場合のみに用いられている。その意味では、チルト角ゼロ度のイオン注入は、特殊な用途に相当するといえる。そのため、一般に広く使用されているTSUPREM4(商品名)のようなプロセスシミュレータでは、チルト角ゼロ度のイオン注入により形成される不純物濃度プロファイルを正確に表現することができるピアソン関数パラメータが準備されていない。   The above-described Pearson function parameters are calibrated for each injection material and injection energy so as to reproduce an actual impurity concentration profile (hereinafter referred to as an actual measurement value) acquired by SIMS or the like. Usually, the Pearson function parameters are calibrated by mathematically fitting each Pearson function parameter so that the Pearson function and the actual measurement value match. Therefore, it is difficult to prepare a Pearson function parameter data table for all injection conditions. In addition, ion implantation at a tilt angle of zero degrees is not employed in a normal semiconductor device manufacturing process because of a large variation in impurity profile after implantation. That is, ion implantation is not performed at a tilt angle of zero degree, such as when an impurity region that does not spread in a direction parallel to the surface of the semiconductor substrate is formed in a narrow region of the semiconductor substrate, such as the solid-state imaging device described above. Used only when not obtaining In that sense, it can be said that ion implantation with a tilt angle of zero degrees corresponds to a special application. For this reason, a process simulator such as TSUPREM4 (trade name), which is widely used in general, does not provide a Pearson function parameter that can accurately represent an impurity concentration profile formed by ion implantation with a tilt angle of zero degrees. .

また、プロセスシミュレータに一般に準備されているピアソン関数パラメータのデータテーブルも、それぞれの注入条件で形成された不純物濃度プロファイルごとに、独立して校正が行われている。すなわち、同一の注入材料を異なる注入エネルギーで半導体基板にイオン注入した場合であっても、各注入エネルギーにおけるピアソン関数パラメータは、対応する実測値に対して個別に校正されている。このため、ピアソン関数パラメータ間の注入エネルギー依存性に物理的な整合性がなく、ピアソン関数パラメータがその値になった物理的な根拠が希薄になっている。このような物理的な整合性を有しないピアソン関数パラメータを使用して演算された不純物濃度プロファイルでは、注入エネルギー依存性に基づいて定性的な評価を行うことが困難となる。   Also, the Pearson function parameter data table generally prepared in the process simulator is calibrated independently for each impurity concentration profile formed under each implantation condition. That is, even when the same implantation material is ion-implanted into the semiconductor substrate with different implantation energies, the Pearson function parameters at each implantation energy are individually calibrated with respect to the corresponding actually measured values. For this reason, there is no physical consistency in the injection energy dependency between the Pearson function parameters, and the physical basis for the value of the Pearson function parameters becoming dilute. In the impurity concentration profile calculated using such Pearson function parameters that do not have physical consistency, it becomes difficult to perform qualitative evaluation based on the dependence on implantation energy.

本発明は、上記従来の事情を鑑みて提案されたものであって、チルト角ゼロ度、かつ高注入エネルギーで砒素のイオン注入を行う場合であっても、解析モデルを用いて高精度に不純物濃度プロファイルを予測することができるイオン注入シミュレーション方法、イオン注入シミュレータ、及びイオン注入シミュレーションプログラムを提供することを目的としている。   The present invention has been proposed in view of the above-described conventional circumstances. Even when arsenic ions are implanted with a tilt angle of zero degrees and high implantation energy, impurities can be accurately detected using an analytical model. An object of the present invention is to provide an ion implantation simulation method, an ion implantation simulator, and an ion implantation simulation program capable of predicting a concentration profile.

上記目的を達成するために、本発明は以下の技術的手段を採用している。本発明は半導体基板に、イオン注入により導入された不純物の濃度プロファイルを、少なくとも投影飛程と分散(投影飛程近傍の不純物濃度プロファイルの広がり)とをパラメータとする第1の分布関数f1及び第2の分布関数f2を、重み付け係数Dにより結合した合成分布関数f3=D×f1+(1−D)×f2に基づいて予測するイオン注入シミュレーション方法である。ここで、第1の分布関数は不純物濃度プロファイルのランダム成分を表現する分布関数であり、第2の分布関数は不純物濃度プロファイルのチャネリング成分を表現する分布関数である。   In order to achieve the above object, the present invention employs the following technical means. The present invention provides a first distribution function f1 and a first distribution function f1 having parameters of at least a projection range and a dispersion (spread of an impurity concentration profile near the projection range) of an impurity introduced into a semiconductor substrate by ion implantation. This is an ion implantation simulation method that predicts a distribution function f2 of 2 based on a combined distribution function f3 = D × f1 + (1−D) × f2 combined by a weighting coefficient D. Here, the first distribution function is a distribution function that represents a random component of the impurity concentration profile, and the second distribution function is a distribution function that represents a channeling component of the impurity concentration profile.

まず、現実の不純物濃度プロファイルの最大濃度部の形状に基づいて、第1の分布関数の投影飛程と分散、及び重み付け係数を抽出する。ここで、最大濃度部とは最大濃度点近傍の領域を指す。また、投影飛程及び分散は、合成分布関数による分布を現実の不純物濃度プロファイルに一致するように数学的なフィッティングを行うことにより抽出することができる。   First, the projection range and variance of the first distribution function and the weighting coefficient are extracted based on the shape of the maximum concentration portion of the actual impurity concentration profile. Here, the maximum density portion refers to a region near the maximum density point. Further, the projection range and dispersion can be extracted by performing mathematical fitting so that the distribution based on the combined distribution function matches the actual impurity concentration profile.

次いで、第2の分布関数の投影飛程が、抽出された第1の分布関数の投影飛程に基づいて算出される。また、第2の分布関数の分散が、抽出された第1の分布関数の分散に基づいて算出される。   Next, a projection range of the second distribution function is calculated based on the extracted projection range of the first distribution function. Also, the variance of the second distribution function is calculated based on the extracted variance of the first distribution function.

以上により得られたパラメータ及び重み付け係数を適用した合成分布関数により不純物濃度プロファイルが演算される。   The impurity concentration profile is calculated by the combined distribution function to which the parameters and weighting coefficients obtained as described above are applied.

上記構成では、チャネリング成分の分布関数(第2の分布関数)の投影飛程及び分散がランダム成分の分布関数(第1の分布関数)の投影飛程及び分散に基づいて算出されるため、ランダム成分の分布関数とチャネリング成分の分布関数との間に相関をもたせることができる。これにより、イオン注入された不純物の阻止能力はランダム成分に比べてチャネリング成分の方が小さいという物理的な整合性を、両分布関数の間にもたせることが可能となる。   In the above configuration, the projection range and dispersion of the distribution function (second distribution function) of the channeling component are calculated based on the projection range and dispersion of the distribution function (first distribution function) of the random component. A correlation can be established between the distribution function of the component and the distribution function of the channeling component. As a result, it is possible to provide a physical consistency between the two distribution functions such that the channeling component has a smaller ability to block the ion-implanted impurities than the random component.

上記構成において、第2の分布関数の投影飛程は、対応する第1の分布関数の投影飛程を特定の割合で大きくすることにより算出することができる。各注入エネルギーにおける第2の分布関数の分散は、対応する第1の分布関数の分散を特定の割合で大きくすることにより算出することができる。このように、第1の分布関数及び第2の分布関数の投影飛程と分散とを一定の比率とすることにより、フィッティングを行うパラメータ数を減少させ、キャリブレーションを簡素化することもできる。   In the above configuration, the projection range of the second distribution function can be calculated by increasing the projection range of the corresponding first distribution function at a specific rate. The variance of the second distribution function at each implantation energy can be calculated by increasing the variance of the corresponding first distribution function at a specific rate. Thus, by setting the projection range and the variance of the first distribution function and the second distribution function to a constant ratio, the number of parameters for fitting can be reduced and the calibration can be simplified.

また、同一の不純物が異なる注入エネルギーで注入された各半導体基板の現実の不純物濃度プロファイルに対して第1の分布関数の投影飛程及び分散の抽出を行う場合、各注入エネルギーに対する投影飛程及び分散は、注入エネルギーが小さくなるにつれて小さな値となる条件下で抽出される。これにより、投影飛程及び分散は、注入エネルギーと物理的な整合性を有する状態になる。このため、精度の高いイオン注入シミュレーションを行うことが可能となる。   Further, when extracting the projection range and dispersion of the first distribution function for the actual impurity concentration profile of each semiconductor substrate into which the same impurity is implanted with different implantation energies, the projection range for each implantation energy and The dispersion is extracted under conditions that decrease as the implantation energy decreases. Thereby, the projection range and dispersion are in a state having physical consistency with the implantation energy. For this reason, it becomes possible to perform a highly accurate ion implantation simulation.

また、同一の不純物が異なる注入エネルギーで注入された各半導体基板の現実の不純物濃度プロファイルに対して重み付け係数の抽出を行う場合、各注入エネルギーに対する重み付け係数は、注入エネルギーが小さくなるにつれて大きな値となる条件下で抽出される。これにより、重み付け係数は、弾性衝突に起因する核阻止能が注入エネルギーの増大につれて小さくなる現象との物理的な整合性をもたせることも可能となる。このため、精度の高いイオン注入シミュレーションを行うことが可能となる。   In addition, when extracting the weighting coefficient for the actual impurity concentration profile of each semiconductor substrate in which the same impurity is implanted with different implantation energy, the weighting coefficient for each implantation energy increases as the implantation energy decreases. Is extracted under the following conditions. As a result, the weighting coefficient can have physical consistency with a phenomenon in which the nuclear stopping power due to the elastic collision becomes smaller as the injection energy increases. For this reason, it becomes possible to perform a highly accurate ion implantation simulation.

また、上記分布関数は歪度及び尖度をパラメータとしてさらに含んでもよい。この場合、第1の分布関数の歪度及び尖度は、上記得られた投影飛程、分散、及び重み付け係数を合成分布関数に適用した状態で、上記現実の不純物濃度プロファイルにおけるテール部の形状に基づいて抽出することができる。このとき、第2の分布関数の歪度及び尖度は、一定値とすることができる。これにより歪度及び尖度が考慮された、さらに精度の高いイオン注入シミュレーションを行うことが可能となる。同一の不純物が異なる注入エネルギーで注入された各半導体基板の現実の不純物濃度プロファイルに対して第1の分布関数の歪度及び尖度の抽出を行う場合、各注入エネルギーにおける歪度及び尖度は、注入エネルギーが小さくなるにつれて大きな値になる条件下で抽出されることが好ましい。これにより歪度及び尖度は、注入エネルギーと物理的な整合性を有する状態になるため、さらに精度の高いイオン注入シミュレーションを行うことが可能となる。なお、上記合成分布関数はDual−ピアソン関数を使用することができる。   The distribution function may further include skewness and kurtosis as parameters. In this case, the skewness and kurtosis of the first distribution function are the shape of the tail portion in the actual impurity concentration profile in a state where the obtained projection range, dispersion, and weighting coefficient are applied to the composite distribution function. Can be extracted. At this time, the skewness and kurtosis of the second distribution function can be constant values. As a result, it is possible to perform ion implantation simulation with higher accuracy in consideration of skewness and kurtosis. When extracting the skewness and kurtosis of the first distribution function with respect to the actual impurity concentration profile of each semiconductor substrate into which the same impurity is implanted with different implantation energy, the skewness and kurtosis at each implantation energy are It is preferable that the extraction be performed under conditions that increase as the implantation energy decreases. As a result, since the skewness and kurtosis are in a state of physical consistency with the implantation energy, it is possible to perform a more accurate ion implantation simulation. Note that a Dual-Pearson function can be used as the composite distribution function.

また、本発明に係る他のイオン注入シミュレーション方法は、イオン注入により導入された不純物の濃度プロファイルを、投影飛程、分散、歪度、及び尖度をパラメータとする、第1の分布関数f1及び第2の分布関数f2を、重み付け係数Dにより結合した合成分布関数f3=D×f1+(1−D)×f2に基づいて予測する。第1の分布関数は不純物濃度プロファイルのランダム成分を表現する分布関数であり、第2の分布関数は不純物濃度プロファイルのチャネリング成分を表現する分布関数である。   In addition, another ion implantation simulation method according to the present invention uses a first distribution function f1 having a projection range, dispersion, skewness, and kurtosis as parameters for a concentration profile of impurities introduced by ion implantation, and The second distribution function f2 is predicted based on the combined distribution function f3 = D × f1 + (1−D) × f2 combined by the weighting coefficient D. The first distribution function is a distribution function that represents a random component of the impurity concentration profile, and the second distribution function is a distribution function that represents a channeling component of the impurity concentration profile.

このイオン注入シミュレーション方法では、まず、第1の分布関数の投影飛程と分散、及び重み付け係数が、異なる注入エネルギーで不純物が導入された各半導体基板の現実の不純物濃度プロファイルにおける最大濃度部の形状に基づいて、注入エネルギーが小さくなるにつれて小さな値になる条件下で注入エネルギーごとに抽出される。次いで、第2の分布関数の投影飛程が、各注入エネルギーに対して抽出された第1の分布関数の投影飛程を注入エネルギーに関わらず特定の割合で大きくすることにより、注入エネルギーごとに算出される。第2の分布関数の分散は、各注入エネルギーに対して抽出された第1の分布関数の分散を注入エネルギーに関わらず特定の割合で大きくすることにより、注入エネルギーごとに算出される。   In this ion implantation simulation method, first, the projection range and dispersion of the first distribution function, and the weighting coefficient, the shape of the maximum concentration portion in the actual impurity concentration profile of each semiconductor substrate into which impurities are introduced with different implantation energies. Based on the above, extraction is performed for each implantation energy under the condition that the value becomes smaller as the implantation energy becomes smaller. Next, the projection range of the second distribution function is increased for each implantation energy by increasing the projection range of the first distribution function extracted for each implantation energy by a specific ratio regardless of the implantation energy. Calculated. The variance of the second distribution function is calculated for each implantation energy by increasing the variance of the first distribution function extracted for each implantation energy at a specific rate regardless of the implantation energy.

上記第1の分布関数の歪度及び尖度は、上記抽出された投影飛程、分散及び重み付け係数を合成分布関数に適用した状況下で、各半導体基板の現実の不純物濃度プロファイルにおけるテール部の形状に基づいて、注入エネルギーが小さくなるにつれて大きな値になる条件下で注入エネルギーごとに抽出される。   The skewness and kurtosis of the first distribution function can be obtained from the tail portion in the actual impurity concentration profile of each semiconductor substrate under the situation where the extracted projection range, variance, and weighting coefficient are applied to the composite distribution function. Based on the shape, extraction is performed for each implantation energy under conditions where the implantation energy decreases as the implantation energy decreases.

予測要求のあった注入エネルギーにおける第1の分布関数の各パラメータ、第2の分布関数の各パラメータ、及び重み付け係数は、以上により得られた各注入エネルギーにおける第1の分布関数のパラメータ、第2の分布関数のパラメータ、及び重み付け係数に基づいて算出される。この算出された各パラメータ及び重み付け係数が適用された合成分布関数により、要求された注入エネルギーにおける不純物濃度プロファイルが予測される。   The parameters of the first distribution function, the parameters of the second distribution function, and the weighting coefficient at the implantation energy requested to be predicted are the parameters of the first distribution function at the implantation energy obtained as described above, the second It is calculated based on the parameter of the distribution function and the weighting coefficient. The impurity concentration profile at the required implantation energy is predicted by the combined distribution function to which the calculated parameters and weighting coefficients are applied.

本構成では、ランダム成分の分布関数とチャネリング成分の分布関数とが物理的な整合性を有し、投影飛程、分散、歪度、尖度、及び重み付け係数が物理的な整合性を有する注入エネルギー依存性をもつ状態になる。したがって、さらに精度の高いイオン注入シミュレーションを行うことが可能となる。   In this configuration, the distribution function of the random component and the distribution function of the channeling component have physical consistency, and the projection range, dispersion, skewness, kurtosis, and weighting coefficient have physical consistency. It becomes a state with energy dependence. Therefore, it is possible to perform ion implantation simulation with higher accuracy.

一方、他の観点では、本発明は、上述のイオン注入シミュレーション方法を実施するイオン注入シミュレータを提供することができる。すなわち、本発明に係るイオン注入シミュレータでは、パラメータ設定部が、第1の分布関数の各パラメータ、第2の分布関数の各パラメータ、及び重み付け係数を、予測要求のあった任意の注入エネルギーに対して一義に設定する。プロファイル演算部は、一義に設定された第1の分布関数の各パラメータ、第2の分布関数の各パラメータ、及び重み付け係数に基づいて、不純物濃度プロファイルを演算する。   On the other hand, in another aspect, the present invention can provide an ion implantation simulator that implements the above-described ion implantation simulation method. That is, in the ion implantation simulator according to the present invention, the parameter setting unit sets each parameter of the first distribution function, each parameter of the second distribution function, and a weighting coefficient for any implantation energy requested to be predicted. And set it unambiguously. The profile calculation unit calculates the impurity concentration profile based on the uniquely set parameters of the first distribution function, the parameters of the second distribution function, and the weighting coefficient.

ここで、パラメータ設定部は、第1の分布関数の投影飛程及び分散を注入エネルギーが小さくなるにつれて小さくなる値に設定し、重み付け係数を注入エネルギーが小さくなるにつれて大きくなる値に設定することができる。また、パラメータ設定部は、各注入エネルギーにおける第2の分布関数の投影飛程及び分散を、対応する第1の分布関数の投影飛程及び分散を注入エネルギーに関わらず特定の割合で大きくした値に設定することができる。また、パラメータ設定部は、第1の分布関数の歪度と尖度を、注入エネルギーが小さくなるにつれて大きくなる値に設定してもよい。このとき、第2の分布関数の歪度と尖度は、一定値とすることができる。さらに、他の観点では、本発明は、上記イオン注入シミュレーション方法をコンピュータに実行させるプログラムを提供することもできる。   Here, the parameter setting unit may set the projection range and dispersion of the first distribution function to a value that decreases as the injection energy decreases, and sets the weighting coefficient to a value that increases as the injection energy decreases. it can. The parameter setting unit is a value obtained by increasing the projection range and dispersion of the second distribution function at each implantation energy at a specific rate regardless of the implantation energy. Can be set to The parameter setting unit may set the skewness and kurtosis of the first distribution function to values that increase as the implantation energy decreases. At this time, the skewness and kurtosis of the second distribution function can be constant values. Furthermore, from another viewpoint, the present invention can also provide a program that causes a computer to execute the ion implantation simulation method.

本発明では、ランダム成分のプロファイルにおける分布関数の投影飛程とチャネリング成分における分布関数の投影飛程、及びランダム成分のプロファイルにおける分布関数の分散とチャネリング成分における分布関数の分散がそれぞれ相関を有している。これにより、イオン注入された不純物の阻止能力がチャネリング成分に比べてランダム成分の方が大きいという物理現象を解析モデルに組み込むことができる。このため、イオン注入された不純物の濃度プロファイルを高精度に予測することができる。   In the present invention, the projection range of the distribution function in the profile of the random component and the projection range of the distribution function in the channeling component, and the variance of the distribution function in the profile of the random component and the variance of the distribution function in the channeling component have a correlation, respectively. ing. As a result, a physical phenomenon that the random component has a higher ability to stop the ion-implanted impurities than the channeling component can be incorporated into the analysis model. For this reason, the concentration profile of the implanted impurity can be predicted with high accuracy.

また、投影飛程及び分散は注入エネルギーが減少するにつれて小さくなる値とし、重み付け係数は注入エネルギーの減少につれて大きくなる値として抽出されるため、不純物濃度プロファイルの注入エネルギー依存性に物理的な整合性をもたせることができる。これにより、本発明では、任意の注入エネルギーに対して不純物濃度プロファイルを一義に設定することができる。例えば、ゼロ度のチルト角で、600keVのような高い注入エネルギーでシリコン基板中にイオン注入を行なう場合にも、高精度に不純物濃度プロファイルを予測することができる。   In addition, since the projection range and dispersion are reduced as the implantation energy decreases, and the weighting coefficient is extracted as a value that increases as the implantation energy decreases, physical consistency with the implantation energy dependency of the impurity concentration profile is extracted. Can be given. Thereby, in this invention, an impurity concentration profile can be uniquely set with respect to arbitrary implantation energy. For example, even when ion implantation is performed into a silicon substrate with a tilt angle of zero degrees and a high implantation energy such as 600 keV, the impurity concentration profile can be predicted with high accuracy.

特に、ランダム成分における分布関数の投影飛程とチャネリング成分における分布関数の投影飛程との比、及びランダム成分における分布関数の分散とチャネリング成分における分布関数の分散との比が、注入エネルギーに関わらず同一であるとした場合、フィッティングを行う分布関数のパラメータ数を減少させることができ、キャリブレーションを簡素化することができる。   In particular, the ratio of the projection range of the distribution function in the random component to the projection range of the distribution function in the channeling component, and the ratio of the distribution function distribution in the random component to the distribution function dispersion in the channeling component are related to the implantation energy. If they are the same, the number of parameters of the distribution function for fitting can be reduced, and the calibration can be simplified.

さらに、ランダム成分における分布関数の歪度及び尖度を注入エネルギーが小さくなるにつれて大きくなるようにすることで、注入エネルギーが減少するにつれて、チャネリングの影響が相対的に大きくなり、同時に不純物の散乱が小さくなる、という物理現象との整合性をもたせることができる。これにより、不純物濃度プロファイルをより高精度に予測することができる。   Further, by increasing the skewness and kurtosis of the distribution function in the random component as the implantation energy decreases, the influence of channeling becomes relatively large as the implantation energy decreases, and at the same time, impurity scattering is reduced. Consistency with the physical phenomenon of becoming smaller can be provided. Thereby, the impurity concentration profile can be predicted with higher accuracy.

以下、本発明の一実施形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。以下ではシリコン基板中に砒素をイオン注入した際の不純物濃度プロファイルを演算する事例として本発明を具体化している。図1は、本実施形態のイオン注入シミュレータの概略機能ブロック図である。   Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the following, the present invention is embodied as an example of calculating an impurity concentration profile when arsenic ions are implanted into a silicon substrate. FIG. 1 is a schematic functional block diagram of the ion implantation simulator of this embodiment.

イオン注入シミュレータ10は、パラメータ設定部11と、パラメータ管理部12と、プロファイル演算部13とを備える。プロファイル演算部13は、第1のピアソン関数及び第2のピアソン関数にピアソン関数パラメータを代入することにより不純物濃度プロファイルを演算する。ここで、第1のピアソン関数は、単結晶基板に注入されたイオンが結晶格子との弾性衝突によりランダムな方向に散乱するランダム成分の不純物濃度プロファイルを表現し、第2のピアソン関数はチャネリング成分の不純物濃度プロファイルを表現する。このとき、第1のピアソン関数と第2のピアソン関数の総和が、注入ドーズ量と一致するように、それぞれの比重が上記数7に示した重み付け係数Dで表現される。   The ion implantation simulator 10 includes a parameter setting unit 11, a parameter management unit 12, and a profile calculation unit 13. The profile calculation unit 13 calculates an impurity concentration profile by substituting the Pearson function parameters into the first Pearson function and the second Pearson function. Here, the first Pearson function represents an impurity concentration profile of a random component in which ions implanted into the single crystal substrate are scattered in a random direction by elastic collision with the crystal lattice, and the second Pearson function represents a channeling component. Represents the impurity concentration profile. At this time, the specific gravity of each of the first Pearson function and the second Pearson function is expressed by the weighting coefficient D shown in Equation 7 so that the total amount matches the injection dose.

不純物濃度プロファイル演算に用いるピアソン関数パラメータはパラメータ設定部11により設定される。パラメータ設定部11は、注入エネルギー、注入ドーズ量等の注入条件に応じてパラメータ管理部12からピアソン関数パラメータを読み出す。パラメータ管理部12には、注入条件ごとに第1のピアソン関数及び第2のピアソン関数の各パラメータ(投影飛程Rp、分散ΔRp、歪度γ、及び尖度β)、及び重み付け係数Dが対応づけられたデータベースが格納されている。以下では、第1のピアソン関数のピアソン関数パラメータをRp1、ΔRp1、γ1、β1と表記し、第2のピアソン関数のピアソン関数パラメータをRp2、ΔRp2、γ2、β2と表記し、重み付け係数をDと表記する。なお、パラメータ管理部12は、HDD(Hard Disk Drive)等の記憶装置により構成される。 Pearson function parameters used for impurity concentration profile calculation are set by the parameter setting unit 11. The parameter setting unit 11 reads the Pearson function parameters from the parameter management unit 12 according to the injection conditions such as the injection energy and the injection dose. The parameter management unit 12 corresponds to each parameter of the first Pearson function and the second Pearson function (projection range Rp, variance ΔRp, skewness γ, kurtosis β) and weighting coefficient D for each injection condition. The attached database is stored. In the following, the Pearson function parameters of the first Pearson function are denoted as Rp 1 , ΔRp 1 , γ 1 , β 1, and the Pearson function parameters of the second Pearson function are denoted as Rp 2 , ΔRp 2 , γ 2 , β 2 And the weighting factor is denoted as D. The parameter management unit 12 includes a storage device such as an HDD (Hard Disk Drive).

イオン注入シミュレーションを行う場合、ユーザは、入力部21を介して直接あるいはイオン注入シミュレータ10が認識可能なファイルの状態で注入条件を入力する。入力された注入条件は、例えばメモリやHDD等により構成される条件格納部22に保持される。条件格納部22に注入条件が保持されると、パラメータ設定部11は条件格納部22から、ピアソン関数パラメータの設定に必要なデータ(ここでは、注入エネルギー、注入ドーズ量)を読み出す。パラメータ設定部11は、読み出したデータに基づいてパラメータ管理部12から、入力された注入エネルギーに対応する各ピアソン関数パラメータを読み出して保持する。   When performing the ion implantation simulation, the user inputs the implantation conditions directly via the input unit 21 or in a file state that can be recognized by the ion implantation simulator 10. The input injection conditions are held in the condition storage unit 22 constituted by, for example, a memory or an HDD. When the injection conditions are held in the condition storage unit 22, the parameter setting unit 11 reads data (in this case, injection energy and injection dose) necessary for setting the Pearson function parameters from the condition storage unit 22. The parameter setting unit 11 reads and holds each Pearson function parameter corresponding to the input injection energy from the parameter management unit 12 based on the read data.

プロファイル演算部13は、パラメータ設定部11に保持された各ピアソン関数パラメータを第1及び第2のピアソン関数(Dual−ピアソン関数)に代入することで、入力された注入エネルギーにおけるDual−ピアソン分布を演算する。プロファイル演算部13は、まず、第1のピアソン関数にピアソン関数パラメータ(Rp1、ΔRp1、γ1、β1)を代入する。そして、深さyがゼロから無限遠までの範囲の第1のピアソン関数の積分値C1を演算する。次いで、プロファイル演算部13は、第2のピアソン関数にピアソン関数パラメータ(Rp2、ΔRp2、γ2、β2)を、深さyがゼロから無限遠までの範囲の積分値C2がC1×D=1−C2×(1-D)を満足する条件下で代入し、規格化されたDual−ピアソン分布を算出する。当該Dual−ピアソン分布に注入ドーズ量を乗じることで、要求された注入条件での不純物濃度プロファイルを演算し、出力部23を介してディスプレイ表示や、データファイル出力等で出力する。プロファイル照合部14、投影飛程・分散算出部15及び実測値格納部16については後述する。 The profile calculation unit 13 substitutes each Pearson function parameter held in the parameter setting unit 11 for the first and second Pearson functions (Dual-Pearson function), thereby obtaining the Dual-Pearson distribution at the input injection energy. Calculate. The profile calculation unit 13 first substitutes Pearson function parameters (Rp 1 , ΔRp 1 , γ 1 , β 1 ) for the first Pearson function. Then, the integral value C 1 of the first Pearson function in the range where the depth y is from zero to infinity is calculated. Next, the profile calculation unit 13 uses the Pearson function parameters (Rp 2 , ΔRp 2 , γ 2 , β 2 ) as the second Pearson function, and the integrated value C 2 in the range from the depth y to zero to infinity is C. Substituting under a condition satisfying 1 × D = 1−C 2 × (1-D), a normalized Dual-Pearson distribution is calculated. By multiplying the Dual-Pearson distribution by the implantation dose amount, an impurity concentration profile under the required implantation conditions is calculated and output via the output unit 23 by display display, data file output, or the like. The profile matching unit 14, the projection range / dispersion calculation unit 15, and the actual measurement value storage unit 16 will be described later.

パラメータ管理部12に格納されるピアソン関数パラメータは、従来同様、シミュレーションの実施に先立って、校正(以下、キャリブレーションという。)を行うことにより抽出される。図2は、本発明のイオン注入シミュレータ10において実施されるキャリブレーションの処理を示すフローチャートである。また、図3は、イオン注入により形成された不純物濃度プロファイルの模式図である。   The Pearson function parameters stored in the parameter management unit 12 are extracted by performing calibration (hereinafter referred to as calibration) prior to the execution of the simulation, as in the past. FIG. 2 is a flowchart showing a calibration process performed in the ion implantation simulator 10 of the present invention. FIG. 3 is a schematic diagram of an impurity concentration profile formed by ion implantation.

キャリブレーションは、プロファイル演算部13が初期値となるピアソン関数パラメータを読み込んで演算した不純物濃度プロファイルを現実の不純物濃度プロファイルと照合することで行われる。このような照合は、例えばピアソン関数パラメータを変数とした最小2乗法により両者を一致させることで行うことができる。以下では、プロファイル演算部13により演算された不純物濃度プロファイルを予測値と表記し、現実の不純物濃度プロファイルを実測値と表記する。   The calibration is performed by collating the impurity concentration profile calculated by reading the Pearson function parameter, which is the initial value, by the profile calculation unit 13 with the actual impurity concentration profile. Such collation can be performed, for example, by matching the two by the least square method using Pearson function parameters as variables. Hereinafter, the impurity concentration profile calculated by the profile calculation unit 13 is expressed as a predicted value, and the actual impurity concentration profile is expressed as an actually measured value.

上述したように、第1及び第2のピアソン関数パラメータと重み付け係数Dとは、ピアソン関数パラメータは、注入エネルギーごとに求められる。本実施形態では、異なる注入エネルギーで砒素(As)をチルト角ゼロ度で注入したシリコン基板(以下、試料基板という。)により実測値を取得している。ここでは、3種の試料基板を使用している。各試料基板の条件(注入エネルギー、注入ドーズ量)は、それぞれ(300keV、2.1E12atoms/cm2)、(400keV、2.1E12atoms/cm2)、(600keV、2.1E12atoms/cm2)である。なお、実測値はSIMS等により計測され、入力部21を介して実測値格納部16(図1参照)に格納されている。 As described above, the first and second Pearson function parameters and the weighting coefficient D are obtained for each injection energy. In the present embodiment, actual measurement values are obtained from a silicon substrate (hereinafter referred to as a sample substrate) in which arsenic (As) is implanted with different implantation energies at a tilt angle of zero degree. Here, three types of sample substrates are used. The conditions (implantation energy and implantation dose) of each sample substrate are (300 keV, 2.1E12 atoms / cm 2 ), (400 keV, 2.1E12 atoms / cm 2 ), and (600 keV, 2.1E12 atoms / cm 2 ), respectively. . The actual measurement value is measured by SIMS or the like and stored in the actual measurement value storage unit 16 (see FIG. 1) via the input unit 21.

キャリブレーション処理では、まず、第1のピアソン関数の投影飛程Rp1、分散ΔRp1、及び重み付け係数Dのキャリブレーションが行われる。不純物をイオン注入する場合、注入材料が同一であれば、注入エネルギーが減少するにつれて不純物濃度プロファイルのピーク深さ(投影飛程)は半導体基板表面に近づくと考えられる。また、これにともなって、イオン注入された不純物の散乱は小さくなり、投影飛程近傍の分布の広がりは小さくなると考えられる。このため、投影飛程Rp1、分散ΔRp1のキャリブレーションは、注入エネルギーが減少するにつれて投影飛程Rp1、分散ΔRp1が小さくなることを前提条件としている。 In the calibration process, first, the projection range Rp 1 , variance ΔRp 1 , and weighting coefficient D of the first Pearson function are calibrated. In the case of ion implantation of impurities, if the implantation material is the same, it is considered that the peak depth (projection range) of the impurity concentration profile approaches the surface of the semiconductor substrate as the implantation energy decreases. As a result, it is considered that the scattering of the ion-implanted impurities is reduced and the spread of the distribution in the vicinity of the projection range is reduced. Therefore, calibration of Rp 1, dispersed .DELTA.Rp 1 projected range is projected range as implantation energy decreases Rp 1, is dispersed .DELTA.Rp 1 is a prerequisite to be smaller.

また、半導体基板中にイオン注入された不純物イオンのエネルギーは、核阻止能と電子阻止能による損失により失われ、全エネルギーが失われた位置で不純物イオンが停止する。核阻止能は注入イオンと結晶格子(シリコン原子)との弾性散乱に起因するエネルギー損失であり、電子阻止能は注入イオンと電子雲(シリコン原子の電子雲)との相互作用(電子励起)に起因するエネルギー損失である。   Further, the energy of the impurity ions implanted into the semiconductor substrate is lost due to the loss due to the nuclear stopping ability and the electron stopping ability, and the impurity ions stop at the position where all the energy is lost. Nuclear stopping power is energy loss due to elastic scattering between implanted ions and crystal lattice (silicon atoms), and electron stopping power is due to the interaction (electron excitation) between implanted ions and electron clouds (electron cloud of silicon atoms). The resulting energy loss.

核阻止能は注入エネルギーが増大するにつれて次第に減少し、電子阻止能は注入エネルギーが増大するにつれて次第に増加する。すなわち、注入エネルギーが増大するにつれて、注入された全不純物イオンの内、弾性散乱によりエネルギーを失って停止する不純物イオンの割合は減少することになる。上述のように、第1のピアソン関数は、核阻止能により停止する不純物イオンの濃度分布を表現している。このため、重み付け係数Dのキャリブレーションは、注入エネルギーが増大するにつれて重み付け係数Dが小さくなることを前提条件としている。   The nuclear stopping power gradually decreases as the injection energy increases, and the electron stopping power increases gradually as the injection energy increases. That is, as the implantation energy increases, the ratio of impurity ions that lose energy due to elastic scattering and stop is reduced among all implanted impurity ions. As described above, the first Pearson function represents the concentration distribution of impurity ions that are stopped by the nuclear stopping power. For this reason, the calibration of the weighting coefficient D is based on the premise that the weighting coefficient D becomes smaller as the injection energy increases.

本実施形態では、上記試料基板群において、注入エネルギーが高い試料基板から降順で投影飛程Rp1、分散ΔRp1、及び重み付け係数Dのキャリブレーションを行う。これにより、上記前提条件を満足する投影飛程Rp1、分散ΔRp1、及び重み付け係数Dを抽出する。 In the present embodiment, in the sample substrate group, calibration of the projection range Rp 1 , variance ΔRp 1 , and weighting coefficient D is performed in descending order from the sample substrate having a high implantation energy. As a result, the projection range Rp 1 , variance ΔRp 1 , and weighting coefficient D that satisfy the above preconditions are extracted.

パラメータ設定部11は、最初に、第1のピアソン関数の各ピアソン関数パラメータ及び重み付け係数Dの初期値を設定する。このとき設定される初期値は、一般的に使用される値から逸脱しない値を用いる。例えば上述のプロセスシミュレータTSUPREM4のデフォルトパラメータ値を使用することができる。   The parameter setting unit 11 first sets each Pearson function parameter of the first Pearson function and an initial value of the weighting coefficient D. As the initial value set at this time, a value that does not deviate from a commonly used value is used. For example, the default parameter values of the process simulator TSUPREM4 described above can be used.

プロファイル演算部13は、パラメータ設定部11が設定した初期値を、第1のピアソン関数(上記数1から数6)と重み付け係数Dとを掛け合わせた関数に代入し、当該関数の予測値を演算する(図2 S21)。プロファイル照合部14の投影飛程・分散照合部141(図1参照)は、注入エネルギーが600keVである実測値と予測値との間の誤差(ここでは、平均2乗誤差)を算出する。誤差は、誤差算出範囲を限定する等により、特に現実の不純物濃度プロファイルの最大濃度部31について求められる。最大濃度部31とは図3に示すように最大濃度点近傍の領域である。   The profile calculation unit 13 substitutes the initial value set by the parameter setting unit 11 into a function obtained by multiplying the first Pearson function (the above formulas 1 to 6) and the weighting coefficient D, and the predicted value of the function is set. The calculation is performed (S21 in FIG. 2). The projection range / dispersion matching unit 141 (see FIG. 1) of the profile matching unit 14 calculates an error (in this case, a mean square error) between the actual measurement value and the predicted value whose injection energy is 600 keV. The error is obtained particularly for the maximum concentration portion 31 of the actual impurity concentration profile by limiting the error calculation range or the like. The maximum density portion 31 is an area near the maximum density point as shown in FIG.

次いで、パラメータ設定部11は、投影飛程・分散照合部141が算出した誤差に基づいて、投影飛程Rp1、分散ΔRp1、及び重み付け係数Dの値を変化させる(このとき、歪度γ1、尖度β1は固定)。プロファイル演算部13は、変化後のピアソン関数パラメータを用いて、再度、第1のピアソン関数と重み付け係数Dとを掛け合わせた関数により予測値を演算する。投影飛程・分散照合部141は、当該予測値と実測値との誤差を算出する。以上の処理を繰り返し、上記誤差が最小となる投影飛程Rp1、分散ΔRp1、及び重み付け係数Dが、注入エネルギー600keVの実測値を表現する最適値として抽出される。投影飛程Rp1、分散ΔRp1は最大濃度部31の形状を支配するパラメータである。したがって、最大濃度部31の誤差に基づいてキャリブレーションを行うことにより、主にテール部分のプロファイルを決定する歪度γ1と尖度β1の値とはほぼ無関係に投影飛程Rp1と分散ΔRp1の最適値を定めることができる(図2 S22)。 Next, the parameter setting unit 11 changes the values of the projection range Rp 1 , variance ΔRp 1 , and weighting coefficient D based on the error calculated by the projection range / dispersion collating unit 141 (at this time, the skewness γ 1 and kurtosis β 1 is fixed). The profile calculation unit 13 uses the Pearson function parameter after the change to calculate the predicted value again using a function obtained by multiplying the first Pearson function and the weighting coefficient D. The projection range / dispersion collating unit 141 calculates an error between the predicted value and the actually measured value. By repeating the above processing, the projection range Rp 1 , variance ΔRp 1 , and weighting coefficient D that minimize the error are extracted as optimum values representing the measured value of the implantation energy 600 keV. The projection range Rp 1 and the variance ΔRp 1 are parameters that govern the shape of the maximum density portion 31. Therefore, by performing calibration based on the error of the maximum density portion 31, the projection range Rp 1 and the dispersion are almost independent of the values of the skewness γ 1 and the kurtosis β 1 that mainly determine the profile of the tail portion. An optimum value of ΔRp 1 can be determined (S22 in FIG. 2).

次に、パラメータ設定部11は、注入エネルギーが400keVの場合の実測値に対するキャリブレーションを行う(図2 S23No→S21)。このとき、上記初期値を当該キャリブレーションの初期値とすることもできるが、ここでは上述の600keVの実測値に対して求められた投影飛程Rp1の最適値と分散ΔRp1の最適値と重み付け係数Dの最適値を初期値として使用する。歪度γ1、尖度β1については、上述の600keVの場合と同様に、一般的に使用される値から逸脱しない値を用いる。 Next, the parameter setting unit 11 performs calibration for the actually measured value when the implantation energy is 400 keV (FIG. 2, S23No → S21). At this time, the initial value can be used as the initial value of the calibration. Here, however, the optimum value of the projection range Rp 1 and the optimum value of the variance ΔRp 1 obtained with respect to the measured value of 600 keV described above are used. The optimum value of the weighting coefficient D is used as the initial value. As for the skewness γ 1 and the kurtosis β 1 , values that do not deviate from commonly used values are used as in the case of 600 keV described above.

プロファイル演算部13は、パラメータ設定部11が設定した初期値により、第1のピアソン関数と重み付け係数Dとを掛け合わせた関数を用いて予測値を演算する。投影飛程・分散照合部141は、予測値と注入エネルギーが400keVの実測値との間の最大濃度部31における誤差を算出する。そして、注入エネルギーが600keVの場合と同様に、パラメータ設定部11が当該誤差に基づいて、投影飛程Rp1、分散ΔRp1、及び重み付け係数Dの値を変化させる(歪度γ1、尖度β1は固定)。このとき、パラメータ設定部11は、投影飛程Rp1と分散ΔRp1が600keVにおける最適値よりも小さい範囲で投影飛程Rp1と分散ΔRp1の値を変化させる。また、重み付け係数Dを、600keVよりも大きい範囲で変化させる。プロファイル演算部13は、変化後のピアソン関数パラメータを用いて、第1のピアソン関数と重み付け係数Dとを掛け合わせた関数により予測値を演算し、投影飛程・分散照合部141が予測値と実測値との誤差を算出する。それらの処理を繰り返し、上記誤差が最小となる投影飛程Rp1、分散ΔRp1、及び重み付け係数Dが、注入エネルギーが400keVの実測値を表現する最適値として抽出される(図2 S22)。 The profile calculation unit 13 calculates a predicted value using a function obtained by multiplying the first Pearson function and the weighting coefficient D by the initial value set by the parameter setting unit 11. The projection range / dispersion collating unit 141 calculates an error in the maximum concentration unit 31 between the predicted value and the actually measured value of the injection energy of 400 keV. Then, similarly to the case where the implantation energy is 600 keV, the parameter setting unit 11 changes the values of the projection range Rp 1 , variance ΔRp 1 , and weighting coefficient D based on the error (distortion γ 1 , kurtosis) β 1 is fixed). In this case, the parameter setting unit 11, Rp 1 and dispersed .DELTA.Rp 1 projected range changes the value of the dispersion .DELTA.Rp 1 and Rp 1 projected range in a range smaller than the optimum value at 600 keV. Further, the weighting coefficient D is changed in a range larger than 600 keV. The profile calculation unit 13 calculates a predicted value using a function obtained by multiplying the first Pearson function and the weighting coefficient D using the Pearson function parameter after the change, and the projection range / dispersion matching unit 141 calculates the predicted value. Calculate the error from the measured value. These processes are repeated, and the projection range Rp 1 , variance ΔRp 1 , and weighting coefficient D that minimize the error are extracted as optimum values representing the actual measured value with an injection energy of 400 keV (S 22 in FIG. 2).

以降、注入エネルギーが300keVである場合の実測値に対しても、投影飛程Rp1、分散ΔRp1、及び重み付け係数Dのキャリブレーションが同様に実施され、各注入エネルギーにおける投影飛程Rp1、分散ΔRp1、及び重み付け係数Dの最適値が求められる。このようにして求められた投影飛程Rp1、分散ΔRp1、及び重み付け係数Dは上述の前提条件を満足する。投影飛程Rp1、分散ΔRp1、及び重み付け係数Dの最適値は、注入エネルギーと対応づけられてパラメータ管理部12に記憶される。 Since, even for the measured values when the injection energy is 300 keV, the projected range Rp 1, dispersion .DELTA.Rp 1, and the calibration of the weighting coefficient D is performed in the same manner, Rp 1 projected range for each implantation energy, An optimum value of the variance ΔRp 1 and the weighting coefficient D is obtained. The projection range Rp 1 , variance ΔRp 1 , and weighting coefficient D thus determined satisfy the above-mentioned preconditions. The optimum values of the projection range Rp 1 , variance ΔRp 1 , and weighting coefficient D are stored in the parameter management unit 12 in association with the injection energy.

投影飛程Rp1、分散ΔRp1、及び重み付け係数Dの最適値の取得が完了すると、第2のピアソン関数の各パラメータの投影飛程Rp2及び分散ΔRp2の設定が行われる(図2 S23Yes→S24)。ここでは、投影飛程Rp2は第1の分布関数の投影飛程Rp1に基づいて算出され、分散ΔRp2は第1の分布関数の分散ΔRp1に基づいて算出される。これにより、ランダム成分における分布関数の投影飛程とチャネリング成分における分布関数の投影飛程、及びランダム成分における分布関数の分散とチャネリング成分における分布関数の分散にそれぞれ相関をもたせることができる。ランダム成分は上述の核阻止能と電子阻止能との両方によりエネルギーが失われ、チャネリング成分は電子阻止能のみによりエネルギーが失われる。このため、ランダム成分はチャネリング成分に比べてイオン注入された不純物の阻止能力が大きい成分であると考えられる。本実施形態では、ランダム成分とチャネリング成分とでの投影飛程の比は注入エネルギーを低下させた場合でもほぼ一定であり、ランダム成分とチャネリング成分とでの分散の比は注入エネルギーを低下させた場合でもほぼ一定であると看做している。これは、投影飛程Rpと分散ΔRpが、注入エネルギーに対してほぼ線形的に変化するという物理現象に基づいている。このため、本実施形態では、Rp1=k1Rp2(0<k1<1)、ΔRp1=k2ΔRp2(0<k2<1)として、投影飛程Rp2、分散ΔRp2を定める。また、このように第2のピアソン関数の投影飛程及び分散を第1のピアソン関数の投影飛程及び分散に基づいて設定することで、フィッティングを行う分布関数のパラメータ数を減少させることができ、キャリブレーションを簡素化することもできる。 When acquisition of the optimum values of the projection range Rp 1 , variance ΔRp 1 , and weighting coefficient D is completed, the projection range Rp 2 and variance ΔRp 2 of each parameter of the second Pearson function are set (S 23 Yes in FIG. 2). → S24). Here, the projection range Rp 2 is calculated based on the projection range Rp 1 of the first distribution function, and the variance ΔRp 2 is calculated based on the variance ΔRp 1 of the first distribution function. Accordingly, it is possible to correlate the projection range of the distribution function in the random component and the projection range of the distribution function in the channeling component, and the variance of the distribution function in the random component and the variance of the distribution function in the channeling component. The random component loses energy by both the above-described nuclear stopping power and electron stopping power, and the channeling component loses energy only by the electron stopping power. For this reason, it is considered that the random component is a component that has a larger ability to block impurities implanted by ion implantation than the channeling component. In the present embodiment, the ratio of the projection range between the random component and the channeling component is almost constant even when the injection energy is reduced, and the ratio of the dispersion between the random component and the channeling component reduces the injection energy. In some cases, it is considered to be almost constant. This is based on the physical phenomenon that the projection range Rp and the dispersion ΔRp change almost linearly with the implantation energy. For this reason, in this embodiment, Rp 1 = k 1 Rp 2 (0 <k 1 <1), ΔRp 1 = k 2 ΔRp 2 (0 <k 2 <1), and the projection range Rp 2 and the variance ΔRp 2 Determine. In addition, by setting the projection range and dispersion of the second Pearson function based on the projection range and dispersion of the first Pearson function in this way, the number of parameters of the distribution function for fitting can be reduced. Calibration can also be simplified.

このk1、k2の値は、以下のようにして設定することができる。まず、プロファイル演算部13が、特定の試料基板における投影飛程Rp1の最適値及び分散ΔRp1の最適値に基づいて、Rp1=k1Rp2(0<k1<1)、ΔRp1=k2ΔRp2(0<k2<1)として、第2のピアソン関数の初期値を設定する。投影飛程・分散照合部141が当該予測値と上記特定の試料基板のランダム成分における不純物濃度プロファイルとの誤差を算出する。本実施形態では、図3の最大濃度部31とテール部32の境界付近(プロファイルのテール部分が目立ちはじめる領域)の誤差を算出する。当該誤差に基づいて、パラメータ設定部11がk1及びk2の値を変化させる。パラメータ設定部11は、誤差が最小となるk1及びk2の値を最適値として投影飛程・分散算出部15(図1参照)に設定する。ここでは、k1=0.5であり、k2=0.3である。 The values of k 1 and k 2 can be set as follows. First, the profile calculator 13 determines that Rp 1 = k 1 Rp 2 (0 <k 1 <1), ΔRp 1 based on the optimal value of the projection range Rp 1 and the optimal value of the variance ΔRp 1 on a specific sample substrate. = K 2 ΔRp 2 (0 <k 2 <1), and the initial value of the second Pearson function is set. The projection range / dispersion matching unit 141 calculates an error between the predicted value and the impurity concentration profile in the random component of the specific sample substrate. In the present embodiment, an error in the vicinity of the boundary between the maximum density portion 31 and the tail portion 32 in FIG. 3 (region where the tail portion of the profile starts to stand out) is calculated. Based on the error, the parameter setting unit 11 changes the values of k 1 and k 2 . The parameter setting unit 11 sets the values of k 1 and k 2 that minimize the error to the projection range / dispersion calculation unit 15 (see FIG. 1) as optimum values. Here, k 1 = 0.5 and k 2 = 0.3.

投影飛程・分散算出部15は、パラメータ管理部12に記憶されている各条件に対して求められた第1のピアソン関数の投影飛程Rp1の最適値を読み出す。読み出した投影飛程Rp1の最適値にk1を乗じることで、投影飛程・分散算出部15は第2のピアソン関数の投影飛程Rp2を算出する。算出された第2のピアソン関数の投影飛程Rp2は、パラメータ管理部12に注入エネルギーと対応づけて記憶される。同様に、投影飛程・分散算出部15は、パラメータ管理部12に記憶されている各条件に対して求められた第1のピアソン関数の分散ΔRp1の最適値にk2を乗じることで第2のピアソン関数の分散ΔRp2を算出する。算出された分散ΔRp2は、パラメータ管理部12に注入エネルギーと対応づけて記憶される。これにより、各注入エネルギーに対応する第2のピアソン関数の投影飛程Rp2と分散ΔRp2の最適値が求められる。 The projection range / dispersion calculation unit 15 reads the optimal value of the projection range Rp 1 of the first Pearson function obtained for each condition stored in the parameter management unit 12. By multiplying the optimum value of the read projection range Rp 1 by k 1 , the projection range / variance calculation unit 15 calculates the projection range Rp 2 of the second Pearson function. The calculated projection range Rp 2 of the second Pearson function is stored in the parameter management unit 12 in association with the injection energy. Similarly, the projection range / dispersion calculation unit 15 multiplies the optimal value of the first Pearson function variance ΔRp 1 obtained for each condition stored in the parameter management unit 12 by k 2 . The variance ΔRp 2 of the Pearson function of 2 is calculated. The calculated variance ΔRp 2 is stored in the parameter management unit 12 in association with the injection energy. Thereby, the optimum values of the projection range Rp 2 and the variance ΔRp 2 of the second Pearson function corresponding to each implantation energy are obtained.

以上のようにして、第2のピアソン関数の投影飛程Rp2及び分散ΔRp2の設定が完了すると、続いて、歪度γ1及び尖度β1のキャリブレーションが行われる。注入エネルギーが減少すると、チャネリングにより基板深くに進入する不純物の影響が相対的に大きくなる。これにより、不純物濃度プロファイルはすそを引いた形状になると考えられる。歪度γは分布がピーク位置を挟んで対称である場合に0になり、深い側にすそを引いている場合に正になる。このため、歪度γ1及び尖度β1のキャリブレーションでは、注入エネルギーが減少するにつれて歪度γ1が大きくなることを前提条件とする。また、注入エネルギーが減少すると、イオン注入時の基板中での不純物の散乱が小さくなり不純物濃度プロファイルがより尖った形状になると考えられる。尖度βは分布が鋭いほど大きな値になる。このため、歪度γ1及び尖度β1のキャリブレーションでは、注入エネルギーが減少するにつれて尖度β1が大きくなることも前提条件としている。本実施形態は、上記試料基板群において、歪度γ1及び尖度β1のキャリブレーションを注入エネルギーについて降順で行う。これにより、上記前提条件を満足する歪度γ1及び尖度β1を抽出する。なお、歪度γ1及び尖度β1のキャリブレーションでは、投影飛程Rp1、Rp2及び分散ΔRp1、ΔRp2は対応する上述の最適値に固定される。 As described above, when the setting of the projection range Rp 2 and variance ΔRp 2 of the second Pearson function is completed, the skewness γ 1 and the kurtosis β 1 are subsequently calibrated. When the implantation energy is reduced, the influence of impurities entering the substrate deeply due to channeling becomes relatively large. Thus, the impurity concentration profile is considered to have a shape with a skirt. The skewness γ becomes 0 when the distribution is symmetric with respect to the peak position, and becomes positive when the skirt is drawn on the deep side. For this reason, in the calibration of the skewness γ 1 and the kurtosis β 1 , it is assumed that the skewness γ 1 increases as the implantation energy decreases. Further, when the implantation energy is reduced, it is considered that the impurity scattering in the substrate at the time of ion implantation becomes small and the impurity concentration profile becomes a sharper shape. The kurtosis β increases as the distribution becomes sharper. For this reason, in the calibration of the skewness γ 1 and the kurtosis β 1 , it is also assumed that the kurtosis β 1 increases as the implantation energy decreases. In the present embodiment, calibration of the skewness γ 1 and the kurtosis β 1 is performed in descending order with respect to the implantation energy in the sample substrate group. Thereby, the skewness γ 1 and the kurtosis β 1 that satisfy the above preconditions are extracted. In the calibration of the skewness γ 1 and the kurtosis β 1 , the projection ranges Rp 1 and Rp 2 and the variances ΔRp 1 and ΔRp 2 are fixed to the corresponding optimum values described above.

さらに、本実施形態では、第1のピアソン関数の歪度γ1及び尖度β1のキャリブレーションでは、第2のピアソン関数の歪度γ2及び尖度β2を一定値にしており、γ2>γ1、β2<β1としている。これはチャネリング成分が電子阻止能のみによりエネルギー損失を受ける成分であるため、注入エネルギーが異なる場合であってもブロードでテールを引いた様なプロファイルが維持されると考えられるためである。特に限定されるものではないが、本実施形態では、歪度γ2=1.7、尖度β2=3.5としている。 Furthermore, in the present embodiment, in the calibration of the skewness γ 1 and the kurtosis β 1 of the first Pearson function, the skewness γ 2 and the kurtosis β 2 of the second Pearson function are set to constant values, and γ 2 > γ 1 and β 21 . This is because the channeling component is a component that receives energy loss only by the electron stopping power, and thus it is considered that a profile with a broad tail is maintained even when the injection energy is different. Although not particularly limited, in this embodiment, the skewness γ 2 = 1.7 and the kurtosis β 2 = 3.5.

パラメータ設定部11は、まず、歪度γ1及び尖度β1の初期値を設定する。設定される初期値には、一般的に使用される値から逸脱しない値が用いられる。このとき、投影飛程Rp1、Rp2と分散ΔRp1、ΔRp2、及び重み付け係数Dは対応する最適値、すなわち、600keVの実測値に対して求められた最適値に固定される。プロファイル演算部13は、パラメータ設定部11が設定した初期値により、Dual−ピアソン関数を用いて予測値を演算する(図2 S25)。プロファイル照合部14の歪度・尖度照合部142(図1参照)は、当該予測値と注入エネルギー600keVの実測値との間の誤差を算出する。誤差は、誤差算出範囲を限定する等により、特に現実の不純物濃度プロファイルのテール部について求められる。図3に示すように、テール部32とはシリコン基板の表面を基準として上記最大濃度部31よりも深い位置にあり、正規分布からのずれが生じる領域である。そのため、正規分布からのずれを表現する歪度及び尖度の誤差をテール部32より求めることができる。 The parameter setting unit 11 first sets initial values of the skewness γ 1 and the kurtosis β 1 . As the initial value to be set, a value that does not deviate from a commonly used value is used. At this time, the projection ranges Rp 1 and Rp 2 , the variances ΔRp 1 and ΔRp 2 , and the weighting coefficient D are fixed to the corresponding optimum values, that is, the optimum values obtained for the actually measured value of 600 keV. The profile calculation unit 13 calculates a predicted value using the Dual-Pearson function based on the initial value set by the parameter setting unit 11 (S25 in FIG. 2). The skewness / kurtosis matching unit 142 (see FIG. 1) of the profile matching unit 14 calculates an error between the predicted value and the actually measured value of the injection energy 600 keV. The error is obtained particularly for the tail portion of the actual impurity concentration profile by limiting the error calculation range or the like. As shown in FIG. 3, the tail portion 32 is a region deeper than the maximum concentration portion 31 with respect to the surface of the silicon substrate, and a deviation from the normal distribution occurs. Therefore, an error in skewness and kurtosis expressing a deviation from the normal distribution can be obtained from the tail portion 32.

パラメータ設定部11は、歪度・尖度照合部142が算出した誤差に基づいて、歪度γ1と尖度β1の値を変化させる。プロファイル演算部13は、変化後のピアソン関数パラメータを用いて、Dual−ピアソン関数により予測値を演算する。歪度・尖度照合部142は、当該予測値と実測値との誤差を算出する。以上の処理を繰り返し、上記誤差が最小となる歪度γ1と尖度β1が、注入エネルギーが600keVの実測値を表現する歪度γ1と尖度β1の最適値として抽出される(図2 S26)。 The parameter setting unit 11 changes the values of the skewness γ 1 and the kurtosis β 1 based on the error calculated by the skewness / kurtosis matching unit 142. The profile calculation unit 13 calculates a predicted value using the Dual-Pearson function using the Pearson function parameter after the change. The skewness / kurtosis matching unit 142 calculates an error between the predicted value and the actually measured value. Repeating the above processing, skewness gamma 1 and kurtosis beta 1 that the error is minimized, the implantation energy is extracted as the optimum value of the skewness gamma 1 and kurtosis beta 1 representing the measured value of 600 keV ( FIG. 2 S26).

次に、パラメータ設定部11は、注入エネルギーが400keVの場合の実測値に対するキャリブレーションを行う(図2 S27No→S25)。このとき、上記初期値を当該キャリブレーションの初期値とすることもできるが、ここでは上述の600keVの実測値に対して求められた歪度γ1の最適値と尖度β1の最適値を初期値として使用する。投影飛程Rp1、分散ΔRp1、及び重み付け係数Dは、上述の600keVの場合と同様に、対応する最適値、すなわち、注入エネルギーが400keVの実測値に対して求められた最適値に固定される。 Next, the parameter setting unit 11 calibrates the actual measurement value when the implantation energy is 400 keV (FIG. 2, S27 No → S25). At this time, the initial value can also be used as the initial value of the calibration. Here, the optimum value of the skewness γ 1 and the optimum value of the kurtosis β 1 obtained with respect to the measured value of 600 keV described above are used here. Use as initial value. The projection range Rp 1 , the variance ΔRp 1 , and the weighting coefficient D are fixed to the corresponding optimum values, that is, the optimum values obtained with respect to the actually measured value where the implantation energy is 400 keV, as in the case of 600 keV described above. The

プロファイル演算部13は、パラメータ設定部11が設定した初期値により、Dual−ピアソン関数を用いて予測値を演算する。歪度・尖度照合部142は、当該予測値と注入エネルギーが400keVの実測値との間のテール部32における誤差を算出する。そして、注入エネルギーが600keVの場合と同様に、パラメータ設定部11が当該誤差に基づいて、歪度γ1と尖度β1の値を変化させる。このとき、パラメータ設定部11は、歪度γ1と尖度β1が600keVにおける最適値よりも大きい範囲で歪度γ1及び尖度β1を変化させる。プロファイル演算部13は変化後のピアソン関数パラメータを用いて、Dual−ピアソン関数により予測値を演算し、歪度・尖度照合部142が予測値と実測値との誤差を算出する。以上の処理を繰り返し、上記誤差が最小となる歪度γ1と尖度β1が、注入エネルギーが400keVの実測値を表現する最適値として抽出される(図2 S26)。 The profile calculation unit 13 calculates a predicted value using the Dual-Pearson function based on the initial value set by the parameter setting unit 11. The skewness / kurtosis matching unit 142 calculates an error in the tail unit 32 between the predicted value and the actually measured value of the injection energy of 400 keV. Then, similarly to the case where the implantation energy is 600 keV, the parameter setting unit 11 changes the values of the skewness γ 1 and the kurtosis β 1 based on the error. In this case, the parameter setting unit 11, skewness gamma 1 and kurtosis beta 1 is in a range larger than the optimum value varying the skewness gamma 1 and kurtosis beta 1 in 600 keV. The profile calculation unit 13 calculates a predicted value by the Dual-Pearson function using the Pearson function parameter after the change, and the skewness / kurtosis matching unit 142 calculates an error between the predicted value and the actually measured value. The above processing is repeated, and the skewness γ 1 and the kurtosis β 1 at which the error is minimized are extracted as optimum values representing the actually measured value with the injection energy of 400 keV (S 26 in FIG. 2).

以降、注入エネルギーが300keVである実測値に対しても歪度γ1及び尖度β1のキャリブレーションが同様に実施され、各注入エネルギーにおける歪度γ1と尖度β1の最適値が求められる。このようにして求められた歪度γ1と尖度β1は上述の前提条件を満足する。歪度γ1と尖度β1の最適値は、注入エネルギーと対応づけてパラメータ管理部12に記憶される。そして、全ての実測値に対応する歪度γ1と尖度β1の最適値が抽出されると、キャリブレーションが完了する(図2 S27Yes)。 Thereafter, the calibration of the skewness γ 1 and the kurtosis β 1 is similarly performed on the actually measured value with the implantation energy of 300 keV, and the optimum values of the skewness γ 1 and the kurtosis β 1 at each implantation energy are obtained. It is done. The skewness γ 1 and the kurtosis β 1 thus obtained satisfy the above-mentioned preconditions. The optimum values of the skewness γ 1 and the kurtosis β 1 are stored in the parameter management unit 12 in association with the injection energy. Then, when the optimum values of the skewness γ 1 and the kurtosis β 1 corresponding to all the actual measurement values are extracted, the calibration is completed (S27 Yes in FIG. 2).

以上のようにして得られたピアソン関数パラメータの最適値の一例を図4に示す。図4のパラメータテーブル41は、上記各試料基板に対して取得された各ピアソン関数パラメータを示している。図4に示すように、投影飛程Rp1、Rp2及び分散ΔRp1、ΔRp2は注入エネルギーの減少にともなって小さな値になっている。また、チャネリング成分の投影飛程Rp2、分散ΔRp2は、注入エネルギーに関わらず、ランダム成分の投影飛程Rp1、分散ΔRp1よりもそれぞれ一定の割合で大きくなっている。さらに、歪度γ1及び尖度β1の値は、注入エネルギーが減少するにつれて大きな値になっており、歪度γ2及び尖度β2の値は、注入エネルギーに関わらず一定値になっている。また、重み付け係数Dは注入エネルギーが減少するにつれて大きな値になっている。すなわち、注入エネルギーに対する連続性を有している各ピアソン関数パラメータが取得されている。 An example of the optimum value of the Pearson function parameter obtained as described above is shown in FIG. The parameter table 41 in FIG. 4 shows each Pearson function parameter acquired for each sample substrate. As shown in FIG. 4, the projection ranges Rp 1 and Rp 2 and the dispersions ΔRp 1 and ΔRp 2 become smaller as the implantation energy decreases. Further, the projection range Rp 2 and the variance ΔRp 2 of the channeling component are larger at a fixed rate than the projection range Rp 1 and the variance ΔRp 1 of the random component regardless of the injection energy. Further, the values of the skewness γ 1 and the kurtosis β 1 become larger as the implantation energy decreases, and the values of the skewness γ 2 and the kurtosis β 2 become constant values regardless of the implantation energy. ing. Further, the weighting coefficient D increases as the injection energy decreases. That is, each Pearson function parameter having continuity with respect to the implantation energy is acquired.

図5〜図7は、300keV、400keV、600keVのそれぞれの注入エネルギーで、チルト角ゼロ度として砒素をイオン注入した試料基板の実測値及び図4に示したピアソン関数パラメータを用いてイオン注入シミュレータが演算した予測値を示す図である。図5〜図7において、不純物濃度プロファイルデータの深さ方向の原点は、イオン注入時のシリコン表面である。図5より、注入エネルギーが300keVの場合、実測値51に一致した予測値52が得られていることが理解できる。また、図6より、注入エネルギーが400keVの場合、実測値61に一致した予測値62が得られていることが理解できる。さらに、図7より、注入エネルギーが600keV場合にも、実測値71に一致した予測値72が得られていることが理解できる。   5 to 7 show an ion implantation simulator using measured values of a sample substrate into which arsenic is ion-implanted with a tilt angle of zero degree at implantation energies of 300 keV, 400 keV, and 600 keV, and the Pearson function parameters shown in FIG. It is a figure which shows the calculated estimated value. 5 to 7, the origin in the depth direction of the impurity concentration profile data is the silicon surface at the time of ion implantation. From FIG. 5, it can be understood that when the implantation energy is 300 keV, a predicted value 52 corresponding to the actually measured value 51 is obtained. Moreover, it can be understood from FIG. 6 that when the implantation energy is 400 keV, a predicted value 62 that matches the actual measured value 61 is obtained. Furthermore, it can be understood from FIG. 7 that even when the implantation energy is 600 keV, a predicted value 72 that matches the measured value 71 is obtained.

以上のようにしてキャリブレーションが完了すると、図2に示したイオン注入シミュレータ10において、任意の注入条件(特に任意の高注入エネルギー条件)でのイオン注入シミュレーションを行うことが可能となる。図8は、イオン注入シミュレーションの際にイオン注入シミュレータ10が行う処理を示すフローチャートである。このとき、予測可能な注入エネルギーの範囲は、注入パラメータテーブルに記載されている範囲となる。本実施形態では、図4に示したように、最小のエネルギーである300keVから最大のエネルギーである600keVまでとなる。   When the calibration is completed as described above, the ion implantation simulator 10 shown in FIG. 2 can perform an ion implantation simulation under an arbitrary implantation condition (particularly, an arbitrary high implantation energy condition). FIG. 8 is a flowchart showing processing performed by the ion implantation simulator 10 during the ion implantation simulation. At this time, the range of the injection energy that can be predicted is the range described in the injection parameter table. In the present embodiment, as shown in FIG. 4, the minimum energy is 300 keV to the maximum energy is 600 keV.

入力部21を介して注入エネルギー、注入ドーズ量等の注入条件が入力されると、当該注入条件は条件格納部22に保持される(図8 S81)。パラメータ設定部11は条件格納部22から、注入エネルギーを読み出す。読み出した注入エネルギーに一致するピアソン関数パラメータがパラメータ管理部12に記憶されている場合、パラメータ設定部11は当該パラメータをパラメータ管理部12から読み出して保持する(図8 S82Yes→S86)。   When the injection conditions such as the injection energy and the injection dose are input via the input unit 21, the injection conditions are held in the condition storage unit 22 (S81 in FIG. 8). The parameter setting unit 11 reads the injection energy from the condition storage unit 22. When the Pearson function parameter that matches the read injection energy is stored in the parameter management unit 12, the parameter setting unit 11 reads the parameter from the parameter management unit 12 and holds it (S82 Yes → S86 in FIG. 8).

読み出した注入エネルギーに一致するピアソン関数パラメータがパラメータ管理部12に記憶されていない場合、パラメータ設定部11は要求された注入エネルギーに前後するピアソン関数パラメータをパラメータ管理部12から読み出して保持する(図8 S82No→S83)。パラメータ設定部11は読み出した各パラメータの線形補間を行い、要求された注入エネルギーに対応するピアソン関数パラメータを算出して保持する(図8 S84)。   When the Pearson function parameter that matches the read injection energy is not stored in the parameter management unit 12, the parameter setting unit 11 reads and holds the Pearson function parameter before and after the requested injection energy from the parameter management unit 12 (FIG. 8 S82No → S83). The parameter setting unit 11 performs linear interpolation of each read parameter, calculates and holds a Pearson function parameter corresponding to the requested injection energy (S84 in FIG. 8).

以上のようにして予測要求された注入エネルギーに対応するピアソン関数パラメータがパラメータ設定部11に保持されると、プロファイル演算部13はパラメータ設定部11に保持された各ピアソン関数パラメータを数7に示すDual−ピアソン関数に代入し、入力された注入エネルギーにおける規格化されたDual−ピアソン分布を演算する。また、プロファイル演算部13は当該Dual−ピアソン分布に注入ドーズ量を乗じることで、要求された注入条件における不純物濃度プロファイルを演算し、出力部23に出力する。   When the Pearson function parameter corresponding to the injection energy requested to be predicted is held in the parameter setting unit 11 as described above, the profile calculation unit 13 represents each Pearson function parameter held in the parameter setting unit 11 as shown in Equation 7. Substituting into the Dual-Pearson function, the normalized Dual-Pearson distribution at the input injection energy is calculated. Further, the profile calculation unit 13 calculates an impurity concentration profile under the required implantation conditions by multiplying the Dual-Pearson distribution by the implantation dose amount, and outputs it to the output unit 23.

以上のように、本実施形態のイオン注入シミュレータ10によれば、パラメータ設定部11、パラメータ管理部12、プロファイル演算部13、プロファイル照合部14、投影飛程・分散算出部15、実測値格納部16により構成されるパラメータ規定部20により、第1及び第2のピアソン関数の各パラメータを、予測要求のあった任意の注入エネルギーに対して一義に設定することができる。また、本実施形態のイオン注入シミュレーション方法により取得されるピアソン関数パラメータ群を使用することにより、一般に広く使用されているTSUPREM4のような、ピアソン関数を用いてイオン注入後の不純物濃度プロファイルを予測する標準的なイオン注入シミュレータにおいても、予測要求のあった任意の注入エネルギーに対してピアソン関数パラメータを一義に設定することができる。   As described above, according to the ion implantation simulator 10 of the present embodiment, the parameter setting unit 11, the parameter management unit 12, the profile calculation unit 13, the profile matching unit 14, the projection range / dispersion calculation unit 15, and the actual measurement value storage unit. The parameter defining unit 20 configured by 16 can unambiguously set each parameter of the first and second Pearson functions with respect to an arbitrary injection energy requested to be predicted. Further, by using the Pearson function parameter group acquired by the ion implantation simulation method of the present embodiment, the impurity concentration profile after ion implantation is predicted using the Pearson function, such as TSUPREM4, which is generally widely used. Even in a standard ion implantation simulator, the Pearson function parameters can be uniquely set for any implantation energy that has been predicted.

なお、パラメータ設定部11、プロファイル演算部13、パラメータ照合部14、及び投影飛程・分散算出部15は、例えば、専用の演算回路や、プロセッサとRAMやROM等のメモリとを備えたハードウェア、及び当該メモリに格納され、プロセッサ上で動作するソフトウェア等として実現することができる。   The parameter setting unit 11, the profile calculation unit 13, the parameter collation unit 14, and the projection range / dispersion calculation unit 15 are, for example, hardware including a dedicated calculation circuit, a processor, and a memory such as a RAM and a ROM. And software stored in the memory and operating on the processor.

また、このようなイオン注入シミュレーションの手順をコンピュータに実行させるためのプログラムは、インターネットなどの電気通信回線を用いたり、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に格納したりすることで、関係者や第三者に提供することができる。例えばプログラムの指令を電気信号や光信号、磁気信号などで表現し、その信号を搬送波に載せて送信することで、同軸ケーブルや銅線、光ファイバのような伝送媒体でそのプログラムを提供することができる。またコンピュータ読み取り可能な記録媒体としては、CD−ROMやDVD−ROMなどの光学メディアや、フレキシブルディスクのような磁気メディア、フラッシュメモリやRAMのような半導体メモリを利用することができる。   In addition, a program for causing a computer to execute such an ion implantation simulation procedure uses a telecommunication line such as the Internet or stores it in a computer-readable recording medium, so that a related party or a third party Can be provided. For example, a program command is expressed by an electric signal, an optical signal, a magnetic signal, etc., and the signal is placed on a carrier wave and transmitted, so that the program is provided on a transmission medium such as a coaxial cable, copper wire, or optical fiber Can do. As a computer-readable recording medium, optical media such as CD-ROM and DVD-ROM, magnetic media such as a flexible disk, and semiconductor memory such as flash memory and RAM can be used.

上記チルト角ゼロ度で行う砒素の高エネルギー注入は、例えば固体撮像素子の製造工程では、例えばシリコン基板表面側から高濃度P型不純物層、N型電荷蓄積層、シリコン基板あるいはウエルで構成されるP型層からなるフォトダイオード(受光部)のN型電荷蓄積層を形成するイオン注入に適用される。以上のシミュレーション方法により予測される不純物濃度プロファイルと、半導体基板に形成すべき所望の不純物濃度プロファイルとを比較することにより、所望の不純物プロファイルを形成可能なイオン注入条件を予測することができる。このため、予測された注入条件により不純物のイオン注入を行うことで、所望の特性を有する半導体装置を簡単に製造することができる。   The high energy implantation of arsenic performed at the tilt angle of zero degree is composed of, for example, a high concentration P-type impurity layer, an N-type charge storage layer, a silicon substrate, or a well from the silicon substrate surface side in the manufacturing process of the solid-state imaging device The present invention is applied to ion implantation for forming an N-type charge storage layer of a photodiode (light receiving portion) made of a P-type layer. By comparing the impurity concentration profile predicted by the above simulation method with the desired impurity concentration profile to be formed in the semiconductor substrate, it is possible to predict the ion implantation conditions capable of forming the desired impurity profile. For this reason, a semiconductor device having desired characteristics can be easily manufactured by performing ion implantation of impurities under predicted implantation conditions.

以上説明したように、本発明では、ランダム成分の分布関数の投影飛程とチャネリング成分の分布関数の投影飛程、及びランダム成分の分布関数の分散とチャネリング成分の分布関数の分散がそれぞれ相関を有している。これにより、イオン注入された不純物の阻止能力がチャネリング成分に比べてランダム成分の方が大きいという物理現象を解析モデルに組み込むことができる。また、重み付け係数Dは、注入エネルギーが増加するにつれて小さくなる値として抽出される。これにより、注入エネルギーを増加させるにつれて弾性散乱に起因する核阻止能が次第に減少し、電子阻止能の影響が次第に大きくなるという物理現象を解析モデルに組み込むことができる。このため、ゼロ度のチルト角を用いてイオン注入された不純物の濃度プロファイルを高精度に予測することができる。   As described above, in the present invention, the projection range of the distribution function of the random component and the projection range of the distribution function of the channeling component, and the variance of the distribution function of the random component and the variance of the distribution function of the channeling component are correlated. Have. As a result, a physical phenomenon that the random component has a higher ability to stop the ion-implanted impurities than the channeling component can be incorporated into the analysis model. Further, the weighting coefficient D is extracted as a value that decreases as the injection energy increases. As a result, it is possible to incorporate into the analysis model a physical phenomenon in which the nuclear stopping power due to elastic scattering gradually decreases as the injection energy increases, and the influence of the electron stopping power gradually increases. For this reason, it is possible to predict the concentration profile of the ion-implanted impurity using a tilt angle of zero degrees with high accuracy.

また、投影飛程及び分散は注入エネルギーが減少するにつれて小さくなる値として抽出されるため、不純物濃度プロファイルの注入エネルギー依存性に物理的な整合性をもたせることができる。これにより、本発明では、任意の注入エネルギーに対して不純物濃度プロファイルを一義に設定することができる。   In addition, since the projection range and dispersion are extracted as values that become smaller as the implantation energy decreases, the dependence of the impurity concentration profile on the implantation energy can be physically matched. Thereby, in this invention, an impurity concentration profile can be uniquely set with respect to arbitrary implantation energy.

特に、ランダム成分の分布関数の投影飛程とチャネリング成分の分布関数の投影飛程との比、及びランダム成分の分布関数の分散とチャネリング成分の分布関数の分散との比が、注入エネルギーに関わらず同一であるとした場合、フィッティングを行う分布関数のパラメータ数を減少させることができ、キャリブレーションを簡素化することができる。   In particular, the ratio between the projection range of the distribution function of the random component and the projection range of the distribution function of the channeling component, and the ratio of the distribution function of the random component and the distribution function of the channeling component depend on the implantation energy. If they are the same, the number of parameters of the distribution function for fitting can be reduced, and the calibration can be simplified.

さらに、歪度及び尖度を注入エネルギーが小さくなるにつれて大きくなるようにすることで、注入エネルギーが減少するにつれて、チャネリングの影響が相対的に大きくなり、同時に不純物の散乱が小さくなる、という物理現象との整合性をもたせることができる。これにより、不純物濃度プロファイルをより高精度に予測することができる。   Furthermore, by increasing the skewness and kurtosis as the implantation energy decreases, the effect of channeling becomes relatively large as the implantation energy decreases, and at the same time the scattering of impurities decreases. And consistency. Thereby, the impurity concentration profile can be predicted with higher accuracy.

なお、上述した実施形態は本発明の技術的範囲を制限するものではなく、既に記載したもの以外でも、本発明の範囲内で種々の変形や応用が可能である。例えば、上記ではシリコン基板に砒素をイオン注入する事例を説明したが、注入材料、半導体基板の材質は任意である。対応するピアソン関数パラメータを予め求めておき、注入条件としてこれらの材料を指定する構成とすればよい。また、分布関数もピアソン関数に限らず、少なくとも投影飛程と分散とをパラメータとする他の分布関数を適用できることは勿論である。   The above-described embodiments do not limit the technical scope of the present invention, and various modifications and applications other than those already described are possible within the scope of the present invention. For example, the case where arsenic ions are implanted into the silicon substrate has been described above, but the material for the implantation material and the semiconductor substrate is arbitrary. Corresponding Pearson function parameters may be obtained in advance, and these materials may be designated as injection conditions. Further, the distribution function is not limited to the Pearson function, and other distribution functions having at least the projection range and the dispersion as parameters can be applied.

本発明は、ゼロ度のチルト角を用いて、300keVから600keVの高エネルギーイオン注入により半導体基板中に形成された砒素の不純物濃度プロファイルを解析モデルを用いて高精度に予測することが可能であり、不純物濃度プロファイルを予測するシミュレーション方法やシミュレータとして有用である。   The present invention can predict the impurity concentration profile of arsenic formed in a semiconductor substrate by high energy ion implantation of 300 keV to 600 keV with high accuracy using an analytical model, using a tilt angle of zero degree. It is useful as a simulation method or simulator for predicting an impurity concentration profile.

本発明の一実施形態のイオン注入シミュレータを示す概略機能ブロック図Schematic functional block diagram showing an ion implantation simulator of one embodiment of the present invention 本発明の一実施形態のキャリブレーション処理を示すフローチャートThe flowchart which shows the calibration process of one Embodiment of this invention 本発明の一実施形態のキャリブレーションを説明する模式図Schematic diagram illustrating calibration according to an embodiment of the present invention 本発明の一実施形態のピアソン関数パラメータのデータテーブルの一例を示す図The figure which shows an example of the data table of the Pearson function parameter of one Embodiment of this invention 本発明の一実施形態により演算された予測値と対応する実測値を示す図The figure which shows the actual value corresponding to the predicted value calculated by one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態により演算された予測値と対応する実測値を示す図The figure which shows the actual value corresponding to the predicted value calculated by one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態により演算された予測値と対応する実測値を示す図The figure which shows the actual value corresponding to the predicted value calculated by one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態のイオン注入シミュレーションを示すフローチャートThe flowchart which shows the ion implantation simulation of one Embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

10 イオン注入シミュレータ
11 パラメータ設定部
12 パラメータ管理部
13 プロファイル演算部
14 プロファイル照合部
15 投影飛程・分散算出部
16 実測値格納部
20 パラメータ規定部
21 入力部
22 条件格納部
23 出力部
31 最大濃度部
32 テール部
41 データテーブル
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Ion implantation simulator 11 Parameter setting part 12 Parameter management part 13 Profile calculation part 14 Profile collation part 15 Projection range and dispersion | distribution calculation part 16 Actual value storage part 20 Parameter prescription | regulation part 21 Input part 22 Condition storage part 23 Output part 31 Maximum density | concentration Part 32 tail part 41 data table

Claims (14)

半導体基板に、イオン注入により導入された不純物の濃度プロファイルを、少なくとも投影飛程と分散とをパラメータとする、不純物濃度プロファイルのランダム成分を表現する第1の分布関数f1及び不純物濃度プロファイルのチャネリング成分を表現する第2の分布関数f2を、重み付け係数Dにより結合した合成分布関数f3=D×f1+(1−D)×f2に基づいて予測するイオン注入シミュレーション方法において、
現実の不純物濃度プロファイルにおける最大濃度部の形状に基づいて、前記第1の分布関数の投影飛程と分散、及び前記重み付け係数を抽出するステップと、
前記抽出された第1の分布関数の投影飛程に基づいて、前記第2の分布関数の投影飛程を算出するステップと、
前記抽出された第1の分布関数の分散に基づいて、前記第2の分布関数の分散を算出するステップと、
得られたパラメータ及び重み付け係数を適用した合成分布関数により不純物濃度プロファイルを演算するステップと、
を有することを特徴とするイオン注入シミュレーション方法。
A first distribution function f1 representing a random component of an impurity concentration profile, and a channeling component of the impurity concentration profile, wherein the impurity concentration profile introduced by ion implantation into the semiconductor substrate has at least a projection range and dispersion as parameters. In the ion implantation simulation method for predicting the second distribution function f2 expressing the following distribution based on the combined distribution function f3 = D × f1 + (1−D) × f2 combined by the weighting coefficient D:
Extracting the projection range and variance of the first distribution function and the weighting factor based on the shape of the maximum concentration part in the actual impurity concentration profile;
Calculating a projection range of the second distribution function based on the extracted projection range of the first distribution function;
Calculating a variance of the second distribution function based on the variance of the extracted first distribution function;
Calculating an impurity concentration profile by a composite distribution function applying the obtained parameters and weighting factors;
An ion implantation simulation method characterized by comprising:
前記第2の分布関数の投影飛程は、対応する第1の分布関数の投影飛程を注入エネルギーに関わらず特定の割合で大きくすることにより算出され、前記第2の分布関数の分散は、対応する第1の分布関数の分散を注入エネルギーに関わらず特定の割合で大きくすることにより算出される請求項1記載のイオン注入シミュレーション方法。   The projection range of the second distribution function is calculated by increasing the projection range of the corresponding first distribution function by a specific ratio regardless of the implantation energy, and the variance of the second distribution function is The ion implantation simulation method according to claim 1, wherein the ion implantation simulation method is calculated by increasing the variance of the corresponding first distribution function at a specific rate regardless of the implantation energy. 同一の不純物が異なる注入エネルギーで注入された各半導体基板の現実の不純物濃度プロファイルに対して前記第1の分布関数の投影飛程及び分散の抽出を行う場合、各注入エネルギーに対する投影飛程及び分散は、注入エネルギーが減少するにつれて小さな値となる条件下で抽出される請求項1または請求項2記載のイオン注入シミュレーション方法。   When the projection range and dispersion of the first distribution function are extracted from the actual impurity concentration profile of each semiconductor substrate into which the same impurity is implanted with different implantation energies, the projection range and dispersion for each implantation energy are extracted. The ion implantation simulation method according to claim 1, wherein the ion extraction is performed under a condition that decreases as the implantation energy decreases. 同一の不純物が異なる注入エネルギーで注入された各半導体基板の現実の不純物濃度プロファイルに対して前記重み付け係数の抽出を行う場合、各注入エネルギーに対する重み付け係数は、注入エネルギーが減少するにつれて大きな値となる条件下で抽出される請求項1または請求項2記載のイオン注入シミュレーション方法。   When the weighting coefficient is extracted from the actual impurity concentration profile of each semiconductor substrate in which the same impurity is implanted with different implantation energy, the weighting coefficient for each implantation energy increases as the implantation energy decreases. The ion implantation simulation method according to claim 1, wherein the ion implantation simulation is performed under conditions. 前記第1及び第2の分布関数が歪度及び尖度をパラメータとして含み、
前記得られた投影飛程、分散、及び重み付け係数を、前記合成分布関数に適用した状況下で、前記現実の不純物濃度プロファイルにおけるテール部の形状に基づいて、前記第1の分布関数の歪度及び尖度を抽出するステップをさらに有する請求項1または請求項2記載のイオン注入シミュレーション方法。
The first and second distribution functions include skewness and kurtosis as parameters;
The skewness of the first distribution function based on the shape of the tail portion in the actual impurity concentration profile under the situation where the obtained projection range, variance, and weighting coefficient are applied to the composite distribution function. The ion implantation simulation method according to claim 1, further comprising a step of extracting the kurtosis and the kurtosis.
前記第2の分布関数の歪度及び尖度が一定値である請求項5記載のイオン注入シミュレーション方法。   6. The ion implantation simulation method according to claim 5, wherein the skewness and kurtosis of the second distribution function are constant values. 同一の不純物が異なる注入エネルギーで注入された各半導体基板の現実の不純物濃度プロファイルに対して前記第1の分布関数の歪度及び尖度の抽出を行う場合、各注入エネルギーに対する歪度及び尖度は、注入エネルギーが減少するにつれて大きな値となる条件下で抽出される請求項5または請求項6記載のイオン注入シミュレーション方法。   When extracting the skewness and kurtosis of the first distribution function with respect to the actual impurity concentration profile of each semiconductor substrate implanted with the same impurity at different implantation energies, the skewness and kurtosis for each implantation energy 7. The ion implantation simulation method according to claim 5 or 6, wherein the ion implantation is extracted under a condition that increases as the implantation energy decreases. 前記合成分布関数がDual−ピアソン関数である請求項5記載のイオン注入シミュレーション方法。   6. The ion implantation simulation method according to claim 5, wherein the composite distribution function is a Dual-Pearson function. 半導体基板に、イオン注入により導入された不純物の濃度プロファイルを、投影飛程、分散、歪度、及び尖度をパラメータとする、不純物濃度プロファイルのランダム成分を表現する第1の分布関数f1及び不純物濃度プロファイルのチャネリング成分を表現する第2の分布関数f2を、重み付け係数Dにより結合した合成分布関数f3=D×f1+(1−D)×f2に基づいて予測するイオン注入シミュレーション方法において、
異なる注入エネルギーで不純物が導入された各半導体基板の現実の不純物濃度プロファイルにおける最大濃度部の形状に基づいて、前記第1の分布関数の投影飛程及び分散を、注入エネルギーが減少するにつれて小さな値になる条件下で注入エネルギーごとに抽出し、前記重み付け係数を、注入エネルギーが減少するにつれて大きな値になる条件下で抽出するステップと、
各注入エネルギーに対して抽出された第1の分布関数の投影飛程を注入エネルギーに関わらず特定の割合で大きくすることにより、前記第2の分布関数の投影飛程を注入エネルギーごとに算出するステップと、
各注入エネルギーに対して抽出された第1の分布関数の分散を注入エネルギーに関わらず特定の割合で大きくすることにより、前記第2の分布関数の分散を注入エネルギーごとに算出するステップと、
得られた投影飛程、分散及び重み付け係数を前記合成分布関数に適用するとともに、第2の分布関数の歪度及び尖度を一定値とした状況下で、各半導体基板の現実の不純物濃度プロファイルにおけるテール部の形状に基づいて、前記第1の分布関数の歪度及び尖度を、注入エネルギーが減少するにつれて大きな値になる条件下で注入エネルギーごとに抽出するステップと、
得られた各注入エネルギーにおける第1の分布関数の各パラメータ、第2の分布関数の各パラメータ、及び重み付け係数に基づいて、予測要求のあった注入エネルギーにおける第1の分布関数の各パラメータ、第2の分布関数の各パラメータ、及び重み付け係数を算出するステップと、
当該算出された各パラメータ及び重み付け係数が適用された合成分布関数により、要求された注入エネルギーにおける不純物濃度プロファイルを予測するステップと、
を有することを特徴とするイオン注入シミュレーション方法。
A first distribution function f1 and an impurity representing a random component of an impurity concentration profile, in which a concentration profile of an impurity introduced into a semiconductor substrate by ion implantation is a parameter of projection range, dispersion, skewness, and kurtosis In an ion implantation simulation method for predicting a second distribution function f2 representing a channeling component of a concentration profile based on a combined distribution function f3 = D × f1 + (1−D) × f2 combined by a weighting coefficient D.
Based on the shape of the maximum concentration portion in the actual impurity concentration profile of each semiconductor substrate into which impurities are introduced with different implantation energies, the projected range and dispersion of the first distribution function are reduced as the implantation energy decreases. Extracting for each implantation energy under the condition of, and extracting the weighting factor under conditions that increase as the implantation energy decreases;
The projection range of the first distribution function extracted for each implantation energy is increased at a specific rate regardless of the implantation energy, thereby calculating the projection range of the second distribution function for each implantation energy. Steps,
Calculating the variance of the second distribution function for each implantation energy by increasing the variance of the first distribution function extracted for each implantation energy at a specific rate regardless of the implantation energy;
Applying the obtained projection range, variance and weighting coefficient to the composite distribution function, and setting the skewness and kurtosis of the second distribution function to constant values, the actual impurity concentration profile of each semiconductor substrate Extracting the skewness and kurtosis of the first distribution function based on the shape of the tail portion for each implantation energy under the condition that the value increases as the implantation energy decreases;
Based on the parameters of the first distribution function, the parameters of the second distribution function, and the weighting coefficients obtained at the respective implantation energies, the parameters of the first distribution function at the implantation energy requested to be predicted, Calculating each parameter of the distribution function of 2 and a weighting coefficient;
Predicting an impurity concentration profile at the required implantation energy by a composite distribution function to which the calculated parameters and weighting coefficients are applied;
An ion implantation simulation method characterized by comprising:
半導体基板に、イオン注入により導入された不純物の濃度プロファイルを、投影飛程、分散、歪度、及び尖度をパラメータとする、不純物濃度プロファイルのランダム成分を表現する第1の分布関数f1及び不純物濃度プロファイルのチャネリング成分を表現する第2の分布関数f2を、重み付け係数Dにより結合した合成分布関数f3=D×f1+(1−D)×f2分布関数に基づいて予測するイオン注入シミュレータにおいて、
前記第1の分布関数の各パラメータ、前記第2の分布関数の各パラメータ、及び前記重み付け係数を、予測要求のあった任意の注入エネルギーに対して一義に設定する手段と、
前記一義に設定された第1の分布関数の各パラメータ、第2の分布関数の各パラメータ、及び重み付け係数に基づいて、不純物濃度プロファイルを演算する手段と、
を備えたことを特徴とするイオン注入シミュレータ。
A first distribution function f1 and an impurity representing a random component of an impurity concentration profile, in which a concentration profile of an impurity introduced into a semiconductor substrate by ion implantation is a parameter of projection range, dispersion, skewness, and kurtosis In an ion implantation simulator for predicting a second distribution function f2 representing a channeling component of a concentration profile based on a combined distribution function f3 = D × f1 + (1−D) × f2 distribution function combined by a weighting coefficient D.
Means for unambiguously setting each parameter of the first distribution function, each parameter of the second distribution function, and the weighting coefficient with respect to any injection energy requested to be predicted;
Means for calculating an impurity concentration profile based on each parameter of the first distribution function set uniquely, each parameter of the second distribution function, and a weighting coefficient;
An ion implantation simulator comprising:
前記設定手段は、前記第1の分布関数の投影飛程及び分散を注入エネルギーが小さくなるにつれて小さくなる値に設定し、前記重み付け係数を注入エネルギーが小さくなるにつれて大きくなる値に設定するとともに、各注入エネルギーにおける前記第2の分布関数の投影飛程及び分散を、対応する第1の分布関数の投影飛程及び分散を注入エネルギーに関わらず特定の割合で大きくした値に設定する請求項10記載のイオン注入シミュレータ。   The setting means sets the projection range and dispersion of the first distribution function to a value that decreases as the injection energy decreases, sets the weighting coefficient to a value that increases as the injection energy decreases, The projection range and dispersion of the second distribution function at the implantation energy are set to values obtained by increasing the projection range and dispersion of the corresponding first distribution function at a specific rate regardless of the implantation energy. Ion implantation simulator. 前記設定手段は、前記第1の分布関数の歪度と尖度を、注入エネルギーが小さくなるにつれて大きくなる値に設定する請求項10または請求項11記載のイオン注入シミュレータ。   The ion implantation simulator according to claim 10 or 11, wherein the setting means sets the skewness and kurtosis of the first distribution function to values that increase as the implantation energy decreases. 前記合成分布関数がDual−ピアソン関数である請求項10記載のイオン注入シミュレータ。   The ion implantation simulator according to claim 10, wherein the composite distribution function is a Dual-Pearson function. 半導体基板に、イオン注入により導入された不純物の濃度プロファイルを、投影飛程、分散、歪度、及び尖度をパラメータとする、不純物濃度プロファイルのランダム成分を表現する第1の分布関数f1及び不純物濃度プロファイルのチャネリング成分を表現する第2の分布関数f2を、重み付け係数Dにより結合した合成分布関数f3=D×f1+(1−D)×f2分布関数に基づいて予測する処理をコンピュータに実行させるイオン注入シミュレーションプログラムにおいて、
前記コンピュータに、
異なる注入エネルギーで不純物が導入された各半導体基板の現実の不純物濃度プロファイルにおける最大濃度部の形状に基づいて、前記第1の分布関数の投影飛程及び分散を、注入エネルギーが小さくなるにつれて小さな値となるとともに、前記重み付け係数を、注入エネルギーが減少するにつれて大きな値になる条件下で注入エネルギーごとに抽出するステップと、
前記第2の分布関数の投影飛程を、前記抽出された第1の分布関数の投影飛程を注入エネルギーに関わらず特定の割合で大きくすることにより、注入エネルギーごとに算出するステップと、
前記第2の分布関数の分散を、各注入エネルギーにおける前記抽出された第1の分布関数の分散を注入エネルギーに関わらず特定の割合で大きくすることにより、注入エネルギーごとに算出するステップと、
得られた投影飛程、分散及び重み付け係数を前記合成分布関数に適用するとともに、第2の分布関数の歪度及び尖度を一定値とした状況下で、各半導体基板の現実の不純物濃度プロファイルにおけるテール部の形状に基づいて、前記第1の分布関数の歪度及び尖度を、注入エネルギーが小さくなるにつれて大きくなる条件下で注入エネルギーごとに抽出するステップと、
得られた各注入エネルギーにおける第1の分布関数の各パラメータ、第2の分布関数の各パラメータ、及び重み付け係数に基づいて、予測要求のあった注入エネルギーにおける第1の分布関数の各パラメータ、第2の分布関数の各パラメータ、及び重み付け係数を算出するステップと、
当該算出された各パラメータ及び重み付け係数が適用された合成分布関数により、要求された注入エネルギーにおける不純物濃度プロファイルを予測するステップと、
を実行させることを特徴とするイオン注入シミュレーションプログラム。
A first distribution function f1 and an impurity representing a random component of an impurity concentration profile, in which a concentration profile of an impurity introduced into a semiconductor substrate by ion implantation is a parameter of projection range, dispersion, skewness, and kurtosis Causes the computer to execute a process of predicting the second distribution function f2 representing the channeling component of the density profile based on the combined distribution function f3 = D × f1 + (1−D) × f2 distribution function combined by the weighting coefficient D. In the ion implantation simulation program,
In the computer,
Based on the shape of the maximum concentration portion in the actual impurity concentration profile of each semiconductor substrate into which impurities are introduced with different implantation energies, the projection range and dispersion of the first distribution function become smaller as the implantation energy decreases. And extracting the weighting factor for each implantation energy under conditions that increase as the implantation energy decreases; and
Calculating the projected range of the second distribution function for each implantation energy by increasing the extracted projection range of the first distribution function at a specific rate regardless of the implantation energy;
Calculating the variance of the second distribution function for each implantation energy by increasing the variance of the extracted first distribution function at each implantation energy at a specific rate regardless of the implantation energy;
Applying the obtained projection range, variance and weighting coefficient to the composite distribution function, and setting the skewness and kurtosis of the second distribution function to constant values, the actual impurity concentration profile of each semiconductor substrate Extracting the skewness and kurtosis of the first distribution function based on the shape of the tail portion for each implantation energy under conditions where the implantation energy decreases, and
Based on the parameters of the first distribution function, the parameters of the second distribution function, and the weighting coefficients obtained at the respective implantation energies, the parameters of the first distribution function at the implantation energy requested to be predicted, Calculating each parameter of the distribution function of 2 and a weighting coefficient;
Predicting an impurity concentration profile at the required implantation energy by a composite distribution function to which the calculated parameters and weighting coefficients are applied;
An ion implantation simulation program characterized in that
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