(57)【要約】 【課題】微細な撮像素子に対して、撮像素子特性の高精度な見積もりを可能とするシミュレーション方法を提供すること。【解決手段】２次元モンテカルロシミュレーションによるＡＳインプラの第１の解析を行い（ステップＳ１）、この第１の解析結果１００、２００を入力情報として２次元の熱拡散シミュレーションによる熱プロセス後の不純物プロファイルの解析を行う第２の解析を行い（ステップＳ２）、この第２の解析結果４００を元にしてガウス関数に基づく拡張計算をして（ステップＳ３）３次元の熱拡散後の不純物プロファイルを求め、この３次元の熱拡散後の不純物プロファイルを入力情報とし、物理モデルを用いた半導体装置のデバイスシミュレーションを行う。これにより、微細な撮像素子に対しても撮像素子特性の高精度な見積もりを行うことができる。【選択図】図１  
2005203400.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２次元モンテカルロシミュレーションによるＡＳインプラの解析を行う第１の解析ステップと、
前記第１の解析ステップの解析結果であるＡＳインプラ不純物分布から抽出されるパラメータを用いて２次元の熱拡散シミュレーションによる熱プロセス後の不純物プロファイルの解析を行う第２の解析ステップと、
前記第２の解析ステップの解析結果である不純物の水平／深さ方向の不純物濃度の拡散比を元にして、水平方向の不純物濃度のガウス関数に基づく拡張計算を行うことにより３次元の熱拡散後の不純物プロファイルを求める拡張ステップと、
を具備することを特徴とする半導体装置のシミュレーション方法。
【請求項２】
２次元モンテカルロシミュレーションによるＡＳインプラの解析を行う第１の解析ステップと、
前記第１の解析ステップの解析結果から抽出されるパラメータを用いて２次元の熱拡散シミュレーションによる熱プロセス後の不純物プロファイルの解析を行う第２の解析ステップと、
前記第２の解析ステップの解析結果である不純物の水平／深さ方向の不純物濃度の拡散比を元にして、水平方向の不純物濃度のガウス関数に基づく拡張計算を行うことにより３次元の熱拡散後の不純物プロファイルを求める拡張ステップと、
前記求められた３次元の熱拡散後の不純物プロファイルから抽出されるパラメータと、別途与えられ、少なくとも不純物の注入領域情報を含むパラメータとを入力情報とし、物理モデルを用いて半導体の電気的特性を解析するデバイスシミュレーションを行う半導体装置解析ステップと、
を具備することを特徴とする半導体装置のシミュレーション方法。
【請求項３】
前記第１の解析ステップの解析結果であるＡＳインプラ不純物分布から抽出されるパラメータは、少なくとも半導体の深さ方向及び水平方向の不純物濃度の解析が可能な半導体拡散プロセスシミュレータを用いてＡＳインプラ時の不純物プロファイルの解析を行うことによって得られる、ＡＳインプラ不純物分布から抽出されるパラメータであることを特徴とする請求項１または２記載の半導体装置のシミュレーション方法。
【請求項４】
前記第１の解析ステップの解析結果であるＡＳインプラ不純物分布から抽出されるパラメータは、少なくともＡＳインプラ時における基板に対する深さ方向の不純物分布と水平方向の不純物分布を含んでいることを特徴とする請求項１または２記載の半導体装置のシミュレーション方法。
【請求項５】
前記第２の解析ステップの解析結果から抽出されるパラメータは、前記第１の解析ステップの解析結果から抽出されるパラメータを入力情報として行う前記第２の解析である、熱処理プロセスを通して得られる拡散後の不純物プロファイルから抽出される水平方向の不純物濃度分布を表すパラメータであることを特徴とする請求項１または２記載の半導体装置のシミュレーション方法。
【請求項６】
前記拡散後の不純物プロファイルから水平方向の不純物濃度分布を表すパラメータは、深さ方向におけるピーク濃度の深さをａ、さらにそれよりも深く、ピーク濃度に対して１／ｂ（ｂは定数)となる深さまでの距離をｃとし、さらにａの深さにおいて注入領域のエッジの濃度から濃度が１／ｂとなる注入領域外までの距離をｄとした場合に、ｄ／（ｃ−ａ)であることを特徴とする請求項５記載の半導体装置のシミュレーション方法。
【請求項７】
前記別途与えられるパラメータのひとつである不純物の注入領域情報は、半導体装置に不純物を注入する際のレジスト形状をリソグラフィプロセスシミュレーションにより解析して得た開口形状情報であることを特徴とする請求項２記載の半導体装置のシミュレーション方法。
【請求項８】
前記リソグラフィプロセスシミュレーションは、ステッパの光学条件及びマスクデータをもとに光学像の計算を行うステップと、レジスト膜中に発生する定在波を計算し、レジス卜の溶解に寄与する光強度を得るステップと、熱プロセスとレジストの溶解プロセスを計算するステップとを具備することを特徴とする請求項７記載の半導体装置のシミュレーション方法。
【請求項９】
前記半導体装置は、光を受光して電気信号に変換する光電変換装置であることを特徴とする請求項１または２記載の半導体装置のシミュレーション方法。
【請求項１０】
熱拡散後の不純物プロファイルから抽出されるパラメータと、別途与えられ、少なくとも不純物の注入領域情報を含むパラメータとを入力情報とし、物理モデルを用いて半導体の電気的特性を解析する半導体装置のデバイスシミュレーション方法であって、
前記別途与えられるパラメータのひとつである不純物の注入領域情報は、半導体装置に不純物を注入する際のレジスト形状をリソグラフィプロセスシミュレーションにより解析して得た開口形状情報であることを特徴とする半導体装置のデバイスシミュレーション方法。
【請求項１１】
前記半導体装置は、光を受光して電気信号に変換する光電変換装置であることを特徴とする請求項１０記載の半導体装置のデバイスシミュレーション方法。
【請求項１２】
２次元モンテカルロシミュレーションによるＡＳインプラの解析を行い、この解析ステップの解析結果から抽出されるパラメータを用いて２次元の熱拡散シミュレーションによる熱プロセス後の不純物プロファイルの解析を行い、この解析ステップの解析結果である不純物の水平／深さ方向の不純物濃度の拡散比を用いて、ガウス関数に基づく水平方向の不純物濃度の拡張計算をして３次元の熱拡散後の不純物プロファイルを求め、この算出された３次元の熱拡散後の不純物プロファイルから抽出されるパラメータと、別途与えられ、少なくとも不純物の注入領域情報を含むパラメータとを入力情報とし、物理モデルを用いて半導体の電気的特性を解析する半導体装置のデバイスシミュレーションにより得られる電気特性を最適化する事前情報を用いて製造されることを特徴とする半導体装置。
【請求項１３】
前記ＡＳインプラの解析結果であるＡＳインプラ不純物分布から抽出されるパラメータは、少なくともＡＳインプラ時における基板に対する深さ方向の不純物分布と水平方向の不純物分布を含んでいることを特徴とする請求項１２記載の半導体装置。
【請求項１４】
前記２次元の熱拡散シミュレーションによる解析結果から抽出されるパラメータは、前記第１の解析ステップの解析結果から抽出されるパラメータを入力情報として行う前記第２の解析である、熱処理プロセスを通して得られる拡散後の不純物プロファイルから抽出される水平方向の不純物濃度分布を表すパラメータであることを特徴とする請求項１２記載の半導体装置。
【請求項１５】
前記別途与えられるパラメータのひとつである不純物の注入領域情報は、半導体装置に不純物を注入する際のレジスト形状をリソグラフィプロセスシミュレーションにより解析して得た開口形状情報であることを特徴とする請求項１２記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＣＣＤ撮像素子のような半導体装置に係り、特に半導体装置の特性を解析するための半導体装置のシミュレーション方法及び半導体装置のデバイスシミュレーション方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在ＣＣＤ撮像素子のような光電変換装置は微細化が進んでおり、それに伴い個々の素子特性の確保が困難になっている。特に微細化に伴うフォトダイオード及び垂直ＣＣＤの最大蓄積電荷量の確保、スミアの低減、シャッター電圧の低減、読み出し電圧の低減などは、微細化を行うたびに解決しなければならない課題である。
【０００３】
図６は固体撮像装置の従来構成例を示した断面図である。固体撮像装置は、Ｎ基板６０上にＰウェル６５が形成され、Ｐウェル６５内にはＮ層６６からなるフォトダイオード部１およびＮ層６９からなる垂直ＣＣＤ部３が形成されている。これら、フォトダイオード部１と垂直ＣＣＤ部３は、フォトダイオード部１から垂直ＣＣＤ部３に電荷を読み出すトランスファーゲート部２によって分離され、フォトダイオード部１はチャネルストップ部４により区画されている。フォトダイオード部１では表面のｐ+ 層６７により暗電流を低減する構造となっている。
【０００４】
垂直ＣＣＤ部３ではｎ層６９の下にｐ層６８を設けて転送電荷量のアップとスミアを減少させている。トランスファーゲート部２ではフォトダイオード部１から垂直ＣＣＤ部３への電荷を転送するための制御を行う。シリコン酸化膜（絶縁膜）６４を介して形成された転送電極部には転送電極６３を有している。この転送電極６３上では絶縁膜６４を介してアルミニウム又はタングステン等の遮光膜６２により覆われ、この遮光膜６２がフォトダイオード部１上では開口される。遮光膜６２はＰＳＧ等のシリコン酸化膜６４からなるカバ−膜７０で皮膜され、その上には平坦化層７１が形成され、その上にフォトダイオード部１に光を集めるマイクロレンズ７２が配置されている。半導体基板の表面に形成されたフォトダイオード部１に光が入射し、そのフォトダイオード部１で発生した信号電荷によって映像信号が得られる構成になっている。
【０００５】
ここで、フォトダイオード部１の最大蓄積電荷量とは光電変換されて蓄積される最大の電荷量のことであり、垂直ＣＣＤ部２の最大蓄積電荷量とは垂直転送素子の領域内において転送可能な最大電荷量のことである。読み出し電圧とはフォトダイオード部１からすべての電荷を垂直ＣＣＤ部３に読み出すための読み出し電極に印加する最小の電圧値を示している。さらにシャッター電圧とはフォトダイオード部１内で光電変換される電荷を所望の蓄電時間外においては基板に吐き出すために、Ｎ基板６０を２０Ｖ程度の電位として基板６０に電荷を吐きだす方式におけるＮ基板６０を所望の電位とするための電圧を示している。
【０００６】
ところで、微細化に伴うこれらの撮像素子特性の問題を解決するために、半導体デバイスの動作を数値解析によって実験的に作り出すためのデバイスシミュレーション（例えば特許文献１参照）または、光電変換装置のシミュレーションが用いられる。デバイスシミュレーションとは半導体素子内に注入され、その後、複数回における熱プロセス後の不純物プロファイルの少なくとも基板から深さ方向の不純物濃度分布と、その不純物を注入した領域を含む複数の入力パラメータを用い、ポアソン方程式又は電流連続式等の物理モデルを用いて電気ポテンシャルを解析する光電変換装置のシミュレーションのことである。こういったシミュレーションにより、事前に素子特性の解析を行い、その解析結果に基づき実際にデバイスの試作、解析を行っている。
【特許文献１】特開２００１−３０８２０１号公報  （第９頁、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来のデバイスシミュレーションによって事前に光電変換装置の特性を解析・検討する際に重要な項目は、このデバイスシミュレーションの精度である。デバイスのシュリンクに伴い厳しいシミュレーション精度が要求されるが、これに応えるには以下の困難な問題があった。特に撮像素子においては以下の２点がデバイスのシュリンクに伴い精度を狂わす要因となっている。
【０００８】
（１）、デバイスのシュリンクに伴いＰｗｅｌｌまたはＰ＋領域における水平方向の拡散により実効的なフォトダイオード最大電荷量は減少する方向にある。特に３ミクロン−セルＣＣＤ以下の構造においては、ＰｗｅｌｌまたはＰ＋領域による狭チャンネル効果により、ますます最大電荷量が減少する方向にある。高精度なシミュレーションを行うためには各注入した不純物の熱プロセス後の不純物を深さ方向の１次元的な分布だけでなく水平方向の２次元的な広がりを含めて入力データとして取り込む必要がある。
【０００９】
しかし、ＭＯＳ等の単純な構造とは異なるＣＣＤ等の撮像素子のポテンシャルプロファイルは、図６に示すようにソース、ドレイン及びゲートから形成される。このような複雑な構造に対する熱プロセスは複数回のアニール、酸化等の組み合わせによって行われているため、このような熱プロセスに対して３次元の半導体拡散プロセスシミュレーションを行おうとすると、計算時間などがかかり過ぎて実行が困難である。それ故、従来のシミュレーションでは深さ方向の不純物分布を求めることができても、水平方向の不純物分布を求めることができず、深さ方向／水平方向の不純物拡散比を１と仮定した入力情報に基づいてデバイスシミュレーションを行って解析していたため、解析精度が悪いという問題があった。
【００１０】
（２）、デバイスの微細化（シュリンク）に伴い、設計時におけるマスク形状と注入時におけるレジスト形状はずれてくる傾向にある。特にマスク形状における角となる部分は、注入時におけるレジストにおいて丸く形成される。さらには、ＣＣＤの撮像素子の光電変換部は深い領域で光電変換された電荷をフォトダイオード内に取り込むためにＭｅＶクラスのＮ型不純物の注入を行う。このため、ＭＯＳなどの素子に用いられるレジストと異なり数ミクロン単位の厚膜のレジストを用いており、レジスト形状がマスク形状とずれているさらなる要因になっている。図３（Ｂ）の２７に示したレジスト形状はその一例で、角における形状がリソグラフィシミュレーション後は丸みを帯びていることが分かるが、従来はリソグラフィシミュレーションを行わず、設計時のＣＡＤ／ＣＡＭ情報のマスク形状を用いてデバイスシミュレーションを行っていたため、精度が悪い解析しかできなかった。
【００１１】
（３）、ＣＣＤの微細化においてはフォトダイオード部１から垂直ＣＣＤ部３へのパンチスルーを防ぐためにＰウェル６５の濃度は濃くなる方向にある。しかし、濃度が濃くなると読み出し電圧の上昇を招く。このため、Ｐ＋領域やフォトダイオード１内のＮ型不純物の注入時におけるチルト角およびローテーション角の微調整を行なって最適設計を行う。
【００１２】
ここで、実際の半導体拡散プロセスシミュレータにおいてはＳＩＭＳなどから抽出したプロファイルから、一時のモーメントである平均射影飛程（Ｒｐ）及び、２次モーメントにあたるＲｐを平均とした場合の標準偏差、Ｒｐ、さらにチャネリング領域を同様な関数により近似した場合の２Ｒｐ及びその標準偏差、２Ｒｐなどから構成される表（インプラデータ）から必要とされる値を抽出するインプラントモデルに基づきにＡＳインプラプロファイルの解析を行っている。この方法ではインプラデータからチルト角、ローテーション角に依存したチャネリングの変動を正確に見積もることは困難であり、さらに内挿によるずれも生じていた。
【００１３】
本発明は前記事情に鑑み案出されたものであって、本発明の目的は、微細な光電変換素子に対して、光電変換素子特性の高精度な見積もりを可能とし、実際に試作する前に高精度な解析を行う環境を提供することができる精度の高いシミュレーションを行うことができ、それ故、試作費用の削減と共に光電変換特性の改善に寄与することができる半導体装置のシミュレーション方法、半導体装置のデバイスシミュレーション方法及びこれらシミュレーション方法を用いて製造した半導体装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は上記目的を達成するため、２次元モンテカルロシミュレーションによるＡＳインプラの解析を行う第１の解析ステップと、前記第１の解析ステップの解析結果であるＡＳインプラ不純物分布から抽出されるパラメータを用いて２次元の熱拡散シミュレーションによる熱プロセス後の不純物プロファイルの解析を行う第２の解析ステップと、前記第２の解析ステップの解析結果である不純物の水平／深さ方向の不純物濃度の拡散比を元にして、水平方向の不純物濃度のガウス関数に基づく拡張計算を行うことにより３次元の熱拡散後の不純物プロファイルを求める拡張ステップとを具備することを特徴とする。
【００１５】
また、本発明は、２次元モンテカルロシミュレーションによるＡＳインプラの解析を行う第１の解析ステップと、前記第１の解析ステップの解析結果から抽出されるパラメータを用いて２次元の熱拡散シミュレーションによる熱プロセス後の不純物プロファイルの解析を行う第２の解析ステップと、前記第２の解析ステップの解析結果である不純物の水平／深さ方向の不純物濃度の拡散比を元にして、水平方向の不純物濃度のガウス関数に基づく拡張計算を行うことにより３次元の熱拡散後の不純物プロファイルを求める拡張ステップと、前記求められた３次元の熱拡散後の不純物プロファイルから抽出されるパラメータと、別途与えられ、少なくとも不純物の注入領域情報を含むパラメータとを入力情報とし、物理モデルを用いて半導体の電気的特性を解析するデバイスシミュレーションを行う半導体装置解析ステップとを具備することを特徴とする。
【００１６】
このように本発明の半導体装置のシミュレーション方法では、２次元モンテカルロシミュレーションによりＡＳインプラ（不純物（例えば砒素）注入直後の熱拡散加えていないプロファイル）解析を行い、この解析により得られる不純物濃度分布情報からり抽出したパラメータを入力情報として２次元の熱拡散シミュレーションとしての熱プロセス後の不純物プロファイルの解析を行い、この解析によって熱プロセス後の不純物濃度分布情報を得、この不純物濃度分布情報から水平／深さ方向の不純物濃度の拡散比を求め、この不純物濃度の拡散比を元にして水平方向の不純物濃度のガウス関数に基づく拡張計算をして３次元の熱拡散後の不純物プロファイルを求めることにより、従来の３次元シミュレータでは解析困難であった微細な構造を持つ光電変換素子などのプロセスシミュレーションを２段階の２次元のプロセスシミュレーションにより解析可能にしている。しかも、その解析結果をガウス関数に基づく拡張計算により３次元の解析情報としているため、微細な構造を持つ光電変換素子などに対する精度の高い３次元のプロセスシミュレーションを実用的な時間内で可能とすることができる。また、この精度の高い３次元のプロセスシミュレーションの解析結果を入力情報とするデバイスシミュレーションを例えば微細化した光電変換素子などに対して行い、その結果得られる例えば電気ポテンシャル特性などの精度を高めることができる。これにより、光電変換素子特性の高精度な見積もりを事前に可能とし、実際に試作する前に半導体素子の高精度な解析を行う環境を提供することができる。
【００１７】
また、本発明は、前記別途与えられるパラメータのひとつである不純物の注入領域情報は、半導体装置に不純物を注入する際のレジスト形状をリソグラフィプロセスシミュレーションにより解析して得た開口形状情報であることを特徴とする。
【００１８】
このように本発明の半導体装置のシミュレーション方法では、半導体装置のデバイスシミュレーションの入力情報として、上記した精度の高い３次元のプロセスシミュレーションの解析結果と共に、半導体装置に不純物を注入する際のレジスト形状をリソグラフィプロセスシミュレーションにより解析して得た精度の高い開口形状情報を用いるため、例えば光電変換素子のデバイスシミュレーション結果である例えば電気ポテンシャル特性などの精度を更に向上させることができる。
【００１９】
また、本発明は、熱拡散後の不純物プロファイルから抽出されるパラメータと、別途与えられ、少なくとも不純物の注入領域情報を含むパラメータとを入力情報とし、物理モデルを用いて半導体の電気的特性を解析する半導体装置のデバイスシミュレーション方法であって、前記別途与えられるパラメータのひとつである不純物の注入領域情報は、半導体装置に不純物を注入する際のレジスト形状をリソグラフィプロセスシミュレーションにより解析して得た開口形状情報であることを特徴とする。
【００２０】
このように本発明の半導体装置のデバイスシミュレーション方法では、半導体装置のデバイスシミュレーションの入力情報として、半導体装置に不純物を注入する際のレジスト形状をリソグラフィプロセスシミュレーションにより解析して得た精度の高い開口形状情報を用いるため、例えば光電変換素子のデバイスシミュレーション結果である例えば電気ポテンシャル特性などの精度を向上させることができる。
【００２１】
また、本発明は、２次元モンテカルロシミュレーションによるＡＳインプラの解析を行い、この解析ステップの解析結果から抽出されるパラメータを用いて２次元の熱拡散シミュレーションによる熱プロセス後の不純物プロファイルの解析を行い、この解析ステップの解析結果である不純物の水平／深さ方向の不純物濃度の拡散比を用いて、ガウス関数に基づく水平方向の不純物濃度の拡張計算をして３次元の熱拡散後の不純物プロファイルを求め、この算出された３次元の熱拡散後の不純物プロファイルから抽出されるパラメータと、別途与えられ、少なくとも不純物の注入領域情報を含むパラメータとを入力情報とし、物理モデルを用いて半導体の電気的特性を解析する半導体装置のデバイスシミュレーションにより得られる電気特性を最適化する事前情報を用いて製造されることを特徴とする。
【００２２】
このように本発明の半導体装置では、精度の高い３次元のプロセスシミュレーションの解析結果を入力情報としてデバイスシミュレーションを行って得た半導体装置の電気ポテンシャルなどの特性情報に基づいて、実際の半導体装置を試作または製造することができるようになるため、意図どおりの半導体装置を短期間で製造することが可能になり、試作費用の削減と共に、シミュレーションにより光電変換特性の改善に寄与する方法を早期に予測することが可能となる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、２次元モンテカルロシミュレーションによるＡＳインプラの解析を第１の解析で行い、この第１の解析結果を入力情報として２次元の熱拡散シミュレーションによる熱プロセス後の不純物プロファイルの解析を第２の解析で行い、この第２の解析結果をガウス関数に基づいて拡張計算して３次元の熱拡散後の不純物プロファイルを求め、この３次元の熱拡散後の不純物プロファイルから抽出されるパラメータと、少なくとも不純物の注入領域情報を含む別途与えられるパラメータとを入力情報として物理モデルを用いた半導体装置のデバイスシミュレーションを行うため、光電変換素子特性の高精度な見積もりを可能とし、実際に試作する前に高精度な解析を行う環境を提供することができる精度の高いシミュレーション方法を提供することができる。それ故、試作費用の削減と共に光電変換特性の改善に寄与することができると共に、光電変換特性の改善に寄与する方法を早期に予測することが可能となる。
また、半導体装置のデバイスシミュレーションの入力情報として、上記した精度の高い３次元のプロセスシミュレーションの解析結果と共に、半導体装置に不純物を注入する際のレジスト形状をリソグラフィプロセスシミュレーションにより解析して得た精度の高い開口形状情報を用いるため、例えば光電変換素子のデバイスシミュレーション結果である例えば電気ポテンシャル特性などの精度を更に一層向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
微細な光電変換素子に対して、光電変換素子特性の高精度な見積もりを可能とし、実際に試作する前に高精度な解析を行う環境を提供することができる精度の高いシミュレーションを行うことができ、それ故、試作費用の削減と共に光電変換特性の改善に寄与する目的を、２次元モンテカルロシミュレーションによるＡＳインプラの解析を第１の解析で行い、この第１の解析結果を入力情報として２次元の熱拡散シミュレーションによる熱プロセス後の不純物プロファイルの解析を第２の解析で行い、この第２の解析結果をガウス関数に基づいて拡張計算して３次元の熱拡散後の不純物プロファイルを求め、この３次元の熱拡散後の不純物プロファイルから抽出されるパラメータと、少なくとも不純物の注入領域情報を含む別途与えられるパラメータとを入力情報として物理モデルを用いた半導体装置のデバイスシミュレーションを行うことによって実現した。
【実施例１】
【００２５】
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る半導体装置のシミュレーション方法のフローを示した図である。本実施の形態の半導体装置のシミュレーション方法は、大きく（Ａ）〜（Ｃ）ステージのプロセスシミュレーションと、（Ｄ）ステージのデバイスシミュレーションから成っている。
【００２６】
次に本実施の形態の各ステージにおけるシミュレーション動作について説明する。まず、（Ａ）ステージでは、２次元のモンテカルローシミュレーションによるイオンインプランテーションによる半導体内へのＡＳインプラ（不純物（例えば砒素）注入直後の熱拡散を加えていないプロファイル）解析（ステップＳ１）が行われ、この解析結果である深さ方向の１次元ＡＳインプラプロファイル１００とＡＳインプラ時における水平／深さ方向の拡散比２００の抽出を行う。
【００２７】
ここで、上記した２次元のモンテカルロシミュレーションでは、ＡＳインプラ不純物分布またはＡＳインプラ時の不純物プロファイルから抽出されるパラメータが、個々の不鈍物原子、又はそれに対応する因子を注入後、電子素子能及び核阻止能等のストッピングパワーによって個々の不純物原子のエネルギー損失が行われることによる拡散距離を求め、それによって、平均射影飛程（Ｒｐ）及び２次モーメントにあたるＲｐを平均とした場合の標準偏差Ｒｐ、さらにチャネリング領域を同様な関数により近似した場合、２Ｒｐ及びその標準偏差２Ｒｐ等の解析を行なっている。このような２次元のモンテカルロシミュレーションを行うことにより、チルト角、ローテーション角に依存したチャネリングの変動に依存することなく、また内挿によるずれの懸念もないＡＳインプラ時の不純物プロファイルの解析を行うことができる。
【００２８】
（Ｂ）ステージでは、（Ａ）ステージで求まった深さ方向の１次元ＡＳインプラプロファイル１００とＡＳインプラ時における水平／深さ方向の拡散比２００を用いて、２次元熱拡散シミュレーションによる熱プロセス後の不純物プロファイルの解析（ステップＳ２）が行われ、この解析結果である深さ方向の１次元の熱プロセス後の不純物プロファイル３００と熱プロセス後の水平／深さ方向の拡散比４００の抽出を行う。
【００２９】
（Ｃ）ステージでは、この解析結果である深さ方向の１次元の熱プロセス後の不純物プロファイル３００と熱プロセス後の水平／深さ方向の拡散比４００に基づき、ガウス関数を用いて不純物の水平方向分布の拡張を行なって（ステップＳ３）、熱拡散後の３次元の不純物情報（水平／深さ方向の拡散比等）の抽出を行う。
【００３０】
（Ｄ）ステージでは、（Ｃ）ステージで求まった３次元の熱拡散後の不純物情報５００と、別途与えられるデバイスシミュレーション対象の半導体の電極情報や基板情報及びこの半導体に不純物を注入する領域を示すマスク情報６００を入力パラメータとし、撮像素子等の電気ポテンシャル解析をポアソン方程式又は電流連続式などの物理モデルを用いて行い（ステップＳ３）、撮像素子の電気ポテンシャル情報（広くは電気特性情報）を得る。
【００３１】
なお、２次元熱拡散シミュレータの一例としてはＳＵＰＲＥＭ４（Uses Manual of TSUPREM−４ Version98.4）がある。またステップＳ３におけるガウス関数に基づく拡張方式としては一例として以下の計算に基づく拡張方式がある。
【００３２】
【数１】
2005203400.tif 000003
【００３３】
【数２】
2005203400.tif 000004
【００３４】
なお、Ｄｏｓｅは以下の（３）式の方程式に基づいて決定されている。
【００３５】
【数３】
2005203400.tif 000005
【００３６】
次に図２（１）は、図１に示した（Ｂ）ステージの解析により得られる深さ方向の１次元の熱プロセス後の不純物プロファイル３００からデバイスシミュレーションで用いるパラメータを抽出する方法を説明する図である。図２（２）は熱プロセス後の水平／深さ方向の拡散比４００を説明する図である。図２（１）は、深さ方向の不純物プロファイル、図２（２）は不純物のピーク濃度位置の深さにおける水平方向の不純物プロファイルを示している。図２（２）のレジスト３０と描かれているところから右側の領域が実際の不純物などの注入領域となっている。
【００３７】
まず、図２（１）において、ピーク濃度における深さａ及びそれより深い位置において濃度比ｂが１／１０になっている深さｃを求める。さらに図２（２）においては、図２  （１）のピーク濃度の深さでレジスト３０のエッジから最も近く且つ不純物濃度の減衰が始まる位置と、この位置から１／１０の濃度となる水平方向の距離ｄを求める。なお、今回は濃度比ｂを１／１０としたが、この濃度比ｂのパラメータはどのような値を用いてもよい。
【００３８】
この濃度比ｂとパラメータｄを用いて、図１の（Ｃ）ステージで２次元熱拡散シミュレータによって、ガウス分布に基づく水平方向の拡散を行うことにより、所望の３次元不純物プロファイル５００を得ることができる。
【００３９】
図４及び図５は上記実施の形態により解析した結果を示した図である。但し、図４及び図５は３．１２５μｍロセルを用いて解析した結果であリ、図４は読み出し電圧、図５はシャッター電圧の解析結果を示している。Ｎｅｗ１が上記した第１の実施の形態によるシミュレーション結果を示している。Ｎｅｗ１では、すべての不純物において（ｃ−ａ）及びｄの抽出をおこなっている。ＣＯＮが従来のシミュレーション方法による結果であり、注入領域としては、熱拡散後の不純物の広がりがマスクの形状どおりの等方的、つまリｄ／（ｃ−ａ）＝１として解析を行った。
【００４０】
図４、図５に示すとおり、本実施の形態によるシミュレーションで求めた電気ポテンシャル値ＮＥＷ１の方が、実測値ＥＸＰに対して従来のシミュレーション方法による電気ポテンシャル値ＣＯＶよリも近い値となっており、シミュレーションの精度が上がっていることが分かる。
【００４１】
本実施の形態によれば、（Ａ）ステージから（Ｃ）ステージのプロセスシミュレーションにより、３次元の熱拡散後の不純物プロファイル５００を求め、そこから抽出される精度の高い深さ／水平方向の不純物拡散比を、（Ｄ）ステージのデバイスシミュレーションのパラメータとして入力することにより、従来の深さ／水平方向の不純物の拡散比を１と仮定した場合に比べて、デバイスシミュレーションにより得られる半導体（ここでは撮像素子）の電気ポテンシャルの精度を向上させることができる。したがって、このような高精度のデバイスシミュレーションにより半導体素子の製造前のなどの高精度の見積もりが可能であるため、微細化に伴うフォトダイオード及び垂直ＣＣＤの最大蓄積電荷量の確保、スミアの低減、シャッター電圧の低減、読み出し電圧の低減などの諸課題を容易且つ短時間に解決することを可能とすることができる。
【００４２】
また、上記実施の形態では、２次元のモンテカルロシミュレーション及び２次元の熱拡散シミュレーションにより、熱プロセス後の不純物の水平／深さ方向の拡散比を求めるが、いずれも２次元のシミュレーションであるため、撮像素子のような複雑な構造の半導体に対しても短時間でシミュレーションを行うことができる。これにより、微細な撮像素子に対して高精度なシミュレーションによって撮像素子特性の高精度な見積もりを可能とし、実際に試作する前に、高精度な解析を行う環境を提供することができる。それ故、試作費用の削減と共に、撮像特性の改善寄与する方法を早期に予測することを可能とすることができる。
【００４３】
ところで、上記した第１実施の形態の（Ｄ）ステージのデバイスシミュレーションを行う際に、６００で示した入力情報の中にＣＡＤ／ＣＡＭ段階のマスク情報を用いたが、レジスト形状がマスク形状とずれるため、その分、第１の実施の形態によるシミュレーション結果の精度を悪くしている。そこで、これを解決しているのが以下に述べる第２の実施の形態で説明するリソグラフィプロセスシミュレーションである。
【実施例２】
【００４４】
図３は、本発明の第２の実施の形態に係る半導体装置のデバイスシミュレーション方法で用いる入力情報を求める光電変換装置のリソグラフィプロセスシミュレーションのフローを示した図である。本実施の形態のリソグラフィプロセスシミュレーションでは、シミュレーションより半導体に不純物を注入する際の実際の注入領域を求めるもので、シミュレーションとしてはＫＬＡ  Ｔｅｎｃｅｒ社製のＰｒｏＩｉｔｈを用いた。
【００４５】
本実施の形態のリソグラフィプロセスシミュレーションは、図３（Ａ）において、ステップＳ１１のＡｅｒｉａｌシミュレーション（Ａｅｒｉａｌ  ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ）と、ステップＳ１２の定在波シミュレーション（Ｓｔａｎｄｉｎｇ  ｗａｖｅ  ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ）と、ステップＳ１３の熱プロセス及び溶解プロセスシミュレーション（Ｔｈｅｒｍａｌ  ｐｒｏｃｅｓｓ  ａｎｄ  ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ  ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ）から成っている。
【００４６】
まず、ステップＳ１１のＡｅｒｉａｌシミュレーションでは、ステッパの光学条件（波長・レンズＮＡ・σ）及びマスクデータをもとに光学像の計算を行う。このシミュレーションのイメージを図示したものが、図３（Ｂ）であり、マスクパターン２１に上からレーザ光４０を照射し、マスクパターン２１を透過したレーザ光をレンズ２２により集光してマスクパターン２１に対応する光学像（Aerial image）２３を得ている。
【００４７】
次に、ステップＳ１２の定在波シミュレーションでは、レジスト膜中に発生する定在波を計算し、レジス卜の溶解に寄与する光強度を得る。このシミュレーションに対応するイメージが図３（Ｂ）に示され、基板２４上に形成されたレジスト膜２５内の定在波２６のレジス卜の溶解に寄与する光強度を得ている。
【００４８】
最後に、ステップ１３の熱プロセス及び溶解プロセスシミュレーションでは、熱プロセスとアルカリ現像液との溶解プロセスの計算を行って、図３（Ｂ）の２７に示すような最終的なレジスト形状を得る。
【００４９】
上記のようなリソグラフィプロセスシミュレーションにより得られたレジスト形状を従来のシミュレーション方法におけるデバイスシミュレーションの入力情報として用いた場合の撮像素子に対する解析結果（電気ポテンシャル）が図４、図５のＮｅｗ２で示される値である。実測値ＥＸＰの電圧値に対して、図４、図５ともＣ０ＶよりもＮｅｗ２の方が近い値となっており、高精度なシミュレーションが実現できていることが分かる。
【００５０】
本実施の形態では、リソグラフィプロセスシミュレーションにより最終的なレジスト形状の解析を行って、不純物の注入領域を精度良く求め、この情報を用いて従来方法によるデバイスシミュレーション（注入領域としては、熱拡散後の不純物の広がりがマスクの形状どおリの等方的つまり（ａ−ｃ）／ｄ＝１として解析を行う）を行うことにより、従来よりも精度が高いデバイスシミュレーションを行うことができる。
【実施例３】
【００５１】
本発明の第３の実施の形態に係る半導体のミュレーション方法について以下に説明する。本実施の形態のシミュレーション方法は、第２の実施の形態のリソグラフィプロセスシミュレーションにより得たマスク形状を、第１の実施の形態の（Ｄ）ステージで示したデバイスシミュレーションを行う際の入力情報として用いるシミュレーション方法であり、そのフロー図は図１と同様であるため図示は省略する。
【００５２】
本実施の形態で解析して得た電気ポテンシャルは図４及び図５のＮｅｗ３で示してある。図４は読み出し電圧、図５はシャッター電圧の解析結果を示している。Ｎｅｗ２が第２実施の形態によるシミュレーション結果を示している。図４及び図５からＮｅｗ３の電圧が最も、実測値ＥＸＰに近いことが分かり、非常に精度の良いシミュレーションが行われていることが分かる。
【００５３】
本実施の形態によれば、デバイスシミュレーションの入力情報として３次元の熱拡散プロファイルを用いると共に、リソグラフィプロセスシミュレーションにより得たレジスト形状情報を用いているため、非常に精度の高いデバイスシミュレーションを行うことができ、その結果である半導体の電気ポテンシャルは最も実測値に近い値を得ることができる。
【００５４】
尚、本発明は上記実施の形態に限定されることなく、その要旨を逸脱しない範囲において、具体的な構成、機能、作用、効果において、他の種々の形態によっても実施することができる。例えば上記実施の形態では、撮像素子のように構造が複雑な半導体装置の解析に本発明のシミュレーションを用いて解析する例について説明したが、構造が複雑な半導体装置であればどのようなものに対しても同様の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る半導体装置のシミュレーション方法のフローを示した図である。
【図２】図１の２次元熱拡散シミュレーションより得られる深さ方向の不純プロファイルと水平方向の不純プロファイルを示した図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態に係る半導体装置のデバイスシミュレーション方法で用いる入力情報を求める光電変換装置のリソグラフィプロセスシミュレーションのフローを示した図である。
【図４】第１〜第３の実施の形態の解析結果である読み出し電圧と実測値及び従来の解析結果とを互いに比較した図である。
【図５】第１〜第３の実施の形態の解析結果であるシャッター電圧と実測値及び従来の解析結果とを互いに比較した図である。
【図６】固体撮像装置の従来構成例を示した断面図である。
【符号の説明】
【００５６】
２１……マスクパターン、２２……レンズ、２３……光学像、２４……基板、２５……レジスト膜、２６……定在波、２７……レジスト形状、３０……レジスト。
【図１】
2005203400.tif 000006
【図２】
2005203400.tif 000007
【図３】
2005203400.tif 000008
【図４】
2005203400.tif 000009
【図５】
2005203400.tif 000010
【図６】
2005203400.tif 000011