(57)【要約】【課題】転位の輪を考慮に入れた不純物拡散モデルを取り入れた半導体プロセスシミュレーション装置において、転位の輪の物理量を透過電子顕微鏡写真から抽出する時間と労力を低減した半導体プロセスシミュレーション装置を提供することを目的とする。【解決手段】本発明に係る半導体プロセスシミュレーション装置イオン注入の際にシリコン基板中に導入される転位の輪の物理量を抽出するために用いる透過電子顕微鏡写真画像を取り込む画像データ入力部２００１と、イオン注入工程後の熱処理工程における不純物の拡散に前記イオン注入工程により基板中に導入される転移の輪からの寄与を考慮した拡散モデルを用いて不純物拡散を行うプロセスシミュレーション装置計算部２００２と、を備えている。【選択図】        図１５
2007036269.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体の製造プロセスをシミュレートする半導体プロセスシミュレーション装置において、
イオン注入の際にシリコン基板中に導入される転位の輪の物理量を抽出するために用いる透過電子顕微鏡写真画像を入力するための画像データ入力手段と、
イオン注入工程後の熱処理工程における不純物の拡散に前記イオン注入工程により基板中に導入される転移の輪からの寄与を考慮した拡散モデルを用いて不純物拡散を行うプロセスシミュレーション手段と、
を備えたことを特徴とする半導体プロセスシミュレーション装置。
【請求項２】
前記画像データ入力手段により取り込まれた前記透過電子顕微鏡写真画像を用いて、イオン注入の際にシリコン基板中に導入される転位の輪の物理量を抽出する転位の輪の物理量抽出手段を備えたことを特徴とする請求項１記載の半導体プロセスシミュレーション装置。
【請求項３】
前記転位の輪の物理量抽出手段は、画像データ入力手段により取り込まれた透過電子顕微鏡写真画像を、平面透過電子顕微鏡画像と、断面透過電子顕微鏡画像とに区別することを特徴とする請求項２記載の半導体プロセスシミュレーション装置。
【請求項４】
前記転位の輪の物理量抽出手段は、前記平面透過電子顕微鏡画像から転位の輪の大きさ及び密度を抽出することを特徴とする請求項３記載の半導体プロセスシミュレーション装置。
【請求項５】
前記転位の輪の物理量抽出手段により前記平面透過電子顕微鏡画像から抽出された転位の輪の大きさ及び密度をプロセス条件毎に、分類して保存するデータベースを備えたことを特徴とする請求項４記載の半導体プロセスシミュレーション装置。
【請求項６】
前記転位の輪の物理量抽出手段は、前記断面透過電子顕微鏡画像から転位の輪の発生位置データを抽出することを特徴とする請求項３記載の半導体プロセスシミュレーション装置。
【請求項７】
前記転位の輪の発生位置データは、転位の輪の発生深さであることを特徴とする請求項６記載の半導体プロセスシミュレーション装置。
【請求項８】
前記転位の輪の発生位置データは、転位の輪の発生深さと、転位の輪の発生位置のイオン注入マスクからの横方向距離及び深さ方向と、並びに、転位の輪の深さ方向及び横方向の遷移領域の形状を表現する楕円弧のパラメータであることを特徴とする請求項７記載の半導体プロセスシミュレーション装置。
【請求項９】
一つの断面透過電子顕微鏡画像から抽出される転位の輪の発生位置データは、１組もしくは複数組であることを特徴とする請求項６、７または８記載の半導体プロセスシミュレーション装置。
【請求項１０】
前記転位の輪の発生位置データをプロセス条件ごとに分類して格納するデータベースを備えたことを特徴とする請求項６〜９のいずれか１つに記載の半導体プロセスシミュレーション装置。
【請求項１１】
前記転位の輪の物理量抽出手段により、前記平面透過電子顕微鏡画像から抽出された転位の輪の大きさ及び密度と、並びに、前記断面透過電子顕微鏡画像から抽出された転位の輪の発生位置データを、プロセス条件毎に、分類して格納するデータベースを備えたことを特徴とする請求項４、６、７、８または９記載の半導体プロセスシミュレーション装置。
【請求項１２】
任意のプロセス条件において、転位の輪からの寄与を考慮した拡散モデルによる拡散計算を使用可能とすべく、前記データベースに格納されている転位の輪の大きさと密度、並びに転位の輪の発生位置データに基づいて、プロセス条件依存係数を算出するプロセス条件依存性計算手段を、備えたことを特徴とする請求項１１記載の半導体プロセスシミュレーション装置。
【請求項１３】
前記画像データ入力手段は、イオン注入の際にシリコン基板中に導入される転位の輪の物理量を抽出するために用いる透過電子顕微鏡写真画像を光学的に読み取るスキャナであることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１つに記載の半導体プロセスシミュレーション装置。
【請求項１４】
前記画像データ入力手段は、イオン注入の際にシリコン基板中に導入される転位の輪の物理量を抽出するために用いる透過電子顕微鏡写真画像データが記憶された記憶媒体から、当該透過電子顕微鏡写真画像データを読み取ることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１つに記載の半導体プロセスシミュレーション装置。
【請求項１５】
前記画像データ入力手段は、イオン注入工程によりシリコン基板中に導入される転位の輪の物理量抽出に用いる透過電子顕微鏡写真画像データを装置外部から入力する機能を備えたことを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１つに記載の半導体プロセスシミュレーション装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体の製造プロセスをシミュレートする半導体プロセスシミュレーション装置に係り、特に、転位の輪を考慮に入れた不純物拡散モデルを取り入れた半導体プロセスシミュレーション装置において、転位の輪の物理量を透過電子顕微鏡写真から抽出する時間と労力を低減した半導体プロセスシミュレーション装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
今日の半導体デバイス開発においては、半導体プロセスシミュレーション装置は重要な位置を占めており、商品として開発された半導体プロセスシミュレーション装置も普及しており、半導体デバイス開発者に利用されている。
【０００３】
しかしながら、市販の半導体プロセスシミュレーション装置に組込まれているモデルは未だに物理的には不十分であり、半導体デバイス製造の際に用いるプロセス毎にシミュレーションのパラメータの合わせ込みが必要な場合も数多くある。
【０００４】
特に、製造プロセスにおける熱処理工程は、年々その熱処理温度が低くなってきており、このような低温の熱処理では、従来の高温の熱処理を用いた製造プロセスでは問題とならなかったシリコンウェハ中の結晶欠陥が、熱処理中の不純物の拡散に影響を与えると言われている。
【０００５】
本発明で取り扱っている結晶の転位の輪も、低温の熱処理工程では不純物拡散に影響を与えると言われているが、市販の半導体プロセスシミュレーション装置には組込まれてはおらず、また、学術論文及び特許公報等の公知の文献においても、結晶の転位の輪のモデルを実際に２次元半導体プロセスシミュレーション装置に組込む方法は公表されていない。
【０００６】
尚、学術論文発表においては、Mark．E．Lawと彼の研究グループから、イオン注入等で結晶中に導入される転位の輪を考慮に入れた不純物拡散モデルを使用した半導体プロセスシミュレーション装置に関する一連の論文が発表されている。
【０００７】
最近、発表された論文の例としては、非特許文献１がある。しかしながら、一連の論文では、不純物拡散モデルにおける転位の輪の寄与に関する記述はなされているが、本発明に係るプロセスシミュレーション装置を構築する際に必要となる、転位の輪の位置の定義の方法及び入力方法、並びに、イオン注入プロセス後の転位の輪をどの工程まで考慮するか等については記載されていない。
【０００８】
【非特許文献１】H.Park、K.S.Jones and M.E.Law 、J. Electrochem. Soc.、Vol. 141、759、1994
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、転位の輪を考慮に入れた不純物拡散モデルを取り入れた半導体プロセスシミュレーション装置において、転位の輪の物理量を透過電子顕微鏡写真から抽出する時間と労力を低減した半導体プロセスシミュレーション装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明に係る半導体プロセスシミュレーション装置は、半導体の製造プロセスをシミュレートする半導体プロセスシミュレーション装置において、イオン注入の際にシリコン基板中に導入される転位の輪の物理量を抽出するために用いる透過電子顕微鏡写真画像を入力するための画像データ入力手段と、イオン注入工程後の熱処理工程における不純物の拡散に前記イオン注入工程により基板中に導入される転移の輪からの寄与を考慮した拡散モデルを用いて不純物拡散を行うプロセスシミュレーション手段と備えたものである。
【００１１】
また、本発明に係る半導体プロセスシミュレーション装置は、前記画像データ入力手段により取り込まれた前記透過電子顕微鏡写真画像を用いて、イオン注入の際にシリコン基板中に導入される転位の輪の物理量を抽出する転位の輪の物理量抽出手段を備えたこととした。
【００１２】
また、本発明に係る半導体プロセスシミュレーション装置は、前記転位の輪の物理量抽出手段は、画像データ入力手段により取り込まれた透過電子顕微鏡写真画像を、平面透過電子顕微鏡画像と、断面透過電子顕微鏡画像とに区別するものである。
【００１３】
また、本発明に係る半導体プロセスシミュレーション装置は、前記転位の輪の物理量抽出手段は、前記平面透過電子顕微鏡画像から転位の輪の大きさ及び密度を抽出するものである。
【００１４】
また、本発明に係る半導体プロセスシミュレーション装置は、前記転位の輪の物理量抽出手段により前記平面透過電子顕微鏡画像から抽出された転位の輪の大きさ及び密度をプロセス条件毎に、分類して保存するデータベースを備えたものである。
【００１５】
また、本発明に係る半導体プロセスシミュレーション装置は、前記転位の輪の物理量抽出手段は、前記断面透過電子顕微鏡画像から転位の輪の発生位置データを抽出するものである。
【００１６】
また、本発明に係る半導体プロセスシミュレーション装置は、前記転位の輪の発生位置データは、転位の輪の発生深さであることとしている。
【００１７】
また、本発明に係る半導体プロセスシミュレーション装置は、前記転位の輪の発生位置データは、転位の輪の発生深さと、転位の輪の発生位置のイオン注入マスクからの横方向距離及び深さ方向と、並びに、横方向の遷移領域の形状を表現する楕円弧のパラメータであることにしている。
【００１８】
また、本発明に係る半導体プロセスシミュレーション装置は、一つの断面透過電子顕微鏡画像から抽出される転位の輪の発生位置データは、１組もしくは複数組であることにしている。
【００１９】
また、本発明に係る半導体プロセスシミュレーション装置は、前記転位の輪の発生位置データをプロセス条件ごとに整理して格納するデータベースを備えたこととしている。
【００２０】
また、本発明に係る半導体プロセスシミュレーション装置は、前記転位の輪の物理量抽出手段により、前記平面透過電子顕微鏡写真画像から抽出された転位の輪の大きさ及び密度と、並びに、前記断面透過電子顕微鏡写真画像から抽出された転位の輪の発生位置データを、プロセス条件毎に、分類して格納するデータベースを備えた構成としている。
【００２１】
また、本発明に係る半導体プロセスシミュレーション装置は、任意のプロセス条件において、転位の輪からの寄与を考慮した拡散モデルによる拡散計算を使用可能とすべく、前記データベースに格納されている転位の輪の大きさと密度、並びに転位の輪の発生位置データに基づいて、プロセス条件依存係数を算出するプロセス条件依存性計算手段を、備えたこととしている。
【００２２】
また、本発明に係る半導体プロセスシミュレーション装置は、前記画像データ入力手段は、イオン注入の際にシリコン基板中に導入される転位の輪の物理量を抽出するために用いる透過電子顕微鏡写真画像を光学的に読み取るスキャナであることとしている。
【００２３】
また、本発明に係る半導体プロセスシミュレーション装置は、前記画像データ入力手段は、イオン注入の際にシリコン基板中に導入される転位の輪の物理量を抽出するために用いる透過電子顕微鏡写真画像データが記憶された記憶媒体から、当該透過電子顕微鏡写真画像データを読み取ることとしている。
【００２４】
また、本発明に係る半導体プロセスシミュレーション装置は、前記画像データ入力手段は、イオン注入工程によりシリコン基板中に導入される転位の輪の物理量抽出に用いる透過電子顕微鏡写真画像データを装置外部から入力する機能を備えたこととしている。
【発明の効果】
【００２５】
以上説明したように、本発明に係る半導体プロセスシミュレーション装置によれば、イオン注入の際にシリコン基板中に導入される転位の輪の物理量を抽出するために用いる透過電子顕微鏡写真画像を入力するための画像データ入力手段を備えたことにより、転位の輪の物理量を抽出するのに必要な透過電子顕微鏡写真画像を短時間且つ低労力で半導体プロセスシミュレーション装置に取り込むことが可能な半導体プロセスシミュレーション装置を提供することができる。
【００２６】
また、本発明に係る半導体プロセスシミュレーション装置によれば、取り込まれた透過電子顕微鏡写真画像を用いて、イオン注入の際にシリコン基板中に導入される転位の輪の物理量を抽出する転位の輪の物理量抽出手段を備えたことにより、取り込んだ透過電子顕微鏡写真画像から転位の輪の物理量を抽出することが可能な半導体プロセスシミュレーション装置を提供することができる。
【００２７】
また、本発明に係る半導体プロセスシミュレーション装置によれば、取り込まれた透過電子顕微鏡写真画像を、平面透過電子顕微鏡画像と断面透過電子顕微鏡画像に区分することにより、平面透過電子顕微鏡画像と断面透過電子顕微鏡画像とで異なった物理量を抽出して取り扱うことが可能な半導体プロセスシミュレーション装置を提供することができる。
【００２８】
また、本発明に係る半導体プロセスシミュレーション装置によれば、平面透過電子顕微鏡写真画像から転位の輪の大きさ及び密度を抽出することにより、転位の輪の大きさと密度を用いて、転位の輪を考慮に入れた不純物拡散モデルを使用することが可能な半導体プロセスシミュレーション装置を提供することができる。
【００２９】
また、本発明に係る半導体プロセスシミュレーション装置によれば、平面透過電子顕微鏡写真画像から抽出した転位の輪の大きさと密度をプロセス条件ごとに整理して保存し、データベース化することにより、任意のプロセス条件において転位の輪を考慮に入れた不純物拡散モデルの使用を可能な半導体プロセスシミュレーション装置を提供することができる。
【００３０】
また、本発明に係る半導体プロセスシミュレーション装置によれば、断面透過電子顕微鏡写真画像から転位の輪の発生位置データを抽出することにより、転位の輪の発生位置を用いて、転位の輪を考慮に入れた不純物拡散モデルに使用することが可能な半導体プロセスシミュレーション装置を提供することができる。
【００３１】
また、本発明に係る半導体プロセスシミュレーション装置によれば、断面透過電子顕微鏡写真画像から転位の輪の発生位置データとして、転位の輪の発生深さを抽出することにより、転位の輪の発生位置データの抽出用に作成された試料の断面透過電子顕微鏡画像から得られた転位の輪の発生深さを使用して、転位の輪を考慮に入れた不純物拡散モデルを使用することが可能な半導体プロセスシミュレーション装置を提供することができる。
【００３２】
また、本発明に係る半導体プロセスシミュレーション装置によれば、転位の輪の発生位置データを、転位の輪の発生深さと、転位の輪の発生位置の注入マスクからの横方向距離、深さ方向と横方向の遷移領域の形状を表現する楕円弧のパラメータとしたことにより、転位の輪の発生深さ、転位の輪の発生位置のイオン注入マスクからの横方向距離、深さ方向と横方向の遷移領域の形状を表現する楕円弧のパラメータの測定値を使用して、転位の輪を考慮に入れた不純物拡散モデルを使用することが可能な半導体プロセスシミュレーション装置を提供することができる。
【００３３】
また、本発明に係る半導体プロセスシミュレーション装置によれば、断面透過電子顕微鏡写真画像に対して発生位置データが、一つの断面透過電子顕微鏡画像に対して発生位置データが１組あるいは複数組でも良いこととしたことにより、転位の輪が２箇所以上に形成されるプロセス条件にも対応して転位の輪を考慮に入れた不純物拡散モデルに使用することが可能な半導体プロセスシミュレーション装置を提供することができる。
【００３４】
また、本発明に係る半導体プロセスシミュレーション装置によれば、取り込まれた断面透過電子顕微鏡画像から抽出された転位の輪の発生位置データを、プロセス条件毎に整理してデータベース化することにより、任意のプロセス条件において、実測から得られた転位の輪の発生位置データを用いて、転位の輪を考慮に入れた不純物拡散モデルを使用することが可能な半導体プロセスシミュレーション装置を提供することができる。
【００３５】
また、本発明に係る半導体プロセスシミュレーション装置によれば、平面透過電子顕微鏡画像から転位の輪の大きさと密度を抽出し、かつ、断面透過電子顕微鏡画像からは、転位の輪の発生位置を抽出することにより、任意のプロセス条件において、実測から得られた転位の輪の大きさと密度及び発生位置データを用いて、転位の輪を考慮に入れた不純物拡散モデルを使用することが可能な半導体プロセスシミュレーション装置を提供することができる。
【００３６】
また、本発明に係る半導体プロセスシミュレーション装置によれば、データベースに格納されている転位の輪の大きさと密度及び転位の輪の発生位置データに基づいて、プロセス条件依存係数を算出するプロセス条件依存性計算手段を備えたことにより、データの蓄積のない任意のプロセス条件においても、転位の輪からの寄与を考慮した拡散モデルを使用することが可能な半導体プロセスシミュレーション装置を提供することができる。
【００３７】
また、本発明に係る半導体プロセスシミュレーション装置によれば、イオン注入の際にシリコン基板中に導入される転位の輪の物理量を抽出するために用いる透過電子顕微鏡写真画像を光学的に読み取るスキャナを備えたことにより、イオン注入の際にシリコン基板中に導入される転位の輪の物理量を抽出するために用いる透過電子顕微鏡写真画像を光学的に読み取ることが可能な半導体プロセスシミュレーション装置を提供することができる。
【００３８】
また、本発明に係る半導体プロセスシミュレーション装置によれば、イオン注入の際にシリコン基板中に導入される転位の輪の物理量を抽出するために用いる透過電子顕微鏡写真画像データが記憶された記憶媒体から、透過電子顕微鏡写真画像データを読み取る記憶媒体読み取り手段を備えたことにより、イオン注入の際にシリコン基板中に導入される転位の輪の物理量を抽出するために用いる透過電子顕微鏡写真の画像データを記憶媒体から読み取ることが可能な半導体プロセスシミュレーション装置を提供することができる。
【００３９】
また、本発明に係る半導体プロセスシミレーション装置によれば、画像データ入力手段は、イオン注入工程によりシリコン基板中に導入される転位の輪の物理量抽出に用いる透過電子顕微鏡写真画像データを装置外部から入力する機能を備えたことにより、イオン注入の際にシリコン基板中に導入される転位の輪の物理量を抽出するために用いる透過電子顕微鏡写真の画像データを外部から入力することが可能な半導体プロセスシミュレーション装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４０】
以下に、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施例における構成要素には、当業者が容易に想定できるものまたは実質的に同一のものが含まれる。
【００４１】
（本発明の概要）
結晶の転位の輪のモデルを取り扱った一連の公知の文献から、実際に、２次元半導体プロセスシミュレーション装置に組込む場合に問題となるのは、
（１）転位の輪の位置の定義方法、
（２）転位の輪の不純物拡散への寄与をどの工程まで考慮するか、
という２点である。
【００４２】
また、第１番目の転位の輪の位置の定義方法に関する問題点はさらに、
（ａ）単一の結晶の転位の輪からの寄与を与えている関数から、転位の輪が形成されている層内に分布している転位の輪による平均圧力場を表す関数を算出する際に用いている仮定、
（ｂ）実際に、結晶の転位の輪が形成される位置を、２次元半導体プロセスシミュレーション装置に入力する方法、
という問題点に細分できる。
【００４３】
まず、問題点（ａ）に関しては、非特許文献１では、個々の転位の輪が発生する圧力から、層内にある転位の輪からの寄与の総和である平均圧力場を算出しているが、その際に用いられている仮定は、以下のようなものである。
【００４４】
・転位の輪が形成される層は平面であるとする（図２５参照）。
・層内に分布している転位の輪は層を表現する平面と垂直で、
且つ、転位の輪同士で垂直であるとする（図２６参照）。
・総和を表す関数を算出する際には、
最近接している６個の転位の輪を考慮する（図２７参照）。
【００４５】
このような仮定を用いることにより、転位の輪からの平均圧力場を表す関数は、層からの距離を引数とすることができるが、平均圧力場を算出の際に用いている仮定から転位の輪が形成される層は平面でなければならない。しかしながら、実際のＭＯＳデバイスの製造において、ソース及びドレインを形成する際に行うイオン注入では、ゲート領域がマスクとなるために、例えば図２の２次元断面図に示すが如く、転位の輪が形成される層は平面だけとはならない。
【００４６】
従って、結晶の転位の輪のモデルを２次元半導体プロセスシミュレーション装置に組込むには、転位の輪が形成される層が平面の場合だけではなく、図２に示すが如く、転位の輪が形成される層が平面だけとはならない場合についても転位の輪による圧力平均場を定義できなければならないが、このような圧力平均場の定義について述べられた公知の文献はない。
【００４７】
また、問題点（ｂ）に関して、結晶の転位の輪が形成される層は、イオン注入工程においてシリコンウェハ中に形成されるアモルファス領域と結晶領域の境界に形成されるといわれている。しかしながら、実際の半導体プロセスシミュレーション装置における結晶の転位の輪の層の位置の指定方法に関して、実際に転位の輪が形成される層の形状を表現でき、且つ、半導体プロセスシミュレーション装置の利用者にとって便利な結晶の転位の輪の層の位置の指定方法について述べられた公知の文献はない。
【００４８】
また、イオン注入工程においてシリコン中に導入された結晶の転位の輪は、イオン注入工程後の熱処理により成長或いは縮小して、最終的には消失してしまう。しかしながら、非特許文献１で述べられているモデルは、イオン注入工程後の熱処理の比較的初期の段階における転位の輪の成長或いは縮小の過程については表現しているが、より長時間の熱処理による転位の輪の消失の過程は表現されていない。
【００４９】
従って、転位の輪からの寄与を考慮した拡散モデルを取り入れた半導体シミュレーション装置を実際の半導体テバイスの製造工程に適用する場合に、イオン注入工程後の熱処理が複数工程ある場合には、どの工程まで、転位の輪からの寄与を考慮した拡散モデルを用いるかを半導体シミュレーション装置の使用者が指定できた方が好ましいが、このような考えについて述べられている公知の文献はない。
【００５０】
また、転位の量の物理量を具体的に如何にして取得するかについて述べている公知の文献は少ない。
【００５１】
（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態１に係わる半導体プロセスシミュレーション装置の概要について、並びに、実施例について、〔実施例１〕、〔実施例２〕、〔実施例３〕、…、〔実施例９〕の順に図面を参照して詳細に説明する。
【００５２】
〔本発明の実施の形態１に係る半導体プロセスシミュレーション装置の概要〕
本発明に係る半導体プロセスシミュレーション装置では、図１に示す如く、イオン注入工程シミュレーション手段１０１におけるイオン注入の際にシリコン基板中に導入される転位の輪からの寄与を考慮した拡散モデルを、モデル生成手段１０２により生成し、熱処理工程シミュレーション手段１０３では、イオン注入工程後の熱処理工程における不純物の拡散に上記モデル生成手段１０２により生成された拡散モデルを用いるようにしている。ここで、拡散モデル内で用いるシリコン基板領域内で定義されるべき転位の輪による圧力場は、該転位の輪の位置からの距離の関数である。
【００５３】
このように、転位の輪による圧力場を転位の輪の位置からの距離の関数としたことにより、従来技術では転位の輪が形成されている層が平面のときだけしか取り扱えなかった（図２５参照）のに対し、本発明では、転位の輪が形成されている層の位置座標を与えれば、転位の輪による圧力場を計算することが可能である。
【００５４】
実際の半導体デバイス製造のソース・ドレイン形成する際に実施されるイオン注入工程では、図２の説明図に示すように、ゲート２０４の領域がマスクとなるため、イオン注入工程により結晶中に導入される転位の輪は、通常、図１９中の２０３に示すように単純な平面ではない。本発明の半導体プロセスシミュレーション装置では、このような場合についても、転位の輪からの寄与を考慮に入れた拡散モデルを用いることが可能である。
【００５５】
ここで、本発明において、転位の輪による圧力場を転位の輪の位置からの距離の関数とすること、に関してもう少し詳しく説明する。
【００５６】
従来技術では、転位の輪の平均圧力場を算出する際には、転位の輪は全て同一の平面内に存在するとし、且つ、その平面内に分布している転位の輪は、その平面と垂直で且つ転位の輪同士で垂直であるとし、例えば図２７の説明図に示すように、最近接している６個の転位の輪１６０４ａ〜１６０４ｆからの圧力の寄与を考慮していた。このため、平均圧力場は転位の輪が形成されている層からの距離の関数になっているにもかかわらず、転位の輪が形成される層は、図２５中の１５０３に示すように平面でなければならなかった。
【００５７】
しかしながら、実際にイオン注入工程により結晶に転位の輪が導入される際の結晶面の関係について考えてみると、上述の平均圧力場を求める際に用いた仮定は、結晶面の面間の関係について十分に考慮された仮定ではなく、転位の輪からの圧力の平均のおおよそを求めるために平均操作の便宜上導入された仮定であることがわかった。このことから、本発明では、転位の輪の平均圧力場を表す関数は従来技術と同じものを用いるにもかかわらず、転位の輪が形成される層は平面でなくてもよいこととした。
【００５８】
平均圧力場を求める際に使用する仮定と結晶面の面間の関係について、もう少し詳しく述べる。説明を簡単にするために、図２５のように、ゲート等のパターンが存在しないシリコンウェハ１５０１に表面１５０２からイオン注入を行った場合について考える。
【００５９】
通常のＭＯＳ型の半導体デバイスの製造においては、シリコンウェハは（１００）配向のものが使用されるので、転位の輪が形成される層が表面に平行であるとすると、転位の輪が形成される層は（１００）面上に形成されることになる。しかしながら、シリコンはその結晶としての性質から転位の輪は、（１１０）面或いは（１１１）面上に形成されると言われている。これは、平均場を求める際に使用された「層内に分布している転位の輪は、層を表現する平面と垂直」という仮定と矛盾する。
【００６０】
また、（１１０）面及び（１１１）面は、（１００）面をシリコンウェハの表面としたときに、表面からみて斜めの面となるために、（１１０）面及び（１１１）面上に存在する転位の輪からの寄与の平均場を正確に求めることは、非常に複雑であり困難である。
【００６１】
これらのことから、平均圧力場を求める際に使用されている仮定は、転位の輪からの圧力の平均のおおよそを求めるために、平均操作の便宜上導入された仮定であることがわかる。
【００６２】
以上のような理由から、本発明では、転位の輪の平均圧力場は、近似として、従来技術と同じ関数を用い、転位の輪が形成される層は平面でなくてもよいこととした。このことにより、転位の輪が形成されている層の位置座標を与えれば、転位の輪による平均圧力場を計算することが可能となる。
【００６３】
また、本発明に係る半導体プロセスシミュレーション装置では、拡散モデルにおける転位の輪の位置を、線分と楕円弧により表すことができる曲線により定義することとしている。つまり、転位の輪が形成されている層の位置座標を与えるのに、線分と楕円弧により表すことができる曲線を使用している。これにより、転位の輪が形成されている層の位置座標を決定することができる。
【００６４】
また、本発明に係る半導体プロセスシミュレーション装置では、拡散モデルにおける転位の輪の位置を、イオン注入工程シミュレーション手段１０１の結果に基づく、注入された不純物原子濃度の極大値により構成される鞍点の位置を用い、且つ、該鞍点からの任意の距離により定義することとしている。つまり、転位の輪が形成されている層の位置座標を与えるのに、イオン注入工程シミュレーション手段１０１の結果による注入された不純物原子濃度の極大値により構成される鞍点からの任意の距離にある位置を使用している。ここで、任意の距離は、半導体シミュレーション装置の使用者が、入出力インタフェース１０４等で指定できるものとしている。これにより、転位の輪が形成されている層の位置座標を決定することができる。
【００６５】
また、本発明に係る半導体プロセスシミュレーション装置では、拡散モデルにおける転位の輪の位置を、イオン注入工程シミュレーション手段１０１の結果に基づく、注入された不純物原子の任意の濃度となる位置により定義することとしている。つまり、転位の輪が形成されている層の位置座標を与えるのに、イオン注入工程シミュレーション手段１０１の結果による注入された不純物原子の濃度分布の任意の濃度となる位置を使用している。ここで、任意の濃度は、半導体シミュレーション装置の使用者が、入出力インタフェース１０４等で指定できるものとしている。これにより、転位の輪が形成されている層の位置座標を決定することができる。
【００６６】
また、本発明に係る半導体プロセスシミュレーション装置では、転位の輪が形成されている層の位置座標を与えるのに、イオン注入工程シミュレーション手段１０１の結果を、入出力インタフェース１０４を介して画像表示させ、当該半導体プロセスシミュレーション装置の使用者が該画像表示を見ながら判断・決定した位置を入力できるようにし、入力されたその位置を使用している。これにより、転位の輪が形成されている層の位置座標を決定することができる。
【００６７】
また、本発明に係る半導体プロセスシミュレーション装置では、図１１に示す如く、拡散モデルにおける転位の輪の位置を、線分と楕円弧により表すことができる曲線により定義する第１モデル生成手段１１０２ａと、拡散モデルにおける転位の輪の位置を、イオン注入工程シミュレーション手段１０１の結果に基づく、注入された不純物原子濃度の極大値により構成される鞍点の位置を用い、且つ、該鞍点からの任意の距離により定義する第２モデル生成手段１１０２ｂと、拡散モデルにおける転位の輪の位置を、イオン注入工程シミュレーション手段１０１の結果に基づく、注入された不純物原子の任意の濃度となる位置により定義する第３モデル生成手段１１０２ｃと、拡散モデルにおける転位の輪の位置を、入出力インタフェース１０４を介し、イオン注入工程シミュレーション手段１０１による結果の画像表示を見ながら、使用者がした入力指示に基づいて定義する第４モデル生成手段１１０２ｄと、の内、少なくとも２種以上のモデル生成手段を具備し、切替手段１１０３により、第１モデル生成手段１１０２ａ、第２モデル生成手段１１０２ｂ、第３モデル生成手段１１０２ｃまたは第４モデル生成手段１１０２ｄの何れかに切り替えて拡散モデルを得るようにしている。これにより、当該半導体プロセスシミュレーション装置の使用者がシミュレーションしようとしている半導体プロセスに最も適した転位の輪の位置の入力方法を選択することが可能となる。
【００６８】
また、本発明に係る半導体プロセスシミュレーション装置では、図１２に示す如く、熱処理工程シミュレーション手段１２０３は、イオン注入後の最初の熱処理工程（ステップＳ１２１１）にのみ、転位の輪からの寄与を考慮した拡散モデルを用い、２番目（ステップＳ１２１２）以降の熱処理については通常の拡散モデルを使用するようにしている。これにより、例えば、２番目以降の熱処理が転位の輪からの寄与が少なかったり、転位の輪のモデルの適用範囲外であるような場合には、２番目以降の熱処理は通常の拡散モデルを使用することも可能であり、半導体プロセスに柔軟に適応し得る半導体プロセスのシミュレーションが可能となる。
【００６９】
また、本発明に係る半導体プロセスシミュレーション装置では、図１３に示す如く、熱処理工程シミュレーション手段１３０３は、イオン注入後の最初の熱処理工程（ステップＳ１３１１）、並びに、イオン注入後の最初の熱処理工程以降の熱処理工程（ステップＳ１３１２）において、転位の輪からの寄与を考慮した拡散モデルを用いるようにしている。これにより、イオン注入工程後の２番目以降の熱処理について、転位の輪から拡散への寄与が有効な場合であっても転位の輪からの寄与を考慮した拡散モデルを用いることが可能であり、半導体プロセスに柔軟に適応し得る半導体プロセスのシミュレーションが可能となる。
【００７０】
更に、本発明に係る半導体プロセスシミュレーション装置では、例えば図１４に示す如く、熱処理工程シミュレーション手段１４０３は、イオン注入後の最初の熱処理工程以降の熱処理工程において、転位の輪からの寄与を考慮した拡散モデルまたは転位の輪からの寄与を考慮しない拡散モデルの切り替えを可能としている。尚、イオン注入後の最初の熱処理工程について拡散モデルを切り替え選択するようにすることも可能である。これにより、当該半導体プロセスシミュレーション装置の使用者が、シミュレーションしようとする半導体デバイスの製造プロセスに合わせて、転位の輪からの寄与を考慮するかしないかを選択指示することが可能となり、半導体プロセスに柔軟に適応し得る半導体プロセスのシミュレーションが可能となる。
【００７１】
〔実施例１〕
図１は本発明の実施例１に係る半導体プロセスシミュレーション装置の構成図である。同図において、本実施例の半導体プロセスシミュレーション装置は、イオン注入工程シミュレーション手段１０１と、イオン注入の際にシリコン基板中に導入される転位の輪からの寄与を考慮した拡散モデルを生成するモデル生成手段１０２と、イオン注入工程後の熱処理工程における不純物の拡散に拡散モデルを用いる熱処理工程シミュレーション手段１０３とを具備して構成され、拡散モデル内で用いるシリコン基板領域内で定義されるべき転位の輪による圧力場を、該転位の輪の位置からの距離の関数としたものである。
【００７２】
先ず、転位の輪による平均圧力場の算出について説明する。単一の転位の輪が生成する圧力は、文献「L.Borucki 、in”Workshop on Numerical Modeling of Processes and Devices for Integrated Circuits ：NUPAD IV”、Seattle 、WA、May 31、(1992)」において開示されている次式を用いる。
【００７３】
【数１】
2007036269.tif 000003
【００７４】
ここで、
ρ＝ｒ／Ｒ
ζ＝ｚ／Ｒ
α＝（４ρ／（（ρ＋１）2＋ζ2））1/2
γ＝３（１−ν）／（１＋ν）
である。また、Ｅ（α）、Ｋ（α）は第１種及び第２種の完全楕円積分、μは剛性率、νはポアッソン比である。
【００７５】
このようにして、単一の転位の輪が生成する圧力に対して、図２５、図２６及び図２７に示すが如く、以下のような仮定を用いて平均圧力場を算出する。
・転位の輪が形成されている層は平面であるとする（図２５参照）。
・層内に分布している転位の輪は層を表現する平面と垂直で、
且つ、転位の輪同士で垂直であるとする（図２６参照）。
・総和を表す関数を算出する際には、
最近接している６個の転位の輪を考慮する（図２７参照）。
【００７６】
平均圧力場を算出する際の実際の式は、以下のようなものである。
【００７７】
【数２】
2007036269.tif 000004
【００７８】
以上の平均操作により、平均圧力場＜ｐ＞は、転位の輪の半径Ｒと転位の輪が形成されている面からの距離ｚの関数になってしまい、面内の分布は平均されてしまう。
＜ｐ＞＝ｆ（Ｒ、ｚ）        (３)
【００７９】
従来技術では、転位の輪が形成されている面が平面の場合にしか、この関数を適用しなかったため、図２５のようなイオン注入においてゲート領域等のマスクが存在しない場合についてしか計算できなかったが、本発明では、上述した理由により、転位の輪が形成されている面を、図２中の２０３の如く、平面以外の曲面にも適用できることしたため、平均圧力場＜ｐ＞は、転位の輪の半径Ｒと転位の輪が形成されている面からの距離ｚを指定すれば、算出できるようになった。
【００８０】
〔実施例２〕
本発明の実施例２に係る半導体プロセスシミュレーション装置では、拡散モデルにおける転位の輪の位置を、線分と楕円弧により表すことができる曲線により定義することとしている。
【００８１】
線分と楕円弧により表すことができる曲線により、転位の輪が形成されている層の位置を指定する方法について、図３を参照して説明する。即ち、線分と楕円弧により転位の輪が形成されている層２０３の位置は、図３に示すように指定される。
【００８２】
図３中の記号を用いると、図３中の楕円弧により指定される領域については、次式で表すことができる。
（ｘ−ｘ0）2／ａ2＋（ｙ−ｙ0）2／ｂ2＝１      (４) 
ここで、（ｘ0、ｙ0）は楕円の中心座標、ａ、ｂはそれぞれ楕円の長径及び短径である。また、線分により指定される領域については、線分の始点（ｘ1、ｙ1）及び終点（ｘ2、ｙ2）を指定することにより表現することができる。
【００８３】
以上のように、楕円に対しては楕円の中心座標と楕円の長径及び短径を指定することにより、また、線分に対しては線分の始点及び終点を指定することにより表現することができる。尚、楕円弧と線分が複数あった場合についても同様に、それぞれの楕円弧と線分に対して指定していけばよい。
【００８４】
〔実施例３〕
本発明の実施例３に係る半導体プロセスシミュレーション装置では、拡散モデルにおける転位の輪の位置を、イオン注入工程シミュレーション手段１０１の結果に基づく、注入された不純物原子濃度の極大値により構成される鞍点の位置を用い、且つ、該鞍点からの任意の距離により定義することとしている。
【００８５】
つまり、図４に示すように、イオン注入工程のシミュレーション結果による注入された不純物原子濃度の極大値により構成される鞍点４０４からの任意の距離にある位置を利用して、転位の輪が形成されている層４０３の位置を指定する。ここで、鞍点とは、図５に示すような、不純物原子の濃度分布の極大値をつないだ点列である。
【００８６】
〔実施例４〕
本発明の実施例４に係る半導体プロセスシミュレーション装置では、拡散モデルにおける転位の輪の位置を、イオン注入工程シミュレーション手段１０１の結果に基づく、注入された不純物原子の任意の濃度となる位置により定義することとしている。ここで、任意の濃度は、半導体シミュレーション装置の使用者が、入出力インタフェース１０４等で指定するものである。
【００８７】
つまり、使用者は、図６に示すような、イオン注入工程シミュレーション手段１０１の結果を示す不純物濃度分布において、任意の不純物濃度を指定する。この指定された濃度となる点は、図７中に示されている７０３のような曲線となる。この曲線７０３により指定されている位置を、転位の輪が形成されている層の位置と定義する。
【００８８】
〔実施例５〕
本発明の実施例５に係る半導体プロセスシミュレーション装置は、転位の輪が形成されている層の位置座標を与えるのに、イオン注入工程シミュレーション手段１０１の結果を、入出力インタフェース１０４を介して画像表示させ、当該半導体プロセスシミュレーション装置の使用者が該画像表示を見ながら判断・決定した位置を入力できるようにし、入力されたその位置を使用するものである。
【００８９】
入出力インタフェース１０４の画像表示機能は、図８に示すように、イオン注入工程シミュレーション手段１０１の結果による不純物分布を、２次元的に等高線表示する機能と、使用者が指定した任意の断面について、図９に示すような濃度プロファイルを表示する機能とを備えている。
【００９０】
使用者は、これらのイオン注入工程シミュレーション手段１０１の結果を見て、実施すべき具体例を決定する。つまり、当該半導体プロセスシミュレーション装置に対して、転位の輪の層の位置の入力は、図１０に示すように、先ず使用者が、キーボードから各点＃１〜＃Ｎの座標を数値入力するか、或いはマウス等のポインティングデバイスを用いた位置指定により、該点列の座標入力を行う。半導体プロセスシミュレーション装置では、入力された点列の座標に基づき、各点間は線分であると解釈して、転位の輪の層１００３の位置を定義することとなる。
【００９１】
〔実施例６〕
図１１は本発明の実施例６に係る半導体プロセスシミュレーション装置の構成図である。同図において、本実施例の半導体プロセスシミュレーション装置は、イオン注入工程シミュレーション手段１０１と、イオン注入の際にシリコン基板中に導入される転位の輪からの寄与を考慮した拡散モデルを生成するモデル生成手段と、イオン注入工程後の熱処理工程における不純物の拡散に拡散モデルを用いる熱処理工程シミュレーション手段１０３とを具備して構成されている。
【００９２】
ここで、モデル生成手段は、拡散モデルにおける転位の輪の位置を、線分と楕円弧により表すことができる曲線により定義する第１モデル生成手段１１０２ａと、拡散モデルにおける転位の輪の位置を、イオン注入工程シミュレーション手段１０１の結果に基づく、注入された不純物原子濃度の極大値により構成される鞍点の位置を用い、且つ、該鞍点からの任意の距離により定義する第２モデル生成手段１１０２ｂと、拡散モデルにおける転位の輪の位置を、イオン注入工程シミュレーション手段１０１の結果に基づく、注入された不純物原子の任意の濃度となる位置により定義する第３モデル生成手段１１０２ｃと、拡散モデルにおける転位の輪の位置を、入出力インタフェース１０４を介し、イオン注入工程シミュレーション手段１０１による結果の画像表示を見ながら、使用者がした入力指示に基づいて定義する第４モデル生成手段１１０２ｄと、切替手段１１０３とを具備して構成されている。
【００９３】
切替手段１１０３は、例えば使用者の選択指示に基づき、第１モデル生成手段１１０２ａ、第２モデル生成手段１１０２ｂ、第３モデル生成手段１１０２ｃまたは第４モデル生成手段１１０２ｄの何れかに切り替えて拡散モデルを得る。これにより、半導体プロセスシミュレーション装置の使用者は、過去の製造プロセスの結果或いは結晶の転位の輪に関する計測結果等、シミュレーション装置の使用者が所有している情報に一番適した転位の輪の層の位置の定義方法を選択することが可能となる。
【００９４】
〔実施例７〕
図１２は本発明の実施例７に係る半導体プロセスシミュレーション装置の構成図である。
【００９５】
本実施例の熱処理工程シミュレーション手段１２０３では、イオン注入後の最初の熱処理工程（ステップＳ１２１１）にのみ、転位の輪からの寄与を考慮した拡散モデルを用い、２番目（ステップＳ１２１２）以降の熱処理については通常の拡散モデルを用いている。尚、転位の輪の位置の入力に関しては、例えば実施例６と同様の方法により行う。
【００９６】
本実施例は、２番目以降の熱処理が転位の輪からの寄与が少なかったり、転位の輪のモデルの適用範囲外であるような場合に、２番目以降の熱処理に通常の拡散モデルを使用することを可能としたものであり、例えば、イオン注入工程後の最初の熱処理が長時間にわたってしまい、次に行われる熱処理工程では、転位の輪のモデルが適用できない場合等に有効である。
【００９７】
〔実施例８〕
図１３は本発明の実施例８に係る半導体プロセスシミュレーション装置の構成図である。
【００９８】
本実施例の熱処理工程シミュレーション手段１３０３では、イオン注入後の最初の熱処理工程（ステップＳ１３１１）、並びに、イオン注入後の最初の熱処理工程以降の熱処理工程（ステップＳ１３１２）において、転位の輪からの寄与を考慮した拡散モデルを用いている。尚、転位の輪の位置の入力に関しては、例えば実施例６と同様の方法により行う。
【００９９】
本実施例は、イオン注入工程後の熱処理が、最初の熱処理も、２番目に行われる熱処理についても、転位の輪のモデルが適用可能な温度であり、且つ、熱処理の処理時間が、転位の輪のモデルを適用し得る比較的短い時間である場合等に有効である。
【０１００】
〔実施例９〕
図１４は本発明の実施例９に係る半導体プロセスシミュレーション装置の構成図である。
【０１０１】
本実施例の熱処理工程シミュレーション手段１４０３は、イオン注入後の最初の熱処理工程に対して転位の輪からの寄与を考慮した拡散モデルを用い、イオン注入後の最初の熱処理工程以降の熱処理工程においては、転位の輪からの寄与を考慮した拡散モデルまたは転位の輪からの寄与を考慮しない拡散モデルの切り替えを可能としている。尚、転位の輪の位置の入力に関しては、例えば実施例６と同様の方法により行う。
【０１０２】
つまり、２番目以降の熱処理工程では、半導体プロセスシミュレーション装置の使用者が、シミュレーションしようとしている製造プロセスのプロセス条件に合わせて、転位の輪からの寄与を考慮した拡散モデルか、転位の輪からの寄与を考慮しない通常の拡散モデルを用いるかを選択可能であり、様々な製造プロセスに対して、最適なモデル選択が可能となる。
【０１０３】
（実施の形態２）
以下、本発明の実施の形態２に係わる半導体プロセスシミュレーション装置の概要について、並びに、実施例について、〔実施例１０〕、〔実施例１１〕、〔実施例１２〕、〔実施例１３〕の順に図面を参照して詳細に説明する。
【０１０４】
〔本発明の実施の形態２に係る半導体プロセスシミュレーション装置の概要〕
本発明の実施の形態２に係る半導体プロセスシミュレーション装置の概略構成を図１５に示す。本発明の実施の形態２に係る半導体プロセスシミュレーション装置は、同図に示す如く、イオン注入の際にシリコン基板中に導入される転位の輪の物理量を抽出するために用いる透過電子顕微鏡写真画像を取り込む画像データ入力部２００１（画像データ入力手段）を備えている。このように本実施の形態では、イオン注入の際にシリコン基板中に導入される転位の輪の物理量を抽出するために用いる透過電子顕微鏡写真画像を取り込むための画像データ入力部２００１を備えることにより、転位の輪の物理量を抽出するのに必要な透過電子顕微鏡写真の画像データを半導体プロセスシミュレーション装置の内部で取り扱うことが可能となる。
【０１０５】
ここで、転位の輪を考慮に入れた拡散モデル及び本実施の形態の着眼点に関し詳細に説明する。
【０１０６】
半導体製造プロセスのイオン注入工程で注入イオンのドーズ量が大きいと、注入される側の結晶の結晶性が乱され、イオン注入工程に引き続く熱処理工程では、結晶性の回復が行われる。この結晶の回復の課程で、図１６の説明図に示すように、シリコン基板２０１でイオンの注入２０７がなされた領域には転位の輪２０３が発生する。こうした転位の輪は、不純物拡散現象を支配している点欠陥の吸い込み口や吐き出し口として働くため、転位の輪の挙動が不純物拡散を左右することになる。以上のような効果を拡散モデルに取り入れたのが、上述した転位の輪を考慮に入れた拡散モデルである。また、転位の輪からの寄与を考慮した拡散モデルでは、転位の輪に関する物理量を使用する。
【０１０７】
従来技術で記載したMark  Ｅ．Law 等の転位の輪を考慮に入れた拡散モデルで使用する転位の輪に関する物理量は、大別すると、転位の輪の密度と大きさ、及び、転位の輪の発生位置に分けられる。転位の輪に関する物理量は、通常、透過電子顕微鏡写真から得ることができる。より具体的には、転位の輪の密度及び大きさは図１６に示すような断面透過電子顕微鏡画像から得ることができ、また、転位の輪の発生位置は、図１７に示すような平面透過電子顕微鏡写真から得ることができる。
【０１０８】
転位の輪からの寄与を考慮した拡散モデルは、拡散工程の際の試料内部の物理現象を従来の現象論的拡散モデルよりも正確に記述することにより、結果の精度を上げることを目的としている拡散モデルであるので、転位の輪の物理量は、通常、上述した如き実測値から得られたデータを使用することが望ましい。しかしながら、データの蓄積数が少なくて、シミュレーションしたいプロセス条件の転位の輪に関する実測物理量が得られていない場合もある。かかる場合には、得られていない物理量は、シミュレーション上の単なるパラメータとして適当な値を設定してシミュレーションを実行することも可能である。勿論、この場合には、パラメータの合わせ込みの作業が必要になる。
【０１０９】
以上述べたように、転位の輪からの寄与を考慮した拡散モデルでは、転位の輪の発生位置と転位の輪の大きさ及び密度が必要となるが、得られていない物理量に関しては、シミュレーション上の単なるパラメータと考えても良い。以下に述べる請求項１０〜２４の説明は、全てのプロセス条件において、転位の輪の発生位置及び転位の輪の大きさと密度といった全ての物理量を実測から得られたことを前提に述べるものではなく、所有している透過電子顕微鏡写真画像データは、物理量を抽出するために使用し、所有していないデータに関しては、パラメータとして使用するという立場からの説明である。
【０１１０】
本発明に係る半導体プロセスシミュレーション装置では、図１５に示す如く、イオン注入の際にシリコン基板中に導入される転位の輪の物理量を抽出するために用いる透過電子顕微鏡写真画像を画像データ入力部２００１（画像データ入力手段）で取り込み、プロセスシミュレーション装置計算部２００２（プロセスシミュレーション計算手段）は、イオン注入工程後の熱処理工程における不純物の拡散にイオン注入工程により基板中に導入される転移の輪からの寄与を考慮した拡散モデルを用いるようにしている。これにより、イオン注入の際にシリコン基板中に導入される転位の輪の物理量を抽出するために用いる透過電子顕微鏡写真画像を取り込むための画像データ入力部２００１を備えることにより、転位の輪の物理量を抽出するのに必要な透過電子顕微鏡写真の画像データを半導体プロセスシミュレーション装置の内部で取り扱うことが可能となる。
【０１１１】
また、本発明に係る半導体プロセスシミュレーション装置では、図１８に示す如く、イメージスキャナ２００３（画像データ入力手段）により取り込まれた透過電子顕微鏡写真画像を用いて、イオン注入の際にシリコン基板中に導入される転位の輪の物理量を抽出する転位の輪の物理量抽出部２００４（転位の輪の物理量抽出手段）を備えたこととした。これにより、取り込んだ透過電子顕微鏡写真画像から転位の輪の物理量を抽出することが可能となる。
【０１１２】
また、本発明に係る半導体プロセスシミュレーション装置では、図１８に示す如く、転移の輪の物理量抽出部２００４は、イメージスキャナ２００３により取り込まれた透過電子顕微鏡写真画像を、図１７に示すような平面透過電子顕微鏡画像と、図１６に示すような断面透過電子顕微鏡画像とに区別することとしている。これにより、平面透過電子顕微鏡観察画像と断面透過電子顕微鏡観察画像とで異なった物理量を抽出して取り扱うことが可能となる。
【０１１３】
また、本発明に係る半導体プロセスシミュレーション装置では、図２２に示す如く、転位の輪の物理量抽出部２００５は、区別した図１７に示すような平面透過電子顕微鏡画像から転位の輪の大きさ及び密度を抽出することとしている。これにより、転位の輪の大きさと密度を用いて、転位の輪を考慮に入れた不純物拡散モデルを使用することが可能となる。
【０１１４】
また、本発明に係る半導体プロセスシミュレーション装置では、図２２に示す如く、転位の輪の物理量出部２００５により、図１７に示すような平面透過電子顕微鏡画像から抽出された転位の輪の大きさ及び密度をプロセス条件毎に分類（整理）してデータベース２００６に格納することとしている。これにより、任意のプロセス条件において、実測から得られた転位の輪の大きさと密度を用いて、転位の輪を考慮に入れた不純物拡散モデルを使用することが可能となる。
【０１１５】
また、本発明に係る半導体プロセスシミュレーション装置では、図１８に示す如く、転位の輪の物理量抽出部２００４は、区別した図１６に示すような断面透過電子顕微鏡画像から転位の輪の発生位置データを抽出する。これにより、実測から得られた転位の輪の発生位置を使用して転位の輪を考慮にいれた不純物拡散モデルを使用することが可能となる。
【０１１６】
また、本発明に係る半導体プロセスシミュレーション装置では、図１８に示す如く、転位の輪の物理量抽出部２００４は、転位の輪の発生位置データとして転位の輪の深さデータを抽出する。つまり、転位の輪の物理量抽出部２００４は、取り込まれた図１９に示すような断面透過電子顕微鏡画像から、転位の輪の発生位置データとして、転位の輪の深さＸのデータを抽出する。これにより、転位の輪の発生位置の抽出用に作成された試料の断面透過電子顕微鏡画像から得られた転位の輪の発生深さを使用して、転位の輪を考慮に入れた不純物拡散モデルを使用することが可能となる。
【０１１７】
また、本発明に係る半導体プロセスシミュレーション装置では、図１８に示す如く、転位の輪の物理量抽出部２００４は、転位の輪の発生位置データとして、転位の発生深さと、転位の輪の発生位置のイオン注入マスクからの横方向距離及び深さ方向と、並びに、転位の輪の深さ方向及び横方向の遷移領域の形状を表現する楕円弧のパラメータを抽出している。つまり、転位の輪の物理量抽出部２００４は、取り込まれた図２０に示すような断面透過電子顕微鏡画像から、転位の輪の発生深さＸ、転位の輪の発生位置のイオン注入マスク２０４からの横方向距離Ｙ、転位の輪の深さ方向と横方向の遷移領域の形状を表現する楕円弧のパラメータｂ、ａを抽出している。これにより、転位の輪の発生深さ、転位の輪の発生位置のイオン注入マスクからの横方向距離、深さ方向と横方向の遷移領域の形状を表現する楕円弧のパラメータの測定値を使用して、転位の輪を考慮に入れた不純物拡散モデルを使用することが可能となる。
【０１１８】
また、本発明に係る半導体プロセスシミュレーション装置では、図１８に示す如く、転位の輪の物理量抽出部２００４は、一つの断面透過電子顕微鏡画像から抽出された転位の輪の発生位置データを１組もしくは複数組抽出する。これにより、例えば、図２１に示すような転位の輪が複数の位置に形成される場合にも、転位の輪を考慮に入れた不純物拡散モデルを使用することが可能となる。
【０１１９】
また、本発明に係る半導体プロセスシミュレーション装置では、図２２に示す如く、転位の輪の物理量抽出部２００５で抽出した転位の輪の発生位置データをプロセス条件ごとに分類（整理）してデータベース２００６に格納する。これにより、任意のプロセス条件において、実測から得られた転位の輪の発生位置データを用いて、転位の輪を考慮に入れた不純物拡散モデルを使用することが可能となる。
【０１２０】
また、本発明に係る半導体プロセスシミュレーション装置では、図２２に示す転位の輪の物理量抽出部２００５により、平面透過電子顕微鏡写真画像から抽出された転位の輪の大きさ及び密度と、断面電子顕微鏡写真画像から抽出された転位の輪の発生位置データを、プロセス条件毎に分類してデータベース２００６に格納する。これにより、任意のプロセス条件において、実測から得られた転位の輪の大きさと密度及び発生位置データを用いて、転位の輪を考慮に入れた不純物拡散モデルを使用することが可能となる。
【０１２１】
また、本発明に係る半導体プロセスシミュレーション装置では、図２２に示すように、プロセス条件依存性計算部２００７（プロセス条件依存性計算手段）は、データベース２００６に格納されている転位の輪の大きさと密度及び転位の輪の発生位置データに基づいて、プロセス条件依存係数を算出する。これにより、データ蓄積のない任意のプロセス条件においても、転位の輪からの寄与を考慮した拡散モデルを使用することが可能となる。
【０１２２】
また、本発明に係る半導体プロセスシミュレーション装置では、図１８に示す如く、イオン注入の際にシリコン基板中に導入される転位の輪の物理量を抽出するために用いる透過電子顕微鏡写真を光学的に読み取るスキャナ２００３を使用している。これにより、イオン注入の際にシリコン基板中に導入される転位の輪の物理量を抽出するために用いる透過電子顕微鏡写真画像を光学的に読み取ることが可能となる。
【０１２３】
また、本発明に係る半導体プロセスシミュレーション装置では、図２４に示す如く、イオン注入の際にシリコン基板中に導入される転位の輪の物理量を抽出するために用いる透過電子顕微鏡写真画像データが記憶された記憶媒体から、透過電子顕微鏡写真画像データを記憶媒体読み取り部２００８により読み取る。これにより、イオン注入の際にシリコン基板中に導入される転位の輪の物理量を抽出するために用いる透過電子顕微鏡写真の画像データを記憶媒体から読み取ることが可能となる。
【０１２４】
また、本発明に係る半導体プロセスシミレーション装置では、画像データ入力手段は、イオン注入工程によりシリコン基板中に導入される転位の輪の物理量抽出に用いる透過電子顕微鏡写真画像データを装置外部から入力する機能を備えている。これにより、イオン注入の際にシリコン基板中に導入される転位の輪の物理量を抽出するために用いる透過電子顕微鏡写真の画像データを外部から入力することが可能となる。
【０１２５】
〔実施例１０〕
図１５は本発明の実施例１０に係る半導体プロセスシミュレーション装置の構成図である。同図において、半導体プロセスシミュレーション装置は、イオン注入の際にシリコン基板中に導入される転位の輪の物理量を抽出するために用いる透過電子顕微鏡写真画像を取り込む画像データ入力部２００１と、イオン注入工程後の熱処理工程における不純物の拡散にイオン注入工程により基板中に導入される転移の輪からの寄与を考慮した拡散モデルを用いるプロセスシミュレーション装置計算部２００２とを具備して構成されている。
【０１２６】
〔実施例１１〕
図１８は、本発明の実施例１１に係る半導体シミュレーション装置の構成図である。同図において、半導体プロセスシミュレーション装置は、転位の輪の物理量を抽出するための透過電子顕微鏡写真画像を光学的に取り込むイメージスキャナ２００３と、取り込まれた透過電子顕微鏡写真画像から転位の輪の物理量を抽出する転位の輪の物理量抽出部２００４と、転位の輪の物理量抽出部２００４で抽出された転位の輪の物理量を用いた拡散モデルを使用して拡散計算を行うプロセスシミュレーション装置計算部２００２とを具備して構成される。
【０１２７】
上記転位の輪の物理量抽出部２００４は、取り込まれた透過電子顕微鏡写真の画像を図１７に示すような平面透過電子顕微鏡画像と図１６に示すような断面透過電子顕微鏡画像に区別し、取り込まれた画像が断面透過電子顕微鏡画像である場合には、断面透過電子顕微鏡画像から転位の輪の物理量として転位の輪の発生位置データを抽出する。
【０１２８】
転位の輪の発生位置データには、種々の形態があり、以下、転位の輪の発生位置データを図１９〜図２１を参照して説明する。
【０１２９】
図１９は、転位の輪が深さ方向であることを説明するための図（断面透過電子顕微鏡写真）である。同図において、２０１はシリコン、２０２はシリコン表面、２０３は結晶の転位の輪が形成されている面、２０７は注入イオン、Ｘは、結晶の転位の輪が形成されている面の深さを夫々示していており、同図は、転位の輪が深さ方向に１組発生していることを示している。
【０１３０】
図２０は、転位の輪が２次元的形状であることを説明するための図である（断面透過電子顕微鏡写真）。同図において、２０２はシリコン表面、２０３は結晶の転位の輪が形成されている面、２０４はゲート（イオン注入マスク）、２０７は注入イオン、Ｘは転位の輪が形成されている面の深さ、Ｙは転位の輪の発生位置のイオン注入マスクからの横方向距離、ａ、ｂは深さ方向と横方向の遷移領域の形状を表現する楕円弧のパラメータを夫々示している。同図は、イオン注入マスクがあるため、転位の輪が２次元的形状になる。尚、楕円弧のパラメータａ、ｂにより指定される深さ方向と横方向の遷移領域の形状は、上記式（４）により表すことができる。
【０１３１】
図２１は、転位の輪が２箇所発生したことを説明するための図である（断面透過電子顕微鏡写真）。同図において、２０２はシリコン表面、２０４はゲート（イオン注入マスク）、２０３Ａは転位の輪が形成されている第１の面、２０３Ａは結晶の転位の輪が形成されている第２の面を夫々示しており、同図は、転位の輪が２箇所（２０３Ａ、２０３Ｂ）に形成されていることを示している。
【０１３２】
転位の輪の物理量抽出部２００４は、上述の如く、断面透過電子顕微鏡画像から転位の輪の発生位置データを抽出するに際して、転位の輪の発生位置データが、図１９に示すような深さだけの情報であるのか、図２０に示すような２次元形状をふくめた位置情報であるのか、また、図２１に示すような転位の輪の発生位置が複数箇所であるのかを判定して、転位の輪の発生位置の位置情報の抽出を行う。
【０１３３】
〔実施例１２〕
図２２は、本発明の実施例１２に係る半導体プロセスシミュレーション装置の構成図である。同図において、半導体プロセスシミュレーション装置は、転位の輪の物理量を抽出するための透過電子顕微鏡写真画像を光学的に取り込むイメージキャナ２００３と、取り込まれた透過電子顕微鏡写真画像から転位の輪の物理量を抽出する転位の輪の物理量抽出部２００５と、転位の輪の物理量抽出部２００５で抽出された転位の輪の物理量をプロセス条件（例えば、熱処理時間や熱処理温度等）毎に分類（整理）して格納するデータベース２００６と、プロセスシミュレーション装置計算部２００２で拡散計算を行うに際して必要となる転位の輪の物理量がデータベース２００６に格納されていない場合に、拡散計算に必要な転位の輪の物理量（プロセス条件依存係数）を計算するプロセス条件依存性計算部２００７と、転位の輪の物理量抽出部２００５で抽出された転位の輪の物理量を用いた拡散モデルを使用して拡散計算を行うプロセスシミュレーション装置計算部２００２とを具備して構成される。
【０１３４】
上記転位の輪の物理量抽出部２００５は、取り込まれた透過電子顕微鏡写真画像を平面透過電子顕微鏡画像と断面透過電子顕微鏡画像とに区別する。そして、転位の輪の物理量抽出部２００５は、上記実施例１１と同様に、取り込まれた画像が断面電子顕微鏡画像である場合には、断面透過電子顕微鏡画像から転位の輪の発生位置データを抽出するに際して、転位の発生位置データが、図１９に示すような深さだけの情報であるのか、図２０に示すような２次元形状をふくめた位置情報であるのか、また、図２１に示すような転位の輪の発生位置が複数箇所であるのかを判定して、転位の輪の発生位置の位置情報の抽出を行う。また、転位の輪の物理量抽出部２００５は、取り込まれた画像が平面透過電子顕微鏡画像である場合には、図１７に示すような平面透過電子顕微鏡写真画像から転位の輪の大きさ及び密度を抽出する。
【０１３５】
上記データベース２００６は、平面電子顕微鏡画像から抽出された転位の輪の大きさ及び密度と、断面透過電子顕微鏡画像から抽出された転位の輪の発生位置データを、プロセス条件毎に分類（整理）して格納する。
【０１３６】
次に、上記プロセス条件依存性計算部２００７による処理の一例を図２３を参照して説明する。図２３は、熱処理に対する転位の輪の密度の時間依存性を示す図である。以下、プロセス条件依存計算部２００７により行われる転位の輪の密度計算を説明する。尚、プロセス条件依存計算部２００７で計算される転位の輪の物理量をプロセス条件依存係数ということにする。
【０１３７】
プロセスシミュレーション装置計算部２００２の拡散計算では、拡散計算の時間ステップ毎に転位の輪の密度が必要になるため、転位の輪の物理量抽出部２００５で抽出した転位の輪の密度データではデータが不足する場合がある。
【０１３８】
プロセス条件依存計算部２００７は、上記転位の輪の物理量抽出部２００５により断面透過電子顕微鏡画像から抽出されデータベース２００６にプロセス条件（例えば、熱処理時間）毎に格納された転位の輪の密度のデータを用いて、先ず、図２３に示す如く、抽出された転位の輪の密度９０１を熱処理時間に対してプロットし、この９０１の各点を通るフィッテイングカーブ９０２を計算して、拡散計算の時間ステップ毎の転位の輪の密度（プロセス条件依存係数）を算出する。プロセスシミュレーション装置計算部２００２では、この算出された拡散計算の時間ステップ毎の転位の輪の密度を使用して拡散計算が行われる。
【０１３９】
尚、ここで示した例では、フィッテイングカーブを用いて、拡散計算に必要な密度を算出する方法について述べたが、抽出点の内挿法などの他の計算方法でも算出は可能である。また、ここでは、転位の輪の密度の熱処理時間依存性について述べたが、転位の輪の大きさや発生位置、他のプロセス条件依存性についても同様の方法で計算することができる。
【０１４０】
〔実施例１３〕
図２４は、本発明の実施例１３に係る半導体プロセスシミュレーション装置の構成図である。同図において上記実施例１２の図２２で示した半導体プロセスシミュレーション装置と同等部分は同一符号を付してある。
【０１４１】
図２４に示す半導体プロセスシミュレーション装置は、転位の輪の物理量を抽出するための透過電子顕微鏡画像データが格納された光磁気記憶媒体から当該透過電子顕微鏡画像データを読み込む記憶媒体読み取り部（光磁気記録読み取り部）２００８を備えている。この光磁気記憶媒体には、転位の輪の物理量を抽出するための透過電子顕微鏡画像データがオフラインの記録装置によりデジタル化されて記録されている。
【０１４２】
また、転位の輪の物理量抽出部２００５と、データベース２００６と、プロセス条件依存性計算部２００７と、及びプロセスシミュレーション装置計算部２００２は、実施例１２（図２２）と同一の構成であり、記憶媒体読み取り部２００８で読み取られた透過電子顕微鏡画像は、実施例１２と同様な処理が行われるので詳しい説明は省略する。
【０１４３】
尚、本実施例では、透過電子顕微鏡画像データが格納される記憶媒体として光磁気憶媒体１００１を使用しているが、本発明はこれに限られるものではなく、他の記憶媒体、例えば、磁気記録媒体や光記憶媒体等を使用しても良い。この場合、磁気記録媒体にはデジタル化された透過電子顕微鏡画像データが磁気記録により記憶され、また、光記録媒体にはデジタル化された透過電子顕微鏡画像データが光記録により記憶される。また、透過電子顕微鏡画像データの入力はネットワークを利用したライン入力でも良い。
【０１４４】
ところで、実施例１〜１３（図１、図１１、図１２、図１３、図１４、図１５、図１８、図２２、及び図２４）では、半導体プロセスシミュレーション装置の構成を機能ブロック図で示したが、上記した半導体プロセスシミュレーション装置は、当該半導体プロセスシミュレーション装置の各部の機能を実行するためのプログラム（ソフトウエア）と当該プログラムを実行するマイクロプロセッサとで具現化できる。この場合、かかるプログラムは、例えば、ＣＤ−ＲＯＭ 等の光学的記憶媒体やフレキシブルディスクやハードディスク等の磁気的記憶媒体に格納されている。
【産業上の利用可能性】
【０１４５】
本発明に係る半導体プロセスシミュレーション装置は、半導体の製造プロセスをシミュレートする場合に有用である。
【図面の簡単な説明】
【０１４６】
【図１】本発明の実施例１に係る半導体プロセスシミュレーション装置の構成図である。
【図２】トランジスタ形状においてイオン注入を行った際に形成される結晶の転位の輪を説明する説明図である。
【図３】実施例２における線分及び楕円弧による転位の輪の位置の定義方法を説明する説明図である。
【図４】実施例３における不純物原子濃度の鞍点からの任意の距離により転位の輪の位置を定義する方法を説明する説明図である。
【図５】不純物原子濃度の鞍点を説明する説明図である。
【図６】実施例４の不純物濃度プロファイルにおける任意の濃度の指定を説明する説明図である。
【図７】実施例４における濃度指定により決定された転位の輪の位置を説明する説明図である。
【図８】実施例５における不純物濃度分布の２次元等高線表示の説明図である。
【図９】実施例５における断面不純物濃度プロファイル表示の説明図である。
【図１０】実施例５における点列入力による転位の輪の層を指定する方法を説明する説明図である。
【図１１】本発明の実施例６に係る半導体プロセスシミュレーション装置の構成図である。
【図１２】本発明の実施例７に係る半導体プロセスシミュレーション装置の構成図である。
【図１３】本発明の実施例８に係る半導体プロセスシミュレーション装置の構成図である。
【図１４】本発明の実施例９に係る半導体プロセスシミュレーション装置の構成図である。
【図１５】本発明の実施例１０に係る半導体プロセスシミュレーション装置の構成図である。
【図１６】トランジスタ形状においてイオン注入を行った際に形成される結晶の転位の輪を説明する説明図である（断面透過電子顕微鏡画像例）。
【図１７】平面透過電子顕微鏡画像の例を示す図である。
【図１８】本発明の実施例１１に係る半導体プロセスシミュレーション装置の構成図である。
【図１９】転位の輪の発生深さ抽出用試料例（断面透過電子顕微鏡画像例）を示す図である。
【図２０】転位の輪の発生位置抽出用使用例（断面透過電子顕微鏡画像例）を示す図である。
【図２１】転位の輪の発生位置が２箇所ある例を示す図（断面透過電子顕微鏡画像例）である。
【図２２】本発明の実施例１２に係る半導体プロセスシミュレーション装置の構成図である。
【図２３】プロセス条件依存性計算例を説明するための図である。
【図２４】本発明の実施例１３に係る半導体プロセスシミュレーション装置の構成図である。
【図２５】結晶の転位の輪が平面であることを示した説明図である。
【図２６】結晶の転位の輪が互いに直交していることを示した説明図である。
【図２７】最近接している６個の転位の輪を用いて転位の輪からの寄与の総和を求めることを示した説明図である。
【符号の説明】
【０１４７】
１０１  イオン注入工程シミュレーション手段
１０２  モデル生成手段
１０３  熱処理工程シミュレーション手段
１０４  入出力インタフェース
１０５  使用者
２０１  シリコン
２０２、４０２、７０２、８０２、１００２  シリコンの表面
２０３、４０３、７０３、１００３  転位の輪が形成されている平面
２０４、４０１、７０１、８０１、１００１  ゲート電極
２０７  注入イオン
３０１  転位の輪
４０４  不純物原子濃度の極大値により構成される鞍点
８０３Ａ、８０３Ｂ、８０３Ｃ、８０３Ｄ  転位の輪が形成されている平面
１１０２ａ  第１モデル生成手段
１１０２ｂ  第２モデル生成手段
１１０２ｃ  第３モデル生成手段
１１０２ｄ  第４モデル生成手段
１１０３、１２０３、１３０３、１４０３  熱処理工程シミュレーション手段  １１０６  切替手段
１５０１  シリコン
１５０２  シリコンの表面
１５０３  結晶の転位の輪が形成されている平面
１６０４  結晶の転位の輪
１６０４ａ〜１６０４ｆ  結晶の転位の輪
２００１  画像データ入力部
２００２  プロセスシミュレーション計算部
２００３  イメージスキャナ
２００４、２００５  転位の輪の物理量抽出部
２００６  データベース
２００７  プロセス条件依存性計算部
２００８  記憶媒体読み取り部（光磁気記録読み取り部）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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