(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
結晶中に注入された不純物の濃度分布を、該結晶を非晶質とみなし、かつ２体衝突近似に基づいたモンテカルロ法を用いて計算する不純物注入シミュレーション方法において、前記結晶中に注入された前記不純物の前記結晶中での進行方向とチャネリング方向とのなす角の余弦が0.975以上の場合、前記結晶の構成原子と前記不純物との間の弾性衝突による前記不純物の運動エネルギー損失を余弦が0.975未満の方向に進行する場合よりも小さくし、かつ、前記結晶中に注入された前記不純物の運動エネルギーが８０eV以下になった場合、前記結晶の構成原子に属する電子と前記不純物との間の非弾性衝突による前記不純物の運動エネルギー損失を０にすることを特徴とする不純物注入シミュレーション方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、結晶中に注入された不純物の濃度分布を計算する不純物注入シミュレーション方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の不純物注入シミュレーション方法では、結晶を非晶質とみなし非晶質を構成する原子と注入された不純物原子との２体衝突近似に基づいたモンテカルロ法が広く用いられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の２体衝突近似に基づいたモンテカルロ法においては、不純物注入時の加速エネルギーがおよそ２keV以下の場合には実験結果を全く再現できないという課題があった。図６(a),(b)はそれぞれ１keVと200eVの加速エネルギーでボロンをシリコン結晶の［１００］面へ＜１００＞方向に注入した場合のボロンの濃度分布について、従来の方法を用いて計算した結果と実測値を示す図である。この図からわかるように、実測値では加速エネルギー１keVの場合には深さ35nm近辺に、また200eVの場合には８nm近辺に変極点があり、深い部分にまでボロンが注入されているが、従来の計算方法を用いたのではこのような現象を再現することができない。
【０００４】
そこで、本発明は、上記課題を解決し、およそ２keV以下の加速エネルギーで注入された不純物の濃度分布を正確に再現できる不純物注入シミュレーション方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の不純物注入シミュレーション方法は、結晶中に注入された不純物の濃度分布を、該結晶を非晶質とみなし、かつ２体衝突近似に基づいたモンテカルロ法を用いて計算する不純物注入シミュレーション方法において、前記結晶中に注入された前記不純物の前記結晶中での進行方向とチャネリング方向とのなす角の余弦が0.975以上の場合、前記結晶の構成原子と前記不純物との間の弾性衝突による前記不純物の運動エネルギー損失を余弦が0.975未満の方向に進行する場合よりも小さくし、かつ、前記結晶中に注入された前記不純物の運動エネルギーが８０eV以下になった場合、前記結晶の構成原子に属する電子と前記不純物との間の非弾性衝突による前記不純物の運動エネルギー損失を０にすることを特徴とすることを特徴とする。
【０００６】
上記構成によれば、結晶を非晶質として扱いながらもチャンネリング効果を取り入れることができ、図４に示したような濃度分布をよく再現できるという効果を有する。その理由は以下のとおりである。注入された不純物がチャンネリング方向に進行した場合、それ以外の方向に進行した場合よりも長い距離進行することが知られている。そこで、結晶中に注入された不純物の結晶中での進行方向とチャンネリング方向とのなす角の余弦が0.975以上の場合、結晶の構成原子と不純物との間の弾性衝突による不純物の運動エネルギー損失を余弦が0.975未満の方向に進行する場合よりも小さくする。運動エネルギーの損失が小さければ小さいほど、進行方向の変化が小さいため、こうすることによって、チャンネリング方向に進む不純物はその進行方向を乱されることなく、かつ運動エネルギーを大きく失うこともなく、それ以外の方向に進むものよりも長い距離チャンネリング方向に進むことができる。また、結晶中に注入された不純物が結晶の奥深くまで進入して運動エネルギーがある程度小さくなった場合、結晶の構成原子に属する電子と不純物との間の非弾性衝突による不純物の運動エネルギー損失を無視して０にすれば、小さな運動エネルギーでもさらにより深くまで進入することができる。したがってこのような構成を用いることによって、低加速エネルギー注入時に特有な図４に示したような濃度分布を正確に再現できる。
【０００７】
以下、本発明の実施形態を説明する。
（参考例１）
シリコン結晶の＜１００＞方向に不純物を注入した場合、チャンネリング方向は＜１００＞方向であると考えられる。そこで、結晶を非晶質とみなし、かつ２体衝突近似に基づいたモンテカルロ法を用いて計算する不純物注入シミュレーション方法に対して、以下のようなアルゴリズムを追加した。
【０００８】
不純物の運動エネルギーをＦ、不純物の進行方向と＜１００＞方向とのなす角をθ、シリコン原子との弾性衝突による不純物のエネルギー損失として、結晶を非晶質とみなし、かつ２体衝突近似に基づいたモンテカルロ法を用いて計算する従来の不純物注入シミュレーション方法によって算出される値をＬ、本参考例で用いるエネルギー損失をＬ‘として、
1）Ｆが100eV以上300eV未満、かつcos(θ)が0.99以上ならば、Ｌ‘＝Ｌ／100、
2）Ｆが12eV以上100eV未満、かつcos(θ)が0.98以上ならば、Ｌ‘＝Ｌ／220、
3）Ｆが12eV未満、かつcos(θ)が0.99以上ならば、Ｌ‘＝Ｌ／320、
4）Ｆが50eV以下ならば、非弾性衝突によるエネルギー損失はゼロ。
【０００９】
このような条件を設定して作成した新しいプログラムをボロン注入に対して適用した。図１は加速エネルギー1keV、ドーズ量1.0E+15/cm2という条件でシリコン結晶中に＜１００＞方向に注入されたボロンの濃度分布を計算した結果を示す図である。計算結果と併せて２次イオン質量分析（以下ＳＩＭＳと呼ぶ）による測定値をプロットしてある。図６(a)と比較すると、測定値を非常に良く再現できていることがわかる。
（参考例２）
本参考例では参考例１と同様な条件設定によって、加速エネルギー200eV、ドーズ量5.0E+14/cm2という条件でシリコン結晶中に＜１００＞方向に注入されたボロンの濃度分布を計算した。図２はその結果を示す図である。計算結果と併せてＳＩＭＳによる測定値をプロットしてある。図６(b)と比較すると、測定値を非常に良く再現できていることがわかる。
（参考例３）
本参考例では、参考例と同様な条件設定によって、加速エネルギー500eV、ドーズ量5.0E+14/cm2という条件でシリコン結晶中に＜１００＞方向に注入されたボロンの濃度分布を計算した。図３はその結果を示す図である。計算結果と併せてＳＩＭＳによる測定値をプロットしてある。ここでも測定値を非常に良く再現できていることがわかる。
（実施例）
本実施例では、以下のような条件設定とした。
(1) Ｆが150eV以上300eV未満、かつcos(θ)が0.99以上ならば、Ｌ‘＝Ｌ／140、
(2) Ｆが12eV以上150eV未満、かつcos(θ)が0.975以上ならば、Ｌ‘＝Ｌ／180、
(3) Ｆが12eV未満、かつcos(θ)が0.99以上ならば、Ｌ‘＝Ｌ／420、
(4) Ｆが80eV以下ならば、非弾性衝突によるエネルギー損失はゼロ。
【００１０】
図４は加速エネルギー1keV、ドーズ量1.0E+15/cm2という条件でシリコン結晶中に＜１００＞方向に注入されたボロンの濃度分布を計算した結果を示す図である。計算結果と併せてＳＩＭＳによる測定値をプロットしてある。この構成においても測定値を非常に良く再現できていることがわかる。
（参考例４）
本参考例では、以下のような条件設定とした。
(1) Ｆが100eV以上400eV未満、かつcos(θ)が0.975以上ならば、Ｌ‘＝Ｌ／80、
(2) Ｆが30eV以上100eV未満、かつcos(θ)が0.975以上ならば、Ｌ‘＝Ｌ／260、
(3) Ｆが30eV未満、かつcos(θ)が0.975以上ならば、Ｌ‘＝Ｌ／280、
(4) Ｆが25eV以下ならば、非弾性衝突によるエネルギー損失はゼロ。
【００１１】
図５は加速エネルギー200keV、ドーズ量5.0E+14/cm2という条件でシリコン結晶中に＜１００＞方向に注入されたボロンの濃度分布を計算した結果を示す図である。計算結果と併せてＳＩＭＳによる測定値をプロットしてある。この構成においても測定値を非常に良く再現できていることがわかる。
【００１２】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明の不純物注入シミュレーション方法によれば、結晶を非晶質として扱いながらもチャンネリング効果を取り入れ、さらに、結晶の奥深くまで進入した不純物の運動エネルギーの非弾性衝突損失を無視して０にしたことによって、低加速エネルギー注入時に特有な濃度分布を正確に再現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  参考例による不純物注入シミュレーション方法を用いて、加速エネルギー1keV、ドーズ量1.0E+15/cm2という条件でシリコン結晶中に＜１００＞方向に注入されたボロンの濃度分布を計算した結果を示す図。
【図２】  参考例による不純物注入シミュレーション方法を用いて、加速エネルギー200eV、ドーズ量5.0E+14/cm2という条件でシリコン結晶中に＜１００＞方向に注入されたボロンの濃度分布を計算した結果を示す図。
【図３】  参考例による不純物注入シミュレーション方法を用いて、加速エネルギー500eV、ドーズ量5.0E+14/cm2という条件でシリコン結晶中に＜１００＞方向に注入されたボロンの濃度分布を計算した結果を示す図。
【図４】  本発明による不純物注入シミュレーション方法を用いて、加速エネルギー1keV、ドーズ量1.0E+15/cm2という条件でシリコン結晶中に＜１００＞方向に注入されたボロンの濃度分布を計算した結果を示す図。
【図５】  参考例による不純物注入シミュレーション方法を用いて、加速エネルギー200eV、ドーズ量5.0E+14/cm2という条件でシリコン結晶中に＜１００＞方向に注入されたボロンの濃度分布を計算した結果を示す図。
【図６】  従来の不純物注入シミュレーション方法を用いた計算結果を示す図。
【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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