(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオン注入分布の横方向の標準偏差ΔＲｐｔを、イオン入射角αを変化させて被注入物質にイオンを注入した時の深さ方向の注入プロファイルに基づいて、次式、
【数１】
0004364325.tif 000017
から評価することを特徴とするイオン注入分布の評価方法。
【請求項２】
イオン入射角を０°として被注入物質にイオンを注入した時の注入プロファイルから深さ方向の分布関数を決定し、次いで、イオン入射角αの注入プロファイルがイオン注入分布の横方向の標準偏差ΔＲptと、イオン入射角αとの関数になることを利用して、イオン注入分布の横方向の標準偏差ΔＲptを決定することを特徴とするイオン注入分布の評価方法。
【請求項３】
上記被注入物質が結晶である場合、イオン入射角を７°としたプロファイルを用いて深さ方向の分布関数を決定することを特徴とする請求項２記載のイオン注入分布の評価方法。
【請求項４】
上記評価する注入イオンを注入する前に、上記被注入物質の表面に不活性元素をイオン注入して被注入物質の表面を非晶質化することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のイオン注入分布の評価方法。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載のイオン注入分布の評価方法に基づいて、イオン注入条件を決定することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項６】
上記決定したイオン注入条件によりイオン注入を行い、絶縁ゲート型電界効果トランジスタのソース・ドレイン領域を形成することを特徴とする請求項５記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載のイオン注入分布の評価方法によって求めたイオン注入分布の横方向の標準偏差ΔＲptに基づいて、絶縁ゲート型電界効果トランジスタのゲート長を設計することを特徴とする半導体装置の設計方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はイオン注入分布の評価方法、半導体装置の製造方法、及び、半導体装置の設計方法に関するものであり、特に、イオン注入位置の横方向の標準偏差ΔＲptを精度良く評価し、それを半導体製造工程におけるイオン注入条件にフィードバックすることによって設計値通りの半導体装置を製造する点に特徴のあるイオン注入分布の評価方法、半導体装置の製造方法、及び、半導体装置の設計方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来よりのＭＯＳＦＥＴ（金属−酸化物−半導体電界効果トランジスタ）等の微細化はとどまるところを知らず、ＬＳＩの集積度も年々上昇しつづけており、半導体記憶装置及びロジックＩＣ共に、その構成トランジスタのサイズはサブ０．１μｍレベル、即ち、０．１μｍ以下へと向かいつつある。
【０００３】
この様に、ＭＯＳＦＥＴの微細化が進むにつれて、短チャネル効果を抑え且つパフォーマンスを上げるためには、浅い接合の形成、及び、チャネル不純物の精密な制御、即ち、チャネル，ドレインエンジニアリングという言葉で表される不純物プロファイルのより精密な制御が益々必要になってくる。
【０００４】
現在、ＵＬＳＩプロセスにおいて、イオン注入技術は、ウェル領域の形成、素子分離領域の形成、接合の形成、或いは、しきい値電圧Ｖthの制御のためのチャネル不純物の制御等の至る所で用いられており、欠かすことのできない技術となっている。
【０００５】
現在までのところ、イオン注入技術以外に不純物の精密な制御技術は考えられず、したがって、イオン注入技術にはさらなるプロファイルの制御性が要求されることになり、不純物プロファイルの制御性を向上するためには、その注入プロファイルを正確に把握することが必要不可欠となる。
【０００６】
このイオン注入法は、１９６０年代頃より研究されてきており、イオン注入による注入イオンの分布に関しては、最も簡単なものとしてＬＳＳ（Ｌｉｎｄｈａｒｄ，Ｓｃｈａｒｆｆ，Ｓｃｈｉｓｔｔ）理論があるが、これによると、深さ方向の注入イオンの分布ｎ（ｚ）は、Φを全イオン注入量とし、Ｒp を投影飛程、ΔＲp を深さ方向の標準偏差とした場合、下記の式（１）で表されるようにガウス分布で近似することができる。
【０００７】
【数２】
0004364325.tif 000002
【０００８】
この様な近似の下で、所定の開口部を有するマスクを介してイオン注入した場合、注入イオンは所定の投影飛程Ｒp の深さを中心に、深さ方向の標準偏差ΔＲp で分布するとともに、横方向にも横方向のゆらぎ、即ち、横方向の標準偏差ΔＲptで拡がって分布することになるので、この様子を図５を参照して説明する（必要ならば、Ｓ．Ｆｕｒｕｋａｗａ，ｅｔ  ａｌ．，Ｊａｐａｎｅｓｅ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ，Ｖｏｌ．１１，Ｎｏ．２，ｐｐ．１３４〜１４２，Ｆｅｂｒｕａｒｙ，１９７２参照）。
【０００９】
図５（ａ）参照
図５（ａ）は、幅２ａで垂直形状の開口部を有するマスク１２を用いて選択的にイオン１３を基板１１に注入したときのマスク下でのイオンの分布を示す図であり、イオンがマスク１２の下にも補誤差関数（ｅｒｆｃ）に従って横方向に拡がって分布する様子を示している。
【００１０】
図５（ｂ）参照
図５（ｂ）は、幅１μｍの開口部を有するマスク２２を用いて、Ｂイオンを７０ｋｅＶの加速エネルギーでＳｉ基板２１に打ち込んだ場合のＢイオンの等濃度分布を示す図であり、Ｂイオンが投影飛程Ｒp ＝２７１０Åの深さを中心に、深さ方向に深さ方向の標準偏差ΔＲp ＝８２４Åで分布するとともに、横方向にも横方向の標準偏差ΔＲpt＝１００６Åで拡がって分布する様子を示している。
【００１１】
この場合の投影飛程Ｒp 、深さ方向の標準偏差ΔＲp 、及び、横方向の標準偏差ΔＲptは、イオン種及び注入エネルギーの関数であり、その値は、ＬＳＳ理論に基づいて計算すると図６及び図７の様に表される（必要ならば、上記の文献参照）。
なお、図６及び図７においては、説明を簡単にするために、文献に示されている内の一部のデータについてのみ示している。
【００１２】
図６及び図７参照
図６は、Ｓｉに各種の注入エネルギーでＢ，Ｐ，Ａｓ，Ｇａ，Ｉｎを注入した場合の投影飛程Ｒp 、深さ方向の標準偏差ΔＲp 、及び、横方向の標準偏差ΔＲptの計算結果を示す図であり、また、図７は、ＧａＡｓに各種の注入エネルギーでＨ，Ｚｎ，Ｃｄ，Ｔｅを注入した場合の投影飛程Ｒp 、深さ方向の標準偏差ΔＲp 、及び、横方向の標準偏差ΔＲptの計算結果を示す図である。
【００１３】
この内、深さ方向のイオンの分布、即ち、投影飛程Ｒp 及び深さ方向の標準偏差ΔＲp については、実験的には二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ）等により数ｎｍ程度の分解能で非常に正確にしかも直接的に評価することができるため、Ｒp ，ΔＲp についてはデータが豊富であり、上記の理論値との良好な一致がみられる。
【００１４】
一方、注入イオンの横方向分布については、ゲート電極をマスクとして不純物イオンを自己整合的に注入してＬＤＤ（Ｌｉｇｈｔｌｙ  Ｄｏｐｅｄ  Ｄｒａｉｎ）領域やシングルドレイン構造におけるソース・ドレイン領域を形成する場合、不純物が上述の様に横方向に拡がり、ゲート電極の下に入り込んで分布することになり、この様な不純物の入り込みはＭＯＳＦＥＴの実効チャネル長Ｌeff に影響を及ぼすことになり、ひいてはデバイス特性大きな影響を及ぼすことになるので、デバイス設計にあたって、注入イオンの横方向分布パラメータを把握しておくことは非常に重要になる。
【００１５】
この注入イオンの横方向分布については、イオンの入射方向をｚ軸、横方向をｘ軸とした時、マスクの開口部近傍における注入イオン濃度分布Ｎ（ｘ，ｚ）は、上記の式（１）にｘ方向の分布を示す補誤差関数（ｅｒｆｃ）を乗じた式となり、例えば、図５（ａ）に示すように幅２ａの開口部を有するマスクを用いて選択的にイオン注入を行った場合、その注入イオン分布は下記の式（２）で表される。
【００１６】
【数３】
0004364325.tif 000003
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、二次元イオン注入分布Ｎ（ｘ，ｚ）は横方向の標準偏差ΔＲptを含む式（２）で表され、横方向の標準偏差ΔＲptの計算結果も図６および図７として得られているものの、ＳＩＭＳ法による分解能は極端に悪くなり、また、ＳＣＭ（Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ）法（必要ならば、Ｒ．Ｎ．Ｋｌｅｉｎｍａｎ  ｅｔ  ａｌ．，Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ  ｏｎ  ＶＬＳＩ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｐ．１３８，１９９８参照）等を用いても分解能は数１００ｎｍがやっとであり、横方向分布のパラメータを評価するにあたっては不十分である。
【００１８】
即ち、この横方向の標準偏差ΔＲptの値をＳＩＭＳ等により実験的に求めて評価することが非常に困難であるという問題があり、今まで、イオン注入における横方向分布のパラメータを直接評価した実験データは実質上存在しなかった。
【００１９】
したがって、本発明は、注入イオンの横方向の標準偏差ΔＲptを実験的に簡便に評価する方法を提供することを目的とする。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
ここで、図１を参照して本発明における課題を解決するための手段を説明する。
なお、図１は、本発明の第１の実施の形態の評価方法の説明図である。
図１参照
（１）本発明は、イオン注入分布の評価方法において、イオン注入分布の横方向の標準偏差ΔＲｐｔを、イオン入射角αを変化させて被注入物質にイオンを注入した時の深さ方向の注入プロファイルに基づいて、次式、
【数４】
0004364325.tif 000004
から評価することを特徴とする。
【００２１】
図に示す様に、イオン入射角αを変化させた場合の深さ方向の標準偏差ΔＲp の理論値、即ち、破線で示す曲線を、横方向の標準偏差ΔＲptをフィッティングパラメータとして、□で示すＳＩＭＳによる実験値と精度フィットさせることによって、横方向の標準偏差ΔＲptを実験的に同定することができる。
【００２２】
（２）また、本発明は、イオン注入分布の評価方法において、イオン入射角αを０°で被注入物質にイオンを注入した時の注入プロファイルから深さ方向の分布関数を決定し、次いで、イオン入射角αが０°以外の注入プロファイルがイオン注入分布の横方向の標準偏差ΔＲptと、イオン入射角αとの関数になることを利用して、イオン注入分布の横方向の標準偏差ΔＲptを決定することを特徴とする。
【００２３】
この様に、深さ方向の分布関数として実際の注入プロファイルをより反映した関数、例えば、ｊｏｉｎｅｄ  ｈａｌｆ  Ｇａｕｓｓ関数等を用いることにより、イオン注入分布の横方向の標準偏差ΔＲptをより精度良く評価することができる。
【００２４】
（３）また、本発明は、上記（２）において、被注入物質が結晶である場合、イオン入射角αを７°としたプロファイルを用いて深さ方向の分布関数を決定することを特徴とする。
【００２５】
この様に、被注入物質が単結晶シリコンウェハ等の結晶である場合、イオン入射角αを０°にした場合、チャネリングが生じて注入イオンが異常分布するので、この様なチャネリング効果を防止するために、イオン入射角αを７°としたプロファイルを用いてα＝０°のプロファイルとして近似することが望ましく、その場合のイオン入射角αが０°以外の角度としては、導出精度を上げるためにα≧３０°とすることが望ましい。
【００２６】
（４）また、本発明は、上記（１）乃至（３）のいずれかにおいて、評価する注入イオンを注入する前に、被注入物質の表面に不活性元素をイオン注入して被注入物質の表面を非晶質化することを特徴とする。
【００２７】
この様に、イオン注入分布の横方向の標準偏差ΔＲptを評価する際には、注入イオンのチャネリングを防止するために、評価する注入イオンを注入する前に、被注入物質の表面にＡｒ，Ｎ等の不活性元素をイオン注入して被注入物質の表面を非晶質化することが望ましく、それによって、横方向の標準偏差ΔＲptを評価を精度良く行うことができる。
【００２８】
（５）また、本発明は、半導体装置の製造方法において、上記（１）乃至（４）のいずれかのイオン注入分布の評価方法に基づいて、イオン注入条件を決定することを特徴とする。
【００２９】
この様に、イオン注入分布の評価方法に基づいて、イオン注入条件、例えば、イオン種類、注入エネルギー、及び、マスクの幅を決定することにより、イオン注入領域の拡がりを設計値通りに形成することができる。
【００３０】
（６）また、本発明は、上記（５）において、決定したイオン注入条件によりイオン注入を行い、絶縁ゲート型電界効果トランジスタのソース・ドレイン領域を形成することを特徴とする。
【００３１】
この様に、イオン注入分布の評価方法をソース・ドレイン領域の形成の際に用いることによって、絶縁ゲート型電界効果トランジスタの実効チャネル長を精度良く、且つ、再現性良く形成することができる。
【００３２】
（７）また、本発明は、半導体装置の設計方法において、上記（１）乃至（５）のいずれかのイオン注入分布の評価方法によって求めたイオン注入分布の横方向の標準偏差ΔＲptに基づいて、絶縁ゲート型電界効果トランジスタのゲート長を設計することを特徴とする。
【００３３】
この様に、絶縁ゲート型電界効果トランジスタのゲート長を設計する際に、上記のイオン注入分布の評価方法によって求めたイオン注入分布の横方向の標準偏差ΔＲptを用いることによって、所期の動作特性を有する絶縁ゲート型電界効果トランジスタを製造することができる。
【００３４】
【発明の実施の形態】
ここで、図１を参照して、本発明の第１の実施の形態のイオン注入分布の評価方法を説明する。
イオン入射角度が０°（α＝０°）でイオン注入した場合の座標（ｘ，ｚ）における注入イオン濃度ｆ（ｘ，ｚ）は、下記の式（３）で表される。
【数５】
0004364325.tif 000005
【００３５】
一方、イオン入射角度がαでイオン注入した場合の座標（ｘ，ｚ）における注入イオン濃度ｆ（ｘ，ｚ）は、幾何学的な考察から下記の式（４）で表される。
【数６】
0004364325.tif 000006
【００３６】
これを、ｘ−ｚ直交座標系を、
ｘ＝ｓ・ｃｏｓα＋ｔ・ｓｉｎα
ｚ＝ｔ・ｃｏｓα−ｓ・ｓｉｎα
の関係式でイオン入射角αで回転したｓ−ｔ直交座標系に変換し、近似を行うことによって、下記の式（５）が得られる。
【数７】
0004364325.tif 000007
【００３７】
ここで、式（３）と式（５）とを対比することによって、下記の関係式（６）及び（７）が得られ、
【数８】
0004364325.tif 000008
この関係式（７）が、横方向の標準偏差ΔＲｐｔの関数となる。
【００３８】
次いで、（１００）面を主面とするＳｉウェハにＣＶＤ法によって厚さが６００ｎｍのα−Ｓｉ膜を堆積したのち、イオン注入角α、即ち、チルト（ｔｉｌｔ）角αを０°〜６０°の範囲で変化させながらＡｓイオンを４０ｋｅＶの加速エネルギーでイオン注入を行い、その結果における投影飛程Ｒp と深さ方向の標準偏差ΔＲp をＳＩＭＳにより測定し、この測定値と上記の関係式（６）及び（７）を重ねて表示したのが図１である。
【００３９】
図１参照
図１から明らかなように、投影飛程Ｒp については、実線で示す関係式（６）の曲線と○で示す投影飛程Ｒp の実測値とが非常に良い一致を示している。
また、破線で示す関係式（７）の曲線は、横方向の標準偏差ΔＲptをフィッテイングパラメータとして、破線で示す曲線と□で示す深さ方向の標準偏差ΔＲp の実測値とがよりフィットするように横方向の標準偏差ΔＲptの値を選択したものであり、図の場合には、ΔＲpt＝８．７ｎｍとしている。
なお、この様にして得られる横方向の標準偏差ΔＲptの値は平均的な値である。
【００４０】
この様に、実験データから求めた投影飛程Ｒp と深さ方向の標準偏差ΔＲp 、即ち、ガウス分布パラメータは理論曲線上に良くのっており、また、得られた横方向の標準偏差ΔＲptも図３に示した古川らの報告値と比較的良い一致を示しており、このことから、本発明のイオン注入分布の評価方法の有効性は明らかである。
【００４１】
次に、この様なイオン注入分布の評価方法を利用して、半導体装置の製造工程におけるイオン注入条件を設定する方法を簡単に説明する。
例えば、ＭＯＳＦＥＴを製造する場合、ゲート電極を含むゲート構造体をマスクとして導電型決定不純物をイオン注入してソース・ドレイン領域を形成することになるが、その場合、注入された不純物イオンの横方向の標準偏差ΔＲptによって、実効チャネル長が決定されるので、この注入された不純物イオンの横方向の標準偏差ΔＲptを予め評価して、使用する不純物種、注入エネルギー、及び、マスクとなるゲート構造体のチャネル方向の長さ、即ち、通常はゲート長を決定する。
【００４２】
即ち、投影飛程Ｒp と深さ方向の標準偏差ΔＲp とは、上述のように使用する不純物種及び注入エネルギーの関数であり、これらの２つの条件が決定された場合には、関係式（７）に基づいて横方向の標準偏差ΔＲptが決定され、この横方向の標準偏差ΔＲptの２倍分だけ注入イオンがチャネル側に食い込むことになるので、この食い込み分を見込んで、所期の実効チャネル長が得られる様にマスクとなるゲート構造体のチャネル方向の長さを決定してイオン注入を行う。
【００４３】
再び、図１参照
例えば、ｐ型Ｓｉ基板にＡｓイオンを４０ｋｅＶの加速エネルギーでイオン注入することによって実効チャネル長が０．１μｍ（＝１００ｎｍ）のＭＯＳＦＥＴを形成する場合、注入イオン濃度及びｐ型Ｓｉ基板の不純物濃度にもよるが、横方向の標準偏差ΔＲpt（＝８．７ｎｍ）の食い込み分がｎ型領域に導電型変換されるとすると、マスクとなるゲート電極長Ｌは、
Ｌ＝１００＋８．７×２＝１１７．４（ｎｍ）
になるようにパターニングすれば良い。
【００４４】
また、ゲート電極長Ｌが、予め決定されている場合には、ソース・ドレイン領域の接合深さがそれほど問題とならないのであれば、加速エネルギーを制御することによって、或いは、不純物種をＡｓからＰへと変更することによって横方向の標準偏差ΔＲptを任意に制御し、それによって、実効チャネル長を任意に制御することができる。
【００４５】
次に、上記の第１の実施の形態を拡張した第２の実施の形態を説明する。
即ち、上記の第１の実施の形態においては、従来より遙に精度の高い評価が可能ではあるが、深さ方向の分布関数とし、式（１）に示す最も簡単なガウス（Ｇａｕｓｓ）関数を用いているため、その精度は必ずしも充分でない場合があるので、この深さ方向の分布関数を一般式ｈ（ｚ）で表し、このｈ（ｚ）として、実際の不純物プロファイルを正確に反映する関数形を用いるものである。
【００４６】
まず、第２の実施の形態の一般的な手法を説明すると、上記の第１の実施の形態の式（３）に対応するイオン入射角度が０°（α＝０°）でイオン注入した場合の座標（ｘ，ｚ）における注入イオン濃度ｆ（ｘ，ｚ）は、ｈ（ｚ）をｘに依存しない深さ方向の不純物プロファイルとし、ｇ（ｘ，ｚ）を横方向の分布関数とし、ｘi をイオンの入射位置とすると、下記の一般式（８）で表される。
【００４７】
【数９】
0004364325.tif 000009
この場合、横方向の分布関数ｇ（ｘ，ｚ）は、イオンの入射位置ｘi に関し、−∞〜＋∞の範囲に渡って積分した場合に１となる様に規格化された関数にするものであり、また、ｇ（ｘ，ｚ）は、当然横方向の標準偏差ΔＲptに依存した関数となる。
【００４８】
一方、イオン入射角度がα≠０°でイオン注入した場合の座標（ｘ，ｚ）における注入イオン濃度ｆ（ｘ，ｚ）は、幾何学的な考察から下記の一般式（９）で表されるが、この事情を図２を参照して説明する。
【数１０】
0004364325.tif 000010
【００４９】
図２（ａ）及び（ｂ）参照
図２（ａ）は、シリコン基板上に堆積させたアモルファスシリコン層１にイオン入射角α＝０°でイオンビーム２を照射した場合の図であり、一方、図２（ｂ）はイオン注入角α≠０°でイオン注入した場合の図であり、不純物濃度が深さ方向のみに依存すると、座標（ｘ，ｚ）の表面からの深さは、ｚからｚ＋ｘi ｔａｎαに変わるので、一般式（８）におけるｚをｚ＋ｘi ｔａｎαに置き換えれば良く、また、積分範囲の下限も−∞から−ｚ／ｔａｎαに置き換えれば良く、その結果、上記の一般式（９）が得られる。
【００５０】
次に、ｘ−ｚ直交座標系を再び、
ｘ＝ｓ・ｃｏｓα＋ｔ・ｓｉｎα
ｚ＝ｔ・ｃｏｓα−ｓ・ｓｉｎα
の関係式でイオン入射角αで回転したｓ−ｔ直交座標系に変換し、且つ、表記を単純化するために、積分のダミー変数ｋを導入することによって、下記の一般式（１０）得られる。
【数１１】
0004364325.tif 000011
【００５１】
なお、積分のダミー変数ｋとしては、
ｋ＝−ｓ・ｃｏｓα＋ｘi ＝（−ｓ・ｓｉｎα＋ｘi ・ｔａｎα）／ｔａｎαを用い、その結果、ｘi における積分の下限−ｚ／ｔａｎαは、
ｋ＝−ｓ・ｃｏｓα＋ｘi ＝−ｓ・ｃｏｓα−ｚ／ｔａｎα
＝−ｓ・ｃｏｓα−（ｔ・ｃｏｓα−ｓ・ｓｉｎα）／ｔａｎα
＝−ｓ・ｃｏｓα−ｔ・ｃｏｓα／ｔａｎα＋ｓ・ｃｏｓα
＝−ｔ・ｃｏｓα／ｔａｎα
となる。
【００５２】
そこで、式（８）と式（１０）を比較することによって、入射角αでイオン注入した場合、ｆ（ｘ，ｚ）は、横方向の標準偏差ΔＲptと入射角αの関数となることが分かる。
したがって、理論的には、入射角の異なるプロファイルを取得することによって、横方向の標準偏差ΔＲptを導き出すことができることになる。
【００５３】
ここで、図３を参照して、この第２の実施の形態の手順を説明する。
図３（ａ）及び（ｂ）参照
まず、▲１▼入射角α＝０°の場合と、入射角α≠０°の場合のイオン注入の深さ方向のプロファイルを、ＳＩＭＳ法によって測定する。
図３（ｂ）は、この様にして測定した深さ方向のプロファイルを模式的に示した図である。
【００５４】
次いで、▲２▼入射角α＝０°の深さ方向のプロファイルから式（８）に基づいて、深さ方向の分布関数ｈ（ｚ）の関数形を決定する。
この決定過程においては、ｈ（ｚ）として、まず、Ｇａｕｓｓ関数、ｊｏｉｎｅｄ  ｈａｌｆ  Ｇａｕｓｓ関数、Ｐｅａｒｓｏｎ（ピアソン）ＩＶ関数、或いは、Ｄｕａｌ  Ｐｅａｒｓｏｎ関数等を仮定し、その分布パラメータ、即ち、モーメントを、実際に取得した注入プロファイルに合わせ込むことによって、ｈ（ｚ）を決定する。
なお、上記の第１の実施の形態の場合には、ｈ（ｚ）として、Ｇａｕｓｓ関数を用いた場合に相当する。
【００５５】
次いで、入射角α≠０°の深さ方向のプロファイルを、式（１０）に基づいて、横方向の標準偏差ΔＲptをフィッテイングパラメータとして合わせ込むことによって、横方向の標準偏差ΔＲptを決定する。
この場合、横方向の標準偏差ΔＲptの値の精度を上げるためには、複数のイオン入射角αの値に対して上記の▲３▼の過程を行えば良い。
【００５６】
この第２の実施の形態において、注入イオンをＡｓ，Ｐ，Ｓｂとした場合には、上記の▲２▼の工程において決定したｈ（ｚ）の具体的な関数形としては、下記の式（１１）で示すｊｏｉｎｅｄ  ｈａｌｆ  Ｇａｕｓｓ関数とし、このｊｏｉｎｅｄ  ｈａｌｆ  Ｇａｕｓｓ関数を用いてパラメータの抽出を行った。
【数１２】
0004364325.tif 000012
【００５７】
この場合、横方向の分布関数ｇ（ｘ，ｚ）としては、下記の式（１２）に示すＧａｕｓｓ関数を用いる。
【数１３】
0004364325.tif 000013
なお、式（１２）におけるΔＲpt（ｚ）は、深さ依存性を持つ横方向標準偏差であり、深さｚの関数となっている。
【００５８】
このｊｏｉｎｅｄ  ｈａｌｆ  Ｇａｕｓｓ関数は、射影飛程付近で、左右非対称のガウス分布を左右組み合わせたものであり、上記の式（１２）におけるピーク濃度位置Ｒm 、前方ガウス関数の標準偏差ΔＲp1、及び、後方ガウス関数の標準偏差ΔＲp2により表される。
【００５９】
図４参照
図４は、シリコン基板上に堆積させたアモルファスシリコン膜へイオン加速エネルギーを変えてＰ（リン）をイオン注入した場合に求めた横方向の標準偏差ΔＲptを示したもので、図６に示した横方向の標準偏差の理論計算値をΔＲpt0 として合わせて示しており、この第２の実施の形態で求めた横方向の標準偏差ΔＲptと、横方向の標準偏差の理論計算値ΔＲpt0 とは非常に良い一致を示している。
なお、参考のために、投影飛程Ｒp 、前方ガウス関数の標準偏差ΔＲp1、及び、後方ガウス関数の標準偏差ΔＲp2も合わせて示している。
【００６０】
また、Ｂ（ボロン）をイオン注入する場合には、ｈ（ｚ）として、下記の微分方程式（１３）を満たす関数群であるピアソン（Ｐｅａｒｓｏｎ）ＩＶ関数を用いてパラメータの抽出を行ったが、この関数自体にはガウス関数の様な物理的な意味はなく、イオン注入分布を適切に表すための数学的表現にすぎない。
【数１４】
0004364325.tif 000014
【００６１】
なお、この場合、式（１３）中の各係数ｂ1 ，ｂ2 ，ｂ0 は、分布の一次モーメント乃至四次モーメント、即ち、μ1 （Ｒp ），μ2 （ΔＲp 2 ），μ3 （γ），μ4 （β）を用いて、下記の式（１４）〜式（１６）で表される。
【数１５】
0004364325.tif 000015
【００６２】
また、各モーメントμ1 （Ｒp ），μ2 （ΔＲp 2 ），μ3 （γ），μ4 （β）は、下記の式（１７）及び式（１８）で表現することができる。
【数１６】
0004364325.tif 000016
【００６３】
この様に、本発明の第２の実施の形態においては、深さ方向の分布関数ｈ（ｚ）をＧａｕｓｓ関数より複雑な関数形を用いているので、横方向の標準偏差ΔＲptをより精度良く求めることが可能になり、これまで、理論計算からしか得ることのできなかったデータを用いることにより、３次元をイオン注入プロファイルの予測をより高精度化することができる。
【００６４】
即ち、この第２の実施の形態の評価方法を用いることによって、現状での評価技術の精度の悪さを補い、これまで困難であったイオン注入の横方向分布を実験的に、且つ、非常に簡便に求めることが可能になる。
【００６５】
この第２の実施の形態によって評価した横方向の標準偏差ΔＲptを用いて、デバイス設計することによって、所期の動作特性のデバイスを得ることができるものである。
例えば、ＭＯＳＦＥＴの場合、この横方向の標準偏差ΔＲptの２倍分だけ注入イオンがチャネル側に食い込むことになるので、この食い込み分を見込んで、所期の実効チャネル長Ｌeff が得られる様にマスクとなるゲート構造体のチャネル方向の長さを決定してイオン注入を行う。
【００６６】
再び、図４参照
例えば、ｐ型Ｓｉ基板にＰイオンを４０ｋｅＶの加速エネルギーでイオン注入することによって実効チャネル長Ｌeff が０．１μｍ（＝１００ｎｍ）のｎチャネル型ＭＯＳＦＥＴを形成する場合、注入イオン濃度及びｐ型Ｓｉ基板の不純物濃度にもよるが、横方向の標準偏差ΔＲpt（≒１９ｎｍ）の食い込み分がｎ型領域に導電型変換されるとすると、マスクとなるゲート電極長Ｌは、
Ｌ＝１００＋１９×２＝１３８（ｎｍ）
になるようにパターニングすれば良い。
【００６７】
以上、本発明の実施の形態を説明してきたが、本発明は、実施の形態に記載された構成・条件に限られるものではなく、各種の変更が可能である。
例えば、上記各実施の形態の場合には、Ｓｉウェハ上に堆積させたα−Ｓｉに不純物イオンを注入して横方向の標準偏差ΔＲptを評価しているが、単結晶Ｓｉ基板に不純物イオンを注入して横方向の標準偏差ΔＲptを評価しても良いものであり、この場合には、注入イオンのチャンリングを防止するために、事前に、単結晶Ｓｉ基板の表面に、ＡｒやＮ等の不活性元素をイオン注入して単結晶Ｓｉ基板の表面をアモルファス化しておくことが望ましい。
【００６８】
また、上記の第２の実施の形態において、被注入対象として単結晶Ｓｉを用いる場合に、注入イオンのチャンリングを防止するために、イオン入射角α＝０°のプロファイルとして、αが微小角のプロファイル、例えば、イオン入射角α＝７°のプロファイルを用いて近似しても良いものであり、イオン入射角α＝７°のプロファイルで近似しても問題がないことは、図１における投影飛程Ｒp が、α＜１０°の範囲では殆ど変化していないことから明らかである。
【００６９】
この場合、パラメータの導出精度を上げるためには、イオン入射角α＝７°に対して、イオン入射角α≠０°に対応するイオン入射角としてα≧３０°のイオン入射角におけるプロファイルを用いることが望ましい。
【００７０】
また、上記の各実施の形態においては、ＳｉにＡｓまたはＰをイオン注入しているが、この組合せに限られるものではなく、図６に示すように、ＳｉにＢ，Ｇａ，Ｉｎ，Ｓｂ等を注入しても良いものであり、また、被注入物質はＳｉに限られるものではなく、ＳｉＯ2 や半導体デバイスとして用いられている化合物半導体を被注入物質とし、化合物半導体に対して導電型決定不純物或いは絶縁化不純物となる元素をイオン注入しても良いものであり、例えば、被注入物質としてＧａＡｓ或いはＩｎＰ等のIII-Ｖ族化合物半導体を用い、図７に示すようにＨ，Ｚｎ，Ｃｄ，Ｔｅ等をイオン注入しても良いものである。
【００７１】
また、この様なイオン注入分布の評価方法を利用して半導体装置を設計、製造する場合には、適用対象はＭＯＳＦＥＴに限られるものではなく、バイポーラトランジスタ等を含む各種の半導体装置に適用されるものであり、この様なイオン注入分布の評価方法の適用により微小サイズの不純物領域を精度良く且つ再現性良く形成することができる。
【００７２】
【発明の効果】
本発明によれば、注入したイオンの横方向の標準偏差ΔＲptを理論的に求めた関係式と、イオン入射角αを変えながら実験して測定した投影飛程Ｒp と深さ方向の標準偏差ΔＲp に基づいて同定しているので、従来困難であった横方向の標準偏差ΔＲptを簡単に求めることができ、それによって、より精密な不純物分布制御を必要とするデバイス世代におけるデバイス設計を容易にすることができる。
【００７３】
また、深さ方向の分布関数ｈ（ｚ）として、より複雑な関数形を用いることによって、より精密に横方向の標準偏差ΔＲptを求めることができ、さらに精密な不純物分布制御を必要とするデバイス世代におけるデバイス設計を容易にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の評価方法の説明図である。
【図２】イオン入射角αでイオン注入した場合の座標系変換の説明図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態の評価方法の手順の説明図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態の評価結果の説明図である。
【図５】マスクを用いて選択イオン注入した場合のイオン分布の説明図である。
【図６】Ｓｉに各種イオンを注入した場合の投影飛程Ｒp 、深さ方向の標準偏差ΔＲp 、及び、横方向の標準偏差ΔＲptの計算結果の説明図である。
【図７】ＧａＡｓに各種イオンを注入した場合の投影飛程Ｒp 、深さ方向の標準偏差ΔＲp 、及び、横方向の標準偏差ΔＲptの計算結果の説明図である。
【符号の説明】
１  アモルファスシリコン層
２  イオンビーム
３  イオン注入領域
１１  基板
１２  マスク
１３  イオン
２１  Ｓｉ基板
２２  マスク
【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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