イオン照射効果評価方法、プロセスシミュレータ及びデバイスシミュレータ
【課題】 イオン照射効果評価方法、プロセスシミュレータ及びデバイスシミュレータに関し、イオン照射にともなって基板を構成する原子が受ける影響を精度良く評価する。
【解決手段】 少なくとも一種類の層が同位体層３からなる複数の薄膜層を交互に周期的に積層した試料１に対してイオン５を照射して、照射したイオン５による前記試料１を構成する原子に対する影響を評価する。
【解決手段】 少なくとも一種類の層が同位体層３からなる複数の薄膜層を交互に周期的に積層した試料１に対してイオン５を照射して、照射したイオン５による前記試料１を構成する原子に対する影響を評価する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はイオン照射効果評価方法、プロセスシミュレータ及びデバイスシミュレータに関するものであり、特に、イオン注入或いはイオンエッチングにおけるイオン照射の効果を精度良く評価するための構成に特徴のあるイオン照射効果評価方法、プロセスシミュレータ及びデバイスシミュレータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
イオン注入技術は、ＭＯＳＦＥＴのソース・ドレイン領域の形成工程等の半導体デバイスにおける不純物領域の形成方法として用いられており、このようなイオン注入による不純物分布を予め精度良く予測するために各種のシミュレーション方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
このようなシミュレーションを行う場合の各種のパラメータは、実測した数値を用いる必要があり、例えば、イオン注入後の実際の不純物濃度分布はＳＩＭＳ（二次イオン質量分析）法等を用いて実測している。
【０００４】
なお、ＳＩＭＳを用いて薄膜の組成分析等を行う場合には、深さ方向の分解能を校正するために異種物質を交互に多層に積層させた標準試料を用い、この標準試料のイオン強度分布により校正を行っている。
【０００５】
しかし、このような標準試料の中には複数の異種物質の層が存在しているために、これらの異種物質の層間の界面近傍で所謂界面効果が生じ、イオン強度分布が異常に大きくなったり或いは小さくなったりするという問題がある。
【０００６】
そこで、同じ元素の異なった同位体からなる原子層を交互に積層させた標準試料を用いることが提案されている（例えば、特許文献２参照）。
このような同位体標準試料においては、同位体は質量数は若干異なるものの、化学的性質が全く同一であるので界面効果及びマトリクス効果が消失し、深さ方向の分解能の精度を高めることができることが報告されている。
【０００７】
一方、このようなイオン注入にともなってシリコン基板にダメージが発生するが、このようなダメージの評価は、ラザフォード後方散乱のチャネリング法や透過型電子顕微鏡を用いて行われていた（例えば、非特許文献１参照）。
なお、この様なダメージの発生は、ＦＩＢ（収束イオンビーム）法によるイオンビームナノ加工の場合も同様である。
【特許文献１】特開２００４−０７９６５６号公報
【特許文献２】特開平０６−２７３２８９号公報
【非特許文献１】Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ，Ｖ ｏｌ．８８，ｐ．３９９３，２０００
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、従来のダメージ評価方法においては、イオン照射によりダメージを受けたＳｉ原子がどの範囲まで弾き出されているのかを定量的に知ることはできないという問題がある。
【０００９】
また、ＳＩＭＳにより分析を行う場合、イオンエッチングしながら分析していることになるが、イオンエッチングによる物理的力の作用、例えば、イオンビーム誘起拡散が、組成分布やＳｉ格子にどのような影響を与えているかを評価することができないという問題もある。
【００１０】
したがって、本発明は、イオン照射にともなって基板を構成する原子が受ける影響を精度良く評価することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
図１は本発明の原理的構成図であり、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、図における符号２は、単結晶Ｓｉ基板等の基板である。
図１参照
（１）上記課題を解決するために、本発明は、イオン照射効果評価方法において、少なくとも一種類の層が同位体層３からなる複数の薄膜層を交互に周期的に積層した試料１に対してイオン５を照射して、照射したイオン５による前記試料１を構成する原子に対する影響を評価することを特徴とする。
【００１２】
このように、同位体層３を周期的に含む試料１を用いることによって、照射したイオン５による前記試料１を構成する原子に対する影響を同位体の分布によって精度良く評価することが可能になる。
なお、上記の特許文献２は、ＳＩＭＳにおける深さ方向の分解能を高めるための標準試料１にすぎず、標準試料１に対して何らかの処理を施して、処理にともなう構成原子の移動を同位体の分布変動により評価するものではない。
【００１３】
（２） また、本発明は、上記（１）において、試料１が、二種類の同位体層３，４からなることを特徴とする。
【００１４】
このように、二種類の同位体層３，４からなる試料１を用いることによって、イオン照射による試料１を構成する原子に対する影響を精度良く評価することができる。
なお、この場合の二種類の同位体層３としては、28Ｓｉ層と30Ｓｉ層との組合せが典型的なものである。
【００１５】
（３）また、本発明は、上記（１）において、試料１が、一種類が天然組成層からなり、他が同位体層３からなる二種類の薄膜層を交互に周期的に積層した試料１であることを特徴とする。
【００１６】
このように、一方の種類が同位体層３である場合には、他方の種類は天然組成層でも良く、それによって、試料１を製造する際のコストを低減することができる。
なお、この場合の組合せとしては、天然組成Ｓｉ層と28Ｓｉ層との組合せが典型的なものである。
【００１７】
（４）また、本発明は、上記（１）乃至（３）のいずれかにおいて、イオン照射工程が、イオン注入工程或いはイオンエッチング工程のいずれかであり、且つ、照射したイオン５による試料１を構成する原子に対する影響を二次イオン質量分析法によって評価することを特徴とする。
【００１８】
このように、評価の対象となるイオン照射工程としては、イオン注入工程或いはイオンエッチング工程が典型的なものであり、また、その影響を二次イオン質量分析法によって評価することによって、比較的容易な測定手段で評価することが可能になる。
なお、二次イオン質量分析法自体がイオンエッチングをともなっているので、この影響も考慮することによって、より精度の高い評価が可能になる。
【００１９】
（５）また、本発明は、プロセスシミュレータにおいて、上記（１）乃至（４）のいずれかに記載のイオン照射効果評価方法で評価した特性値をパラメータとして格納することを特徴とする。
【００２０】
このように、プロセスシミュレータに上述のイオン照射効果評価方法で評価した特性値をパラメータとして格納することによって、従来評価のできなかったイオンダメージによる原子の移動を取り込んだ精度高いプロセスシミュレーションが可能になる。
【００２１】
（６）また、本発明は、デバイスシミュレータにおいて、上記（１）乃至（４）のいずれかに記載のイオン照射効果評価方法で評価した特性値をパラメータとして格納することを特徴とする。
【００２２】
このように、デバイスシミュレータに上述のイオン照射効果評価方法で評価した特性値をパラメータとして格納することによって、従来評価のできなかったイオンダメージによる基板構成原子の移動を取り込んだ精度高いデバイスシミュレーションが可能になり、特に、ヘテロ界面を有するデバイスにおける基板構成原子のミキシングに起因するキャリア移動度の変化等を精度良く評価することができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、同位体原子を規則正しく配置した試料を用いて同位体原子の分布変動を測定することによって、従来評価のできなかった原子の移動を含めたイオンダメージを高精度でシミュレーションすることが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
本発明は、少なくとも一種類の層が同位体層からなる複数の薄膜層を交互に周期的に積層した試料、典型的には、28Ｓｉn ／30Ｓｉn （ｎは各層における原子層数を表す）に対してイオンを照射、典型的には、イオン注入或いはイオンエッチングを行い、照射したイオンによる試料を構成する原子に対する影響を、例えば、二次イオン質量分析法によって評価するものである。
【００２５】
また、プロセスシミュレータとしては、上述のイオン照射効果評価方法で評価した特性値、例えば、イオン照射によるＳｉ原子の反跳の標準偏差を評価してパラメータとすることによって、イオン照射やその後の熱処理によるＳｉ原子のミキシングを定量的に評価することが可能になる。
【００２６】
また、デバイスシミュレータとしては、上述のイオン照射効果評価方法で評価した特性値、例えば、イオン照射によるヘテロ界面近傍におけるＧａ原子、Ａｌ原子、Ｉｎ原子の反跳の標準偏差を評価してパラメータとすることによって、イオン照射やその後の熱処理による基板構成原子のミキシングに起因するキャリア移動度の変化等を定量的に評価することが可能になる。
【実施例１】
【００２７】
ここで、図２乃至図１１を参照して、本発明の実施例１のイオン注入時のミキシングの評価方法を説明する。
図２参照
図２は、本発明の実施例１のイオン注入時のミキシングの評価方法に用いる試料の概略的断面図であり、（００１）面を主面とする天然組成の単結晶Ｓｉ基板１１上に分子線エピタキシーを用いて天然組成のＳｉバッファ層１２を介して２０原子層の30Ｓｉ20層１３と２０原子層の28Ｓｉ20層１４を交互に、例えば、１５周期分積層する。
【００２８】
この場合、各１原子層の厚さは約０．１３６ｎｍとなるので、一周期分の28Ｓｉ20／30Ｓｉ20の厚さは約５．４ｎｍとなる。
なお、Ｓｉの同位体の存在比は、
28Ｓｉ ９２．２％
29Ｓｉ ４．７％
30Ｓｉ ３．１％
であり、ここでは質量比を大きくするために同位体として28Ｓｉと30Ｓｉを選択した。
【００２９】
図３参照
図３は、試料のＳＩＭＳ評価によるＳｉ同位体分布図であり、30Ｓｉと28Ｓｉとが約５．４ｎｍの周期で交互に分布していることが分かる。 なお、ＳＩＭＳ分析においては、Ｃｓ+ を１ｋｅＶの加速エネルギーで４５°の入射角で照射しながら二次イオンの分析を行ったものであり、各存在比は天然組成のＳｉバッファ層１２を基準として規格化しており、以下同様である。
【００３０】
図４参照
図４は、イオン注入後のＡｓ濃度分布の説明図であり、この試料１０に対してＡｓイオン（75Ａｓ）１５を例えば２５ｋｅＶの加速エネルギーで１０13〜１０15ｃｍ-2の範囲でドーズ量を系統的に変えてイオン注入した。
この場合、注入されたＡｓイオン１５の分布は、表面から約２０ｎｍの位置がピークとなる。
【００３１】
図５参照
図５は、Ａｓイオン（１０13ｃｍ-2）注入後の試料のＳＩＭＳ評価によるＳｉ同位体分布図であり、表面において若干の乱れが発生しているが、表面から５．４ｎｍより深い位置では30Ｓｉと28Ｓｉとが規則正しく交互に分布しており、１０13ｃｍ-2程度のドーズ量ではミキシングは殆ど起こっていないことが分かる。
なお、ＳＩＭＳ分析においては、アニール前の試料を用いており、以下同様である。
【００３２】
図６参照
図６は、Ａｓイオン（１０14ｃｍ-2）注入後の試料のＳＩＭＳ評価によるＳｉ同位体分布図であり、表面において若干の乱れが発生しているほか、表面から約４０ｎｍの深さまで30Ｓｉと28Ｓｉの存在比が互いに小さくなっており、ミキシングが発生していることが分かる。
【００３３】
図７参照
図７は、Ａｓイオン（１０15ｃｍ-2）注入後の試料のＳＩＭＳ評価によるＳｉ同位体分布図であり、表面から約２０ｎｍの深さまで30Ｓｉと28Ｓｉの周期性が完全に失われていることが分かる。
【００３４】
図８参照
図８は、Ａｓイオンの注入前後の28Ｓｉと30Ｓｉの濃度分布の比較図であり、ここでは、図３と図７のデータを表面から４〜４６ｎｍの範囲で比較している。
【００３５】
図９参照
図９は、Ａｓイオンの注入後の28Ｓｉと30Ｓｉの濃度分布の実験結果とシミュレーション結果の比較図であり、シミュレーション結果を図３に重ねて下図に示している。
【００３６】
この場合のシミュレーション結果を導くための式は下記の式（１）で表され、イオン注入後の各同位体の濃度分布Ｃas-impla（ｘ）をイオン注入前の濃度分布Ｃas-grown（ｘ）を畳み込み積分を用いて再現することによって、イオン注入によりダメージを受けた原子の移動を評価するものである。
なお、ｘは表面からの深さ方向を表す。
【００３７】
Ｃas-impla（ｘ）＝ＩＮＴ｛Ｃas-grown（ｘ′）×〔１／（（２π）1/2 ×σ）〕×
ｅｘｐ〔−（ｘ−ｘ′）2 ／２σ2 〕ｄｘ′｝〔ｘ′＝−∞→＋∞〕 ・・・（１）
但し、σ（ｘ）＝ｋ／〔（２π）1/2 ×ｃ〕×ｅｘｐ〔−（ｘ−ｄ）2 ／２ｃ2 〕
・・・（２）
なお、明細書の作成の都合上、ＩＮＴ｛Ａ（ｘ′）ｄｘ′｝〔ｘ′＝−∞→＋∞〕は、｛｝内の関数Ａ（ｘ′）を−∞→＋∞まで積分することを意味する。
また、ｋ，ｃ，ｄは夫々フィッティングパラメータであり、ここでは、上段の実験結果に合わせるために、ｋ＝８０，Ｃ＝１３，ｄ＝１４とした。
【００３８】
図１０参照
図１０は、実験結果における標準偏差σ（ｘ）とＴＲＩＭで計算した反跳Ｓｉ原子の深さ方向の分布を比較したものである。実験結果は純粋にイオン注入のみの熱処理（アニール）がない状態で得られたため、この場合はイオン照射による基板Ｓｉ原子が格子位置からはずれることを示す標準的シミュレータ〔ＴＲＩＭ〕の結果と一致するべきで、実際に綺麗な相関関係を示している。
【００３９】
この様に、同位体ＳｉのＳＩＭＳ強度変化からＳｉ原子のミキシングを定量的に評価することができる。
さらに、この構造に熱処理を加えてｋ，ｃ，ｄをフィッティングによって得ることからＴＲＩＭでは得られない熱処理後のＳｉの移動分布が得られる。
【００４０】
また、図９はドーズ量が１０15ｃｍ-2の場合を示しているが、各種のドーズ量におけるミキシングの度合いをシミュレーションして、フィッティングパラメータｋ，ｃ，ｄを実験結果を忠実に再現できる値にフィッティングすることによってミキシングの度合いのドーズ量依存性を定量的に把握することができる。
【００４１】
図１１参照
図１１は、Ｂイオン（１０15ｃｍ-2）注入後の試料のＳＩＭＳ評価によるＳｉ同位体分布図であり、Ａｓイオンの注入と比べてミキシングがあまり起こっていないことが分かる。
なお、この場合の各周期構造における28Ｓｉの存在比が30Ｓｉの存在比より大きくなっている理由はミキシングによるものではなく、天然組成のＳｉバッファ層１２を基準とした規格化の工程で発生したと推測される。
【００４２】
図１２参照
図１２は、Ｂイオン（１０16ｃｍ-2）注入後の試料のＳＩＭＳ評価によるＳｉ同位体分布図であり、表面から４０ｎｍの深さまでミキシングが起こっていることが分かる。
この場合も、上述のようにシミュレーションを行うことによって、実験結果をより正確に再現できるようにフィッティングパラメータｋ，ｃ，ｄを決定することによって、Ｂイオンに関してもイオンの注入による基板のダメージを精度良くシミュレーションすることができる。
【００４３】
以上の結果、例えば、各種のイオンについて各ドーズ量におけるフィッティングパラメータｋ，ｃ，ｄの値をプロセスシミュレータに格納することによって、イオンの注入による基板のダメージを精度良くシミュレーションすることができる。
【００４４】
また、イオン注入後に実行する様々な熱処理過程におけるミキシングの変化も、28Ｓｉと30Ｓｉなどの分布の変化から定量的に評価することができる。
【実施例２】
【００４５】
次に、図１３を参照して、本発明の実施例２のイオン注入時のミキシングの評価方法を説明するが、基本的な構成は上記の実施例１と全く同様であるので要点のみ説明する。
図１３参照
図１３は、ＳＩＭＳによる試料評価とＲａｍａｎ散乱法による試料評価の比較図であり、この場合も28Ｓｉ20／30Ｓｉ20の同位体超格子試料を測定したものである。
【００４６】
下図のＲａｍａｎ散乱法による同位体分布においては上図のＳＩＭＳによる同位体分布に比べてかなりシャープな界面を示しており、28Ｓｉ20層と30Ｓｉ20層との界面で28Ｓｉと30Ｓｉとのミキシングがあまり起こっていないことを示している。
【００４７】
このＲａｍａｎ散乱法による同位体分布は精度が高いことが知られている（必要ならば、Ｔｈｉｎ Ｓｏｌｉｄ Ｆｉｌｍｓ，Ｖｏｌ．５０８，ｐ．１６０，２００６参照）ので、ＳＩＭＳによる同位体分布における状態は、ＳＩＭＳ工程におけるＣｓ+ イオンの照射によるＳｉ原子の押し込み効果を反映しているものと考えられる。
【００４８】
したがって、このイオン注入前のＲａｍａｎ散乱法による同位体分布が再現できるように、ＳＩＭＳによる同位体分布を修正することによって、ＳＩＭＳ工程におけるＣｓ+ イオンの照射による影響を排除することができ、それによって、より精度の高いイオンの注入による基板のダメージに関するシミュレーションを行うことができる。
【実施例３】
【００４９】
次に、図１４を参照して、本発明の実施例３のイオン注入時のミキシングの評価方法を説明するが、基本的な構成は上記の実施例１と全く同様であるので要点のみ説明する。
図１４参照
図１４は、本発明の実施例３のイオン注入時のミキシングの評価方法に用いる試料の概略的断面図であり、（００１）面を主面とする天然組成の単結晶Ｓｉ基板２１上に分子線エピタキシーを用いて天然組成のＳｉバッファ層２２を介して２０原子層の28Ｓｉ20層２３と２０原子層の天然組成のＳｉ20層２４を交互に、例えば、１５周期分積層したものである。
【００５０】
この場合、各層における30Ｓｉの存在比は、28Ｓｉ20層２３においては約０％、Ｓｉ20層２４においては３．１％となるので、この30Ｓｉの分布の変化をＳＩＭＳにより測定し、シミュレーションによってその結果を精度良く再現できるようにフィッティングパラメータｋ，ｃ，ｄを決定すれば良い。
【００５１】
このように、本発明の実施例３においては試料として28Ｓｉ20／Ｓｉ20の超格子試料を用いているので、精製した30Ｓｉ原料ガスを必要としないので、試料の製造コストを大幅に低減することができ、それによって、プロセスシミュレータに格納するデータの収集工程の低コスト化が可能になり、ひいては、プロセスシミュレータを安価に供給することができる。
【実施例４】
【００５２】
次に、図１５を参照して、本発明の実施例４のイオン加工時のミキシングの評価方法を説明する。
図１５参照
図１５は、基板のダメージの照射イオン種依存性の説明図であり、上図は、実施例１と全く同様の28Ｓｉ20／30Ｓｉ20の同位体超格子試料を５ｋｅＶの加速エネルギーのＯ2 + イオンでエッチングした場合のミキシング効果を示しており、下図は５ｋｅＶの加速エネルギーのＣｓ+ イオンでエッチングした場合のミキシング効果を示している。
【００５３】
図の振幅の違いから明らかなように、Ｏ2 + イオンによるミキシング効果はＣｓ+ イオンによるミキシング効果より大きくなっており、この場合も上述のシミュレーションを行って、ＳＩＭＳによる測定結果を精度良く再現できるようにフィッティングパラメータｋ，ｃ，ｄを決定すれば良い。
なお、この場合も各周期構造における28Ｓｉの存在比が30Ｓｉの存在比より大きくなっている理由はミキシングによるものではなく、天然組成のＳｉバッファ層を基準とした規格化の工程で発生したと推測される。
【００５４】
この様なイオン加工に伴う基板のダメージのイオン種依存性をフィッティングパラメータｋ，ｃ，ｄとしてプロセスシミュレータに取り込むことによって、イオン加工による基板のダメージを精度良くシミュレーションすることができる。
【００５５】
また、図３の１ｋｅＶの加速エネルギーのＣｓ+ イオンによるミキシング効果と図１５の下図の５ｋｅＶの加速エネルギーのＣｓ+ イオンによるミキシング効果とを比較することによって、イオン加工に伴う基板のダメージの加速エネルギー依存性のデータも取得することができる。
【００５６】
したがって、イオン加工に伴う基板のダメージの加速エネルギー依存性のデータ、即ち、各加速エネルギーにおけるフィッティングパラメータｋ，ｃ，ｄやその他のイオンミキシングのモデルなどをプロセスシミュレータに格納することによって、より精度の高いプロセスシミュレーションが可能になる。
【００５７】
以上、本発明の各実施例を説明したが、本発明は各実施例に記載した構成及び条件に限られるものではなく、各種の変更が可能であり、例えば、上記の各実施例においては、各層を構成する原子層数を２０としているが、２０原子層に限られるものでなく、任意の総数ｎによる同位体超格子試料28Ｓｉn ／30Ｓｉn 或いはＳｉn ／30Ｓｉn を用いても良いものである。
【００５８】
例えば、低加速エネルギーによるダメージをより精度良く評価するためには、ｎ＜２０の条件で試料を構成すれば良く、より高エネルギーによるダメージをより精度良く評価するためには、ｎ＞２０の条件で試料を構成すれば良い。
【００５９】
また、上記の各実施例においては同位体として28Ｓｉと30Ｓｉに着目しているが、28Ｓｉと29Ｓｉ或いは29Ｓｉと30Ｓｉとの組合せを用いても良いものである。
【００６０】
また、上記の実施例１においては、イオン注入後且つアニール前の試料についての測定結果を示しているが、アニール後についても同様であり、アニール後のミキシング状態及びＡｓ分布を測定し、この測定結果を出来る限り忠実に再現できるように各フィッティングパラメータを決定することによって、より精度の高いプロセスシミュレーションを行うことができる。
【００６１】
また、上記の各実施例においてはＳｉプロセスとして説明しているが、ＳｉＧｅ層を用いたデバイスにも適用できるものであり、その場合には、ＳｉＧｅ層を構成するＳｉのみを同位体超格子構造としても良いし、各層を構成するＧｅも同位体を用いた超格子構造としても良い。
【００６２】
因に、Ｇｅの同位体の存在比は
70Ｇｅ ２０．５％
72Ｇｅ ２７．４％
73Ｇｅ ７．８％
74Ｇｅ ３６．５％
76Ｇｅ ７．８％
であるので、ＳＩＭＳによる分析精度を高めるためには、70Ｇｅと76Ｇｅを用いることが望ましい。
【００６３】
さらには、ＧａＡｓ等のIII-Ｖ族化合物半導体プロセスにも適用されるものであり、Ｇａ及びＡｓの存在比は
69Ｇａ ６０．１％
71Ｇａ ３９．９％
75Ａｓ １００％
であるので、（69Ｇａ75Ａｓ）n ／（71Ｇａ75Ａｓ）n からなる同位体超格子試料を用いれば良い。
【００６４】
例えば、ＩｎＧａＡｓ系電界効果型半導体装置において、上述のイオン照射効果評価方法で評価した特性値、例えば、イオン照射によるヘテロ界面近傍におけるＧａ原子、Ａｌ原子、Ｉｎ原子の反跳の標準偏差を評価して決定したフィッティングパラメータをデバイスシミュレータに取り込むことにより、イオンエッチング、イオン注入やその後の熱処理による基板構成原子のミキシングに起因するキャリア移動度の変化やバリアハイトの変化等を定量的に評価することが可能になる。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
本発明の活用例としては、半導体プロセスにおけるプロセスシミュレーションが典型的なものであるが、半導体デバイス以外に超電導デバイスにおけるイオンミリングダメージのシミュレーション等の他の電子デバイスにおけるイオンダメージのプロセスシミュレーションへの応用も可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明の原理的構成の説明図である。
【図２】本発明の実施例１のイオン注入時のミキシングの評価方法に用いる試料の概略的断面図である。
【図３】試料のＳＩＭＳ評価によるＳｉ同位体分布図である。
【図４】イオン注入後のＡｓ濃度分布の説明図である。
【図５】Ａｓイオン（１０13ｃｍ-2）注入後の試料のＳＩＭＳ評価によるＳｉ同位体分布図である。
【図６】Ａｓイオン（１０14ｃｍ-2）注入後の試料のＳＩＭＳ評価によるＳｉ同位体分布図である。
【図７】Ａｓイオン（１０15ｃｍ-2）注入後の試料のＳＩＭＳ評価によるＳｉ同位体分布図である。
【図８】Ａｓイオンの注入前後の28Ｓｉと30Ｓｉの濃度分布の比較図である。
【図９】Ａｓイオンの注入後の28Ｓｉと30Ｓｉの濃度分布の実験結果とシミュレーション結果の比較図である。
【図１０】実験結果における標準偏差σ（ｘ）とＴＲＩＭで計算した反跳Ｓｉ原子分布の比較図である。
【図１１】Ｂイオン（１０15ｃｍ-2）注入後の試料のＳＩＭＳ評価によるＳｉ同位体分布図である。
【図１２】Ｂイオン（１０16ｃｍ-2）注入後の試料のＳＩＭＳ評価によるＳｉ同位体分布図である。
【図１３】ＳＩＭＳによる試料評価とＲａｍａｎ散乱法による試料評価の比較図である。
【図１４】本発明の実施例３のイオン注入時のミキシングの評価方法に用いる試料の概略的断面図である。
【図１５】基板のダメージの照射イオン種依存性の説明図である。
【符号の説明】
【００６７】
１ 試料
２ 基板
３ 同位体層
４ 同位体層
５ イオン
１０ 試料
１１ 単結晶Ｓｉ基板
１２ Ｓｉバッファ層
１３ 30Ｓｉ20層
１４ 28Ｓｉ20層
１５ Ａｓイオン
２１ 単結晶Ｓｉ基板
２２ Ｓｉバッファ層
２３ 28Ｓｉ20層
２４ Ｓｉ20層
【技術分野】
【０００１】
本発明はイオン照射効果評価方法、プロセスシミュレータ及びデバイスシミュレータに関するものであり、特に、イオン注入或いはイオンエッチングにおけるイオン照射の効果を精度良く評価するための構成に特徴のあるイオン照射効果評価方法、プロセスシミュレータ及びデバイスシミュレータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
イオン注入技術は、ＭＯＳＦＥＴのソース・ドレイン領域の形成工程等の半導体デバイスにおける不純物領域の形成方法として用いられており、このようなイオン注入による不純物分布を予め精度良く予測するために各種のシミュレーション方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
このようなシミュレーションを行う場合の各種のパラメータは、実測した数値を用いる必要があり、例えば、イオン注入後の実際の不純物濃度分布はＳＩＭＳ（二次イオン質量分析）法等を用いて実測している。
【０００４】
なお、ＳＩＭＳを用いて薄膜の組成分析等を行う場合には、深さ方向の分解能を校正するために異種物質を交互に多層に積層させた標準試料を用い、この標準試料のイオン強度分布により校正を行っている。
【０００５】
しかし、このような標準試料の中には複数の異種物質の層が存在しているために、これらの異種物質の層間の界面近傍で所謂界面効果が生じ、イオン強度分布が異常に大きくなったり或いは小さくなったりするという問題がある。
【０００６】
そこで、同じ元素の異なった同位体からなる原子層を交互に積層させた標準試料を用いることが提案されている（例えば、特許文献２参照）。
このような同位体標準試料においては、同位体は質量数は若干異なるものの、化学的性質が全く同一であるので界面効果及びマトリクス効果が消失し、深さ方向の分解能の精度を高めることができることが報告されている。
【０００７】
一方、このようなイオン注入にともなってシリコン基板にダメージが発生するが、このようなダメージの評価は、ラザフォード後方散乱のチャネリング法や透過型電子顕微鏡を用いて行われていた（例えば、非特許文献１参照）。
なお、この様なダメージの発生は、ＦＩＢ（収束イオンビーム）法によるイオンビームナノ加工の場合も同様である。
【特許文献１】特開２００４−０７９６５６号公報
【特許文献２】特開平０６−２７３２８９号公報
【非特許文献１】Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ，Ｖ ｏｌ．８８，ｐ．３９９３，２０００
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、従来のダメージ評価方法においては、イオン照射によりダメージを受けたＳｉ原子がどの範囲まで弾き出されているのかを定量的に知ることはできないという問題がある。
【０００９】
また、ＳＩＭＳにより分析を行う場合、イオンエッチングしながら分析していることになるが、イオンエッチングによる物理的力の作用、例えば、イオンビーム誘起拡散が、組成分布やＳｉ格子にどのような影響を与えているかを評価することができないという問題もある。
【００１０】
したがって、本発明は、イオン照射にともなって基板を構成する原子が受ける影響を精度良く評価することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
図１は本発明の原理的構成図であり、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、図における符号２は、単結晶Ｓｉ基板等の基板である。
図１参照
（１）上記課題を解決するために、本発明は、イオン照射効果評価方法において、少なくとも一種類の層が同位体層３からなる複数の薄膜層を交互に周期的に積層した試料１に対してイオン５を照射して、照射したイオン５による前記試料１を構成する原子に対する影響を評価することを特徴とする。
【００１２】
このように、同位体層３を周期的に含む試料１を用いることによって、照射したイオン５による前記試料１を構成する原子に対する影響を同位体の分布によって精度良く評価することが可能になる。
なお、上記の特許文献２は、ＳＩＭＳにおける深さ方向の分解能を高めるための標準試料１にすぎず、標準試料１に対して何らかの処理を施して、処理にともなう構成原子の移動を同位体の分布変動により評価するものではない。
【００１３】
（２） また、本発明は、上記（１）において、試料１が、二種類の同位体層３，４からなることを特徴とする。
【００１４】
このように、二種類の同位体層３，４からなる試料１を用いることによって、イオン照射による試料１を構成する原子に対する影響を精度良く評価することができる。
なお、この場合の二種類の同位体層３としては、28Ｓｉ層と30Ｓｉ層との組合せが典型的なものである。
【００１５】
（３）また、本発明は、上記（１）において、試料１が、一種類が天然組成層からなり、他が同位体層３からなる二種類の薄膜層を交互に周期的に積層した試料１であることを特徴とする。
【００１６】
このように、一方の種類が同位体層３である場合には、他方の種類は天然組成層でも良く、それによって、試料１を製造する際のコストを低減することができる。
なお、この場合の組合せとしては、天然組成Ｓｉ層と28Ｓｉ層との組合せが典型的なものである。
【００１７】
（４）また、本発明は、上記（１）乃至（３）のいずれかにおいて、イオン照射工程が、イオン注入工程或いはイオンエッチング工程のいずれかであり、且つ、照射したイオン５による試料１を構成する原子に対する影響を二次イオン質量分析法によって評価することを特徴とする。
【００１８】
このように、評価の対象となるイオン照射工程としては、イオン注入工程或いはイオンエッチング工程が典型的なものであり、また、その影響を二次イオン質量分析法によって評価することによって、比較的容易な測定手段で評価することが可能になる。
なお、二次イオン質量分析法自体がイオンエッチングをともなっているので、この影響も考慮することによって、より精度の高い評価が可能になる。
【００１９】
（５）また、本発明は、プロセスシミュレータにおいて、上記（１）乃至（４）のいずれかに記載のイオン照射効果評価方法で評価した特性値をパラメータとして格納することを特徴とする。
【００２０】
このように、プロセスシミュレータに上述のイオン照射効果評価方法で評価した特性値をパラメータとして格納することによって、従来評価のできなかったイオンダメージによる原子の移動を取り込んだ精度高いプロセスシミュレーションが可能になる。
【００２１】
（６）また、本発明は、デバイスシミュレータにおいて、上記（１）乃至（４）のいずれかに記載のイオン照射効果評価方法で評価した特性値をパラメータとして格納することを特徴とする。
【００２２】
このように、デバイスシミュレータに上述のイオン照射効果評価方法で評価した特性値をパラメータとして格納することによって、従来評価のできなかったイオンダメージによる基板構成原子の移動を取り込んだ精度高いデバイスシミュレーションが可能になり、特に、ヘテロ界面を有するデバイスにおける基板構成原子のミキシングに起因するキャリア移動度の変化等を精度良く評価することができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、同位体原子を規則正しく配置した試料を用いて同位体原子の分布変動を測定することによって、従来評価のできなかった原子の移動を含めたイオンダメージを高精度でシミュレーションすることが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
本発明は、少なくとも一種類の層が同位体層からなる複数の薄膜層を交互に周期的に積層した試料、典型的には、28Ｓｉn ／30Ｓｉn （ｎは各層における原子層数を表す）に対してイオンを照射、典型的には、イオン注入或いはイオンエッチングを行い、照射したイオンによる試料を構成する原子に対する影響を、例えば、二次イオン質量分析法によって評価するものである。
【００２５】
また、プロセスシミュレータとしては、上述のイオン照射効果評価方法で評価した特性値、例えば、イオン照射によるＳｉ原子の反跳の標準偏差を評価してパラメータとすることによって、イオン照射やその後の熱処理によるＳｉ原子のミキシングを定量的に評価することが可能になる。
【００２６】
また、デバイスシミュレータとしては、上述のイオン照射効果評価方法で評価した特性値、例えば、イオン照射によるヘテロ界面近傍におけるＧａ原子、Ａｌ原子、Ｉｎ原子の反跳の標準偏差を評価してパラメータとすることによって、イオン照射やその後の熱処理による基板構成原子のミキシングに起因するキャリア移動度の変化等を定量的に評価することが可能になる。
【実施例１】
【００２７】
ここで、図２乃至図１１を参照して、本発明の実施例１のイオン注入時のミキシングの評価方法を説明する。
図２参照
図２は、本発明の実施例１のイオン注入時のミキシングの評価方法に用いる試料の概略的断面図であり、（００１）面を主面とする天然組成の単結晶Ｓｉ基板１１上に分子線エピタキシーを用いて天然組成のＳｉバッファ層１２を介して２０原子層の30Ｓｉ20層１３と２０原子層の28Ｓｉ20層１４を交互に、例えば、１５周期分積層する。
【００２８】
この場合、各１原子層の厚さは約０．１３６ｎｍとなるので、一周期分の28Ｓｉ20／30Ｓｉ20の厚さは約５．４ｎｍとなる。
なお、Ｓｉの同位体の存在比は、
28Ｓｉ ９２．２％
29Ｓｉ ４．７％
30Ｓｉ ３．１％
であり、ここでは質量比を大きくするために同位体として28Ｓｉと30Ｓｉを選択した。
【００２９】
図３参照
図３は、試料のＳＩＭＳ評価によるＳｉ同位体分布図であり、30Ｓｉと28Ｓｉとが約５．４ｎｍの周期で交互に分布していることが分かる。 なお、ＳＩＭＳ分析においては、Ｃｓ+ を１ｋｅＶの加速エネルギーで４５°の入射角で照射しながら二次イオンの分析を行ったものであり、各存在比は天然組成のＳｉバッファ層１２を基準として規格化しており、以下同様である。
【００３０】
図４参照
図４は、イオン注入後のＡｓ濃度分布の説明図であり、この試料１０に対してＡｓイオン（75Ａｓ）１５を例えば２５ｋｅＶの加速エネルギーで１０13〜１０15ｃｍ-2の範囲でドーズ量を系統的に変えてイオン注入した。
この場合、注入されたＡｓイオン１５の分布は、表面から約２０ｎｍの位置がピークとなる。
【００３１】
図５参照
図５は、Ａｓイオン（１０13ｃｍ-2）注入後の試料のＳＩＭＳ評価によるＳｉ同位体分布図であり、表面において若干の乱れが発生しているが、表面から５．４ｎｍより深い位置では30Ｓｉと28Ｓｉとが規則正しく交互に分布しており、１０13ｃｍ-2程度のドーズ量ではミキシングは殆ど起こっていないことが分かる。
なお、ＳＩＭＳ分析においては、アニール前の試料を用いており、以下同様である。
【００３２】
図６参照
図６は、Ａｓイオン（１０14ｃｍ-2）注入後の試料のＳＩＭＳ評価によるＳｉ同位体分布図であり、表面において若干の乱れが発生しているほか、表面から約４０ｎｍの深さまで30Ｓｉと28Ｓｉの存在比が互いに小さくなっており、ミキシングが発生していることが分かる。
【００３３】
図７参照
図７は、Ａｓイオン（１０15ｃｍ-2）注入後の試料のＳＩＭＳ評価によるＳｉ同位体分布図であり、表面から約２０ｎｍの深さまで30Ｓｉと28Ｓｉの周期性が完全に失われていることが分かる。
【００３４】
図８参照
図８は、Ａｓイオンの注入前後の28Ｓｉと30Ｓｉの濃度分布の比較図であり、ここでは、図３と図７のデータを表面から４〜４６ｎｍの範囲で比較している。
【００３５】
図９参照
図９は、Ａｓイオンの注入後の28Ｓｉと30Ｓｉの濃度分布の実験結果とシミュレーション結果の比較図であり、シミュレーション結果を図３に重ねて下図に示している。
【００３６】
この場合のシミュレーション結果を導くための式は下記の式（１）で表され、イオン注入後の各同位体の濃度分布Ｃas-impla（ｘ）をイオン注入前の濃度分布Ｃas-grown（ｘ）を畳み込み積分を用いて再現することによって、イオン注入によりダメージを受けた原子の移動を評価するものである。
なお、ｘは表面からの深さ方向を表す。
【００３７】
Ｃas-impla（ｘ）＝ＩＮＴ｛Ｃas-grown（ｘ′）×〔１／（（２π）1/2 ×σ）〕×
ｅｘｐ〔−（ｘ−ｘ′）2 ／２σ2 〕ｄｘ′｝〔ｘ′＝−∞→＋∞〕 ・・・（１）
但し、σ（ｘ）＝ｋ／〔（２π）1/2 ×ｃ〕×ｅｘｐ〔−（ｘ−ｄ）2 ／２ｃ2 〕
・・・（２）
なお、明細書の作成の都合上、ＩＮＴ｛Ａ（ｘ′）ｄｘ′｝〔ｘ′＝−∞→＋∞〕は、｛｝内の関数Ａ（ｘ′）を−∞→＋∞まで積分することを意味する。
また、ｋ，ｃ，ｄは夫々フィッティングパラメータであり、ここでは、上段の実験結果に合わせるために、ｋ＝８０，Ｃ＝１３，ｄ＝１４とした。
【００３８】
図１０参照
図１０は、実験結果における標準偏差σ（ｘ）とＴＲＩＭで計算した反跳Ｓｉ原子の深さ方向の分布を比較したものである。実験結果は純粋にイオン注入のみの熱処理（アニール）がない状態で得られたため、この場合はイオン照射による基板Ｓｉ原子が格子位置からはずれることを示す標準的シミュレータ〔ＴＲＩＭ〕の結果と一致するべきで、実際に綺麗な相関関係を示している。
【００３９】
この様に、同位体ＳｉのＳＩＭＳ強度変化からＳｉ原子のミキシングを定量的に評価することができる。
さらに、この構造に熱処理を加えてｋ，ｃ，ｄをフィッティングによって得ることからＴＲＩＭでは得られない熱処理後のＳｉの移動分布が得られる。
【００４０】
また、図９はドーズ量が１０15ｃｍ-2の場合を示しているが、各種のドーズ量におけるミキシングの度合いをシミュレーションして、フィッティングパラメータｋ，ｃ，ｄを実験結果を忠実に再現できる値にフィッティングすることによってミキシングの度合いのドーズ量依存性を定量的に把握することができる。
【００４１】
図１１参照
図１１は、Ｂイオン（１０15ｃｍ-2）注入後の試料のＳＩＭＳ評価によるＳｉ同位体分布図であり、Ａｓイオンの注入と比べてミキシングがあまり起こっていないことが分かる。
なお、この場合の各周期構造における28Ｓｉの存在比が30Ｓｉの存在比より大きくなっている理由はミキシングによるものではなく、天然組成のＳｉバッファ層１２を基準とした規格化の工程で発生したと推測される。
【００４２】
図１２参照
図１２は、Ｂイオン（１０16ｃｍ-2）注入後の試料のＳＩＭＳ評価によるＳｉ同位体分布図であり、表面から４０ｎｍの深さまでミキシングが起こっていることが分かる。
この場合も、上述のようにシミュレーションを行うことによって、実験結果をより正確に再現できるようにフィッティングパラメータｋ，ｃ，ｄを決定することによって、Ｂイオンに関してもイオンの注入による基板のダメージを精度良くシミュレーションすることができる。
【００４３】
以上の結果、例えば、各種のイオンについて各ドーズ量におけるフィッティングパラメータｋ，ｃ，ｄの値をプロセスシミュレータに格納することによって、イオンの注入による基板のダメージを精度良くシミュレーションすることができる。
【００４４】
また、イオン注入後に実行する様々な熱処理過程におけるミキシングの変化も、28Ｓｉと30Ｓｉなどの分布の変化から定量的に評価することができる。
【実施例２】
【００４５】
次に、図１３を参照して、本発明の実施例２のイオン注入時のミキシングの評価方法を説明するが、基本的な構成は上記の実施例１と全く同様であるので要点のみ説明する。
図１３参照
図１３は、ＳＩＭＳによる試料評価とＲａｍａｎ散乱法による試料評価の比較図であり、この場合も28Ｓｉ20／30Ｓｉ20の同位体超格子試料を測定したものである。
【００４６】
下図のＲａｍａｎ散乱法による同位体分布においては上図のＳＩＭＳによる同位体分布に比べてかなりシャープな界面を示しており、28Ｓｉ20層と30Ｓｉ20層との界面で28Ｓｉと30Ｓｉとのミキシングがあまり起こっていないことを示している。
【００４７】
このＲａｍａｎ散乱法による同位体分布は精度が高いことが知られている（必要ならば、Ｔｈｉｎ Ｓｏｌｉｄ Ｆｉｌｍｓ，Ｖｏｌ．５０８，ｐ．１６０，２００６参照）ので、ＳＩＭＳによる同位体分布における状態は、ＳＩＭＳ工程におけるＣｓ+ イオンの照射によるＳｉ原子の押し込み効果を反映しているものと考えられる。
【００４８】
したがって、このイオン注入前のＲａｍａｎ散乱法による同位体分布が再現できるように、ＳＩＭＳによる同位体分布を修正することによって、ＳＩＭＳ工程におけるＣｓ+ イオンの照射による影響を排除することができ、それによって、より精度の高いイオンの注入による基板のダメージに関するシミュレーションを行うことができる。
【実施例３】
【００４９】
次に、図１４を参照して、本発明の実施例３のイオン注入時のミキシングの評価方法を説明するが、基本的な構成は上記の実施例１と全く同様であるので要点のみ説明する。
図１４参照
図１４は、本発明の実施例３のイオン注入時のミキシングの評価方法に用いる試料の概略的断面図であり、（００１）面を主面とする天然組成の単結晶Ｓｉ基板２１上に分子線エピタキシーを用いて天然組成のＳｉバッファ層２２を介して２０原子層の28Ｓｉ20層２３と２０原子層の天然組成のＳｉ20層２４を交互に、例えば、１５周期分積層したものである。
【００５０】
この場合、各層における30Ｓｉの存在比は、28Ｓｉ20層２３においては約０％、Ｓｉ20層２４においては３．１％となるので、この30Ｓｉの分布の変化をＳＩＭＳにより測定し、シミュレーションによってその結果を精度良く再現できるようにフィッティングパラメータｋ，ｃ，ｄを決定すれば良い。
【００５１】
このように、本発明の実施例３においては試料として28Ｓｉ20／Ｓｉ20の超格子試料を用いているので、精製した30Ｓｉ原料ガスを必要としないので、試料の製造コストを大幅に低減することができ、それによって、プロセスシミュレータに格納するデータの収集工程の低コスト化が可能になり、ひいては、プロセスシミュレータを安価に供給することができる。
【実施例４】
【００５２】
次に、図１５を参照して、本発明の実施例４のイオン加工時のミキシングの評価方法を説明する。
図１５参照
図１５は、基板のダメージの照射イオン種依存性の説明図であり、上図は、実施例１と全く同様の28Ｓｉ20／30Ｓｉ20の同位体超格子試料を５ｋｅＶの加速エネルギーのＯ2 + イオンでエッチングした場合のミキシング効果を示しており、下図は５ｋｅＶの加速エネルギーのＣｓ+ イオンでエッチングした場合のミキシング効果を示している。
【００５３】
図の振幅の違いから明らかなように、Ｏ2 + イオンによるミキシング効果はＣｓ+ イオンによるミキシング効果より大きくなっており、この場合も上述のシミュレーションを行って、ＳＩＭＳによる測定結果を精度良く再現できるようにフィッティングパラメータｋ，ｃ，ｄを決定すれば良い。
なお、この場合も各周期構造における28Ｓｉの存在比が30Ｓｉの存在比より大きくなっている理由はミキシングによるものではなく、天然組成のＳｉバッファ層を基準とした規格化の工程で発生したと推測される。
【００５４】
この様なイオン加工に伴う基板のダメージのイオン種依存性をフィッティングパラメータｋ，ｃ，ｄとしてプロセスシミュレータに取り込むことによって、イオン加工による基板のダメージを精度良くシミュレーションすることができる。
【００５５】
また、図３の１ｋｅＶの加速エネルギーのＣｓ+ イオンによるミキシング効果と図１５の下図の５ｋｅＶの加速エネルギーのＣｓ+ イオンによるミキシング効果とを比較することによって、イオン加工に伴う基板のダメージの加速エネルギー依存性のデータも取得することができる。
【００５６】
したがって、イオン加工に伴う基板のダメージの加速エネルギー依存性のデータ、即ち、各加速エネルギーにおけるフィッティングパラメータｋ，ｃ，ｄやその他のイオンミキシングのモデルなどをプロセスシミュレータに格納することによって、より精度の高いプロセスシミュレーションが可能になる。
【００５７】
以上、本発明の各実施例を説明したが、本発明は各実施例に記載した構成及び条件に限られるものではなく、各種の変更が可能であり、例えば、上記の各実施例においては、各層を構成する原子層数を２０としているが、２０原子層に限られるものでなく、任意の総数ｎによる同位体超格子試料28Ｓｉn ／30Ｓｉn 或いはＳｉn ／30Ｓｉn を用いても良いものである。
【００５８】
例えば、低加速エネルギーによるダメージをより精度良く評価するためには、ｎ＜２０の条件で試料を構成すれば良く、より高エネルギーによるダメージをより精度良く評価するためには、ｎ＞２０の条件で試料を構成すれば良い。
【００５９】
また、上記の各実施例においては同位体として28Ｓｉと30Ｓｉに着目しているが、28Ｓｉと29Ｓｉ或いは29Ｓｉと30Ｓｉとの組合せを用いても良いものである。
【００６０】
また、上記の実施例１においては、イオン注入後且つアニール前の試料についての測定結果を示しているが、アニール後についても同様であり、アニール後のミキシング状態及びＡｓ分布を測定し、この測定結果を出来る限り忠実に再現できるように各フィッティングパラメータを決定することによって、より精度の高いプロセスシミュレーションを行うことができる。
【００６１】
また、上記の各実施例においてはＳｉプロセスとして説明しているが、ＳｉＧｅ層を用いたデバイスにも適用できるものであり、その場合には、ＳｉＧｅ層を構成するＳｉのみを同位体超格子構造としても良いし、各層を構成するＧｅも同位体を用いた超格子構造としても良い。
【００６２】
因に、Ｇｅの同位体の存在比は
70Ｇｅ ２０．５％
72Ｇｅ ２７．４％
73Ｇｅ ７．８％
74Ｇｅ ３６．５％
76Ｇｅ ７．８％
であるので、ＳＩＭＳによる分析精度を高めるためには、70Ｇｅと76Ｇｅを用いることが望ましい。
【００６３】
さらには、ＧａＡｓ等のIII-Ｖ族化合物半導体プロセスにも適用されるものであり、Ｇａ及びＡｓの存在比は
69Ｇａ ６０．１％
71Ｇａ ３９．９％
75Ａｓ １００％
であるので、（69Ｇａ75Ａｓ）n ／（71Ｇａ75Ａｓ）n からなる同位体超格子試料を用いれば良い。
【００６４】
例えば、ＩｎＧａＡｓ系電界効果型半導体装置において、上述のイオン照射効果評価方法で評価した特性値、例えば、イオン照射によるヘテロ界面近傍におけるＧａ原子、Ａｌ原子、Ｉｎ原子の反跳の標準偏差を評価して決定したフィッティングパラメータをデバイスシミュレータに取り込むことにより、イオンエッチング、イオン注入やその後の熱処理による基板構成原子のミキシングに起因するキャリア移動度の変化やバリアハイトの変化等を定量的に評価することが可能になる。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
本発明の活用例としては、半導体プロセスにおけるプロセスシミュレーションが典型的なものであるが、半導体デバイス以外に超電導デバイスにおけるイオンミリングダメージのシミュレーション等の他の電子デバイスにおけるイオンダメージのプロセスシミュレーションへの応用も可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明の原理的構成の説明図である。
【図２】本発明の実施例１のイオン注入時のミキシングの評価方法に用いる試料の概略的断面図である。
【図３】試料のＳＩＭＳ評価によるＳｉ同位体分布図である。
【図４】イオン注入後のＡｓ濃度分布の説明図である。
【図５】Ａｓイオン（１０13ｃｍ-2）注入後の試料のＳＩＭＳ評価によるＳｉ同位体分布図である。
【図６】Ａｓイオン（１０14ｃｍ-2）注入後の試料のＳＩＭＳ評価によるＳｉ同位体分布図である。
【図７】Ａｓイオン（１０15ｃｍ-2）注入後の試料のＳＩＭＳ評価によるＳｉ同位体分布図である。
【図８】Ａｓイオンの注入前後の28Ｓｉと30Ｓｉの濃度分布の比較図である。
【図９】Ａｓイオンの注入後の28Ｓｉと30Ｓｉの濃度分布の実験結果とシミュレーション結果の比較図である。
【図１０】実験結果における標準偏差σ（ｘ）とＴＲＩＭで計算した反跳Ｓｉ原子分布の比較図である。
【図１１】Ｂイオン（１０15ｃｍ-2）注入後の試料のＳＩＭＳ評価によるＳｉ同位体分布図である。
【図１２】Ｂイオン（１０16ｃｍ-2）注入後の試料のＳＩＭＳ評価によるＳｉ同位体分布図である。
【図１３】ＳＩＭＳによる試料評価とＲａｍａｎ散乱法による試料評価の比較図である。
【図１４】本発明の実施例３のイオン注入時のミキシングの評価方法に用いる試料の概略的断面図である。
【図１５】基板のダメージの照射イオン種依存性の説明図である。
【符号の説明】
【００６７】
１ 試料
２ 基板
３ 同位体層
４ 同位体層
５ イオン
１０ 試料
１１ 単結晶Ｓｉ基板
１２ Ｓｉバッファ層
１３ 30Ｓｉ20層
１４ 28Ｓｉ20層
１５ Ａｓイオン
２１ 単結晶Ｓｉ基板
２２ Ｓｉバッファ層
２３ 28Ｓｉ20層
２４ Ｓｉ20層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一種類の層が同位体層からなる複数の薄膜層を交互に周期的に積層した試料に対してイオンを照射して、照射したイオンによる前記試料を構成する原子に対する影響を評価することを特徴とするイオン照射効果評価方法。
【請求項２】
上記試料が、二種類の同位体層からなることを特徴とする請求項１記載のイオン照射効果評価方法。
【請求項３】
上記試料が、一種類が天然組成層からなり、他が同位体層からなる二種類の薄膜層を交互に周期的に積層した試料であることを特徴とする請求項１記載のイオン照射効果評価方法。
【請求項４】
上記イオン照射工程が、イオン注入工程或いはイオンエッチング工程のいずれかであり、且つ、照射したイオンによる前記試料を構成する原子に対する影響を二次イオン質量分析法によって評価することを特徴とする請求項１記載のイオン照射効果評価方法。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載のイオン照射効果評価方法で評価した特性値をパラメータとして格納することを特徴とするプロセスシミュレータ。
【請求項６】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載のイオン照射効果評価方法で評価した特性値をパラメータとして格納することを特徴とするデバイスシミュレータ。
【請求項１】
少なくとも一種類の層が同位体層からなる複数の薄膜層を交互に周期的に積層した試料に対してイオンを照射して、照射したイオンによる前記試料を構成する原子に対する影響を評価することを特徴とするイオン照射効果評価方法。
【請求項２】
上記試料が、二種類の同位体層からなることを特徴とする請求項１記載のイオン照射効果評価方法。
【請求項３】
上記試料が、一種類が天然組成層からなり、他が同位体層からなる二種類の薄膜層を交互に周期的に積層した試料であることを特徴とする請求項１記載のイオン照射効果評価方法。
【請求項４】
上記イオン照射工程が、イオン注入工程或いはイオンエッチング工程のいずれかであり、且つ、照射したイオンによる前記試料を構成する原子に対する影響を二次イオン質量分析法によって評価することを特徴とする請求項１記載のイオン照射効果評価方法。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載のイオン照射効果評価方法で評価した特性値をパラメータとして格納することを特徴とするプロセスシミュレータ。
【請求項６】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載のイオン照射効果評価方法で評価した特性値をパラメータとして格納することを特徴とするデバイスシミュレータ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開２００７−３１１４４４（Ｐ２００７−３１１４４４Ａ）
【公開日】平成１９年１１月２９日（２００７．１１．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１３７２５１（Ｐ２００６−１３７２５１）
【出願日】平成１８年５月１７日（２００６．５．１７）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り ２００６年３月２２日 社団法人応用物理学会発行の「２００６年（平成１８年）春季 第５３回応用物理学関係連合講演会予稿集 第２分冊」に発表
【出願人】（８９９００００７９）学校法人慶應義塾 (742)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年１１月２９日（２００７．１１．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年５月１７日（２００６．５．１７）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り ２００６年３月２２日 社団法人応用物理学会発行の「２００６年（平成１８年）春季 第５３回応用物理学関係連合講演会予稿集 第２分冊」に発表
【出願人】（８９９００００７９）学校法人慶應義塾 (742)
【Ｆターム（参考）】
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