産総研，微細トランジスタの不純物濃度分布を高精度で測定するシミュレーション技術を開発

産業技術総合研究所（産総研）は，微細トランジスタの不純物濃度分布を高精度で測定するための走査トンネル顕微鏡（STM）シミュレーション技術を開発した（ニュースリリース）。

近年トランジスタの微細化は限界に迫ろうとしており，不純物ドーパントの高精度制御が必要とされている。それには高い空間分解能で不純物濃度分布を測定することが不可欠で，STMは非破壊で高い空間分解能で測定できる手法として注目を浴びてきた。

しかし，STMは探針と試料の間に電圧をかけるため，与えた電圧やトンネル電流が試料内に流れる影響で，探針直下の静電ポテンシャルやキャリア濃度が変化するため，実際の不純物濃度の情報は得られない。この影響を取り除くにはSTMの計算機シミュレーションが必要とされていたが，これまで半導体試料内を電流が広範に流れる影響を解析できる計算機シミュレーション技術はなかった。

今回開発したSTMシミュレータは，半導体試料とSTM探針の構造を半導体製造プロセスシミュレーションによって構築し，STMの測定条件を入力すると，試料と探針の間の距離の自動調整や探針の走査などのSTMの測定手順を自動的に再現し，半導体デバイスシミュレーションによって測定されるトンネル電流電圧特性を予測する。

今回，半導体デバイスシミュレーション技術を取り入れたことで，試料と探針の間に流れるトンネル電流と，半導体内部に流れる電子・正孔電流を矛盾なく計算できるようになった。また，半導体内部の電流の影響を考慮することで，半導体試料の測定値を精度よく計算できることが初めて検証された。

今回開発した技術を用いて不純物分布を推定するテストを計算機上で行なった結果，推定した濃度分布ははじめに想定した不純物濃度分布と，0.01 µmの精度でよく一致した。これにより，今回開発したシミュレータを用いれば，STMの測定で半導体試料の不純物分布を高精度に推定できることがわかった。

今後は，このSTMシミュレーション技術を半導体デバイスの開発者に提供し，微細デバイスの実現を加速させるとともに，STMの測定者に提供し，測定手法の向上に寄与する。さらに，つくばイノベーションアリーナナノテクノロジー拠点（TIA-nano）や産総研スーパークリーンルーム（SCR）産学官連携研究棟で，産業界と大学が一体となって次世代技術の研究を進めるための共用インフラとして活用するとしている。