專利名稱：由激光照射制作半導(dǎo)體器件的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用激光照射制作半導(dǎo)體器件的方法。
背景技術(shù)：
在半導(dǎo)體工藝中，制作半導(dǎo)體器件的常規(guī)方法包括一系列處理步驟，例如沉積、微影、蝕刻、離子植入等，以獲得半導(dǎo)體器件。這種順序中的每一個處理步驟由特定處理性能參數(shù)來規(guī)定，這些參數(shù)表示處理性能和/或其限制。例如，離子植入步驟可由(除其他因素之外)植入劑量、植入深度、植入能量、植入的摻雜物濃度、活性摻雜物濃度、缺陷密度及電阻率或薄層電阻來規(guī)定。而且，因?yàn)樗械奶幚聿襟E都受一定程度的處理變化性影響，所提及的參數(shù)都具有其等效的晶圓內(nèi)均一性參數(shù)及晶圓間均一性參數(shù)。 半導(dǎo)體加工過程中一個常見問題是，即使每一個處理步驟都是以最小處理性能變化性來執(zhí)行，處理步驟的順序也會受到累積的處理性能變化性的影響，使得所得到的半導(dǎo)體器件的一部分并不在技術(shù)規(guī)范之內(nèi)或表現(xiàn)出不可靠的電子性能，從而導(dǎo)致成品率損失。在嘗試解決上述問題時，工藝工具制造商及工藝工程師通過盡可能多地減少處理性能變化性來試圖盡量確保每一個單獨(dú)的工藝工具或步驟以最可行的晶圓內(nèi)均一性和以最可行的晶圓間可重復(fù)性執(zhí)行。只要處理容差大于處理能力的限制，上述解決方案就合乎邏輯且強(qiáng)大有力，處理容差是使用統(tǒng)計(jì)處理控制中使用的技術(shù)術(shù)語，以描述處理過程中的特性隨機(jī)變化，換言之它表示已經(jīng)盡可能多地消除系統(tǒng)變化源時的處理性能。然而，一個進(jìn)一步常見問題是，由于器件尺寸不斷縮減，處理參數(shù)容差不斷變窄。因?yàn)檫@些處性能參數(shù)容差向處理極限靠近，也就是向該工藝工具所具備的能力靠近，由所謂的參數(shù)成品率損失引起的成品率損失正變得越來越重要。這在圖I中示出，圖I展示了隨技術(shù)節(jié)點(diǎn)(特征尺寸)而變化的‘傳統(tǒng)的’缺陷限制的成品率和特征限制的成品率。相比于缺陷相關(guān)的成品率損失，這確立了參數(shù)成品率損失的增長的重要性。此外，消除所有系統(tǒng)性處理性能變化性的處理一般仍然會表現(xiàn)出小的但高度不可預(yù)見的處理性能變化性，從而導(dǎo)致殘留準(zhǔn)隨機(jī)的晶圓內(nèi)均一性參數(shù)及晶圓間均一性參數(shù)。剩下的另一個問題是，由于考慮到最可能的晶圓內(nèi)均一性，一般對工藝工具做最優(yōu)化處理，因此鑒于最可能的晶圓間均一性，更難于最優(yōu)化工藝步驟，而該晶圓內(nèi)均一性圖可能彼此不同?？紤]到上述缺點(diǎn)，很明顯需要一種用于制作半導(dǎo)體器件的方法，作為一個第一目標(biāo)，該方法提供了降低參數(shù)成品率損失的能力，尤其是在需要超出處理能力極限的處理容差時。此外，本發(fā)明的一個目的是提供一種用于制作半導(dǎo)體器件的方法，該器件能夠處理由于不可預(yù)知的處理性能變化性產(chǎn)生的準(zhǔn)隨機(jī)晶圓內(nèi)均一性參數(shù)及晶圓間均一性參數(shù)。本發(fā)明的另外一個目的是提供一種用于制作半導(dǎo)體器件的方法，不僅針對晶圓內(nèi)均一性參數(shù)也針對晶圓間均一性參數(shù)而最優(yōu)化該器件。
一般而言，本發(fā)明的一個目的是增加半導(dǎo)體器件生產(chǎn)中的加工成品率，以便最小化不符合規(guī)格或表現(xiàn)出不可靠電子性能的制造元件數(shù)量，并改善裝置性能參數(shù)分布。通過提供一種包括激光照射的方法，本發(fā)明滿足了上述目的，其中照射參數(shù)是根據(jù)一個前續(xù)處理步驟或一系列前續(xù)處理步驟中的至少一個處理性能參數(shù)來確定的。發(fā)明概述本發(fā)明涉及一種制作半導(dǎo)體器件的方法，包括以下步驟-使一個半導(dǎo)體襯底經(jīng)歷確定其至少一個處理性能參數(shù)一個處理步驟或一系列處理步驟； -并且利用具有多個激光照射參數(shù)的一個激光器照射該半導(dǎo)體襯底的一個區(qū)域；其特征在于根據(jù)至少一個處理性能參數(shù)來確定這些照射參數(shù)。附圖
簡要說明圖I展示了 IC設(shè)計(jì)中隨著技術(shù)節(jié)點(diǎn)而變化的成品率問題(來源Kohyama/Toshiba)。圖2展示了根據(jù)本發(fā)明的方法的一個實(shí)施方案。圖3示意性展示了根據(jù)本發(fā)明的一個方法的實(shí)例。發(fā)明描述根據(jù)本發(fā)明一個第一實(shí)施方案，提供了一種用于制作半導(dǎo)體器件的方法，包括以下步驟-使一個半導(dǎo)體襯底經(jīng)歷在該半導(dǎo)體襯底的一個區(qū)域中確定至少一個處理性能參數(shù)的一個處理步驟或一系列處理步驟；-并且利用具有多個激光照射參數(shù)的一個激光器照射該區(qū)域；其特征在于根據(jù)至少一個處理性能參數(shù)來確定這些照射參數(shù)。通過確定一個處理步驟或一系列處理步驟中的至少一個處理性能參數(shù)(圖2(a))，并且基于該處理性能參數(shù)來確定這些照射參數(shù)(圖2(b))，具有高于或低于容差的一個處理性能參數(shù)值的一個區(qū)域受到激光照射而進(jìn)行補(bǔ)償，以便獲得相應(yīng)的目標(biāo)參數(shù)值。顯然，這可以增加加工成品率并最小化不符合規(guī)格或表現(xiàn)為不可靠的電子性能的制造元件的數(shù)量。本發(fā)明的另外一個益處是它可用于精細(xì)調(diào)節(jié)已在容差范圍內(nèi)的處理性能參數(shù)，從而改善元件性能參數(shù)分布。此外，根據(jù)本發(fā)明的一種方法可具有降低參數(shù)成品率損失的能力。尤其是需要超過處理能力極限的處理參數(shù)容差時，可使用激光照射以補(bǔ)償并達(dá)到那些容差?；谝粋€或多個處理性能參數(shù)來確定這些照射參數(shù)的另一個益處是還可以補(bǔ)償不可預(yù)知的處理性能變化性。半導(dǎo)體襯底的激光照射用于例如為獲得再結(jié)晶的非晶硅的熱退火和/或摻雜物活化這樣的應(yīng)用是眾所周知的。這種技術(shù)通過實(shí)現(xiàn)局部快速熱處理提供了優(yōu)于傳統(tǒng)加熱處理的顯著優(yōu)點(diǎn)，US 2004/0115931中以實(shí)例進(jìn)行了說明，該專利申請描述了一種包括在一個半導(dǎo)體器件的一個或多個部分上進(jìn)行一次或多次低溫退火處理的方法，其中基于該半導(dǎo)體器件的退火部分的一個或多個期望特性來改變該處理。然而，在現(xiàn)有技術(shù)中從未建議基于另一處理步驟的處理性能變化或一系列處理步驟的累積處理性能變化而確定應(yīng)用于該半導(dǎo)體襯底的一個區(qū)域上的照射參數(shù)。
激光器的照射參數(shù)，例如波長、能量和脈沖持續(xù)時間，應(yīng)當(dāng)基于一個處理步驟或一系列處理步驟中的一個或多個處理性能參數(shù)而確定適配。優(yōu)選地，這可以通過調(diào)節(jié)激光器的輸出能量和/或脈沖寬度來實(shí)現(xiàn)。例如，如果該激光器是一個準(zhǔn)分子激光器，則可以改變施加在氣體放電上的電壓。照射參數(shù)直接影響被照射區(qū)域的加熱溫度、溫度預(yù)算、加熱深度或熔化深度，因此直接或間接地影響該區(qū)域的物理、尺寸、形態(tài)或電的特性，從而提供補(bǔ)償有限的處理能力或處理性能變化性的能力。在本發(fā)明的語境內(nèi)，半導(dǎo)體襯底的照射區(qū)域可以是適用于半導(dǎo)體應(yīng)用的任何材料，例如但不限于無摻雜硅、摻雜硅、植入硅、結(jié)晶硅、非結(jié)晶硅、矽鍺、氮化鍺、III-V族化合物半導(dǎo)體，例如氮化鎵、碳化硅等。在本發(fā)明一個實(shí)施方案中，所用的激光器可以是其波長、能量及脈沖持續(xù)時間可用于充分加熱和/或熔化半導(dǎo)體襯底的任意激光器，優(yōu)選地是準(zhǔn)分子激光，并且甚至更優(yōu)選地是氯化氙準(zhǔn)分子激光?！?yōu)選地，該激光器可以以近UV進(jìn)行照射，更優(yōu)選地具有308nm的波長。該激光照射可為脈沖激光照射，空間能量密度為O. I至6J/cm2、優(yōu)選地O. 2J/cm2至3J/cm2，并且傳遞脈沖能量為I至50焦耳。使用高能量激光允許利用各個激光脈沖處理大的區(qū)域。 脈沖持續(xù)時間在50至250納秒之間。激光光束點(diǎn)尺寸可以被適配為或甚至與待照射區(qū)域尺寸匹配，例如通過在激光光束路徑中使用一個可變光圈，通過使用帶有可變光束點(diǎn)放大的光學(xué)系統(tǒng)，或兩者的組合。該至少一個處理性能參數(shù)包括尺寸、形態(tài)、電的參數(shù)或其組合。尺寸參數(shù)可以是但不限于襯底厚度、沉積速率、蝕刻速率、植入深度、閘極長度及其等效均一性參數(shù)。形態(tài)參數(shù)可以是但不限于結(jié)晶度、晶粒大小、缺陷密度、晶格常量、應(yīng)力水平、松弛度及其等效均一性參數(shù)。電參數(shù)可以是但不限于植入密度、植入劑量、摻雜物濃度、活性摻雜物濃度、電阻率、薄層電阻及其均一性參數(shù)。在根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施方案中，該至少一個性能參數(shù)可以包括襯底內(nèi)非均一性參數(shù)。本根據(jù)發(fā)明的一個具體實(shí)施方案中，該至少一個性能參數(shù)可以包括襯底間非均一性參數(shù)。通過基于襯底間非均一性參數(shù)而確定照射參數(shù)，在進(jìn)行處理之前在半導(dǎo)體襯底上的分布(即分布圖)和襯底間處理性能參數(shù)變化性方面的處理參數(shù)變化得到了明確地考慮。因而，激光照射處理在遠(yuǎn)小于襯底尺寸的一個尺寸范圍上進(jìn)行適配，這不僅提供以分別確定的照射參數(shù)來照射襯底區(qū)域的能力，甚至提供精細(xì)調(diào)節(jié)區(qū)域內(nèi)處理性能參數(shù)的能力。在根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施方案中，提供了一種制作半導(dǎo)體器件的方法，其中可以在利用分別確定的照射參數(shù)照射每一個區(qū)域之前，以通用的照射參數(shù)對它們進(jìn)行初步照射。在根據(jù)本發(fā)明的另一個實(shí)施方案中，可順序地在每一個區(qū)域中確定該至少一個處理性能參數(shù)及這些照射參數(shù)優(yōu)選地，在這種情況下，激光照射設(shè)備本身將包括用于測量一個區(qū)域的處理性能參數(shù)值的裝置以及確定用于該區(qū)域的一組照射參數(shù)的計(jì)算裝置?？商娲夭⑶彝瑯尤鐖D2所示，基于該至少一個處理性能參數(shù)值的一種轉(zhuǎn)發(fā)圖樣來確定照射參數(shù)圖。在半導(dǎo)體襯底的每一區(qū)域上含有至少一個處理性能參數(shù)值的這種圖優(yōu)選地可以由專用測量設(shè)備進(jìn)行測量，該專用測量設(shè)備將該圖整體轉(zhuǎn)發(fā)至包括計(jì)算裝置的激光照射設(shè)備，以便為每個區(qū)域確定至少一組照射參數(shù)。在根據(jù)本發(fā)明的方法的一個具體實(shí)施方案中，使半導(dǎo)體襯底經(jīng)歷一個處理步驟或一系列處理步驟(在該半導(dǎo)體中的一個區(qū)域內(nèi)的確定其至少一個處理性能參數(shù))的步驟在照射該區(qū)域的步驟之后執(zhí)行，且該轉(zhuǎn)發(fā)圖樣是該至少一個處理性能參數(shù)的預(yù)估圖樣。圖2中展示了這種實(shí)施方案。本發(fā)明中的方法可用于制作半導(dǎo)體襯底，例如多種襯底及裝置，且可用于例如通過使一個區(qū)域再結(jié)晶，補(bǔ)償由例如沉積處理變化性引起的該區(qū)域中超出容差的 結(jié)晶度通過使一個區(qū)域再結(jié)晶，補(bǔ)償由例如植入操作而引起的該區(qū)域中超出容差的缺陷密度通過加熱并因此修改一個區(qū)域中的松弛度，補(bǔ)償該區(qū)域中超出容差的應(yīng)力通過加熱一個區(qū)域，補(bǔ)償該區(qū)域中超出容差的活性摻雜物濃度。通過額外調(diào)節(jié)適當(dāng)?shù)幕钚該诫s物濃度，補(bǔ)償由于尺寸參數(shù)變化引起的超出容差的裝置參數(shù)(例如，閾值電壓)參見圖I。補(bǔ)償硅光裝置的光學(xué)特性上的差異通過局部漫射而改變所接觸的合金組成，以補(bǔ)償矽化處理變化性。實(shí)例I :本發(fā)明的一個具體實(shí)施方案如下如圖3所示，通過一系列處理，即微影、包含干式蝕刻的柵定義、通過離子植入進(jìn)行摻雜、剝離及清洗，形成半導(dǎo)體器件的柵。最后執(zhí)行CD測量以確定柵長度臨界尺寸。兩個關(guān)鍵半導(dǎo)體器件參數(shù)是閾值電壓(VTO)和驅(qū)動電流(IDSAT)。VTO對許多參數(shù)變化非常敏感，特別是柵長度及多種摻雜濃度，其中柵長度直接取決于印刷的臨界尺寸(CD)及由于形成處理步驟的一系列柵的處理變化性導(dǎo)致的CD損失。由于影響VTO的摻雜濃度直接取決于植入劑量和退火條件，可通過適當(dāng)改變激光照射條件來補(bǔ)償柵CD的變化性，從而調(diào)節(jié)適當(dāng)?shù)幕钚該诫s物濃度。實(shí)例2 在實(shí)例I中根據(jù)先前的CD測量通過后續(xù)的激光摻雜物活化來補(bǔ)償柵CD中的變化性，作為對實(shí)例I中所描述方法的一種替代方法，還可以根據(jù)未來柵沉積處理變化性的估計(jì)，通過η-和P-阱區(qū)域中的激光摻雜物活化來補(bǔ)償柵CD中的變化性。
權(quán)利要求
1.一種制作半導(dǎo)體器件的方法，包括以下步驟 -使一個半導(dǎo)體襯底經(jīng)歷在該半導(dǎo)體襯底的一個區(qū)域中確定其至少一個處理性能參數(shù)的一個處理步驟或一系列處理步驟， -并且利用具有多個激光照射參數(shù)的一個激光器照射該區(qū)域； 其特征在于基于該至少一個處理性能參數(shù)來確定這些照射參數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中該至少一個處理性能參數(shù)包括尺寸、形態(tài)或電的參數(shù)，或其組合。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中該至少一個性能參數(shù)包括一個襯底內(nèi)非均一性參數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2至3所述的方法，其中該至少一個處理性能參數(shù)包括一個襯底間非均一性參數(shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其中對該半導(dǎo)體襯底的至少兩個區(qū)域進(jìn)行照射，并且其中為每個區(qū)域分別確定這些照射參數(shù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所示的方法，其中在利用分別確定的照射參數(shù)照射每個區(qū)域之前，以共同的照射參數(shù)初步地對其進(jìn)行照射。
7.根據(jù)權(quán)利要求I至6所述的方法，其中為每個區(qū)域順序地確定該至少一個處理性能參數(shù)和這些照射參數(shù)。
8.根據(jù)權(quán)利要求I至6所述的方法，其中根據(jù)該至少一個處理性能參數(shù)的轉(zhuǎn)發(fā)圖樣來確定照射參數(shù)的一個圖樣。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中使該半導(dǎo)體襯底經(jīng)歷在該半導(dǎo)體的一個區(qū)域上確定其至少一個處理性能參數(shù)的一個處理步驟或一系列處理步驟的步驟是在對該區(qū)域進(jìn)行照射的步驟之后進(jìn)行的，并且其中該轉(zhuǎn)發(fā)圖樣是該至少一個處理性能參數(shù)的一個預(yù)估圖樣。
10.如以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中這些照射參數(shù)是由一個裝置⑶確定的。
11.如以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中這些照射參數(shù)是由有待在該區(qū)域內(nèi)實(shí)現(xiàn)的摻雜物濃度和活性摻雜物濃度確定的。
12.如以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中這些照射參數(shù)是由有待在該區(qū)域中實(shí)現(xiàn)的應(yīng)力和松弛度確定的。
13.如以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中這些照射參數(shù)是由一個沉積層的厚度確定的。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種制作半導(dǎo)體器件的方法，包括以下步驟使一個半導(dǎo)體襯底經(jīng)歷在該半導(dǎo)體襯底的一個區(qū)域上確定其至少一個處理性能參數(shù)一個處理步驟或一系列處理步驟，并且利用具有多個激光照射參數(shù)的一個激光器照射該區(qū)域；其特征在于基于該至少一個處理性能參數(shù)來確定這些照射參數(shù)。
文檔編號H01L21/66GK102844852SQ201080054230
公開日2012年12月26日 申請日期2010年12月9日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月15日
發(fā)明者西蒙·雷克 申請人:愛克西可法國公司