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Gebiet der vorliegenden Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen das Gebiet der Herstellung von Halbleiterbauelementen und integrierten Schaltungen und betrifft insbesondere schnelle Aufheizprozesse, wie Laserheizprozesse, und die Steuerung derselben im Rahmen der Herstellung von Halbleiterbauelementen.
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Beschreibung des Stands der Technik
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In modernen integrierten Schaltungen wird eine sehr große Zahl einzelner Schaltungselemente, etwa Feldeffekttransistoren in Form von CMOS-, NMOS-, PMOS-Elementen, Widerständen, Kondensatoren und dergleichen auf einer einzelnen Chipfläche hergestellt. Typischerweise werden die Strukturgrößen dieser Schaltungselemente ständig bei der Einführung jeder neuen Schaltungsgeneration verringert, um damit aktuell verfügbare integrierte Schaltungen mit einem verbesserten Leistungsverhalten im Hinblick auf Geschwindigkeit und/oder Leistungsaufnahme bereitzustellen. Eine Verringerung der Größe der Transistoren ist ein wichtiger Aspekt für die weitergehende Verbesserung des Bauteilleistungsverhaltens in komplexen integrierten Schaltungen, etwa in CPUs. Die Verringerung der Größe geht typischerweise mit einer Erhöhung der Schaltgeschwindigkeit einher, wodurch das Signalverarbeitungsverhalten verbessert wird.
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Zusätzlich zu der großen Anzahl an Transistorelementen sind auch eine Vielzahl passiver Schaltungselemente, etwa Kondensatoren und Widerstände, typischerweise in einer integrierten Schaltung vorzusehen, wie dies durch den grundlegenden Schaltungsaufbau vorgegeben ist. Auf Grund der geringeren Abmessungen der Schaltungselemente wird nicht nur das Leistungsverhalten der einzelnen Transistorelemente verbessert, sondern es erhöht sich auch ihre Packungsdichte, wodurch die Möglichkeit gegeben ist, immer mehr Funktionen in eine gegebene Chipfläche einzubauen. Aus diesem Grunde wurden sehr komplexe Schaltungen entwickelt, die unterschiedliche Arten an Schaltungen aufweisen können, etwa Analogschaltungen, Digitalschaltungen und dergleichen, wodurch vollständige Systeme auf einem einzelnen Chip (SoC) bereitgestellt werden.
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In komplexen integrierten Schaltungen können Transistorelemente als wesentliche Schaltungselemente angesehen werden, die das gesamte Leistungsverhalten der Halbleiterbauelemente bestimmen. Im Zuge der fortschreitenden Verbesserung der Leistungsfähigkeit von Transistorelementen werden verschieden dotierte Regionen im (SOI)-Halbleitersubstrat, auf und in dem die Transistorelemente gebildet werden, ausgebildet. Die Aktivierung der Dotierstoffe erfolgt im Allgemeinen durch schnelle Aufheizproesse (rapid thermal anneal) beispielsweise mithilfe von Lasern (laser anneal). So werden in Hochleistungstransistoren einer bestimmten Klasse sehr flache Dotierstoffübergänge (ultra shallow junctions) in Kontakt mit den Source-/Draingebieten und teilweise unterhalb der Gateelektrode im Halbleitersubstrat vorgesehen. Eine Aktivierung der Dotierstoffe in diesen Übergängen, wie auch von Dotierstoffen in tiefen Source-/Drainregionen und Halogebieten, kann mithilfe eines sehr schnellen und lokalen Laseraufheizprozesses, dem sogenannten ,laser spike annealing' (LSA), erreicht werden, bei dem ein Laserstrahl über eine Zeitdauer von einigen Millisekunden oder weniger eingestrahlt wird. Es stellt sich hierbei jedoch das Problem, solche schnellen lokalen Laseraufheizprozesse, wie das LSA, exakt auszurichten, d. h., die Laserbelichtungsfläche exakt auf dem zu bearbeitenden Wafer zu positionieren. Nur eine genaue Ausrichtung von Wafer und Laserstrahl und Kontrolle über die geometrische Form und Zentrierung eines durch Laserannealing aufgeheizten Bereichs auf der Waferoberfläche erlaubt die verlässliche Aufheizung an, und nur an, der gewünschten Position. Zudem muss vermieden werden, dass der Laserstrahl auf eine Rand des Wafers trifft, da dieses zu einem Brechen des Wafers führen kann. Andererseits besteht ein wachsendes Bedürfnis, den Wafer so vollständig wie möglich zu verwenden, d. h. den Randausschuss zu minimieren.
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Herkömmlicherweise erfolgt die Überprüfung der aufgeheizten Bereiche und insbesondere der Übergangsbereiche von aufgeheizten und nicht aufgeheizten Bereichen auf dem Wafer per Augenscheinnahme des Wafers, nachdem er dem Heizprozess ausgesetzt worden war, oder mithilfe von Messungen des elektrischen Widerstands desselben beispielsweise unter Verwendung von 4-Punkt-Sonden. Hierbei wird genutzt, dass der elektrische Widerstand streng mit der Aufheiztemperatur der dem Aufheizen ausgesetzten Region des Wafers korreliert. Nachteilig ist die Augenscheinnahme wegen des erforderlichen Zeitaufwands und der naturgemäßen Ungenauigkeit bzw. des subjektiven Moments. Nachteilig ist das Widerstandsmessverfahren dahingehend, dass es zweitaufwändig ist und nur eine begrenzte Auflösung erlaubt.
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Angesichts der zuvor beschriebenen Situation betrifft die vorliegende Erfindung Techniken der Halbleiterherstellung unter Verwendung schneller Aufheizprozesse, wie (schnellen) Laserheizens und Blitzlichtheizens, und die Kontrolle von solchen Aufheizprozessen im Rahmen der Halbleiterherstellung.
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Zum Stand der Technik wird auf die Druckschriften
DE 10 2012 011 588 A1 sowie
US 2014/0 363 986 A1 verwiesen.
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Überblick über die Erfindung
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Im Allgemeinen stellt die vorliegende Erfindung Techniken im Rahmen der Herstellung von Halbleiterbauelementen bereit, die Laseraufheizprozesse, insbesondere solche mit einer Zeitdauer von maximal einigen Millisekunden, beispielsweise maximal einer Millisekunde, im Weiteren als ,laser spike annealing' (LSA) bezeichnet, umfassen. Insbesondere werden Verfahren zum Überwachen/Steuern derartiger Aufheizprozesse bereitgestellt. Der Aufheizprozess kann das aufgeheizte Material auf Temperaturen über 500°C oder 1000°C aufheizen, beispielsweise auf Temperaturen in dem Bereich von 500°C bis 1500°C, beispielsweise in dem Bereich von 800°C bis 1400°C.
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Es wird ein Verfahren zum Überwachen eines schnellen Aufheizprozesses, dem ein Halbleiter-Wafer unterzogen wird, bereitgestellt. Das Verfahren weist die Schritte des Ausführens des Aufheizprozesses für einen Bereich des Halbleiter-Wafers, (nachfolgend) Bestrahlens des Halbleiter-Wafers mit einem Laserstrahl, Detektierens von von dem Halbleiter-Wafer reflektiertem Licht des Laserstrahls, Erstellens von Haze-Daten(karten) auf der Grundlage des detektierten Lichts und Bestimmens von aufgeheizten (und ggf. nicht aufgeheizten), d. h. von dem Laserstrahl bestrahlten, Bereichen und/oder Übergangsbereichen zwischen aufgeheizten und nicht-aufgeheizten Bereichen des Halbleiter-Wafers auf der Grundlage der Haze-Daten auf. Mit dem Begriff „Haze” wird von der Oberfläche des Wafers reflektiertes/gestreutes Licht bezeichnet. Die Position und Form des vom Laseranneal betroffenen Bereichs kann mit gegenüber dem Stand der Technik verbesserter Genauigkeit bestimmt werden. Die genaue Position eines Übergangsbereichs von einem aufgeheizten zu einem nicht-aufgeheizten Bereich kann über die Änderung der Signalstärke der Haze-Daten bestimmt werden. Entsprechend der ermittelten Position können dann die Steuerparameter einer Laseranneal-Anlage so eingestellt werden, dass ein aufgeheizter-Bereich auf einem Produktionswafer exakt und mit gewünschter Form ausgebildet wird. Das Bestimmen der aufgeheizten Bereiche kann das Bestimmen von Eigenschaften derselben, wie beispielsweise die Gleichförmigkeit eines aufgeheizten Bereichs, umfassen.
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Prinzipiell genügt es, ein kleine Anzahl von Anneal-Streifen, etwa 1 bis 5 Anneal-Streifen, zur Bestimmung der aufgeheizten und nicht-aufgeheizten Bereiche beziehungsweise Übergangsbereichen bereitzustellen, um die Position und geometrische Form eines durch einen Laserannealvorgang auf einem Wafer aufgeheizte Fläche zu bestimmen und um so die Ausrichtung des Wafers zu der Laseranneal-Anlage optimieren zu können. Die oben genannten Verfahrensschritte werden also für einen Test-Wafer ausgeführt und Produkt-Wafer können aufgrund der mithilfe des Test-Wafers gewonnen Ergebnisse einem Annealing-Prozess mit genau zentrierten und kreisförmigen aufgeheizten Bereichen, die sich akkurat bis nahe an den Rande der kreisförmigen Produkt-Wafer erstrecken, unterzogen werden.
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Es hat sich herausgestellt, dass der Aufheizprozess die Oberflächeneigenschaften des Halbleiter-Wafers, beispielsweise eines Polysilizium-Wafers, derart ändert, dass die Detektion und Analyse von von der Oberfläche des Halbleiter-Wafers reflektiertem Licht zur Bestimmung der aufgeheizten Bereiche verwendet werden kann. Beispielsweise kann hierfür eine optische Inspektionsvorrichtung Verwendung finden, die herkömmlich zur Detektion von Schmutzpartikeln auf der Oberfläche von Halbleiter-Wafern genutzt wird. Der Halbleiter-Wafer kann dotiert werden, um die Detektion und Analyse des reflektierten Lichts zu erleichtern. Geeignete Dotiermittel hierfür sind Arsen, Polysilizium und Bor, wobei letzteres als besonders geeignet angesehen werden kann.
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Erfindungsgemäß erfolgt das Bestimmen der aufgeheizten Bereiche und insbesondere von Übergangsbereichen zwischen aufgeheizten und nicht-aufgeheizten Bereichen auf der Grundlage von Haze-Daten(karten), die basierend auf dem reflektierten Licht gewonnen werden können. Die Koordinaten erstellter Haze-Datenkarten können zum Bestimmen von Übergangsbereichen zwischen aufgeheizten und nicht-aufgeheizten Bereichen verwendet werden. Hierbei kann die Oberflächenrauigkeit, die mit der Bestrahlung korreliert ist, in einer Haze-Datenkarte kodiert sein (s. auch Beschreibung unten). Hier und im Weiteren können Haze-Daten als Maß der Oberflächenrauigkeit angesehen werden, es ist jedoch auch möglich, dass die Haze-Daten Zustandsänderungen des Materials, beispielsweise Änderungen des Brechungsindexes wiedergeben.
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Der Laserstrahl kann über den aufzuheizenden Bereich des Halbleiter-Wafer gescannt und in einem Wellenlängenbereich von beispielsweise 100 nm bis 800 nm abgestrahlt werden und insbesondere einen Laserstrahl aus Licht mit im Wesentlichen einer Wellenlänge in diesem Bereich darstellen. Der Lichtstrahl kann ein durch einen UV-Laser erzeugter Laserstrahl sein.
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Im Vergleich zu dem Verfahren zur Bestimmung aufgeheizter Bereich sowie nicht-aufgeheizter Bereiche beziehungsweise der Übergangsbereich zwischen diesen basierend auf Widerstandsmessungen, wie es oben als Stand der Technik beschrieben wurde, hat das erfinderische Verfahren die Vorteile höherer Auflösung, beispielsweise unterhalb von 50 μm oder 25 μm, deutlich höherer Geschwindigkeit und, dadurch dass keine Sonde die Waferoberfläche kontaktieren muss, der Vermeidung jeglicher mechanischer Belastung. Die höhere Auflösung kann durch Verwendung der Haze-Daten(karten) erreicht werden. Aufgrund der höheren Auflösungen kann eine bessere Wiederholbarkeit auf unterschiedlichen Anlagen und es kann eine bessere Kontrolle von Overlay-Fehlern erreicht werden. Die Wiederholbarkeit unvermeidlicher Overlay-Fehler, die durch LSA-Anlagen erzeugt werden, kann verbessert werden und die Streuung solcher Fehler (insbesondere zwischen verschiedenen LSA-Anlagen) kann verringert werden. Insbesondere kann somit ein vom Laseranneal betroffener Bereich eines Produktionswafers zentriert und in runder Form ausgebildet werden.
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In dem Verfahren kann das Ausführen des Aufheizprozesses das Bestrahlen des Bereichs des Halbleiter-Wafers mit einem Laser umfassen, wobei insbesondere das Aufheizen in Form eines ,laser spike annealing' erfolgt bei dem ein Aufheizen innerhalb einer Zeitdauer von einigen Millisekunden oder maximal einer Millisekunden erfolgen kann.
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Gemäß einer Weiterbildung kann das Verfahren das Bestimmen der geometrischen Form und Position einer durch den Aufheizprozess aufgeheizten Fläche des Halbleiter-Wafers auf der Grundlage des detektierten von dem Halbleiter-Wafer reflektierten Lichts umfassen. Hierdurch können die geometrische Form und Position einer durch einen Laser erzeugten Belichtungsfläche, falls ein Laser für den Aufheizprozess verwendet wird, bestimmt werden. Somit lässt sich eine Zentrierung und Anpassung der geometrischen Form erreichen.
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In den oben beschriebenen Verfahren kann das Detektieren von von dem Halbleiter-Wafer reflektiertem Licht das Detektieren von vor dem Aufheizprozess von dem Halbleiter-Wafer aufgrund einer ersten Bestrahlung reflektierten Licht und das Detektieren von nach dem Aufheizprozess von von dem Halbleiter-Wafer aufgrund einer zweiten Bestrahlung reflektiertem Licht umfasst. Eine Analyse des reflektierten Lichts kann dann einen Vergleich des vor dem Aufheizen detektierten Lichts mit dem nach dem Aufheizen detektierten Licht umfassen.
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Insbesondere die Oberflächenrauheit des Halbleiter-Wafers kann auf der Grundlage des detektierten von dem Halbleiter-Wafer reflektierten Lichts bestimmt werden, wobei das Bestimmen von den aufgeheizten (und ggf. nicht aufgeheizten) Bereichen des Halbleiter-Wafers auf der Grundlage der bestimmten Oberflächenrauheit erfolgt. Hierbei wird genutzt, dass die Oberflächenrauheit des Halbleiter-Wafers mit der Temperatur des Aufheizprozesses korreliert ist und somit aus dem detektierten Licht ein Maß für die Oberflächenrauheit gewonnen werden kann. Beispielsweise kann die Oberflächenrauheit in einer Haze-Datenkarte kodiert sein und das Bestimmen von den aufgeheizten (und ggf. nicht aufgeheizten) Bereichen des Halbleiter-Wafers auf der Grundlage der Haze-Datenkarte erfolgen. Hierbei wird aus dem detektierten von dem Halbleiter-Wafer reflektierten Licht für jeden untersuchten Punkt des Halbleiter-Wafers ein Haze-Signal gewonnen und es wird eine Kartierung des untersuchten Wafer-Bereichs mithilfe der Haze-Signale durchgeführt. „Haze” kann hierbei als Abnahme der Oberflächenglattheit verglichen mit einer ideal glatten Oberfläche definiert werden. Visuell ist ein Wafer mit einem großen durchschnittlichen Haze eher matt und mit einem kleinen durchschnittlichen Haze eher glänzend. Die Haze-Datenkarte kann so konditioniert werden, dass die Daten um ein Hintergrundrauschen bedingt durch eine natürliche Rauheit eines unbehandelten Halbleiter-Wafers bereinigt sind. Haze bedingt durch die natürliche Rauheit kann vorweg bestimmt werden und aus den gewonnenen Daten des reflektierten Lichts herausgefiltert werden. Wie bereits erwähnt können die aus dem reflektierten Licht bestimmte Haze-Daten jedoch auch Zustandsänderungen des Material, beispielsweise Änderungen des Brechungsindexes, darstellen.
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Basierend auf dem detektierten reflektierten Licht können mithilfe der genannten Haze-Datenkarten, Ungleichförmigkeiten eines durch den Laserstrahl bestrahlten Randbereichs des Halbleiter-Wafers und/oder von Ungleichförmigkeiten innerhalb eines Randbereichs eines Scanstreifens des Laserstrahls und/oder von Ungleichförmigkeiten in den Abständen benachbarter Scanstreifens des Laserstrahls bestimmt werden.
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Gemäß einer Weiterbildung erfolgt der Aufheizprozesses für den Bereich des Halbleiter-Wafers mit einer ersten Temperatur erfolgt und nachfolgend wird ein weiterer Ausheizprozess zumindest in einem Teilbereich des Bereichs des Halbleiter-Wafers mit einer zweiten Temperatur ausgeführt wird, wobei die zweite Temperatur kleiner oder größer als die erste Temperatur ist. Es hat sich herausgstellt, dass durch den zweifachen Aufheizvorgang der Signalabstand in den Haze-Daten im Übergangsbereich von einem aufgeheizten Bereich zu einem nicht-aufgeheizten Bereich deutlich verbessert werden und somit die Bestimmung des aufgeizten Bereichs auf der Grundlage der Haze-Daten verbessert werden kann.
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Gemäß einer Weiterbildung wird der Laserstrahl (in einem Streifen, es ergibt sich ein Anneal-Streifen) entlang einer ersten Linie gescannt, die sich über den Wafer in einer ersten Richtung erstreckt, und die den Bereich, für den der Aufheizprozess ausgeführt wird, kreuzt. Deutlich lassen sich entlang der Linie aufgeheizte von nicht aufgeheizten Bereichen unterscheiden. Der Laserstrahl kann entlang einer zweiten Linie gescannt wird, die sich über den Wafer in einer zweiten Richtung erstreckt, die senkrecht zu der ersten Richtung ist, und die den Bereich, für den der Aufheizprozess ausgeführt wird, kreuzt.
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Gemäß einer weiteren Weiterbildung kann das Detektieren von dem von dem Halbleiter-Wafer reflektierten Licht das Erzeugen von Detektionssignalen mit Signalamplituden umfassen, und es kann das Bestimmen von den aufgeheizten (und ggf. nicht aufgeheizten) Bereichen des Halbleiter-Wafers lediglich auf der Grundlage solcher Detektionssignale erfolgen, deren Amplitude unterhalb einer vorbestimmten Amplitudengrenze liegt, wobei insbesondere Detektionssignale mit Amplituden oberhalb der vorbestimmten Amplitudengrenze Kontaminationen des Halbleiter-Wafers mit Schmutzpartikeln anzeigen.
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Mit anderen Worten wird hierbei ein eher niederfrequenter Bereich des detektierten Spektrums zur Bestimmung der aufgeheizten bzw. nicht aufgeheizten Bereiche des Halbleiter-Wafers verwendet, während ein eher hochfrequenter Bereich des Spektrums den Nachweis der Anwesenheit von Schmutzpartikeln auf der Oberfläche des Halbleiter-Wafers erlaubt.
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Auf der Grundlage der durch die oben beschriebenen Verfahren gewonnenen Erkenntnisse können Aufheizprozesse an weiteren zu bearbeitenden Produktionswafern vorgenommen werden.
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Weiterhin wird ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauteils bereitgestellt. Das Verfahren umfasst die Schritte:
Bereitstellen eines Halbleiter-Wafers;
Bilden einer Schicht des Halbleiterbauteils in dem Wafer und/oder auf einer Oberfläche des Halbleiter-Wafers;
Aufheizen eines Bereichs der Schicht in einem schnellen Aufheizprozess;
Bestrahlen des Halbleiter-Wafers mit einem Laserstrahl, insbesondere mit einem Laser;
Detektieren von von dem Halbleiter-Wafer reflektiertem Licht des Laserstrahls;
Erstellen von Haze-Daten auf der Grundlage des detektierten Lichts;
Bestimmen von aufgeheizten und nicht aufgeheizten Bereichen des Halbleiter-Wafers auf der Grundlage der erstellten Haze-Daten; und
Anpassen des Aufheizprozesses, wenn die bestimmten aufgeheizten und/oder nicht aufgeheizten Bereiche vorbestimmten Kriterien nicht genügen, derart dass die geometrische Form und/oder Zentrierung einer von dem Laser (130) auf dem Halbleiter-Wafer bestrahlten Flache gewünscht gesteuert wird.
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Dieses Herstellungsverfahren kann die Schritte der oben beschriebenen Verfahren zum Überwachen/Steuern eines Aufheizprozesses umfassen. Der Halbleiter-Wafer kann ein SOI (silicon-on-insulator)- oder FDSOI(fully depleted silicon-on-insulator)-Halbleitersubstrat umfassen, das aus einem Halbleitsubstrat, einer darauf ausgebildeten vergrabenen isolierenden Schicht, etwa einer vergrabenen Oxidschicht, und einer darauf ausgebildeten Halbleiterschicht besteht. Das Halbleiterbauteil kann ein Transistorbauteil, beispielsweise einen FET, MOSFET, umfassen, und das Bilden der Schicht kann das Bilden einer dotierten Schicht eines Transistorbauteils und das Aufheizen des Bereichs der Schicht das Aktivieren von Dotierstoffen der dotierten Schicht umfassen. Die dotierte Schicht kann in einer Halbleiterschicht des Halbleiter-Wafers ausgebildet sein. Wiederum kann das Aufheizen in Form eines ,laser spike annealing' erfolgen.
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Das Anpassen des Aufheizprozesses kann ein Ändern der Form und/oder Position einer von einem Laser zum Aufheizen auf dem Halbleiter-Wafer bestrahlten Fläche umfassen. Dieses kann durch ein entsprechende Änderung/Anpassung einer zur Führung des Laserstrahls verwendeten Optik erfolgen.
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Weiterhin kann gemäß einer Weiterbildung das Herstellungsverfahren das Bestimmen von Kontaminationen des Halbleiter-Wafers mit Schmutzpartikeln auf der Grundlage des detektierten von dem Halbleiter-Wafer reflektierten Lichts umfassen. Es können aus demselben gewonnenen Spektrum des reflektierten Lichts einerseits Erkenntnisse über eine Verschmutzung des Halbleiter-Wafers und andererseits über die aufgeheizten Bereiche gewonnen werden. Hierbei können Signalwerte oberhalb einer vorbestimmten Grenze zur Teilchendetektion und unterhalb der vorbestimmten Grenze zur Bestimmung der aufgeheizten Bereiche verwendet werden.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Weitere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den angefügten Patentansprüchen definiert und gehen deutlicher aus der folgenden detaillierten Beschreibung hervor. Es zeigen:
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1 ein Flussdiagramm, das eine Ausführungsform eines Verfahrens der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
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2 eine beispielhafte Vorrichtung zum schnellen lokalen Laserheizen eines Bereichs eines Halbleiter-Wafers; und
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3 eine beispielhafte Vorrichtung zum Detektieren und Analysieren von von einem bestrahlten Halbleiter-Wafer reflektiertem Licht.
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4 zeigt einen gemäß einem beispielhaften Rezept bestrahlten Wafer, der aufgeheizte Bereiche und nicht-aufgeheizte Bereiche aufweist, die mithilfe von Haze-Datenkarten genau bestimmt werden können.
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Detaillierte Beschreibung
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Obwohl die vorliegende Erfindung mit Bezug auf die Ausführungsformen beschrieben ist, wie sie in der folgenden detaillierten Beschreibung sowie in den Zeichnungen dargestellt sind, sollte beachtet werden, dass die folgende detaillierte Beschreibung sowie die Zeichnungen nicht beabsichtigen, die vorliegende Erfindung auf die speziellen anschaulichen Ausführungsformen einzuschränken, sondern die beschriebenen anschaulichen Ausführungsformen stellen lediglich beispielhaft die diversen Aspekte der vorliegenden Erfindung dar, deren Schutzbereich hingegen ausschließlich durch die angefügten Patentansprüche definiert ist.
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Wie es vom Fachmann nach volltständiger Lektüre der vorliegenden Anmeldung deutlich erkannt wird, sind die vorliegenden Verfahren auf etliche Technologien, beispielsweise NMOS, PMOS, CMOS, usw., und etliche Bauteile einschließlich, ohne darauf beschränkt zu sein, logischer Bauteile, Speicherbauteile, usw., anwendbar.
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Die vorliegende Erfindung stellt Verfahren zum Überwachen/Steuern von Aufheizprozessen in der Halbleiterherstellung und Verfahren zur Herstellung von Halbleiterbauteilen unter Verwendung von Aufheizprozessen bereit. Die Oberfläche eines durch einen Aufheizprozess behandelten Halbleiter-Wafers wird mithilfe detektierter vom Halbleiter-Wafer nach Bestrahlung desselben mit Licht reflektierten Lichts analysiert. Mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen werden nunmehr anschauliche Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung detaillierter beschrieben.
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1 veranschaulicht in Form eines Flussdiagramms eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens. Ein Halbleiter-Wafer wird lokal einem schnellen Aufheizprozess unterzogen 10. Der schnelle Aufheizprozess kann ein laser spike annealing sein. Hierbei kann der Wafer ein Halbleitersubstrat aufweisen, über welchem eine Halbleiterschicht. Es kann eine vergrabene isolierende Schicht zwischen der Halbleiterschicht und dem Substrat vorgesehen sein, wodurch eine SOI-Konfiguration bereitgestellt wird. Das Substrat und die Halbleiterschicht können jeweils aus einem siliziumhaltigen Material hergestellt sein, in welchem auch andere Komponenten eingebaut sein können, wie etwa Germanium, Kohlenstoff, und dergleichen, um gewünschte elektronische Eigenschaften bereitzustellen.
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Nach Beenden des Aufheizprozesses wird die Oberfläche des Halbleiter-Wafers mit Licht bestrahlt 20. Beispielsweise erfolgt eine Bestrahlung durch Laserscannen, beispielsweise mit monochromem Licht mit einer Wellenlänge im Bereich von 100 nm bis 800 nm. Das Bestrahlen 20 kann mithilfe einer optischen Messvorrichtung erfolgen, die eine Lichtquelle, beispielsweise in Form eines Lasers, und eine Detektionseinrichtung zum Detektieren reflektierten Lichts umfasst. Das von der Oberfläche des bestrahlten Halbleiter-Wafers emittierte Licht wird detektiert 30 und analysiert. Der Aufheizprozess kann so auf der Grundlage des detektierten emittierten Lichts kontrolliert werden 40. Hierbei ist wesentlich, dass das emittierte Licht Informationen über die Oberfläche des Halbleiter-Wafers enthält. So kann das detektierte Licht gewandelt werden, die Informationen über die Rauigkeit der Oberfläche des Halbleiter-Wafers beinharten. Da beispielsweise die Rauigkeit mit der Temperatur des Aufheizprozesses korreliert ist, können so auf der Grundlage der Signale aufgeheizte bzw. nicht aufgeheizte Bereiche des Halbleiter-Wafers bestimmt werden. So weisen Gebiete, die während des Aufheizprozesses aufgeheizt wurden, einen größeren Haze also beispielsweise eine höhere Rauigkeit) auf als solche Gebiete die nicht aufgeheizt wurden. Unerwünschtes ungleichförmiges Aufheizen eines Zielgebiets, eine Defokussierung oder geometrische Verformung eines aufgeheizten Bereichs eines Wafers, etc. können so mithilfe der Daten des detektierten reflektierten Lichts (beispielsweise von Daten einer erstellten Haze-Karte eines untersuchten Bereichs des Halbleiter-Wafers) erkannt werden (zur Haze-Kartierung vgl. beispielsweise
WO 2004/105087 ). Die Haze-Daten können auch andere Eigenschaften als die Oberflächenrauigkeit, beispielsweise Zustandsänderungen des Materials, beispielsweise Änderungen im Brechungsindex wiederspiegeln.
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Aufgrund der bestimmten aufgeheizten und nicht-aufgeheizten Bereiche beziehungsweise der Übergangsbereiche zwischen diesen Bereichen kann der Anneal-Prozess für Produktionswafer durch eine entsprechende Einstellung der Parameter einer Laseranneal-Anlage so eingestellt werden, dass ein aufgeheizter-Bereich auf den Produktionswafer exakt und mit gewünschter Form ausgebildet wird. Im Produktionsvorgang kann so ein gut gesteuerter Annealprozess ausgeführt werden. Der Annealprozess kann der Aktivierung von Dotierstoffen im Rahmen der Herstellung eines Halbleiterbauteils auf und in dem Halbleiter-Wafer dienen. Beispielsweise kann er der Ausbildung von Halogebieten, tiefen Source-/Drain-Gebieten und/oder „ultra shallow junctions” im Rahmen der Herstellung von (MOS)FETs dienen.
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2 zeigt eine beispielhafte Vorrichtung zum schnellen lokalen Laserheizen eines Bereichs eines Halbleiter-Wafers, die in erfindungsgemäßen Verfahren Verwendung finden kann. Die in 2 gezeigt Vorrichtung kann zum Ausführen des in 1 gezeigten Schritts 10 verwendet werden. Die Vorrichtung umfasst eine bewegliche Bühne 100 mit einem Waferhalter 110, beispielsweise einem hot chuck, zum Halten eines Halbleiter-Wafers 120, der lokal dem Aufheizprozess zu unterziehen ist.
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Das Aufheizen erfolgt mithilfe eines Lasers 130, beispielsweise eines CO2-Lasers. Das von dem Laser 130 ausgestrahlte Licht wird über eine Optik 140 auf den Halbleiter-Wafer 120 gerichtet. Von dem Halbleiter-Wafer 120 emittiertes Licht wird mit einem Detektor 150 detektiert. Der Detektor 150 ist mit einer Verarbeitungseinrichtung 160 verbunden, die auf der Grundlage der von dem Detektor 150 gelieferten Daten eine Temperatur des durch den Laser 130 bestrahlten Bereichs des Halbleiter-Wafer 120 bestimmt und Daten über die bestimmte Temperatur an eine Steuerungseinrichtung 170 liefert. Die Steuerungseinrichtung 170 steuert in rückgekoppelter Weise auf der Grundlage der von der Verarbeitungseinrichtung 160 erhaltenen Daten über die bestimmte Temperatur den Laser 130.
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3 zeigt eine Messvorrichtung die in erfindungsgemäßen Verfahren Verwendung finden kann. Die in 2 gezeigt Messvorrichtung kann zum Ausführen der in 1 gezeigten Schritte 20, 30 und 40 verwendet werden. Die Messvorrichtung umfasst eine Bühne 200 mit einem Waferhalter 210 zum Halten eines zu untersuchenden Halbleiter-Wafers 220. Ein Laserstrahl L wird auf den Halbleiter-Wafer 220 mithilfe einer nicht gezeigten Optik gerichtet. Der Laserstrahl L kann so geführt werden, dass er senkrecht (90°) auf die Oberfläche des Halbleiter-Wafers 220 trifft, oder er kann so geführt werden, dass er in einem endlichen schrägen Winkel zwischen 0° und 90° auf die Oberfläche des Halbleiter-Wafers 220 trifft.
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Die Messvorrichtung umfasst weiterhin einen Linsenkollektor 230 zum Sammeln von von der Oberfläche des Halbleiter-Wafers 220 reflektiertem Licht. Zusätzlich kann ein elliptischer Kollektor oberhalb des Halbleiter-Wafers 220 und den Linsenkollektor 230 umgebend vorgesehen sein. Das durch den Linsenkollektor 230 gesammelte reflektierte Licht gelangt über Blenden 240 und einem optionalen Polarisator zu einem Detektor 250. Der Detektor 250 kann ein Dunkelfeldkollektor sein. Der Detektor 250 ist mit einer Datenverarbeitungseinrichtung 260 verbunden, die die von dem Detektor 250 gelieferten Daten zur Analyse verarbeitet und das Ausführen des in 1 gezeigten Schritts 40 ermöglicht. Auf der Grundlage der von dem Detektor 250 gelieferten Daten können mithilfe der Datenverarbeitungseinrichtung 260 Haze-Datenkarten erstellt und aufgeheizte Bereiche des Halbleiter-Wafers 220 bestimmt werden. Für eine Haze-Datenkarte kann ein Linescan entlang einer zuvor festgelegten Linie ausgeführt werden (d. h. die Daten der Haze-Datenkarte werden entlang der festgelegten Linie ausgelesen), und die Daten des Linescans (die Haze-Niveaus entlang der Linie) können zum Bestimmen von aufgeheizten und nicht-aufgeheizten Bereichen beziehungsweise Übergangsbereichen zwischen aufgeheizten und nicht-aufgeheizten Bereichen verwendet werden. Der Abstand eines aufgeheizten Bereichs vom Rand kann genau bestimmt werden. Je nach Rezeptur können beispielsweise ein oder mehrere Anneal-Streifen durch den Laser auf dem Wafer erzeugt werden und der Linescan kann sowohl entlang als auch senkrecht zu dem oder den Streifen erfolgen. Je nach Rezeptur können kreisbogenförmige Anneal-Streifen in Randbereichen des Wafers durch den Laser erzeugt werden und der Linescan kann auch hier sowohl entlang als auch senkrecht zu den Streifen erfolgen. Ein Tiefpassfilter kann Anwendung finden, um das Signal-zu-Rausch-Verhältnis zu erhöhen.
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Zum Erstellen der Haze-Kartendaten kann eine herkömmliche Teilchenmessvorrichtung verwendet werden.
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4 zeigt zur Veranschaulichung einen gemäß einem beispielhaften Rezept bestrahlten Wafer, der aufgeheizte Bereiche B, die bogenförmige aufgeheizte Bereiche und horizontale Streifen umfassen, und nicht-aufgeheizte Bereiche U aufweist, die (beziehungsweise die Übergänge zwischen ihnen) mithilfe von Haze-Datenkarten genau bestimmt werden können. Die oben genannten Linescanes können entlang von vertikalen und horizontalen Linien durchgeführt werden, die sich zwischen den Markierungen M erstrecken. Eine Justage einer Laseranneal-Anlage kann auf der Grundlage der mithilfe des gezeigten bestrahlten Wafers gewonnen Erkenntnisse über die genaue Position bestrahlten Bereiche B erfolgen. In der gezeigten Rezeptur, aber auch in jeder anderen als geeignet angesehenen Rezeptur, kann in jedem oder in einigen Anneal-Streifen ein zweifacher Annealing-Prozess ausgeführt werden. Ein erster Annealing-Prozess erfolgt mit einer ersten Temperatur, beispielsweise von ungefähr 1100°C, und innerhalb des so ausgebildeten Streifens erfolgt ein zweiter Annealing-Prozess mit einer zweiten Temperatur, beispielsweise von ungefähr 1230°C. Alternativ kann der erste Annealing-Prozess mit einer höheren Temperatur als der zweite ausgeführt werden. Durch den zweifachen Annealing-Prozess wird ein größerer Signalabstand der Haze-Messdaten in Übergangsbereichen zwischen aufgeheizten Bereichen B und nicht-aufgeheizten Bereichen U erreicht (d. h. die Haze-Datenwerte von aufgeheizten Bereichen B sind deutlicher von den Haze-Datenwerte von nicht-aufgeheizten Bereichen U verschieden), wodurch die exakte Positionsbestimmung dieser Übergangsbereiche weiter verbessert wird.
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Als weitere Modifizierung oder Variation der vorliegenden Erfindung kann die Reihenfolge der beschriebenen Herstellungsschritte geeignet variiert oder kombiniert werden.
