DE10208164A1

DE10208164A1 - Ein Verfahren und ein System zum Steuern einer elektrischen Eigenschaft eines Feldeffekttransistors

Info

Publication number: DE10208164A1
Application number: DE10208164A
Authority: DE
Inventors: Jan Raebiger; Andre Holfeld; Dirk Wollstein
Original assignee: Advanced Micro Devices Inc
Current assignee: GlobalFoundries Inc
Priority date: 2002-02-26
Filing date: 2002-02-26
Publication date: 2003-09-11
Anticipated expiration: 2022-02-27
Also published as: US6821859B2; DE10208164B4; US20030162341A1

Abstract

Es sind Verfahren und Systeme offenbart, die eine Einstellung einer elektrischen Eigenschaft eines Feldeffekttransistors während dessen Herstellung erlauben. Ein Herstellungsvorgang, der in der Herstellung nach dem Gate-Elektrodenbildungsschritt liegt, wird in Abhängigkeit von der gemessenen Gate-Länge so gesteuert, dass eine Abweichung der gemessenen Gate-Länge zumindest teilweise durch einen nachfolgenden Prozessschritt kompensiert wird, um die elektrische Eigenschaft des fertiggestellten Feldeffekttransistors innerhalb spezifizierter Toleranzen zu halten. In einer speziellen Ausführungsform wird die effektive Gate-Länge, die als der seitliche Abstand leicht dotierter Gebiete definiert ist, so gesteuert, um diese im Wesentlichen beizubehalten. Ferner ist eine Steuerung offenbart, die die Herstellung eines Feldeffekttransistors auf einer Durchlauf-zu-Durchlauf-Basis ermöglicht, durch welche Schwankungen der Gate-Länge zumindest teilweise kompensiert werden.

Description

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der Herstellung von Halbleiterelementen einschließlich von Feldeffekttransistoren (FET), etwa von NMOS-Transistorelementen und PMOS-Transistorelementen, und betrifft insbesondere ein Verfahren und ein System für das verbesserte Steuern des Herstellungsprozesses von Feldeffekttransistoren, um in zuverlässigerer Weise eine elektrische Eigenschaft der fertigen Elemente zu stabilisieren.

Beschreibung des Stands der Technik

Die Abmessungen moderner integrierter Schaltungen werden ständig kleiner, wobei gleichzeitig eine verbesserte Bauteilleistungsfähigkeit und eine erhöhte Schaltungsdichte bereitgestellt wird. Beide Vorteile werden hauptsächlich dadurch erhalten, dass die Strukturgrößen der einzelnen Feldeffekttransistorelemente, etwa von MOS-Transistoren, stetig verkleinert werden, wobei kritische Dimensionen, d. h. minimale Strukturgrößen, die auf das Substrat reproduzierbar übertragen werden, gegenwärtig einen Bereich von 0.1 µm erreichen, wobei eine weitere Verkleinerung in der Zukunft erwartet werden kann. Die Herstellung modernen integrierter Schaltungen mit äußerst hoher Packungsdichte erfordert ungefähr 500 einzelne Prozessschritte, wobei einer der am kritischsten Schritte die Herstellung der Gate-Elektrode der Feldeffekttransistoren ist. Die Gate- Elektrode steuert durch Anlegen einer geeigneten Steuerspannung, etwa 2-3 Volt oder weniger in modernen CPUs, den Stromfluss durch einen Kanal, der sich unter einer dünnen Gate-Isolierschicht bildet, die die Gate-Elektrode von dem darunterliegenden Halbleitergebiet trennt. Im Allgemeinen ist die Gate-Elektrode so gestaltet, dass diese eine Breitendimension in der Größenordnung von Mikrometer und eine Längendimension, die ebenso als Gate-Länge bezeichnet wird, gegenwärtig in der Größenordnung von 0.1 Mikrometer aufweist. Diese Gate-Länge, die die hochdotierten Source- und Drain- Gebiete des Feldeffekttransistors trennt, beeinflusst in signifikanter Weise die Bauteilleistungsfähigkeit hinsichtlich der Signalausbreitungszeit und des Stromflusses durch das Source und das Drain. Das Verringern der Gate-Länge auf eine Größe von ungefähr 0.1 µm erfordert einen hohen Aufwand, um eine entsprechende Lithografietechnik und eine fortgeschrittene Ätzschrumpfmethode zu etablieren, wobei eine Abweichung von einem Sollwert der Gate-Länge deutlich zu einer Änderung der elektrischen Eigenschaften des fertiggestellten Transistorelements beiträgt. Insbesondere der Durchlassstrom und der Sperrstrom, d. h. der Strom, der fließt, wenn ein leitender Kanal zwischen dem Source- und dem Drain-Gebiet gebildet ist, und der Strom, der fließt, wenn der leitende Kanal nicht gebildet ist, sowie die Schaltgeschwindigkeit werden deutlich durch die Gate-Länge beeinflusst.

Im Allgemeinen führt eine reduzierte Gate-Länge zu einem erhöhten Durchlassstrom und zu einer erhöhten Schaltgeschwindigkeit des Transistorelements. Gleichzeitig steigt jedoch der Sperrstrom, d. h. der unerwünschte Leckstrom, ebenso mit einer kleiner Gate- Länge aufgrund eines erhöhten elektrischen Feldes in der Nähe der Gate-Elektrode an. Folglich kann eine reduzierte Gate-Länge im Vergleich zum Sollwert trotz der Verbesserung der Geschwindigkeit des Transistorelements zu einer geringeren Ausbeute der fertigen Transistorelemente aufgrund des angestiegenen und somit nicht tolerierbaren Leckstroms führen. Andererseits verbessert eine größere Gate-Länge im Vergleich zum Sollwert die Transistoreigenschaften hinsichtlich des Leckstroms, zieht aber einen geringeren Durchlassstrom und eine kleinere Geschwindigkeit des Transistors nach sich. Folglich müssen Schaltungsentwickler die Schwankung der elektrischen Eigenschaften der einzelnen Transistorelemente berücksichtigen. Ansonsten müsste der Bereich der zulässigen Gate-Längen sehr strikt festgelegt werden, wodurch die Produktionsausbeute deutlich verringert wird und damit ein erheblicher Beitrag zu den Gesamtproduktionskosten entstünde.

Angesichts der zuvor genannten Probleme wäre es äußerst wünschenswert, die elektrischen Eigenschaften, etwa den Durchlassstrom und den Sperrstrom, die Schaltgeschwindigkeit und dergleichen während der Herstellung der Feldeffekttransistoren steuern zu können, um die Ausbeute und die Reproduzierbarkeit der Elemente zu verbessern.

Überblick über die Erfindung

Im Allgemeinen richtet sich die vorliegende Erfindung an ein Verfahren und an ein System zum Steuern der Prozessablaufparameter für einen Feldeffekttransistor auf der Basis einzelner Prozessdurchläufe durch zumindest teilweises Kompensieren der Änderung der Gate-Länge, die von einem oder mehreren der Prozessparameter eines nachfolgenden Prozesses hervorgerufen wird, die dazu tendieren, die Wirkung der Gate- Längenschwankungen auf eine betrachtete elektrische Eigenschaft zu verschieben.

Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst ein Verfahren zum Steuern einer elektrischen Eigenschaft eines Feldeffekttransistors während dessen Herstellung das Bereitstellen eines Substrats mit einer darin gebildeten Gate-Elektrode, die eine Längsrichtung und eine Breitenrichtung definiert. Ferner wird ein empirischer Wert bestimmt, der für eine Ausdehnung der Gate-Elektrode in der Längsrichtung indikativ ist. Des Weiteren umfasst das Verfahren das Vervollständigen des Feldeffekttransistors durch a) Bilden eines ersten Abstandselements benachbart zu der Gate-Elektrode; b) Implantieren von Ionen in das Substrat, um leicht dotierte Gebiete benachbart zu der Gate-Elektrode zu bilden; c) Bilden eines zweiten Abstandselements benachbart zu dem ersten Abstandselement; und d) Implantieren von Ionen in das Substrat, um ein Source- und ein Drain-Gebiet zu bilden. Dabei wird zumindest ein Prozessparameter zum Steuern zumindest einer der Prozessschritte a) bis d) auf der Basis des empirischen Wertes gesteuert.

In einer weiteren anschaulichen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst ein Verfahren zum Steuern einer elektrischen Eigenschaft eines Feldeffekttransistors während dessen Herstellung das Bilden einer Gate-Elektrode des Feldeffekttransistors, wobei die Gate-Elektrode eine Breitenrichtung und eine Längsrichtung definiert. Ferner umfasst das Verfahren das Ermitteln eines empirischen Wertes, der für eine Gate-Länge der Gate-Elektrode indikativ ist, und das Bilden eines Abstandselements benachbart zu der Seitenwand der Gate-Elektrode, wobei zumindest ein Prozessparameter während der Bildung des Abstandselements gesteuert wird. Dabei wird das Steuern so durchgeführt, dass eine maximale Ausdehnung des Abstandselements in der Längsrichtung vergrößert wird, wenn der empirische Wert anzeigt, dass die Gate-Länge kleiner als ein vordefinierter Sollwert ist, und so, dass die maximale Ausdehnung verringert wird, wenn der empirische Wert anzeigt, dass die Gate-Länge den vordefinierten Sollwert übersteigt.

Gemäß einer weiteren anschaulichen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst ein Verfahren zum Entwickeln eines jeden einzelnen Prozessablauf beschreibenden Modells zum Steuern einer elektrischen Eigenschaft eines Feldeffekttransistors das Bestimmen einer ersten Vielzahl experimenteller Werte, wobei jeder für eine Gate- Länge des herzustellenden Feldeffekttransistors indikativ ist. Des Weiteren wird für jeden der ersten experimentellen Werte ein zweiter experimenteller Wert bestimmt, der für zumindest eine elektrische Eigenschaft des Feldeffekttransistors indikativ ist. Ferner umfasst das Verfahren das Spezifizieren zumindest eines zulässigen Sollwertes für die Gate-Länge des Feldeffekttransistors auf der Grundlage der ersten und zweiten experimentellen Werte.

In einer weiteren anschaulichen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst ein Verfahren zum Steuern einer effektiven Gate-Länge eines Feldeffekttransistors das Bereitstellen eines Substrats mit einer darin ausgebildeten Gate-Elektrode, die eine Längsrichtung und eine Breitenrichtung definiert. Ferner wird eine Ausdehnung der Gate-Elektrode in der Längsrichtung durch Messung bestimmt. Des Weiteren umfasst das Verfahren das Bilden dotierter Gebiete benachbart zu der Gate-Elektrode, wobei ein Implantationsprofil in Übereinstimmung mit der Ausdehnung der Gate-Elektrode, die zuvor bestimmt wurde, gesteuert wird.

In einer weiteren Ausführungsform umfasst ein System zum Steuern einer elektrischen Eigenschaft eines Feldeffekttransistors während der Herstellung des Feldeffekttransistors eine vorwärtsgekoppelte Steuerung, die ausgebildet ist, Messergebnisse zu empfangen, die eine Gate-Länge einer auf einem prozessierten Substrat gebildeten Gate- Elektrode kennzeichnen, und um zumindest ein Steuersignal an eine Prozessanlage, die zur Herstellung des Feldeffekttransistors verwendet wird, nachdem die Gate- Elektrode gebildet ist, ausgibt. Ferner umfasst das System eine Kommunikationsleitung, die ausgebildet ist, Messsignale zu der Vorwärtskopplungssteuerung zu übertragen und zumindest ein Steuersignal für die Prozessanlage bereitzustellen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Weiter Vorteile, Aufgaben und Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den angefügten Patentansprüchen definiert und gehen aus der folgenden detaillierten Beschreibung besser hervor, wenn diese mit Bezug zu den begleitenden Zeichnungen studiert wird; es zeigen:
Fig. 1 schematisch einen herkömmlichen Prozessablauf beim Herstellen eines Feldeffekttransistors;
Fig. 2 Messergebnisse, die die Abhängigkeit zwischen der Gate-Länge und dem Durchlassstrom von Feldeffekttransistoren zeigen;
Fig. 3 schematisch das grundlegende Konzept zum Steuern einer elektrischen Eigenschaft eines Feldeffekttransistors gemäß einer anschaulichen Ausführungsform;
Fig. 4 schematisch ein System zur Implementierung einer Steuerung auf der Grundlage individueller Prozessdurchläufe im Prozessablauf zur Herstellung eines Feldeffekttransistors; und
Fig. 5 schematisch ein System zum Steuern einer elektrischen Eigenschaft eines Feldeffekttransistors durch Einstellen eines oder mehrerer Prozessparameter von Prozessschritten, die auf die Gate-Herstellung folgen.

Detaillierte Beschreibung

Anzumerken ist, dass obwohl die vorliegende Erfindung mit Bezug zu den Ausführungsformen beschrieben ist, wie sie in der folgenden detaillierten Beschreibung dargestellt sind, wird durch die detaillierte Beschreibung nicht beabsichtigt, die vorliegende Erfindung auf die speziellen offenbarten Ausführungsformen zu beschränken; die beschriebenen Ausführungsformen stellen vielmehr beispielhaft die diversen Aspekte der vorliegenden Erfindung dar, deren Schutzbereich durch die angeführten Patentansprüche definiert ist.
Im Allgemeinen beruht die vorliegende Erfindung auf der Kenntnis der Erfinder, dass eine beliebige Änderung der Gate-Länge während der komplexen Prozessschritte zur Herstellung einer Gate-Elektrode eines Feldeffekttransistors zumindest teilweise durch einen oder mehrere nachfolgende Prozessschritte kompensierbar sind, in denen die Prozessparameter zuverlässig und reproduzierbar einstellbar sind.
Mit Bezug zu Fig. 1 werden nunmehr die einzelnen Prozessschritte in einem typischen Prozessablauf zur Herstellung eines Feldeffekttransistors, etwa eines MOS-Transistors kurz erläutert.
In Fig. 1 beschreibt ein erster Prozessschritt 110, der ebenso als STI (Flachgrabenisolation) bezeichnet wird, ein Herstellungsstadium, in dem Flachgrabenisolationen 111, beispielsweise Siliciumdioxid umfassend, in einem Halbleitersubstrat 112 gebildet werden, um ein aktives Gebiet 113 zu definieren, in dem ein Feldeffekttransistor herzustellen ist.
Als nächstes kennzeichnet ein Prozessschritt 120, der auch als Kanalimplantation bezeichnet wird, ein Herstellungsstadium, in dem das Substrat 112 einem Ionenstrahl 121 ausgesetzt wird, um eine spezifizierte Dotierkonzentration in dem aktiven Gebiet 113, die geeignet ist, die erforderlichen Kanaleigenschaften hinsichtlich der Ladungsträgerkonzentration, der Beweglichkeit und dergleichen des herzustellenden Feldeffekttransistors zu erreichen, zu implantieren.
Anschließend wird im Schritt 130, der auch als Gate-Herstellung bezeichnet wird, eine Gate-Isolierschicht 131 auf dem aktiven Gebiet 113 gebildet und eine Gate-Elektrode 132 wird auf der Gate-Isolierschicht 131 aus einer Polysiliciumschicht strukturiert. Die Gate-Elektrode 132 definiert eine Breitenrichtung (nicht gezeigt), die senkrecht zur Zeichenebene in Fig. 1 ist, und eine Längsrichtung in der Zeichenebene, die im Wesentlichen parallel zu der Oberfläche des aktiven Gebiets 113 verläuft. Eine Ausdehnung der Gate-Elektrode 132 in der Längsrichtung, wie sie durch die Pfeile 133 angezeigt ist, wird ferner auch als Gate-Länge bezeichnet. Anschließend wird im Prozessschritt 140, der ferner auch als Abstandselement 0 bezeichnet wird, ein Abstandselement 141, das häufig auch als Seitenwandabstandselement bezeichnet wird, benachbart zu der Gate- Elektrode 132 an deren Seitenwänden gebildet. Das Abstandselement 141 weist ein dielektrisches Material auf, etwa Siliciumdioxid oder Siliciumnitrid. Typischerweise beinhaltet das Ausbilden des Abstandselements 141 das ganzflächige Abscheiden des dielektrischen Materials und das nachfolgende Entfernen des dielektrischen Materials mittels eines selektiven anisotropen Ätzprozesses, wobei die anfängliche Schichtdichte des dielektrischen Materials und/oder die Stufenbedeckung des dielektrischen Materials über der Gate-Elektrode 132 und/oder die Überätzzeit, d. h. die Ätzzeit nachdem das dielektrische Material im Wesentlichen vollständig von der Oberseite der Gate-Elektrode 132 und den Oberflächenbereichen des aktiven Gebiets 113, die von der Gate- Elektrode 132 beabstandet sind, entfernt worden ist, eine endgültige maximale Ausdehnung 142 des Abstandselements 141, d. h. in Fig. 1 eines unteren Bereichs des Abstandselements 141 in der Längsrichtung bestimmt. Für gewöhnlich sind die Prozessparameter für das Abscheiden des dielektrischen Materials, das Einstellen der Stufenbedeckung und das Durchführen des anisotropen Ätzens relativ gut bekannt und gut steuerbar, so dass die maximale Ausdehnung 142 des Abstandselements 141 gut einstellbar ist.
Anschließend wird im Schritt 150 eine Ionenimplantation ausgeführt, die durch die Pfeile 151 gekennzeichnet ist, mit einer moderaten Dosis und mit einem geeigneten Ionentyp, um leicht dotierte Gebiete 152 benachbart zu der Gate-Elektrode 132 zu bilden. Dies wird manchmal als Extensionsimplantationsprozess bezeichnet. Anzumerken ist, dass das Abstandselement 141 als eine Implantationsmaske während des Implantationsschritts dient und damit das Implantationsprofil der leicht dotierten Gebiete 152 beeinflusst. Ferner ist anzumerken, dass obwohl das Abstandselement 141 als eine Implantationsmaske dient, sie nicht verhindert, dass keine implantierten Ionen in das Gebiet unterhalb des Abstandselements 141 eindringen, wie dies in Fig. 1 dargestellt ist. Der Grund dafür liegt darin, dass die Ionen der Diffusion unterliegen, wenn sie in das aktive Gebiet 113 eingedrungen sind, insbesondere, da später eine Wärmebehandlung durchgeführt wird, um implantierte Ionen zu aktivieren und um Schäden an der Gitterstruktur des Substrats auszuheilen.
Anschließend wird im Schritt 160 ein zweites Abstandselement 161, das auch als Abstandselement 1 bezeichnet wird, benachbart zu den Seitewänden der Gate-Elektrode 132 gebildet, wobei das zweite Abstandselement 161 aus dem gleichen Material wie das Abstandselement 141 gebildet sein kann oder nicht, und die Herstellung des zweiten Abstandselements 161 kann im Wesentlichen die gleichen Prozessschritte beinhalten, wie dies zuvor mit Bezug zu dem Abstandselement 141 erläutert ist.
Im Schritt 170, der auch als SD-Implantation bezeichnet wird, wird ein Ionenimplantationsvorgang ausgeführt, der durch die Pfeile 171 gekennzeichnet ist, um Source- und Drain-Gebiete 172 in dem aktiven Gebiet 113 zu bilden. Ebenso wie das Abstandselement 141 dient das zweite Abstandselement 161 als eine Implantationsmaske, um die Anzahl der in das Gebiet unterhalb des zweiten Abstandselements 161 liegende Gebiet eindringenden Ionen zu verringern. Wie zuvor erläutert ist, wird eine Wärmebehandlung durchgeführt, um die implantierten Ionen in den leicht dotierten Gebieten 152 und dem Drain- und Source-Gebiet 172 zu aktivieren.
Im Schritt 180, der auch als Silicid/Metall bezeichnet wird, werden Silicidgebiete 181 auf den Oberflächenbereichen der Drain- und Source-Gebiete 172 und der Gate-Elektrode 131 gebildet, um ein Feldeffekttransistorelement 182 fertigzustellen. Ferner kann eine Isolierschicht (nicht gezeigt) über dem Feldeffekttransistor 182 mit über den Drain- und Source-Gebieten 172 gebildeten Öffnungen hergestellt werden, um Metallanschlüsse (nicht gezeigt) zur Bereitstellung eines elektrischen Kontakts zu dem Feldeffekttransistor 182 aufzunehmen.
Zur Bewertung der elektrischen Eigenschaften des Feldeffekttransistors 182 kann zumindest eine der folgenden Eigenschaften gemessen werden: der Durchlassstrom (Treiberstrom), die Anstiegs- und Abfallzeit, wenn ein entsprechendes Signal an die Gate-Elektrode angelegt wird, und die Frequenz eines Oszillators, in dem ein oder mehrere Feldeffekttransistoren 182 einen Teil dieses Oszillators bilden. Ein häufig verwendeter Oszillator zum Testen von Halbleiterschaltungen ist ein Ringoszillator, in dem mehrere Stufen seriell miteinander gekoppelt sind und ein Signal von dem Ausgang zu dem Eingang der Schaltung positiv zurückgekoppelt wird. Ein typischer Ringoszillator kann mehrere Inverterstufen umfassen, wobei jede Inverterstufe ein Paar komplementärer MOS- Transistoren aufweist. Diesbezüglich sollte darauf hingewiesen werden, dass im Hinblick auf die oben bezeichneten elektrischen Eigenschaften sich PMOS-Transistoren im Wesentlichen wie NMOS-Transistoren verhalten mit der Ausnahme, dass der Transistordurchlassstrom des POMOS-Transistors kleiner ist als der eines NMOS-Transistors mit vergleichbarer Transistorgröße aufgrund der verschiedenen Ladungsträgerart. Obwohl daher der Prozessablauf in Fig. 1 und in den folgenden Figuren mit Bezug zu einem NMOS-Transistor beschrieben ist, gilt die Erläuterung ebenso für PMOS-Transistoren und Komplementärtransistorpaare, wenn der Unterschied im Durchlassstrom der diversen Transistortypen berücksichtigt wird. Zum Beispiel können experimentelle Daten für Komplementärtransistorpaare bewertet werden, indem ein Durchlassstrom definiert wird, der die Summe des Durchlassstroms des NMOS-Transistors und eines Vielfachen des Durchlassstroms des PMOS-Transistors ist.
Fig. 2 zeigt repräsentative Messergebnisse, die aus einer Vielzahl von Feldeffekttransistoren, etwa dem Transistor 182, erhalten werden, die auf einer Vielzahl unterschiedlicher Substrate hergestellt sind. In Fig. 2 repräsentiert eine vertikale Achse den Durchlassstrom der Feldeffekttransistoren, wohingegen die horizontale Achse die Gate-Länge der entsprechenden Feldeffekttransistoren darstellt. Aus Fig. 2 kann man entnehmen, dass die Gate-Länge der diversen Feldeffekttransistoren in einem Bereich zwischen A und B, der auf der horizontalen Achse dargestellt ist, variiert. Der Durchlassstrom der Feldeffekttransistoren variiert in einem Bereich C und D, der auf der vertikalen Achse dargestellt ist. Obwohl es eine gewisse Variation der Gate-Länge gibt, ist es offensichtlich, dass der Hauptteil der Gate-Längen in einem relativ engen Bereich AA, BB angesiedelt ist, wie dies in Fig. 2 dargestellt ist. Ferner kann man erkennen, dass die Feldeffekttransistoren mit einer Gate-Länge, die unterhalb des Bereichs AA-BB bleiben, siehe linke Seite in Fig. 2 (A-AA), tendenziell höhere Durchlassströme zeigen, wohingegen Feldeffekttransistoren mit einer größeren Gate-Länge, siehe rechte Seite der Fig. 2 (BB-B), tendenziell geringere Durchlassströme aufweisen. Obwohl eine kleinere Gate-Länge höhere Schaltgeschwindigkeiten nach sich zieht, ist der Leckstrom ebenso erhöht und führt daher zu einem weniger zuverlässigen Bauteil, wodurch die Produktionsausbeute deutlich reduziert wird, da höhere Leckströme abhängig von der Anwendung in der fertigen integrierten Schaltung kaum tolerierbar sind. Andererseits zeigen die Feldeffekttransistoren mit der größeren Gate-Länge einen geringeren Leckstrom, weisen aber einen verringerten Durchlassstrom und eine verringerte Geschwindigkeit der Transistorelemente auf.
Da die Gate-Länge in der Produktionslinie gemessen werden kann, kann entsprechend der erfindungsgemäßen Erkenntnis die Information in den Messergebnissen in anschießenden Prozessschritten genutzt werden, um weitere Prozessparameter einzustellen, um Gate-Längenvariationen und die Schwankungen elektrischer Eigenschaften der Feldeffekttransistoren, die durch die Gate-Längenvariationen bewirkt werden, zu kompensieren. Erfindungsgemäß können Prozessparameter von auf den Gate- Herstellungsschritt 130 folgenden Prozessschritten so gesteuert werden, dass im fertigen Bauteil der Durchlassstrom von Feldeffekttransistorelementen, deren Gate-Länge unterhalb eines spezifizierten Wertes bleibt, verringert wird, wohingegen der Durchlassstrom von Feldeffekttransistorelementen, die eine spezifizierte Gate-Länge überschreiten, vergrößert wird.
Ein grundlegender Mechanismus, der zur Reduzierung der Variation der elektrischen Eigenschaft des Feldeffekttransistors anwendbar ist, wird mit Bezug zu Fig. 3 erläutert.
In Fig. 3 ist eine schematische Querschnittsansicht dreier Variationen eines Feldeffekttransistors 182 gezeigt. Der Einfachheit halber wird die gleiche Nummerierung wie in Fig. 1 angewendet. Im linken Teil der Fig. 3 ist eine erste Variation des Feldeffekttransistors 182 dargestellt. Die Gate-Elektrode 132 weist die Gate-Länge 133 auf und der Abstand zwischen den leicht dotierten Gebieten 152 definiert eine Kanallänge oder eine effektive Gate-Länge 134. Im Allgemeinen ist die effektive Gate-Länge 134 kleiner als die Gate-Länge 133 aufgrund des Überlapps der leicht dotierten Gebiete 152 mit der Gate-Elektrode 132. Allerdings ist es die effektive Gate-Länge 134, die unter anderem einen deutlichen Einfluss auf die elektrischen Eigenschaften des Feldeffekttransistors 182 ausübt. Es ist daher wünschenswert, eine Variation der effektiven Gate-Länge 134, die gemäß dem in Fig. 1 gezeigten konventionellen Prozessablauf entsprechend einer Änderung der Gate-Länge 133 erhalten wird, zu minimieren.
In dem konventionellen Prozessablauf, wie er mit Bezug zu Fig. 1 beschrieben ist, bleibt die maximale Ausdehnung 142 des Abstandselements 141 im Wesentlichen konstant, d. h. es tritt lediglich eine zufällig verteilte leichte Variation auf. Wie zuvor erläutert ist, sind die Prozessparameter und damit die gesamten Prozessschritte zur Ausbildung des Abstandselements 141 gut bekannt und die Herstellung des Abstandselements 141 ist folglich gut reproduzierbar bei lediglich moderaten Schwankungen. Folglich zeigt der Überlapp der leicht dotierten Gebiete 152 mit der Gate-Elektrode 132 ungefähr die gleichen geringen Schwankungen wie die maximale Ausdehnung 142 des Abstandselements 141, da diese maximale Ausdehnung 142 im Wesentlichen die Maskenwirkung des Abstandselements 141 während des LDD-Implantierungsprozesses 150 bestimmt. Somit ist die effektive Gate-Länge 134 mit der Gate-Länge 132 korreliert und ändert sich in entsprechender Weise. Um die effektive Gate-Länge 134 ungefähr bei einem Sollwert zu halten, kann die maximale Ausdehnung 142 des Abstandselements 141 in Übereinstimmung mit der gemessenen Gate-Länge 133 eingestellt werden. In der im linken Teil der Fig. 3 gezeigten Variation ist die gemessene Gate-Länge 133 kleiner als ein vordefinierter Sollwert der Gate-Länge und folglich wird die maximale Ausdehnung 142 des Abstandselements 141 entsprechend vergrößert, um im Wesentlichen eine gewünschte effektive Gate-Länge 134 zu erreichen.
Im mittleren Teil der Fig. 3 ist eine zweite Variation des Feldeffekttransistors 182 gezeigt, wobei die gemessene Gate-Länge 133 im Wesentlichen gleich der gewünschten Gate-Länge ist, und somit ist die effektive Gate-Länge 134 im Wesentlichen gleich einem gewünschten Sollwert. Folglich ist keine Anpassung der maximalen Ausdehnung 142 des Abstandselements 141 erforderlich, um die gewünschte effektive Gate-Länge 134 zu erreichen, die im Wesentlichen gleich der effektiven Gate-Länge in der vorhergehenden Variation ist.
Der rechte Teil in Fig. 3 zeigt eine dritte Variation des Feldeffekttransistors 182, in der die Gate-Länge 133 die gewünschte Gate-Länge nach dem Gate-Herstellungsschritt 130 in Fig. 1 überschreitet. Folglich wird die maximale Ausdehnung 142 des Abstandselements 141 entsprechend verringert, so dass der Überlapp der leicht dotierten Gebiete 152 und der Gate-Elektrode 132 während der Implantation vergrößert ist, um die effektive Gate-Länge 134 zu erreichen, die im Wesentlichen gleich der gewünschten effektiven Lage-Länge ist.
In einer Ausführungsform kann die Korrelation zwischen der gemessenen Gate-Länge 133 und der maximalen Ausdehnung 142 des Abstandselements 141 durch empirisches Bestimmen des Einflusses einer variierenden maximalen Ausdehnung 142 auf eine oder mehrere elektrische Eigenschaften für eine gegebene gemessene Gate-Länge erhalten werden. Zu diesem Zweck kann eine Vielzahl von Feldeffekttransistoren untersucht werden, wobei während der Herstellung der Feldeffekttransistoren die maximale Ausdehnung 142 der Abstandselemente 141 variiert wird. Aus der Vielzahl der Feldeffekttransistoren können Bauteilgruppen ermittelt werden, die im Wesentlichen die gleiche Gate-Länge aufweisen. Anschließend kann aus diesen unterschiedlichen Transistorelementgruppen die Wirkung der variierenden maximalen Ausdehnung 142 abgeschätzt werden. Auf der Basis der Messergebnisse der einen oder mehreren elektrischen Eigenschaften der Feldeffekttransistoren kann eine optimale maximale Ausdehnung 142 für eine gegebene gemessene Gate-Länge ausgewählt werden, und entsprechende korrigierte maximale Ausdehnungen 142 für eine gemessene Gate-Länge, die von der gewünschten Gate-Länge abweicht, kann dann bestimmt werden. Wenn eine experimentelle Korrelation zwischen der gemessenen Gate-Länge 133 und entsprechender maximaler Ausdehnungen 142 etabliert ist, können die Kompensationswerte für die maximale Ausdehnung 142 während des tatsächlichen Prozessablaufes mittels Berechnung, im Voraus gespeicherter Kompensationswerte und dergleichen erhalten werden.
In einer anschaulichen Ausführungsform kann ein Sollwert für eine unkorrigierte maximale Ausdehnung 142 im Bereich von 10 bis 50 Nanometer (nm) für eine Gate-Länge in der Größenordnung von 100 nm liegen, wobei die maximale Ausdehnung 142 im Bereich von ungefähr ±10 bis 50% des Sollwertes variieren kann, um die Gate- Längenvariationen zu kompensieren.
Fig. 4 zeigt schematisch ein Kontrollsystem zum Steuern einer elektrischen Eigenschaft eines Feldeffekttransistors auf der Grundlage der mit Bezug zu Fig. 3 und Fig. 2 erläuterten Prinzipien. In Fig. 4 ist der Prozessablauf aus Fig. 1 dargestellt, wobei die gleichen Bezugszeichen zur Kennzeichnung gleicher Prozessschritte verwendet sind. Zusätzlich zu dem in Fig. 1 gezeigten Prozessablauf werden im Schritt 190 der vorliegenden Ausführungsform die Gate-Länge 133 zumindest einiger der in Schritt 130 hergestellten Gate-Elektroden durch Messung bestimmt und werden in eine Vorwärtskopplungssteuerung 200 eingespeist, die funktionsmäßig mit Prozessanlagen (nicht gezeigt) verbunden ist, die im Schritt 140 verwendet werden. Bekanntlich kann die Gate-Länge beispielsweise optisch mittels eines Streumessers oder durch andere geeignete Einrichtungen, die für gewöhnlich in der Produktionslinie verfügbar sind, gemessen werden. Die Messergebnisse der Gate-Länge werden dann in die Vorwärtskopplungssteuerung 200 eingespeist, die so ausgestaltet ist, um einen oder mehrere Prozessparameter zur Einstellung einer oder mehrerer Prozessanlagen auszugeben, die bei der Herstellung des Abstandselements 141 im Schritt 140 beteiligt sind. Wie zuvor erläutert ist, hängt die maximale Ausdehnung 142 und damit die Wirkung des Abstandselements 141 beim Steuern des Überlapps der leicht dotierten Gebiete 152 mit der Gate-Elektrode 132 von Prozessparametern wie etwa der anfänglichen Schichtdicke des Dielektrikums, dem Grad der Stufenbedeckung, der Überätzzeit und dergleichen ab. Da insbesondere die Schichtdicke des Dielektrikums, die Stufenabdeckung und die Überätzzeit gut steuerbare Prozessparameter sind, kann die maximale Ausdehnung 142 innerhalb eng festgelegter Herstellungstoleranzen gut reproduziert werden.
Anzumerken ist, dass die im Schritt 190 erhaltenen gemessenen Gate-Längen nicht notwendigerweise direkt mit der maximalen Ausdehnung 142 korreliert sein müssen, sondern dass in einer anschaulichen Ausführungsform diese direkt mit den Prozessparametern korreliert sind, die den Herstellungsvorgang des Abstandselements 141 steuern. Das heißt, die Vorwärtskopplungssteuerung 200 kann ein Steuersignal an die entsprechende Prozessanlage liefern, etwa eine Abscheideanlage, eine anisotrope Plasmaätzanlage, und dergleichen, wobei eine spezifische Art eines Steuersignals einem gemessenen Gate-Längenwert oder einem gewissen Bereich von Messwerten zugeordnet ist. Eine entsprechende Korrelation kann beispielsweise als eine oder mehrere Tabellen und/oder durch Berechnung bereitgestellt werden, wenn eine mathematische Darstellung der Korrelation aufgestellt worden ist. In anderen Ausführungsformen kann die Korrelation zwischen der gemessenen Gate-Länge und der letztlich erhaltenen maximalen Ausdehnung 142 so gewählt werden, dass, wie in Fig. 2 gezeigt ist, ein zulässiger Bereich von Gate-Längen im Voraus definiert wird und eine Änderung der Prozessparameter bei der Herstellung des Abstandselements 141 nur ausgeführt wird, wenn die gemessene Gate-Länge außerhalb des vordefinierten Bereichs liegt. In einer speziellen Ausführungsform werden die Prozessparameter zum Einstellen der maximalen Ausdehnung 142 durch Ändern der Prozessparameter um einen ersten konstanten Betrag korrigiert, wenn die Gate-Länge den vordefinierten Werte-Bereich überschreitet, und um einen zweiten konstanten Betrag korrigiert, wenn die gemessene Gate-Länge unterhalb des vordefinierten Werte-Bereichs bleibt. Ferner kann die Vorwärtskopplungssteuerung 200 so gestaltet sein, um Messergebnisse von einer oder mehrerer elektrischer Eigenschaften des fertiggestellten Feldeffekttransistors zu empfangen, auf deren Basis die Vorwärtskopplungssteuerung 200 dann automatisch die ersten und zweiten Konstanten erneut einstellt. Auf diese Weise wird die Parameterkorrelation ständig aktualisiert.
In einer weiteren anschaulichen Ausführungsform ist die Vorwärtskopplungssteuerung 200 so ausgebildet, um einen entsprechenden korrigierten Wert für die maximale Ausdehnung 142 und/oder für die Prozessparameter bei der Herstellung des Abstandselements 141 individuell für jeden der im Schritt 190 erhaltenen Messwerte zu bestimmen. Zum Beispiel kann eine entsprechende Korrektur auf der Basis des in Fig. 2 erhaltenen Messergebnisses durchgeführt werden, das mathematisch als eine Fit-Funktion beschrieben ist, z. B. als eine Gerade, wie dies in Fig. 2 gezeigt ist. Die Gerade kann als grundlegende Gleichung zum Korrigieren der maximalen Ausdehnung 142 des Abstandselements 141 verwendet werden, um so die maximale Ausdehnung 142 für Gate- Längenmesswerte zu verringern, die einen vorbestimmten Mittelwert überschreiten, und zum Vergrößern der maximalen Ausdehnung 142 für Messergebnisse, die unterhalb des vorbestimmten Mittelwertes bleiben. Selbstverständlich kann anstelle einer linearen Funktion eine beliebige andere geeignete mathematische Darstellung angewendet werden.
Des Weiteren kann die Vorwärtskopplungssteuerung 200 in Form eines Mikroprozessors, eines Mikrokontrollers, eines Arbeitsplatzrechners oder als Teil eines Fabrikmanagementsystems, wie es für gewöhnlich in Halbleiterherstellungsfabrikanlagen vorgesehen ist, implementiert sein, insbesondere das Integrieren der Vorwärtskopplungssteuerung 200 in das Fabrikmanagementsystem erlaubt die Verwirklichung einer voll automatischen Prozesssteuerung, da die Vorwärtskopplungssteuerung 200 in einfacher Weise über weitere Prozessbedingungen, etwa den Zustand der Prozessanlagen, Messergebnisse von fertigen Bauelementen, und dergleichen "informiert" werden kann. Die Steuerung 200 kann dann auf kürzlich vorgefallene Ereignisse reagieren.
Mit Bezug zu Fig. 5 werden nun weitere anschauliche Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben, in Fig. 5 ist der Einfachheit halber die gleiche Nummerierung wie in den Fig. 1-4 verwendet. In Fig. 5 ist die Vorwärtskopplungssteuerung 200 so gestaltet, um im Schritt 190 erhaltene Messergebnisse zu empfangen und um ein oder mehrere Steuersignale auszugeben, um Prozessparameter in mindestens einem der Schritte 140, 150, 160 und 170 einzustellen. Insbesondere kann die Vorwärtskopplungssteuerung 200 so ausgebildet sein, um einen Neigungswinkel zu steuern, der für die LDD-Implantierung verwendet wird. Wie zuvor erläutert ist, ist ein wichtiger Faktor das Steuern der effektiven Gate-Länge 134 derart, dass diese im Wesentlichen konstant bleibt. Zu diesem Zweck ist der Überlapp der leicht dotierten Gebiete 152 mit der Gate- Elektrode 132 in entsprechender Weise zu steuern, und anders als in Fig. 1 gezeigt ist, kann die LDD-Implantation 151 als eine Mehrschrittimplantation ausgeführt werden, wobei die implantierten Ionen unter einem Neigungswinkel auf die Oberfläche des aktiven Gebiets 113 gelenkt werden. Zum Beispiel kann eine Zweischrittimplantation ausgeführt werden mit einem ersten Neigungswinkel, der den Überlapp eines leicht dotierten Drain- Gebiets der Gate-Elektrode 132 steuert, und mit einem zweiten Neigungswinkel, der den Überlapp eines leicht dotierten Source-Gebiets mit der Gate-Elektrode 132 steuert. In einer weiteren Ausführungsform kann ein erster Implantationsschritt in der in Fig. 1 gezeigten Weise ausgeführt werden, und, in einem zweiten Implantationsschritt mit einem Neigungswinkel, kann beispielsweise der Überlapp des leicht dotierten Source-Gebiets durch Variieren des Neigungswinkels in dem zweiten Schritt gesteuert werden.
Wie durch die gepunkteten Linien in Fig. 5 gezeigt ist, können alternativ oder zusätzlich die Prozessparameter in einem oder mehreren der Prozessschritte 140, 160 und 170 gesteuert werden, um im Wesentlichen die effektive Gate-Länge 134 konstant zu halten. Zum Beispiel kann im Schritt 160 die maximale Ausdehnung des zweiten Abstandselements 161 gesteuert werden, um das Dotierprofil und damit den Überlapp der leicht dotierten Gebiete 152 mit der Gate-Elektrode 132 zu beeinflussen. Obwohl die Wirkung der Ausdehnung des zweiten Abstandselements 161 auf das letztlich erhaltene Dotierprofil geringer ist als beispielsweise jene der maximalen Ausdehnung 142 des Abstandselements 141, kann dennoch das gesamte Dotierprofil durch das zweite Abstandselement 161 beeinflusst werden.
Ein weiterer Faktor, der eine gewichtige Rolle beim teilweisen Kompensieren der Gate- Längenschwankungen spielen kann, ist die elektrische Feldverteilung während des Betriebs des Feldeffekttransistors 182, die wiederum durch das endgültige Dotierprofil in den Source- und Drain-Gebieten einschließlich der leicht dotierten Gebiete 152 bestimmt ist. Das heißt, zusätzlich zu der effektiven Gate-Länge 134, die im Wesentlichen durch den Überlapp der leicht dotierten Gebiete 152 mit der Gate-Elektrode 132 definiert ist, beeinflussen andere Faktoren, etwa die Konzentration der Dotierstoffe, deren Verteilung innerhalb der leicht dotierten Gebiete 152 und der Source- und Drain-Gebiete 172, etc., die elektrischen Eigenschaften. Im Folgenden wird dies als Gesamtdotierprofil bezeichnet. Die elektrischen Eigenschaften, etwa der Durchlassstrom, der Leckstrom und dergleichen können daher durch Einstellen des Gesamtdotierprofils gesteuert werden.
Zusätzlich oder alternativ können in einer Ausführungsform andere Prozessparameter des Implantationsschritts, etwa die Energie der Ionen und/oder die Konzentration der Ionen während der Implantationsschritte 150, 170 gesteuert werden, um in entsprechender Weise das Gesamtdotierprofil zu justieren.
In einer weiteren Ausführungsform kann die Wärmebehandlung, die zur Aktivierung der Ionen und zur Ausheilung der Kristallfehler in den Implantationsschritten 150 und 170 erforderlich ist, durchgeführt werden mittels eines raschen thermischen Ausheiz(RTA)- Prozesses, währenddessen die implantierten Ionen in dem aktiven Gebiet 113 diffundieren. Die Diffusionsaktivität hängt von der Temperatur und der Dauer des RTA- Prozesses ab. Somit können die Prozessparameter Temperatur des RTA und/oder die Dauer des RTA ebenso verwendet werden, um das Gesamtdotierprofil zu steuern. Da der RTA, der auf die SD-Implantation 170 erfolgt, ebenso die Dotierkonzentration beeinflusst, können die Temperatur und/oder die Dauer des RTA im Schritt 170 ebenso angewendet werden, um das Gesamtdotierprofil und damit die elektrische Eigenschaft des herzustellenden Transistors 182 einzustellen.
Das Einstellen des Gesamtdotierprofils, um einen Durchlassstrom in einem vordefinierten Soll-Wertbereich zu erhalten, wenn die gemessene Gate-Länge zu groß ist, kann ferner zu einer erhöhten Schaltzeit des Feldeffekttransistors 182 führen, da beispielsweise lediglich das Erhöhen der maximalen Ausdehnung 142 des Abstandselements 141 (siehe Fig. 1 und 3) tatsächlich einen überhöhten Überlapp zwischen den leicht dotierten Gebieten 152 und der Gate-Elektrode 132 zur Folge hat und damit eine im Wesentlichen konstante effektive Gate-Länge resultiert. Der vergrößerte Überlapp kann jedoch zu einem Anstieg der sogenannten Miller-Kapazität, d. h. der Kapazität zwischen Gate-Drain und Gate-Source führen und damit die Geschwindigkeit des Feldeffekttransistors 182 im Betrieb reduzieren. Ferner kann ein vergrößerter Überlapp der leicht dotierten Gebiete 152 mit der Gate-Elektrode 132 möglicherweise zu einem erhöhten Leckstrom aufgrund eines erhöhten "Hot carrier"-Effekts, d. h. zu einem erhöhten Einfang von Ladungsträger in der Gate-Isolierschicht oder sogar ein Durchtreten von Ladungsträgern durch die Gate-Isolierschicht in die Gate-Elektrode 132 führen. Daher wird in einer anschaulichen Ausführungsform die Vorwärtskopplungssteuerung 200 so gestaltet, um die Prozessparameter zur Herstellung des zweiten Abstandselements 161 zusätzlich oder alternativ zum Einstellen einer der Prozessparameter für die Prozessschritte 140 und/oder 150 einzustellen, wenn die gemessene Gate-Länge eine spezifizierte maximale Gate-Länge übersteigt, die bei lediglich nur Anpassen der maximalen Ausdehnung 142 einen Überlapp des leicht dotierten Gebiets 152 mit der Gate-Elektrode 132 erfordern würde, der in manchen Anwendungen als ungeeignet gewertet werden könnte. Zum Beispiel kann die Ausdehnung des Abstandselements 161 reduziert werden, um eine höhere Dotierkonzentration in der Nähe der Gate-Elektrode 132 zu erreichen und damit die elektrische Eigenschaft einzustellen. In ähnlicher Weise kann die Vorwärtskopplungssteuerung 200 so ausgebildet sein, um zusätzlich oder alternativ die Implantationsparameter aus Schritt 170 einzustellen. Zum Beispiel kann die Source-Drain- Implantation 170 als eine Mehrfachschrittimplantation ausgeführt werden, wobei ein Neigungswinkel ähnlich zu dem Prozessschritt 150 in der LDD-Implantation angewendet wird.
Um eine Steuerungsstrategie zu etablieren, wenn zwei oder mehr Prozessablaufschritte bei der Steuerung der elektrischen Eigenschaften des Feldeffekttransistors 182 beteiligt sind, können entsprechende Sensitivitätsparameter experimentell bestimmt werden, die den Einfluss von Schwankungen in diesen Prozessschritten auf die interessierenden elektrischen Eigenschaft oder Eigenschaften quantifizieren. Beispielsweise kann die Wirkung der Änderung der maximalen Ausdehnung 142 des Abstandselements 141 auf den Durchlassstrom, den Sperrstrom, d. h. den Leckstrom, und die Schaltgeschwindigkeit bestimmt werden. Wie mit Bezug zu Fig. 3 erläutert ist, kann das Beibehalten der effektiven Gate-Länge 134 als ungefähr eine Konstante zu einem Durchlassstrom in einem vordefinierten Wertebereich führen, kann aber ebenso möglicherweise zu einem erhöhten Leckstrom und einer erhöhten Miller-Kapazität führen, wenn die gemessene Gate-Länge den Sollwert der Gate-Länge übersteigt (cf. dritte Variation in Fig. 3). Daher können die Sensitivitätsparameter für eine Vielzahl elektrischer Eigenschaften für jeden der Prozessablaufschritte, die in Fig. 5 gezeigt sind, gewonnen werden. Auf der Basis dieser gewonnenen Sensitivitätsparameter kann dann ein Algorithmus gebildet werden, der eine Kombination aus Steueraktivitäten mit einer optimalen Endwirkung auf den fertiggestellten Feldeffekttransistor 182 auswählt. Wenn beispielsweise der Schritt 190 der Gate-Längenmessung anzeigt, dass die gemessene Gate-Länge eine gewünschte Gate-Länge deutlich übersteigt, kann eine Kombination aus Steuersignalen, die mit den entsprechenden Sensitivitätsparametern gewichtet sind, zu den diversen Prozessablaufschritten geliefert werden, um ein optimales Korrekturergebnis hinsichtlich der interessierenden einen oder mehreren elektrischen Eigenschaften des Feldeffekttransistors 182 zu erhalten. Dies bedeutet, dass in dem oben aufgeführten Beispiel die maximale Ausdehnung 142 des Abstandselements 141 weniger vergrößert wird, als dies geschehen müsste, wenn die maximale Ausdehnung 142 die einzige Steuervariable wäre, aber zusätzlich wird beispielsweise der Neigungswinkel und/oder die Implantationsenergie und/oder die Implantationsdosis bei der Source-Drain-Implantation variiert, um zusätzlich eine höhere Konzentration in der Nähe der Gate-Elektrode 132 zu erreichen. Die Kombination dieser beiden Korrekturaktivitäten kann zu einem erhöhten Durchlassstrom führen, während der Leck-Strom und/oder die Miller-Kapazität in vordefinierten Toleranzbereichen gehalten wird. In ähnlicher Weise können mehr als zwei Prozessablaufschritte gesteuert werden, die durch die entsprechenden Sensitivitätsparameter gewichtet sind, und können kombiniert werden, um ein optimales Kompensationsergebnis zu erreichen.
Die bislang beschriebenen Ausführungsformen können in einem Steuerungsvorgang auf Substrat-zu-Substrat-Basis oder einer Los-zu-Los-Basis ausgeführt werden. In einer anschaulichen Ausführungsform repräsentieren die im Schritt 190 erhaltenen Messergebnisse einen Durchschnittswert eines Loses aus Substraten und die Vorwärtskopplungssteuerung 200 stellt einen oder mehrere Prozessparameter von einem oder mehreren der Prozessablaufschritte 140 bis 170 für das Los ein, für welches die gemittelten Gate-Längenmessergebnisse erhalten worden sind.
Obwohl ferner in den oben beschriebenen Ausführungsformen auf die Gate-Länge als ein direkter Messwert Bezug genommen wird, ist es selbstverständlich, dass der Messwert eines beliebig geeigneten Parameters, der die Gate-Länge kennzeichnet, verwendet werden kann. Beispielsweise kann ein Signal aus einer Messanlage, etwa einem Scatterometer, direkt oder in geeignet bearbeiteter Form bereit gestellt werden, und der Steuervorgang kann auf der Grundlage dieses Signals ausgeführt werden, wodurch eine komplexe Signalaufbereitung unnötig wird, die zum Erhalten der Gate-Länge aus dem Signal erforderlich sein könnte.
In einer weiteren Ausführungsform kann die Vorwärtskopplungssteuerung 200 so gestaltet sein, um Signale oder Werte zu empfangen, die die zu interessierende elektrische Eigenschaft kennzeichnen. Die Steuerung kann ferner einen Aktualisierungsbereich (nicht gezeigt) aufweisen, in dem der "Grad" der Korrektur der einzelnen Prozessparameter an die jüngsten Messsignale oder Werte angepasst wird. Das heißt, der Einfluss von beispielsweise der Temperatur des RTA, die in der LDD-Implantation 150 angewendet wird (Fig. 5) kann im Voraus beispielsweise mittels tabellierter Werte, oder während des Prozesses durch ein geeignetes Modell bestimmt werden, und diese tabellierten Werte oder das Modell können erneut justiert werden, wenn die Messwerte der betrachteten elektrischen Eigenschaft außerhalb eines vordefinierten Bereichs liegen. Auf diese Weise wird die Wirkung der Prozessparameter ständig aktualisiert. Das Aktualisieren kann für einen oder mehrere Prozessparameter ausgeführt werden.
Weitere Modifikationen und Variationen der vorliegenden Erfindung werden dem Fachmann angesichts dieser Beschreibung offenkundig. Daher ist diese Beschreibung als lediglich anschaulich und für die Zwecke gedacht, dem Fachmann die allgemeine Art des Ausführens der vorliegenden Erfindung zu vermitteln. Selbstverständlich bilden die hierin gezeigten und beschriebenen Formen der Erfindung die gegenwärtig bevorzugten Ausführungsformen.

Claims

1. Verfahren zum Steuern einer elektrischen Eigenschaft eines Feldeffekttransistors während dessen Herstellung, wobei das Verfahren umfasst:
Bereitstellen eines Substrats mit einer darauf gebildeten Gate-Elektrode, die eine Längsrichtung und eine Breitenrichtung definiert;
Bestimmen eines empirischen Wertes, der eine Ausdehnung der Gate-Elektrode in der Längsrichtung kennzeichnet;
Fertigstellen des Feldeffekttransistors durch

a) Bilden eines ersten Abstandselements benachbart zu der Gate-Elektrode;

b) Implantieren von Ionen in das Substrat und Wärmbehandeln des Substrats, um leicht dotierte Gebiete benachbart zu der Gate-Elektrode zu bilden;

c) Bilden eines zweiten Abstandselements benachbart zu dem ersten Abstandselement;

d) Implantieren von Ionen in das Substrat und Wärmebehandeln des Substrats, um ein Source- und Drain-Gebiet zu bilden; wobei

zumindest ein Prozessparameter zum Steuern zumindest eines der Prozessschritte a) bis d) auf der Basis des empirischen Wertes gesteuert wird.

2. Das Verfahren nach Anspruch 1, das ferner umfasst: Bestimmen einer Beziehung zwischen dem empirischen Wert und dem zumindest einen Prozessparameter zum Steuern zumindest eines der Prozessschritte a) bis d).

3. Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei der zumindest eine Prozessparameter mit einschließt:
eine Dielektrikumsschichtdicke und/oder eine Stufenbedeckung und/oder eine Ätzzeit beim Herstellen des ersten Abstandselements und/oder
einen Neigungswinkel und/oder eine Implantationsenergie und/oder eine Dosis während des Implantierens von Ionen zur Bildung der leicht dotierten Gebiete und/oder
eine Temperatur während der Wärmebehandlung und/oder eine Dauer der Wärmebehandlung und/oder
eine Dielektrikumsschichtdicke und/oder eine Stufenbedeckung und/oder eine Ätzzeit bei Herstellung des zweiten Abstandselements und/oder einen Neigungswinkel und/oder eine Implantationsenergie und/oder eine Dosis während des Implantierens von Ionen zur Herstellung des Source- und Drain-Gebiets und/oder
eine Temperatur der Wärmebehandlung und/oder eine Dauer der Wärmebehandlung für die Herstellung des Source- und Drain-Gebiets.

4. Das Verfahren nach Anspruch 1, das ferner Ermitteln zumindest eines Sensitivitätsparameters umfasst, der die Wirkung des zumindest einen Prozessparameters auf die elektrische Eigenschaft spezifiziert.

5. Das Verfahren nach Anspruch 1, das ferner Definieren eines zulässigen Bereichs von Gate-Längen und Variieren des zumindest einen Prozessparameters, wenn die bestimmte Gate-Länge außerhalb des zulässigen Bereichs ist, umfasst.

6. Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei der empirische Wert einen Mittelwert für eine Vielzahl von Gate-Elektroden bildet, die auf verschiedenen Substraten gebildet sind.

7. Das Verfahren nach Anspruch 6, wobei der zumindest eine Prozessparameter für eine Vielzahl von zu bearbeitenden Substraten gesteuert wird.

8. Das Verfahren nach Anspruch 4, wobei mehrere Sensitivitätsparameter für zwei oder mehrere elektrische Eigenschaften des zu bildenden Feldeffekttransistors bestimmt werden, wobei jeder der mehreren Sensitivitätsparameter die Wirkung eines der Prozessablaufschritte a) bis d) auf einen der zwei oder mehreren elektrischen Eigenschaften spezifiziert.

9. Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei während des Schritts a) eine maximale Ausdehnung des ersten Abstandselements in der Längsrichtung so gesteuert wird, dass die maximale Ausdehnung kleiner wird, wenn der empirische Wert anzeigt, dass die Gate-Länge kleiner als ein vorbestimmter Sollwert ist, und so, dass die maximale Ausdehnung größer wird, wenn der empirische Wert anzeigt, dass die Gate-Länge den Sollwert übersteigt.

10. Das Verfahren nach Anspruch 1, das ferner das Überwachen der elektrischen Eigenschaft des fertiggestellten Feldeffekttransistors umfasst.

11. Das Verfahren nach Anspruch 10, das ferner Steuern des zumindest einen Prozessparameters auf der Grundlage des empirischen Wertes und der überwachten elektrischen Eigenschaft umfasst.

12. Verfahren zur Herstellung eines Feldeffekttransistors, mit:
Strukturieren einer Gate-Elektrode auf einem Substrat, auf dem der Feldeffekttransistor herzustellen ist, wobei die Gate-Elektrode eine Längsrichtung und eine Breitenrichtung definiert;
Bestimmen eines Messwertes der Länge der strukturierten Gate-Elektrode;
Bilden eines Abstandselements benachbart zu der Gate-Elektrode, wobei eine maximale Ausdehnung des Abstandselements in der Längsrichtung auf der Grundlage des Messwertes gesteuert wird; und
Implantieren von Ionen in das Substrat, um leicht dotierte Gebiete benachbart zu der Gate-Elektrode zu bilden.

13. Das Verfahren nach Anspruch 12, wobei Steuern einer maximalen Ausdehnung des Abstandselements umfasst: Steuern einer Dielektrikumsschichtdicke, die während der Herstellung des Abstandselements abgeschieden wird, und/oder Einstellen einer Stufenbedeckung der Gate-Elektrode während der Abscheidung der dielektrischen Schicht und/oder von Ätzparametern des selektiven anisotropen Ätzens während der Herstellung des Abstandselements.

14. Das Verfahren nach Anspruch 12, das ferner Bestimmen zumindest eines Sollwertes für die Gate-Länge der Gate-Elektrode umfasst.

15. Das Verfahren nach Anspruch 14, wobei die maximale Ausdehnung des Abstandselements vergrößert wird, wenn der Messwert unterhalb des zumindest einen Sollwertes liegt und wobei die maximale Ausdehnung verringert wird, wenn der Messwert den zumindest einen Sollwert übersteigt.

16. Das Verfahren nach Anspruch 15, wobei ein zweiter Sollwert bestimmt wird, wobei der zweite Sollwert kleiner als der Sollwert ist, wobei die maximale Ausdehnung des Abstandselements vergrößert wird, wenn der Messwert unterhalb des zweiten Sollwertes liegt.

17. Das Verfahren nach Anspruch 12, das ferner umfasst: Bestimmen einer Korrelation zwischen der maximalen Ausdehnung des Abstandselements und zumindest einer elektrischen Eigenschaft des Feldeffekttransistors und Steuern der maximalen Ausdehnung auf der Grundlage des gemessenen Wertes und der bestimmten Korrelation.

18. Das Verfahren nach Anspruch 12, das ferner umfasst: Bestimmen eines Sensitivitätsparameters, der die Wirkung einer Änderung der maximalen Ausdehnung des Abstandselements auf die zumindest eine elektrische Eigenschaft spezifiziert.

19. Das Verfahren nach Anspruch 18, das ferner das Überwachen der zumindest einen elektrischen Eigenschaft des fertiggestellten Feldeffekttransistors umfasst.

20. Das Verfahren nach Anspruch 19, das ferner das erneute Justieren des Sensitivitätsparameters auf der Grundlage der überwachten zumindest einen elektrischen Eigenschaft umfasst.

21. Verfahren zum Einstellen zumindest einer elektrischen Eigenschaft eines Feldeffekttransistors während der Herstellung des Feldeffekttransistors, wobei das Verfahren umfasst:
Bilden einer Gate-Elektrode des Feldeffekttransistors, wobei die Gate-Elektrode eine Breitenrichtung und eine Längsrichtung definiert;
Ermitteln eines empirischen Wertes, der eine Gate-Länge der Gate-Elektrode kennzeichnet;
Bilden eines Abstandselements benachbart zu der Gate-Elektrode, wobei zumindest ein Prozessparameter derart gesteuert wird, dass eine maximale Ausdehnung des Abstandselements in der Längsrichtung erhöht wird, wenn der empirische Wert anzeigt, dass die Gate-Länge kleiner als ein erster vordefinierter Sollwert ist, und derart, dass die maximale Ausdehnung verringert wird, wenn der empirische Wert anzeigt, dass die Gate-Länge einen zweiten vordefinierten Sollwert übersteigt.

22. Das Verfahren nach Anspruch 21, wobei der erste vordefinierte Sollwert kleiner als der zweite vordefinierte Wert ist.

23. Das Verfahren nach Anspruch 21, das ferner das Bilden einer Korrelation zwischen dem empirischen Wert und der zumindest einen elektrischen Eigenschaft des Feldeffekttransistors umfasst.

24. Das Verfahren nach Anspruch 21, wobei die maximale Ausdehnung des Abstandselements um ungefähr 10-50% eines Sollwerts erhöht wird, wenn die Gate- Länge kleiner als der erste Sollwert ist, und wobei die maximale Ausdehnung um ungefähr 10-50% des Sollwerts verringert wird, wenn die Gate-Länge den zweiten Sollwert übersteigt.

25. Das Verfahren nach Anspruch 21, wobei mehrere Gate-Elektroden auf mehreren Substraten gebildet werden, und wobei der empirische Wert als ein Mittelwert der mehreren Substrate gewonnen wird.

26. Das Verfahren nach Anspruch 25, wobei der zumindest eine Prozessparameter gemeinsam für die mehreren Substrate gesteuert wird.

27. Verfahren zur Entwicklung eines Durchlauf-zu-Durchlauf-Modells zum Steuern einer elektrischen Eigenschaft eines Feldeffekttransistors, wobei das Verfahren umfasst:
Bestimmen einer ersten Vielzahl experimenteller Werte, wobei jeder eine Gate- Länge des zu bildenden Feldeffekttransistors kennzeichnet;
Bestimmen für jeden der ersten experimentellen Werte einen zweiten experimentellen Wert, der für zumindest eine elektrische Eigenschaft des Feldeffekttransistors kennzeichnend ist; und
Spezifizieren zumindest eines zulässigen Sollwertes für die Gate-Länge des Feldeffekttransistors auf der Grundlage der ersten und der zweiten experimentellen Werte.

28. Das Verfahren nach Anspruch 27, das ferner umfasst: Identifizieren zumindest eines Prozessparameters, der in einem Prozessablaufschritt nach der Herstellung der Gate-Elektrode angewendet wird, der es ermöglicht, zumindest teilweise eine Änderung der zumindest einen elektrischen Eigenschaft zu kompensieren, die durch eine Gate-Längenänderung hervorgerufen wird.

29. Das Verfahren nach Anspruch 28, wobei ein erster Sollwert und ein zweiter Sollwert bestimmt werden, um einen zulässigen Bereich gemessener Werte zu definieren, die eine Gate-Länge des Feldeffekttransistors kennzeichnen.

30. Das Verfahren nach Anspruch 27, das ferner umfasst: Bestimmen zumindest eines Korrekturwertes für den identifizierten zumindest einen Prozessparameter, wenn eine bestimmte Gate-Länge von dem zumindest einen Sollwert abweicht.

31. Das Verfahren nach Anspruch 29, wobei der erste Sollwert kleiner als der zweite Sollwert ist und wobei ein erster Korrekturwert für den Prozessparameter erhalten wird, der eine Prozesssteuerung ermöglicht, wenn ein gemessener Wert den zweiten Sollwert übersteigt, und ein zweiter Korrekturwert für den Prozessparameter erhalten wird, der die Prozesssteuerung ermöglicht, wenn der gemessene Wert unterhalb des ersten Sollwertes liegt.

32. Das Verfahren nach Anspruch 27, das ferner umfasst, Bestimmen eines Sensitivitätsparameters, der quantitativ eine Wirkung eines nach der Bildung der Gate- Elektrode ausgeführten Prozesses auf die elektrische Eigenschaft des Feldeffekttransistors beschreibt.

33. Das Verfahren nach Anspruch 27, wobei Spezifizieren zumindest eines Sollwertes einschließt: Bestimmen einer Korrelation zwischen einem Messwert, der die Gate- Länge kennzeichnet, und zumindest eines Prozessparameters, der in einem oder mehreren Prozessablaufschritten verwendet wird, die nach der Bildung der Gate- Elektrode ausgeführt werden.

34. Das Verfahren nach Anspruch 27, wobei zumindest ein Sensitivitätsparameter für jede einer Vielzahl von elektrischen Eigenschaften bestimmt wird für zumindest einen Prozessparameter eines Prozesses, der nach der Herstellung der Gate- Elektrode ausgeführt wird.

35. Das Verfahren nach Anspruch 34, das ferner umfasst: Aufstellen einer Beziehung zwischen den Sensitivitätsparametern und zumindest zwei Prozessparametern derart, dass Korrekturwerte für jeden der zwei oder mehr Prozessparameter bestimmt werden können, wenn eine experimentell bestimmte Gate-Länge von dem zumindest einen Sollwert abweicht, so dass jeder der Korrekturwerte innerhalb eines entsprechenden vordefinierten Bereiches liegt.

36. Das Verfahren nach Anspruch 27, wobei die elektrische Eigenschaft der Durchlassstrom und/oder der Leckstrom und/oder die Schaltgeschwindigkeit des Feldeffekttransistors ist.

37. Das Verfahren nach Anspruch 27, das ferner umfasst: Bestimmen von Korrekturwerten für die Ausdehnung eines Abstandselements in der Längsrichtung des Feldeffekttransistors.

38. System zum Steuern einer elektrischen Eigenschaft eines Feldeffekttransistors während der Herstellung des Feldeffekttransistors, wobei das System aufweist:
eine Vorwärtskopplungssteuerung, die ausgebildet ist, Messergebnisse zu empfangen, die eine Gate-Länge einer Gate-Elektrode, die auf einem prozessierten Substrat hergestellt ist, kennzeichnen, und um zumindest ein Steuersignal zu einer für die Herstellung des Feldeffekttransistors nach der Herstellung der Gate- Elektrode verwendeten Prozessanlage auszugeben; und
eine Kommunikationsleitung, die ausgebildet ist, Messsignale zu der Vorwärtskopplungssteuerung zu übermitteln und das zumindest eine Steuersignal zu der Prozessanlage zu liefern.

39. Das System nach Anspruch 38, wobei die Prozessanlage eine Abscheideanlage und/oder eine anisotrope Ätzanlage und/oder eine Anlage zur Wärmebehandlung des Substrats und/oder eine Implantationsanlage ist.

40. Das System nach Anspruch 38, wobei die Vorwärtskopplungssteuerung so gestaltet ist, um das zumindest eine Steuersignal in Reaktion auf die für eine Gate- Länge kennzeichnenden Messwerte zu liefern, wenn der Gate-Längenwert von einem Sollwert abweicht.

41. Das System nach Anspruch 38, wobei die Vorwärtskopplungssteuerung ferner ausgebildet ist, um für eine die elektrische Eigenschaft des fertiggestellten Feldeffekttransistors kennzeichnende Messwerte zu empfangen, um das zumindest eine Steuersignal in Reaktion auf die für die Gate-Länge kennzeichnenden Messwerte und die für die elektrische Eigenschaft kennzeichnenden Messwerte bereitzustellen.

42. Das System nach Anspruch 35, wobei die Vorwärtskopplungssteuerung in einem Fabrikmanagementsystem implementiert ist, das zumindest teilweise einen Prozessablauf für die Fabrikation des Feldeffekttransistors steuert.

43. Verfahren zum Steuern zumindest einer elektrischen Eigenschaft eines Feldeffekttransistors während dessen Herstellung, wobei das Verfahren umfasst:
Bereitstellen eines Substrats mit einer darauf gebildeten Gate-Elektrode, die eine Längsrichtung und eine Breitenrichtung definiert;
Bestimmen eines empirischen Wertes, der eine Ausdehnung der Gate-Elektrode in der Längsrichtung kennzeichnet;
Bilden dotierter Gebiete benachbart zu der Gate-Elektrode, wobei ein Gesamtdotierprofil in Übereinstimmung mit dem zuvor bestimmten empirischen Wert gesteuert wird.

44. Das Verfahren nach Anspruch 43, wobei das Gesamtdotierprofil durch zumindest einen Prozessparameter zumindest eines der Prozessschritte zur Bildung erster Abstandselemente benachbart zu der Gate-Elektrode gesteuert wird, wobei die Prozessschritte das Implantieren von Ionen und das Wärmebehandeln des Substrats zur Bildung leicht dotierter Gebiete benachbart zu der Gate-Elektrode, das Bilden eines zweiten Abstandselements benachbart zu der Gate-Elektrode und das Implantieren von Ionen und das Wärmebehandeln des Substrats zur Bildung eines Source- und eines Drain-Gebiets umfassen.

45. Das Verfahren nach Anspruch 44, wobei der zumindest eine Prozessparameter ist: ein Implantationswinkel und/oder Implantationsenergie und/oder Dosis während zumindest einem der Implantationsschritte, die Temperatur während der Wärmebehandlung und/oder die Dauer der Wärmebehandlung und/oder die Schichtdicke einer während der Abstandselementsherstellungsschritte abgeschiedenen Materialschicht und/oder die Stufenbedeckung der Materialschicht und/oder die Ätzzeit beim Ätzen der Materialschicht.

46. Das Verfahren nach Anspruch 44, das ferner umfasst: Bestimmen eines Messwertes, der die zumindest eine elektrische Eigenschaft des Feldeffekttransistors kennzeichnet, und Einstellen des zumindest einen Prozessparameters auf der Basis des Messwertes.

47. Das Verfahren nach Anspruch 46, wobei Einstellen des zumindest einen Prozessparameters umfasst: Aktualisieren zumindest eines Korrekturwertes für zumindest einen Prozessparameter, wenn der Messwert außerhalb eines vordefinierten Bereichs liegt.