JP2001512904A - 非均一イオン注入法を用いる半導体処理の補償 - Google Patents

非均一イオン注入法を用いる半導体処理の補償

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Abstract

(57)【要約】 この発明は、半導体装置の特定の設計パラメータにおけるウェハの表面にわたる空間的変動を補償するための方法および装置を提案する。設計パラメータにおける空間的変動は、半導体ウェハ上への装置の製造に伴ういくつかの処理における空間的変動によるものである。計測ツールを用いて、ウェハの表面にわたる装置の物理的、化学的、および電気的パラメータがまず測定され、それから記録される。これらの装置パラメータは、特定の設計範囲内に収まらなければならないかまたは最適化されるべき特定の設計パラメータを含む。トランジスタについてのこれらの設計パラメータの例は、しきい値電圧、切換速度、および電力消費である。設計パラメータにおける空間的変動は注入ステップのいくつかによってウェハにわたるドーピングプロファイルを変化させることにより補償され得る。たとえば、ウェハの周囲近傍のソース／ドレイン領域に対するドーピングと比べて、ウェハ中心に近いトランジスタのソース／ドレイン領域にはより濃いドーピングが用いられ得る。設計パラメータの空間的変動を補償するとされる１つ以上の注入ステップについて適切なイオン注入プロファイルを決定するためには、装置のコンピュータモデルが用いられる。この補償にイオン注入が選択される理由は、注入ドーズ量およびエネルギが正確に制御され得るということと、イオン注入装置はウェハの各領域におけるさまざまなドーズ量およびエネルギを運ぶように容易に再プログラムできるということとである。次のウェハのセットについてイオン注入ドーピングプロファイルにおける小さな変更がなされ、この設計パラメータを伴う装置パラメータは再測定される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は半導体処理の分野に関し、より具体的には、ウェハ表面にわたって
非均一なイオン注入の分布プロファイルを用いて半導体処理における空間的変動
を補償する方法および装置に関する。
【０００２】
【関連技術の説明】
集積回路の製造は、半導体ウェハ、典型的には、シリコンウェハの物理的およ
び化学的処理を含む。ウェハの処理は、外部の種の基板への（拡散または注入の
いずれかによる）導入と、フォトリソグラフィ技術を用いるパターニングと、ウ
ェットまたはドライエッチングを用いる材料の除去と、機械的および／または化
学的手段を用いる研磨と、化学的および／または物理的気相成長または膜成長と
、その他の物理的および化学的処理とを含み得る。
【０００３】 各ウェハはダイと呼ばれるいくつかの部分に再分され、それらの数は各ダイの
大きさおよびウェハの大きさに依存する。種々のダイまたは「チップ」がマイク
ロプロセッサ、ＳＲＡＭ、ＤＲＡＭ、フラッシュメモリ、および集積回路の他の
形態となり得る。過去２５年間において、シリコンウェハの直径は１インチより
小さいものから現在多くの半導体製造会社が用いているような直径８インチ（２
００ｍｍ）のウェハまで着実に大きくなってきた。
【０００４】 半導体ウェハ処理の歴史を通して、ウェハの表面全体にわたって均一な結果を
生成する物理的および化学的処理の開発が目標とされてきた。ウェハの直径が大
きくなったことにより、均一な結果を生み出すという課題はさらに困難なものに
なってきた。シリコンウェハ自体にも空間的変動が生じ始めた。単結晶シリコン
は、微量の不純物を含む電子的グレードの多結晶シリコン（「ＥＧＳ」）の融液
から成長する。ＥＧＳは未精製のシリコンを処理し精製することにより生成され
る。結晶は融液から徐々に引上げられるにつれて成長し、膨張し、さらに冷却さ
れてドーパントレベルにおける空間的変動を有する単一のインゴットになる。こ
れらの変動は、引上げ中に生じる溶解槽からのドーパントが原因で円筒状のイン
ゴットの端から端までにわたることもあり、さらに／またはこれらの変動がこの
円筒状のインゴットの中心から外方向に放射状に延びることもある。このインゴ
ットはこの後薄いウェハへとスライスされるが、これらはウェハ間で、および各
ウェハにわたって放射状に、化学的、機械的、および電気的不均衡を示すことも
ある。
【０００５】 後続の処理、たとえばインゴットスライス（すなわちウェハ）上でのドーピン
グおよびエッチングなどは、初めはウェハの「ラン（run）」と呼ばれるウェハ 群において行なわれる。たとえば、ウェットエッチングについては、数枚のウェ
ハを含むカセットが酸性浴内に沈められ、熱アニールについては、数枚のウェハ
を含むカセットが大きな炉内に導入されるであろう。群処理の多くの場合におい
て、ウェハには、ウェハ間で、および各ウェハにわたって化学的、機械的、およ
び電気的パラメータの変動が現れるであろう。ウェハの直径が大きくなると、一
度に１つのみのウェハを処理するようにより多くの処理ツールが開発された。個
別のウェハ処理は、あるウェハから別のウェハへ処理パラメータを変化させるこ
とによってウェハからウェハへの変動を減じ、初期のパラメータ変動を補償した
。処理量は減じられ、各ウェハが全く同じガスの流れや温度などを経験した。大
きな拡散炉においては、前方から後方への温度変化が起こり、前方から後方への
デプレッション効果も生じる。
【０００６】 しかしながら、放射状のまたはウェハを横切る変動性（すなわち空間的変動）
は残る。微小寸法をミクロン以下のレベルまで減じると、各ウェハにわたる処理
の空間的均一性はなおさら重要なものとなり、これは、ミクロン以下の微小寸法
で生成された装置が、減少した公差を提示して非均一性を処理するからである。
【０００７】 初期の回路設計は、半導体処理がウェハのトポグラフィ全体にわたって均一な
結果が生じることを想定している。この集積回路の設計は、ウェハにわたって均
一な機械的、化学的、および電気的パラメータが存在する場合のみ最適化される
。これらの設計パラメータは、たとえば、しきい値電圧、ブレークダウン電圧、
電流消費、および切換速度などであり得る。しかしながら、半導体処理の多くは
ウェハのトポグラフィにわたって非均一な結果を生じるので、設計パラメータの
いくつかはウェハの特定部分における許容可能な設計範囲外になってしまうこと
もある。半導体処理における空間的変動が小さければ、設計パラメータが許容可
能な設計範囲外であっても装置は機能し得ることがある。しかしこの変動が大き
くなると、装置は全く機能しないこともある。半導体処理における空間的変動に
よって生じる収量の減損は、集積回路製造において重要な問題である。
【０００８】 したがって、半導体処理によるウェハにわたる空間的変動をまず正確に測定し
かつ決定できる方法および装備を有することが望ましいとされる。この方法およ
び装備は、その後これらの空間的変動を補償し得るべきである。このような方法
および装備は、ウェハのある領域内だけでなくウェハのトポグラフィ全体にわた
って、許容可能な設計範囲内または最適値に可能な限り近い設計パラメータを生
じるべきである。
【０００９】
【発明の概要】
この発明は、特定の設計パラメータに予め存在する空間的変動を１つ以上のイ
オン注入ステップのドーピングプロファイルを変えることにより補償する。まず
、計測ツールを用いて、ウェハにわたって延びる装置の物理的、化学的、および
電気的パラメータが測定され、記録される。これらの装置の設計パラメータ、つ
まり特定の設計範囲内に収まらなくてはならないパラメータが示される。半導体
処理のいくつかにおける空間的変動が原因で、測定された設計パラメータのいく
つかは、ウェハのいくつかの部分においては許容可能な設計範囲内にあるが、他
の部分においてはその範囲内にないという場合もある。その場合、その記録され
たパラメータとともに装置のコンピュータモデルを用いて、記録されたパラメー
タの勾配を補償するためにどのようなイオン注入の勾配を適用するのが適切であ
るかを決定する。イオン注入ドーピングプロファイルの勾配は、たとえば、新規
なソース／ドレインドーピングプロファイルの勾配として、または新たなしきい
値電圧調整ドーピングプロファイルの勾配として、あるいはチャネルストップの
ドーピングプロファイルの勾配として、適用され得る。これはまた、標準的な処
理の注入に対して修正したプロファイルとして適用することもできる。イオン注
入ドーピングプロファイルは、注入後のパラメータがすべてウェハ表面全体にわ
たって確実に許容可能な設計範囲内にあるようにするような方法で計算され、ウ
ェハにわたって変動される。
【００１０】 イオン注入は、ウェハにわたってイオン注入装置の出力を変えることができる
ので、空間的変動を補償するのに好ましい方法である。注入エネルギは加速管に
適用された電圧を変えることにより増減され得る。スキャナプレートがウェハ表
面にわたってイオンビームをスキャンすると、さまざまなスキャン位置で異なる
エネルギが選択され、ウェハ表面にわたって選択された深さでドーピング勾配を
得ることができる。エネルギに伴って、注入のドーズ量を位置の関数として制御
して、ウェハ表面にわたって異なる濃度のドーピングプロファイルを得ることも
できる。さらに、スキャナに適用されるタイミングシーケンスは非線形のパター
ンを生成するために変えてもよい。このようなパターンにより、イオンビームは
ウェハのある部分でより多くの時間とどまり、よってそれらの部分においてより
高いドーピング濃度を生じる結果となる。
【００１１】 概して、この発明は半導体ウェハ上およびウェハ内に形成された装置の測定さ
れたパラメータについての半導体ウェハにわたる空間的変動を補償するための方
法を企図する。半導体ウェハ上および／またはウェハ内の装置を形成するために
、ある処理が行なわれる。この処理に付随する複数のパラメータが半導体ウェハ
のある場所で測定される。複数のパラメータは、設計要件内に収まらなければな
らないドーパント濃度および設計パラメータを含む。この後イオン注入がその場
所で行なわれる。イオン注入のセッティングは装置のコンピュータモデルを用い
て決定される。これらのセッティングは、この設計パラメータが、このパラメー
タの前の値よりも設計要件により近いものとなるように決定される。
【００１２】 処理の実行は、イオン注入を行なうこと、膜の堆積を行なうこと、材料のパタ
ーニングを行なうこと、材料のエッチングを行なうこと、または膜の熱成長を行
なうことを含むのが好ましい。この半導体ウェハは薄くドープされた単一結晶シ
リコンのエピタキシャル層を含む。
【００１３】 複数のパラメータの測定は、複数の物理的、化学的および電気的パラメータの
測定を含むのが好ましい。複数の物理的パラメータの測定は、複数のこの装置の
設計寸法の測定を含む。複数の化学的パラメータの測定は、ドーピングプロファ
イルおよび材料の化学組成の測定を含む。複数の電気的パラメータの測定は、層
のシート抵抗の測定、設計点間の容量（capacitance）の測定、しきい値電圧の 測定、動作電圧の測定、電流消費の測定、遅延時間、応答時間、およびブレーク
ダウンパラメータの測定を含む。
【００１４】 設計パラメータは、しきい値電圧、動作電圧、電流消費、および切換速度を含
むのが好ましい。イオン注入の実行は、ソース／ドレイン領域を注入すること、
しきい値調整注入を実行すること、ゲート導電体を注入すること、チャネルスト
ップ注入を実行すること、およびウェル注入を実行することを含むのが好ましい
。イオン注入装置のセッティングは、ｘ軸およびｙ軸スキャナプレートのタイミ
ングシーケンス、ｘ注入座標とｙ注入座標との関数としての注入エネルギ、およ
びｘ注入座標とｙ注入座標との関数としての注入ドーズ量を含むのが好ましい。
【００１５】 この発明はさらに、半導体ウェハ上の優良なダイスの収量を改良するための方
法を企図する。ウェハ上に形成された装置の複数の物理的、化学的および電気的
パラメータがウェハ上のそれらの位置に従って測定され、記録される。これらの
物理的、化学的、および電気的パラメータはその後分析され、位置に依存するそ
れらのパラメータの空間的分布がもたらされる。
【００１６】 次いで、コンピュータモデルが物理的、化学的、および電気的パラメータの空
間的分布とともに用いられ、それらの測定されたパラメータを設計範囲内の望ま
しい最適値へとシフトまたはオフセットする役割を果たすであろうイオン注入ド
ーピングプロファイルを決定する。イオン注入装置の制御の「オフセット」は、
イオン注入ドーピングプロファイルの「オフセット」を行なうようにプログラム
される。製造処理はその後、新たな注入プロファイルを用いて次のウェハのセッ
トについて繰返される。また、ウェハごとの調整においてまたはウェハのセット
についても、調整が行われ得る。
【００１７】 この製造処理は、イオン注入、薄膜の堆積、材料のエッチング、および層の熱
成長を含む。複数の物理的パラメータの測定は、装置の複数の設計寸法の測定を
含む。複数の化学的パラメータの測定は、ドーピング濃度および材料の化学組成
の測定を含む。複数の電気的パラメータの測定は、層のシート抵抗の測定、設計
点間の容量の測定、しきい値電圧の測定、動作電圧の測定、および電流消費の測
定を含む。
【００１８】 測定されるパラメータは、しきい値電圧、動作電圧、電流消費、および切換速
度を含み得る。イオン注入ドーピングプロファイルは、ソース／ドレインドーピ
ングプロファイル、しきい値調整ドーピング、ゲート導体ドーピング、チャネル
ストップドーピング、およびウェルドーピングを含む。イオン注入装置の複数の
制御を再プログラムするステップは、ｘ軸およびｙ軸のスキャナプレートのタイ
ミングシーケンスを再プログラムすることと、ｘ注入座標とｙ注入座標との関数
として注入エネルギを再プログラムすることと、注入ドーズ量をｘ注入座標とｙ
注入座標との関数として再プログラムすることとを含む。
【００１９】 この発明のこの他の目的および利点は、以下の詳細な説明を読み、添付の図面
を参照することにより、明らかになるであろう。
【００２０】 この発明はさまざまな修正および代替の形態に影響され得るが、その特定の実
施例が例示の目的で図示され、ここに詳細に説明される。しかしながら当然、図
面およびそれらに対する詳細な説明は、この発明を開示された特定の形態に限定
するものではなく、対象的に、前掲の請求の範囲によって規定されたこの発明の
精神および範囲内にあるすべての修正例、等価物および代替例を包含することを
意図する。
【００２１】
【好ましい実施例の詳細な説明】
集積回路の製造に用いられる半導体処理の多くには物理的および化学的な制限
が与えられるので、ウェハのトポグラフィにわたって空間的変動を生じる要因を
すべてなくすことは不可能である。現在の半導体計測ツールは、ウェハにわたる
半導体装置に関連する多くのパラメータ（設計パラメータも含む）を正確に測定
し、特徴づけることができる。設計パラメータは、装置に対して特定の性能およ
び互換性を確実なものとするために特定の設計範囲内に収まらなければならない
パラメータである。すべてのパラメータの正確なプロファイルをそれらがウェハ
上で測定される位置に対して測定され記録され得るとすれば、特定の設計範囲外
になってしまう設計パラメータの空間的変動を補償するように注入ドーピングプ
ロファイルを引出すことができる。新たな注入濃度のプロファイルは、装置のコ
ンピュータモデルを装置パラメータにおける収集データとともに用いて計算され
る。
【００２２】 イオン注入はドーパントを半導体処理において用いられるターゲット材料内へ
導入するための好ましい技術となってきた。イオン注入は、エネルギに満ちた帯
電した原子または分子を注入装置によって加速し、その後半導体基板へ向けると
いう処理である。加速エネルギは１０ｋｅＶより小さいものから高エネルギ注入
システムに対しては数ＭｅＶまでの範囲にわたり得る。
【００２３】 図１はイオン注入装置の概略図である。イオン源１０は注入すべき種をイオン
化し、低圧（典型的には１０-3トル）のプラズマを形成する。その後、１５から
４０ｋＶの範囲の電圧差がイオン源１０とプレート２０との間に与えられ、ここ
でビーム３０を形成するイオンを抽出し加速する。ビーム３０は後に分析装置４
０（典型的には磁石）を通るような経路をとり、ここでこのビームはその成分の
イオン質量に従って空間的に分離される。この分析器は特定の質量のイオンのみ
をターゲットへ向け、異なるイオン質量の不純物はそれ以外のところに配向され
る。
【００２４】 加速管５０は加速フィールドを創り出し、イオンエネルギを所望のエネルギレ
ベルまでさらに増す。管５０はまた、所望のエネルギが抽出されたエネルギより
小さい場合、イオンを減速するのにも用いられ得る。焦点リング６０が、ビーム
をその適用に応じて帯状または環状へと集束する。プレート７０はビームの何ら
かの中性成分を分別するために用いられる。結果として、中性ビーム８０はプレ
ート７０に影響されずに、イオンビーム９０（これはウェハターゲット１００の
方へ曲がる）から分離される。中性ビーム８０はターゲット１１０によって止め
られる。
【００２５】 スキャナプレート１２０（ｘ軸）および１３０（ｙ軸）はイオンビームのウェ
ハ表面上での位置を制御する役割を担う。プレートに適切なタイミング制御シー
ケンスを与えることにより、ウェハ全体をイオンビームでスキャンすることがで
きる。初めに、プレートに与えられたタイミング制御シーケンスはウェハ全表面
にわたって均一なドーパント分布を保証するようなものである。
【００２６】 イオン注入は、基板内に注入されたドーパント原子の数を１％より少ない数以
内まで正確に制御する能力を有する。１０14から１０18原子／ｃｍ3の範囲にお けるドーパント制御については、イオン注入は化学蒸着技術およびガス拡散より
も明らかに優れている。イオン注入装置による質量分離により、非常に純粋なド
ーパントを得ることが確実になる。イオン注入は注入エネルギ、ドーズ量、およ
び注入位置に対して正確に制御できるので、イオン注入は他の半導体処理におけ
る空間的変動を修正するためにも好ましい方法である。
【００２７】 制御ユニット１４０は、イオン注入装置に対して異なるセッティングをプログ
ラムしかつ制御する役割を担う。制御ユニット１４０を用いてスキャナプレート
１２０（ｘ軸）および１３０（ｙ軸）を制御することにより、イオンがウェハ内
に注入される場所が正確に制御される。さらに、イオンビームが特定の場所でと
どまる時間量もまた正確に制御され得る。イオンビームがウェハ（または他のタ
ーゲット）をスキャンするにつれて、ドーズ量およびエネルギは制御ユニットを
用いて場所の関数として変動し得る。たとえば、加速管５０に与えられるある異
なる値の加速電位はイオンビームの各場所について選択され得る。この結果、非
均一ではあるがうまく制御されたイオン注入プロファイルがウェハ表面にわたっ
て生じる。
【００２８】 イオン注入は半導体製造処理全体にわたって用いられる。低ドーズ量（１０11 から１０12イオン／ｃｍ2）のイオン注入を用いて、チャネル領域を注入してそ のドーピング濃度を変えることによりトランジスタのしきい値電圧を調整しても
よい。イオンは半導体基板に導入されてトランジスタのソースおよびドレイン領
域を創り出すことができる。トランジスタのポリシリコンのゲート構造もまた、
ソースおよびドレインがドープされるのと同時にドープされ、導通し得る。イオ
ン注入は、このようなトランジスタのターン・オンの可能性を最小にするために
寄生トランジスタのしきい値電圧を増すために用いられ得る。イオン注入装置で
濃いドーピングを用いて、パターニング材料のエッチング特性を変化させること
もできる。
【００２９】 さらに、イオン注入は、他の半導体処理を補償するのに理想的となる多くの他
の利点を有する。イオン注入を用いて注入されたドーパント濃度は、低エネルギ
の注入については１０％以内まで、高エネルギの注入については２％以内まで予
測することができる。イオン注入装置の特定のセッティングをすることでドーピ
ングの量を正確に予測できるようになり、よって小さな修正を施すことが可能に
なる。この注入は既に定位置にあり得る材料によって行なってもよく、他の材料
はマスクとして用いて特定のドーピングプロファイルを創り出すこともできる。
さらに、１つ以上のタイプのドーパントを同時にウェハの同じ位置に注入しても
よい。他の利点は、フォトレジストを傷つけない低い温度で、かつ清潔な環境を
保証する高真空状態で、イオン注入が行われ得るという事実を含む。
【００３０】 図２は、半導体処理の空間的変動を補償するために提案された方法を示すフロ
ーチャートである。イオン注入装備はまず、ウェハ表面にわたって均一なドーピ
ングプロファイルを生成するようにセットされる。半導体製造処理は次いでこれ
らの滑らかなドーピングプロファイルで開始する。半導体処理に関連するすべて
の化学的、物理的、および電気的パラメータは、適切な計測ツールを用いて測定
され、その後記録される。各パラメータはウェハの表面全体にわたって測定され
、表面にわたる空間的分布は各パラメータについて形成される。
【００３１】 各装置は、所定の性能および他の装置との互換性を確実なものにするように特
定の設計の制限範囲内に収まらなければならない特定の設計パラメータを有する
。さまざまな動作モードにおけるトランジスタの切換速度、しきい値電圧、動作
電圧、および電流消費はこのような設計パラメータの例である。これらの設計の
制限範囲の空間分布はこの後検討され、これらのパラメータがウェハ表面全体に
わたって確実に設計パラメータ内にあるようにされる。特定の半導体処理におけ
る空間的変動が原因で、設計パラメータのいくつかは、ウェハのある部分では許
容可能な設計パラメータの範囲内であるが別の部分ではそうでないこともある。
たとえば、ウェハの中心のダイスは設計要件に合致する設計パラメータを有する
が、この同じパラメータがウェハの周囲付近のダイスについては設計範囲外にな
る場合もある。
【００３２】 この場合、測定された物理的、化学的、および電気的パラメータのすべてが特
定の装置のコンピュータモデル内に入力される。このコンピュータモデルはその
後、新たな非均一のドーピングプロファイルを計算して他の処理によって生じた
空間的変動を補償する。いずれの注入ステップも、どのパラメータを修正すべき
かによって変更され得る。変更され得る注入ステップの例は、ウェル注入、しき
い値調整注入、ソース／ドレイン注入、ゲートポリシリコン注入、およびチャネ
ルストップ注入を含む。さらに、ウェハのいくつかの領域において空間的変動を
修正するために新たな注入ステップが適切であり得るかが決定され得る。
【００３３】 適切なイオン注入ドーピングプロファイルが決定されると、イオン注入装置が
制御するソフトウェアが所望の新たなドーパントプロファイルへと再プログラム
される。この注入装置においていくつかのさまざまな制御を変えることにより所
望の結果が達成され得る。ｘ軸およびｙ軸スキャナプレートによって制御される
スキャンパターンは、注入装置がウェハの特定領域にはイオンを注入するが他の
領域には注入しないように変更され得る。ｘ軸およびｙ軸のスキャンプレートに
非線形のタイミングシーケンスを与えることにより、イオンビームが特定の領域
でとどまる時間量が正確に制御され、非均一なプロファイルがもたらされる。静
止イオンビームおよび可動のウェハ台を用いるシステムにおいては、ウェハ台の
動きパターンは再プログラムされ得る。
【００３４】 イオンビームのエネルギはビーム加速管に与えられた電圧を制御することによ
って調整され得る。ビームのｘ座標およびｙ座標の各々に対応する特定の電圧を
与え、ウェハ表面にわたって注入の深さのプロファイルを得ることもできる。同
様に、注入装置のドーズ量はビームのｘ座標およびｙ座標の関数として調整され
、ウェハの表面にわたるドーパント濃度のプロファイルを得ることもできる。す
べての場合において、注入プロファイルに毎回小さな変更がなされる。設計パラ
メータは次の製造シーケンスの終わりに再検査され、必要であれば、再び小さな
変更が加えられる。
【００３５】 この方法がどのように適用されるかの一例として、ターゲットしきい値電圧１
．２Ｖを有するＮＭＯＳ型トランジスタを有するウェハを考慮されたい。ＮＭＯ
Ｓ型トランジスタは、ｐ型基板に形成された金属酸化膜半導体トランジスタであ
り、ｎ型にドープされたソースおよびドレイン領域を有する。このようなトラン
ジスタのチャネルは、ソースとドレインとの間に形成され、チャネル上方のトラ
ンジスタのゲートに特定のしきい値電圧が与えられるとｎ型になり、トランジス
タはオンになる。この設計仕様に従って、しきい値電圧の許容可能な範囲は１．
０から１．４Ｖであると想定する。図３は、ウェハ表面にわたるＮＭＯＳトラン
ジスタのしきい値電圧のグラフを示す。ウェハの中心におけるトランジスタは許
容可能な設計仕様の範囲内であるが、ウェハ周囲近傍のトランジスタはそうでな
い。これは、複数の半導体処理における放射状の空間的変動によるものであり得
る。たとえば、場所Ａは、許容可能な設計仕様外のしきい値電圧値を有する。
【００３６】 しきい値電圧をシフトさせる方法の１つは、トランジスタのチャネル領域内に
しきい値調整注入を行なうことである。ｐ型またはｎ型のドーパントのいずれか
をチャネル内に導入して既存の背景ドーピングをそれぞれ増加または減少させる
ことができる。この例では、しきい値電圧を増すためにホウ素が導入され得る。
ホウ素の望ましい空間ドーピングプロファイルは図４に示される。しきい値の修
正が最も必要なウェハの外側部分についてはより高い濃度が選択され、しきい値
電圧が設計制限範囲内であるウェハの中心部に近い部分では注入は行なわれない
。たとえば、図４の場所Ａには約２．２×１０12イオン／ｃｍ2のドーズ量が注 入される。しきい値電圧の修正後の空間分布は図５に示される。しきい値電圧は
ここでウェハ表面全体にわたって許容可能な範囲内になる。図５の場所Ａのしき
い値電圧はこのとき約１．０５Ｖとして示され、ここで許容可能な設計仕様内に
収まることになる。
【００３７】 この開示の恩恵を受ける当業者には、この発明が半導体ウェハの電気的、物理
的、および化学的パラメータにおける空間的変動を補償することが可能であると
信じられているということが認識されるであろう。さらに、当然ながらまた、図
示かつ記述されたこの発明の形式は、例示の、現在好ましい実施例として見るべ
きである。請求の範囲に述べたこの発明の精神および範囲から離れることなくさ
まざまな修正および変更がなされ得る。前掲の請求の範囲はこのような修正およ
び変更をすべて包含すると解釈されることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 イオン注入装置の出力がウェハのトポグラフィ上およびウェハト
ポグラフィ内に形成された物理的、化学的、および電気的パラメータを変更する
ために選択的に変化し得るイオン注入装置の概略図である。
【図２】 半導体製造処理に従って形成されたパラメータの空間的変動を補
償するために用いられるステップを説明するフローチャートである。
【図３】 補償前のウェハのトポグラフィにわたるさまざまな領域で測定さ
れたたとえばしきい値電圧の分布を示すグラフである。
【図４】 図３に示す予め存在する空間的変動を補償するためにウェハトポ
グラフィにわたって注入されたドーパントのドーピングプロファイルを示すグラ
フである。
【図５】 補償後のウェハトポグラフィにわたるトランジスタのしきい値電
圧の分布を示すグラフである。
【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書
【提出日】平成１２年２月４日（２０００．２．４）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１６】 前記加速電位が約１ｋｅＶから１００ＭｅＶである、請求
項１３に記載のイオン注入装置。
【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書
【提出日】平成１２年２月４日（２０００．２．４）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項１
【補正方法】変更
【補正内容】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4M106 AA01 AA07 AA08 AB02 AB03 CA05 CA14 CA32 CB02 CB30 DH60 5C034 CD07 【要約の続き】 いて適切なイオン注入プロファイルを決定するために は、装置のコンピュータモデルが用いられる。この補償 にイオン注入が選択される理由は、注入ドーズ量および エネルギが正確に制御され得るということと、イオン注 入装置はウェハの各領域におけるさまざまなドーズ量お よびエネルギを運ぶように容易に再プログラムできると いうこととである。次のウェハのセットについてイオン 注入ドーピングプロファイルにおける小さな変更がなさ れ、この設計パラメータを伴う装置パラメータは再測定 される。

Claims (21)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 半導体ウェハにわたって形成される装置のパラメータの測定
    値における空間的変動を補償するための方法であって、 複数の処理ステップを行なって前記半導体ウェハ上およびウェハ内の装置を形
    成するステップと、 前記処理に関連する複数のパラメータ値を測定するステップとを含み、 前記測定するステップは、前記半導体ウェハのある場所で行なわれ、さらに、
    前記複数のパラメータ値は設計要件内に収まらなければならない設計パラメータ
    を含み、前記方法はさらに、 イオン注入を前記場所で行なうステップを含み、前記イオン注入のセッティン
    グは前記装置のコンピュータモデルを用いて決定され、前記セッティングは前記
    設計パラメータの値が前記イオン注入を前記行なうステップの前に前記パラメー
    タのある値よりも前記設計要件に近くなるように決定される、方法。
  2. 【請求項２】 前記複数の処理ステップを行なうステップが、イオン注入を
    行なうステップ、膜の堆積を行なうステップ、材料のパターニングを行なうステ
    ップ、材料のエッチングを行なうステップ、または膜の熱成長を行なうステップ
    を含む、請求項１に記載の方法。
  3. 【請求項３】 前記複数のパラメータ値を測定するステップが、複数の物理
    的、化学的または電気的パラメータ値を測定するステップを含む、請求項１に記
    載の方法。
  4. 【請求項４】 前記複数の物理的パラメータ値を測定するステップが微小寸
    法または屈折率を測定するステップを含む、請求項３に記載の方法。
  5. 【請求項５】 前記複数の化学的パラメータ値を測定するステップが、ドー
    ピングプロファイルまたは材料の化学組成を測定するステップを含む、請求項３
    に記載の方法。
  6. 【請求項６】 前記複数の電気的パラメータ値を測定するステップが、層の
    シート抵抗、臨界点間の容量、しきい値電圧、動作電圧、電流消費、遅延時間、
    応答時間、またはブレークダウンパラメータを測定するステップを含む、請求項
    ３に記載の方法。
  7. 【請求項７】 前記設計パラメータが、しきい値電圧、動作電圧、電流消費
    、切換速度、遅延時間、応答時間、またはブレークダウンパラメータを含む、請
    求項１に記載の方法。
  8. 【請求項８】 前記イオン注入を行なうステップが、ソース／ドレイン領域
    を注入するステップ、しきい値調整注入を行なうステップ、ゲート導体を注入す
    るステップ、チャネルストップ注入を行なうステップ、またはウェル注入を行な
    うステップを含む、請求項１に記載の方法。
  9. 【請求項９】 前記イオン注入装置の前記セッティングがｘ軸およびｙ軸ス
    キャナプレートのタイミングシーケンスと、ｘ注入座標とｙ注入座標との関数と
    しての注入エネルギと、ｘ注入座標とｙ注入座標との関数としての注入ドーズ量
    とを含む、請求項１に記載の方法。
  10. 【請求項１０】 前記半導体ウェハ上およびウェハ内に形成された複数の装
    置の測定されたパラメータにおける半導体ウェハにわたる空間的変動を補償する
    ための方法であって、前記方法は、 複数の処理ステップを行なって前記半導体ウェハ上に前記複数の装置を形成す
    るステップと、 前記複数の装置の各々の前記パラメータを測定して前記半導体ウェハの表面に
    わたる前記パラメータの空間的分布を決定するステップと、 前記半導体ウェハの前記表面にわたってイオン注入を行なうステップとを含み
    、前記イオン注入のセッティングは前記複数の装置のコンピュータモデルを用い
    て決定され、前記セッティングは前記空間的変動を減じるためにｘ座標およびｙ
    座標に従って変動する、方法。
  11. 【請求項１１】 前記複数の処理ステップを行なうステップが、イオン注入
    を行なうステップ、膜の堆積を行なうステップ、材料のパターニングを行なうス
    テップ、材料のエッチングを行なうステップ、または膜の熱成長を行なうステッ
    プを含む、請求項１０に記載の方法。
  12. 【請求項１２】 前記複数のパラメータを測定するステップが、複数の物理
    的、化学的または電気的パラメータを測定するステップを含む、請求項１０に記
    載の方法。
  13. 【請求項１３】 前記複数の物理的パラメータを測定するステップが微小寸
    法または屈折率を測定するステップを含む、請求項１２に記載の方法。
  14. 【請求項１４】 前記複数の化学的パラメータを測定するステップが、ドー
    ピングプロファイルまたは材料の化学組成を測定するステップを含む、請求項１
    ２に記載の方法。
  15. 【請求項１５】 前記複数の電気的パラメータを測定するステップが、層の
    シート抵抗、臨界点間の容量、しきい値電圧、動作電圧、電流消費、遅延時間、
    応答時間、またはブレークダウンパラメータを含む、請求項１２に記載の方法。
  16. 【請求項１６】 前記イオン注入を行なうステップが、ソース／ドレイン領
    域を注入するステップ、しきい値調整注入を行なうステップ、ゲート導体を注入
    するステップ、チャネルストップ注入を行なうステップ、またはウェル注入を行
    なうステップを含む、請求項１０に記載の方法。
  17. 【請求項１７】 前記イオン注入装置の前記セッティングが、ｘ軸およびｙ
    軸スキャナプレートのタイミングシーケンスと、ｘ注入座標とｙ注入座標との関
    数としての注入エネルギと、ｘ注入座標とｙ注入座標との関数としての注入ドー
    ズ量とを含む、請求項１０に記載の方法。
  18. 【請求項１８】 プログラム可能なイオン注入装置であって、 イオンソースを含み、前記イオンソースは半導体トポグラフィ内に注入すべき
    ドーパントをイオン化し、前記イオン注入装置はさらに、 加速電位を含み、前記加速電位は前記ドーパントの注入エネルギを決定し、前
    記エネルギは前記ドーパントが注入される場所の関数として制御され、前記イオ
    ン注入装置はさらに、 ｘ軸スキャナプレートおよびｙ軸スキャナプレートを含み、前記スキャナプレ
    ートは前記ドーパントが注入されるある場所を制御し、前記場所は時間の関数と
    して制御され、さらに、 前記ドーパントのドーズ量および注入エネルギは注入位置の関数として制御さ
    れる、プログラム可能なイオン注入装置。
  19. 【請求項１９】 前記ドーパントが、ホウ素、窒素、リン、または砒素を含
    む、請求項１８に記載のイオン注入装置。
  20. 【請求項２０】 前記半導体ウェハが濃くドープされたシリコンバルク上に
    形成されたエピタキシャル層を含み、エピタキシャル層の抵抗率が約１０から１
    ５Ω−ｃｍの範囲である、請求項１８に記載のイオン注入装置。
  21. 【請求項２１】 前記加速電位が約１ｋｅＶから１００ＭｅＶである、請求
    項１８に記載のイオン注入装置。
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