JP4820093B2 - アニール不均一性を補償するための方法及びシステム - Google Patents

Description

本方法及びシステムは、シリコンウエハの処理に関し、より詳細にはアニール不均一性の補償（原語：compemnsating）に関する。

シリコンウエハにイオン注入を行った後、ドーパントを活性化して必要な電気的特性をシリコンに与えることができる。ドーパントの活性化は、典型的にはウエハの熱サイクル又はアニールにより行うことができる。ウエハが曝される最高温度と、ウエハがこの最高温度に曝される時間と、温度を上昇及び下降させる速度とを含むこのアニーリング処理の制御によって、必要な電気的性質を提供できる。

更に、アニーリング処理の制御は、外方拡散などの有害作用を最小限に抑制する役目も果たしうる。外方拡散は、シリコン内のドーパントがウエハの表面に向かって拡散し、最終的にはウエハの表面から放出されてしまうことにより起こる。外方拡散の割合は温度に左右されることがある。又、ウエハ内のドーパントがウエハ表面に近づくと、ウエハ内のドーパント濃度はより高い割合で減少することがある。例えば、極浅注入におけるドーパント濃度は、外方拡散によりとりわけ減少し易くなることがある。

アニール・サイクル時のウエハにおける不均一な温度分布により、不均一なドーパント活性化、不均一な外方拡散割合、及びドーパントの非対称活性をもたらしうる他の有害作用が引き起こされることがある。従ってドーパント分布が当初は均一であっても、アニール後にはウエハ全体に均一な電気的性質がもたらされるとは限らない。これは、例えばシート抵抗（Rs）マップにより測定できる。一般に、アニール時のウエハにおける温度勾配は半径方向パターンとなる傾向があり、ウエハの中心が縁部よりも僅かに高温となる。これが起こると、図７に示したように、電気的に活性化したドーパント分布プロファイルに半径方向の変化が発生することがある。
発明の概要

本明細書に記載された方法及びシステムによれば、アニール不均一性を補償するための一方法は、前記アニール不均一性が電気的活性ドーパント濃度を低下させる領域で高いドーパント濃度を提供するために、ドーパントを所定のパターンで注入する段階を含むことができる。前記アニール不均一性に対する注入パターンは、均一なドーパント分布を備えたウエハをアニーリングし、アニーリング後にウエハの特性を測定すること（例えば、このウエハのシート抵抗マップを作成するなど）によりアニール不均一性を特定し、この不均一性を補償するためのパターンとして決定できる。一実施形態では、この不均一性は、アニーリング時に温度の変化を測定することで測定できる。注入パターンに従い、ビームを横切る方向のビーム電流密度及び前記ビームを通過する前記ウエハの通過角度を調節して、前記ドーパントを注入することができる。コンピュータ可読媒体が、ウエハ注入装置を制御して前記方法を実現するための命令を含むこともできる。

アニール不均一性を補償するためのシステムは、前記アニール不均一性を特定するための手段と、前記アニール不均一性が活性ドーパント濃度を低下させる領域で高いドーパント濃度を提供する注入パターンを設計するための手段と、前記注入パターンでドーパントを注入するための手段とを含むことができる。前記システムは、サンプル・ウェハをアニーリングするための手段と、例えばシート抵抗の測定などによって、アニーリング後に前記サンプル・ウェハの特性を測定する手段とを含むこともできる。一実施形態では、アニーリング時の温度変化を測定するための手段が、前記アニーリング不均一性を特定できる。

一実施形態では、本システムは、アニール不均一性データを測定するためのセンサと、前記アニール不均一性データに基づいて前記注入パターンを設計するプロセッサと、前記設計された注入パターンでドーパントを注入するため前記ウエハの注入を制御するコントローラとを含むことができる。前記センサはシート抵抗を測定してもよく、或いはアニール時の温度変化を測定してもよい。前記コントローラは、前記ビームを横切る方向のビーム電流密度及び／又は前記ビームを通過する前記ウエハの通過角度を調節してもよい。

図７に示したように、ウエハ１０においてドーパントが均一に分布していても、アニーリング時にウエハ１０に発生する典型的な温度勾配によって、活性ドーパント分布プロファイルが半径方向に変化することがある。図７では、中心における高温によって、ドーパントの電気的活性化がウエハ１０の中心で増大することがある。又、中心における高温は、ウエハ１０の中心において外方拡散を増大させることがある。従って、プロファイル等高線１２は、ウエハ１０の中心に向かって減少又は増大する電気的活性ドーパント濃度を表すことができる。

図１を参照すると、アニーリング時に半径方向の温度勾配を補償する助けとなりうるビーム・プロファイル１４の概略図を示すことができる。次の記載は、ウエハ１０の中心に向かって減少する活性化ドーパント濃度の半径方向の変化に基づくものと考えることができる。しかし、本明細書に記載した方法及びシステムは他の変化にも適用できる。図１では、ビーム電流密度が、ビームの幅にわたって変化していることが示されている。図１に示した代表例では、ビーム電流密度は、ビームの中心（図１では「ｃ」で示した）で最も高くなり、ビームの縁部（図１では「ｅ」で示した）に向かって線形に減少することがある。図２は、図１の不均一ビームを垂直に横切るウエハ５０の例示的な注入ドーパント分布の等高線を示す。すなわち、ウエハ５０を図２の平面内で垂直に移動させる際に、このビームは図２の平面に直交させておくものである。等高線１６は、縁部「ｅ」から中心「ｃ」に向かって増大するドーパント濃度を示すことができる。

図３を参照すると、図１の不均一ビーム内を垂直及び水平に（図３の平面に対して）通過させたウエハ５０のドーパント分布等高線を示すことができる。等高線１８は、ウエハ５０の中心に向かって増大するドーパント濃度を示すことができる。図３と図７とを比較すれば、図３のウエハ５０における増大する注入ドーパント濃度が、図７のウエハ１０における減少する電気的活性ドーパント濃度を相殺しうることが理解できるはずである。従って、アニール温度はウエハ５０の中心に向かって半径方向に増大するが、図３のウエハ５０のアニールは、図４のものと類似した電気的に活性なドーパントの分布を備えたウエハ５０を形成できる。図４のウエハ５０における電気的に活性なドーパント分布の変化は、図７のウエハ１０に比べて減少する（比較的少数の等高線２０により示したとおり）ことが一般に理解できる。

例示目的で、均一注入ドーパント分布とそれに続く半径方向の温度の変化を伴うアニールとに関する典型的な測定値に基づいて、図７の等高線１２に値を割り当てることができる。標準的なアニーリング装置を用いて測定されたシート抵抗に基づくと、図７の電気的均一性は１％で、中心から縁部までの変化全体は４．２４％となりうる。図１の不均一ビームに関しては、中心のビーム電流密度は縁部よりも７％高くなることがある。電流ビーム密度を表すこの値を道いて、図３のウエハ５０に関するドーパント分布の予想均一性は０．９６％であり、変化全体が４．３４％となると特定できる。図７と同様の半径方向の温度変化アニールを用いると、図４のウエハ５０に関する電気的に活性したドーパント分布の全般的均一性は０．２８％であり、変化全体が１．２９％となると特定できる。

この例証から、ビームドーパント注入パターンが、アニール温度の変化に起因する電気的活性ドーパント分布の予想パターンを相殺することにより、電気的に活性化したドーパント分布の均一性を有意に増加させ、電気的に活性化したドーパント分布の変化を有意に減少させられることが分かる。図５は、アニール不均一性を補償する際に使用できる方法１００のフローチャートを示す。

方法１００は、まず最初にステップ１０２で、使用するアニール装置が原因となる不均一性を特定する。例えば、注入が均一であるサンプル・ウエハをアニールでき、又、例えばシート抵抗（Rs）マップで示すことなどによって、アニール後のサンプルの特性測定から不均一性を測定できる。別法として、アニール時のウエハにおける温度変化を、例えばウエハ上の温感コーティング又は温度プローブを用いるなどして、アニーリング時に直接的に測定してもよい。当業者には公知かも知れないが、方法１００の実行を制限することなく不均一性を測定するための他の方法を用いることもできる。ステップ１０４では、アニールにおける不均一性を補償するためのドーパント分布を実現できる注入パターンを設計でき、ステップ１０６では、その設計したパターンを用いてウエハに注入できる。一般に、注入パターンの設計によって、アニーリングが電気的活性濃度を低下させうるウエハ領域においてドーパント濃度を高くすることができる。

図１乃至４の実例では、ビーム・プロファイルは中心でピークに達し、ウエハの中心近傍でドーパント注入が増大する。注入装置には、注入時にウエハが保持される回転プラテンを装備できることは知られている。このタイプの装置では、こうした例示的注入を４つの区域に分割でき、１つの区域ごとに１／４のドーズ容量とし、区域と区域の間でウエハを９０度回転させる。こうした注入は、処理量に大きな影響を与えることなく単一のウエハ工具上で容易に実行できる。

他のアニール不均一パターンに関しては、他の注入パターンを設計又は選択すればよい。例えば、アニール不均一性が、ウエハの中心における高い電気的活性ドーパント濃度を引き起こした場合は、ビーム・プロファイルが縁部でピークに達するように設計すればよい。他のビーム・プロファイル形状、ドーズ量、ウエハ通過角度によって、アニール装置により導入された不均一性を補償するために注入時にドーパントを不均等に分布できる種々様々な注入パターンが実現可能である。

ステップ１０６でアニールが終了すると、ステップ１０８では、ウエハにおける活性化されたドーパントの分布を特定できる。図１乃至５の例示的な実施形態に関して、シート抵抗マップを用いて活性化したドーパントの分布を特定できる。当業者であれば、方法１００の実行を制限することなく他の測定方法を使用できることは理解できるはずである。ステップ１０８からの活性化したドーパントの分布は、ステップ１０２で特定した予想活性化分布とステップ１１０において比較し、方法１００を実行する利点を評価できる。上述の実例に関して述べたように、方法１００は、機器設定、処理量、及び／又は注入／アニール処理の他の側面に関わるコストを要することがある。こうしたコストを、ステップ１１０での比較で示された利点と天秤に掛けることによって、方法１００を使用するか否かの決定に役立てることができる。

図６を参照すると、方法１００を実行するためのシステム２００の概略図を示すことができる。システム２００は、注入チャンバ２０４とアニーリング・チャンバ２０６とを備えたウエハ処理ステーション２０２を含むことができる。更に、処理ステーション２０２は、例えばビーム・プロファイル、通過角度、及び／又は他の注入パラメータなどの注入処理を制御するためのコントローラ２０８と、ウエハ５０をステーション間で移動するための移行機構２１０とを含むことができる。処理ステーション２０２は、本発明の分野で公知のウエハ注入用装置でよい。測定装置２１２は、ステップ１０２及び１０８などでウエハの不均一性を測定できる。一例として、この測定装置は、上述のようにシート抵抗を測定してウエハの不均一性を特定できる。本発明の分野で公知の不均一性を測定するための他の装置を使用してもよい。プロセッサ２１４は、ステップ１０４における注入パターンの設計及びステップ１１０における結果の比較の支援となりうる。

詳細に示し記述した好適な実施形態に関連して本方法及びシステムを開示してきたが、様々な変更及び改良は当業者には明白になるはずである。一例として、プロセッサ２１４は処理ステーション２０２の動作を制御できるので、必要に応じてコントローラ２０８に命令を送ることができる。更に、測定装置２１２及びプロセッサ２１４は処理ステーション２０２に組み込んでもよいし、構成要素２０４乃至２１０の内の１つ又は複数を独立型構成要素としてもよい。従って、図６に示した構成要素及び図５に示した要素の構成は単に例示的な目的にすぎず、対象となる実行例に適するように変更可能である。従って、開示した方法の範囲を逸脱することなく、品目を組み合わせることも、拡張させることも、それ以外の様態で再構成することもできる。

本明細書に記載した方法及びシステムは、特定のハードウェア又はソフトウェア構成に限定されるものでなく、ペイロードをステーションに設置するロボットを使用可能な多くの処理環境で応用可能である。ハードウェア又はソフトウェア、或いはハードウェアとソフトウェアとの組み合わせとして本方法を実行することができる。本方法は、１台又は複数台のプログラム可能なコンピュータで実行する１つ又は複数のコンピュータプログラムとして実行でき、このコンピュータには、プロセッサ２１４といったプロセッサと、プロセッサによって可読の記憶媒体と、１つ又は複数の入力デバイスと、１つ又は複数の出力デバイスとが含まれる。図６に示したような幾つかの実施形態では、処理システムが使用できる。他の実施形態では、ネットワーク内のコンピュータ上で本方法を実行してもよい。公知のユーザ・インターフェースを通じてユーザが本システム及び方法を管理できるようにしてもよい。

コンピュータシステムと通信するために１つ又は複数の高級手続き型プログラミング言語又はオブジェクト指向のプログラミング言語を用いて、上述のコンピュータプログラム即ちプログラムを実装することが好ましいが、所望なら、アセンブリー又は機械語でこれらプログラムを実装することもできる。この言語はコンパイルしても、翻訳してもよい。

こうしたコンピュータプログラムは、汎用又は専用プログラム可能コンピュータが読み出し可能な記憶媒体又は装置（例えば、ＣＤ−ＲＯＭ、ハードディスク、又は磁気ディスク）上に格納可能であり、この記憶媒体又は装置がこのコンピュータに読み出され、本明細書に記載の手順を実行する際に、このコンピュータを構成し且つ動作させるのが好ましい。更に、本方法及びシステムは、コンピュータプログラムを用いて構成されたコンピュータ可読記憶媒体として実現されているとみなすことができる。その場合には、そのように構成した記憶媒体によって、コンピュータは、特定の予め定義した様態で動作できる。

更に、前述の変更は網羅的なものではなくて単に例示的なものかもれず、従って、他の変更を実施することができる。従って、当業者であれば、本明細書で説明し図示した部材の詳細及び配置に多くの付加的変更を行うことができる。よって、次の特許請求の範囲は、本明細書で開示した実施形態には限定されないことは理解できるはずである。これら特許請求の範囲は、具体的に記載されたものとは異なる様態で実行可能であって、法律によって許された最大の範囲で解釈されるべきである。

次の図は、本ステム及び方法の幾つかの例示的な実施形態を示すもので、類似の参照番号は類似の要素を示す。これら図示した実施形態は例示的なものであり、いかなる意味でも限定的に解釈されるべきではない。
ウエハに注入するための不均一ビーム・プロファイルの概略図を示す。 図１に示したビームの第１回目の通過後のドーパント分布の概略図を示す。 第１回目の通過から９０度回転させた、図１に示したビームの第２回目の通過後のドーパント分布の概略図を示す。 アニール後の図３に示したウエハにおける、電気的に活性化させたドーパント分布の概略図を示す。 アニール不均一性を補償するための一方法のフローチャートを示す。 図５の方法を実行するためのシステムの概略図を示す。 均一注入されたドーパント分布のアニールに続く、ウエハ上の電気的活性ドーパント分布の概略図を示す。

Claims (12)

1. アニール不均一性を補償し、前記アニール不均一性が電気的活性ドーパント濃度を低下させる領域で高いドーパント濃度を提供するための方法であって、
   アニール装置に起因するアニール不均一性を特定するための段階と、
   前記アニール不均一性を補償するための注入パターンを設計する段階と、
   前記注入パターンに従って電気的活性ドーパントをウエハに注入する段階とを含み、
   前記アニール不均一性を特定するための段階が、均一ドーパント分布を備えたサンプル・ウエハを前記アニール装置によりアニーリングし、アニーリングに伴って変化する前記サンプル・ウエハの特性を測定する段階とを含む、方法。
2. 前記アニール不均一性を特定するための段階が、アニーリング後に前記サンプル・ウエハのシート抵抗を測定する段階を含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記アニール不均一性を特定するための段階が、アニーリング時に前記サンプル・ウエハの温度変化を測定する段階を含む、請求項１に記載の方法。
4. 前記電気的活性ドーパントをウエハに注入する段階が、電気的活性ドーパントの注入に用いるビームを横切る方向のビーム電流密度と、前記ビームを通過する前記ウエハの通過角度との少なくとも一方を調節する段階を含む、請求項１に記載の方法。
5. アニール不均一性を補償し、前記アニール不均一性が電気的活性ドーパント濃度を低下させる領域で高いドーパント濃度を提供するために、ウエハ注入装置を制御するプログラムが記録されたコンピュータ可読媒体であって、前記プログラムが、
   アニール装置に起因するアニール不均一性を特定するための手順と、
   前記アニール不均一性を補償するための注入パターンを設計する手順と、
   前記注入パターンに従ってウエハ注入装置を制御し、電気的活性ドーパントをウエハに注入する手順とを含み、
   前記アニール不均一性を特定するための手順が、均一ドーパント分布を備えたサンプル・ウエハを前記アニール装置によりアニーリングし、アニーリングに伴って変化する前記サンプル・ウエハの特性を測定する命令を含む、コンピュータ可読媒体。
6. 前記アニール不均一性を特定するための手順が、アニーリング後に前記サンプル・ウエハのシート抵抗を測定する命令を含む、請求項５に記載のコンピュータ可読媒体。
7. 前記アニール不均一性を特定するための手順が、アニーリング時に前記サンプル・ウエハの温度変化を測定する命令を含む、請求項５に記載のコンピュータ可読媒体。
8. 前記電気的活性ドーパントをウエハに注入する手順が、ウエハ注入装置のビームを横切る方向のビーム電流密度と、前記ビームを通過する前記ウエハの通過角度との少なくとも一方を調節する命令を含む、請求項５に記載のコンピュータ可読媒体。
9. 電気的活性ドーパントをウエハに注入するウエハ注入装置において、アニール不均一性を補償し、前記アニール不均一性が電気的活性ドーパント濃度を低下させる領域で高いドーパント濃度を提供するためのシステムであって、
   アニール装置に起因するアニール不均一性を特定するための測定装置と、
   前記アニール不均一性を補償するための注入パターンを設計するプロセッサと、
   前記注入パターンに従って前記ウエハ注入装置を制御するコントローラとを含み、
   前記アニール装置が均一ドーパント分布を備えたサンプル・ウエハをアニーリングし、前記測定装置がアニーリングに伴って変化する前記サンプル・ウエハの特性を測定するセンサを備える、システム。
10. 前記センサが、アニーリング後に前記サンプル・ウエハのシート抵抗を測定する、請求項９に記載のシステム。
11. 前記センサが、アニーリング時に前記サンプル・ウエハの温度変化を測定する温度センサである、請求項９に記載のシステム。
12. 前記コントローラが、前記ウエハ注入装置のビームを横切る方向のビーム電流密度を変化させるためのビーム電流密度コントローラと、前記ビームを通過する前記ウエハの通過角度を変化させる通過角度コントローラとを含む、請求項９に記載のシステム。

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