专利名称：由激光照射制作半导体器件的方法
技术领域：
本发明涉及一种利用激光照射制作半导体器件的方法。
背景技术：
在半导体工艺中，制作半导体器件的常规方法包括一系列处理步骤，例如沉积、微影、蚀刻、离子植入等，以获得半导体器件。这种顺序中的每一个处理步骤由特定处理性能参数来规定，这些参数表示处理性能和/或其限制。例如，离子植入步骤可由(除其他因素之外)植入剂量、植入深度、植入能量、植入的掺杂物浓度、活性掺杂物浓度、缺陷密度及电阻率或薄层电阻来规定。而且，因为所有的处理步骤都受一定程度的处理变化性影响，所提及的参数都具有其等效的晶圆内均一性参数及晶圆间均一性参数。 半导体加工过程中一个常见问题是，即使每一个处理步骤都是以最小处理性能变化性来执行，处理步骤的顺序也会受到累积的处理性能变化性的影响，使得所得到的半导体器件的一部分并不在技术规范之内或表现出不可靠的电子性能，从而导致成品率损失。在尝试解决上述问题时，工艺工具制造商及工艺工程师通过尽可能多地减少处理性能变化性来试图尽量确保每一个单独的工艺工具或步骤以最可行的晶圆内均一性和以最可行的晶圆间可重复性执行。只要处理容差大于处理能力的限制，上述解决方案就合乎逻辑且强大有力，处理容差是使用统计处理控制中使用的技术术语，以描述处理过程中的特性随机变化，换言之它表示已经尽可能多地消除系统变化源时的处理性能。然而，一个进一步常见问题是，由于器件尺寸不断缩减，处理参数容差不断变窄。因为这些处性能参数容差向处理极限靠近，也就是向该工艺工具所具备的能力靠近，由所谓的参数成品率损失引起的成品率损失正变得越来越重要。这在图I中示出，图I展示了随技术节点(特征尺寸)而变化的‘传统的’缺陷限制的成品率和特征限制的成品率。相比于缺陷相关的成品率损失，这确立了参数成品率损失的增长的重要性。此外，消除所有系统性处理性能变化性的处理一般仍然会表现出小的但高度不可预见的处理性能变化性，从而导致残留准随机的晶圆内均一性参数及晶圆间均一性参数。剩下的另一个问题是，由于考虑到最可能的晶圆内均一性，一般对工艺工具做最优化处理，因此鉴于最可能的晶圆间均一性，更难于最优化工艺步骤，而该晶圆内均一性图可能彼此不同。考虑到上述缺点，很明显需要一种用于制作半导体器件的方法，作为一个第一目标，该方法提供了降低参数成品率损失的能力，尤其是在需要超出处理能力极限的处理容差时。此外，本发明的一个目的是提供一种用于制作半导体器件的方法，该器件能够处理由于不可预知的处理性能变化性产生的准随机晶圆内均一性参数及晶圆间均一性参数。本发明的另外一个目的是提供一种用于制作半导体器件的方法，不仅针对晶圆内均一性参数也针对晶圆间均一性参数而最优化该器件。
一般而言，本发明的一个目的是增加半导体器件生产中的加工成品率，以便最小化不符合规格或表现出不可靠电子性能的制造元件数量，并改善装置性能参数分布。通过提供一种包括激光照射的方法，本发明满足了上述目的，其中照射参数是根据一个前续处理步骤或一系列前续处理步骤中的至少一个处理性能参数来确定的。发明概述本发明涉及一种制作半导体器件的方法，包括以下步骤-使一个半导体衬底经历确定其至少一个处理性能参数一个处理步骤或一系列处理步骤； -并且利用具有多个激光照射参数的一个激光器照射该半导体衬底的一个区域；其特征在于根据至少一个处理性能参数来确定这些照射参数。附图
简要说明图I展示了 IC设计中随着技术节点而变化的成品率问题(来源Kohyama/Toshiba)。图2展示了根据本发明的方法的一个实施方案。图3示意性展示了根据本发明的一个方法的实例。发明描述根据本发明一个第一实施方案，提供了一种用于制作半导体器件的方法，包括以下步骤-使一个半导体衬底经历在该半导体衬底的一个区域中确定至少一个处理性能参数的一个处理步骤或一系列处理步骤；-并且利用具有多个激光照射参数的一个激光器照射该区域；其特征在于根据至少一个处理性能参数来确定这些照射参数。通过确定一个处理步骤或一系列处理步骤中的至少一个处理性能参数(图2(a))，并且基于该处理性能参数来确定这些照射参数(图2(b))，具有高于或低于容差的一个处理性能参数值的一个区域受到激光照射而进行补偿，以便获得相应的目标参数值。显然，这可以增加加工成品率并最小化不符合规格或表现为不可靠的电子性能的制造元件的数量。本发明的另外一个益处是它可用于精细调节已在容差范围内的处理性能参数，从而改善元件性能参数分布。此外，根据本发明的一种方法可具有降低参数成品率损失的能力。尤其是需要超过处理能力极限的处理参数容差时，可使用激光照射以补偿并达到那些容差。基于一个或多个处理性能参数来确定这些照射参数的另一个益处是还可以补偿不可预知的处理性能变化性。半导体衬底的激光照射用于例如为获得再结晶的非晶硅的热退火和/或掺杂物活化这样的应用是众所周知的。这种技术通过实现局部快速热处理提供了优于传统加热处理的显著优点，US 2004/0115931中以实例进行了说明，该专利申请描述了一种包括在一个半导体器件的一个或多个部分上进行一次或多次低温退火处理的方法，其中基于该半导体器件的退火部分的一个或多个期望特性来改变该处理。然而，在现有技术中从未建议基于另一处理步骤的处理性能变化或一系列处理步骤的累积处理性能变化而确定应用于该半导体衬底的一个区域上的照射参数。
激光器的照射参数，例如波长、能量和脉冲持续时间，应当基于一个处理步骤或一系列处理步骤中的一个或多个处理性能参数而确定适配。优选地，这可以通过调节激光器的输出能量和/或脉冲宽度来实现。例如，如果该激光器是一个准分子激光器，则可以改变施加在气体放电上的电压。照射参数直接影响被照射区域的加热温度、温度预算、加热深度或熔化深度，因此直接或间接地影响该区域的物理、尺寸、形态或电的特性，从而提供补偿有限的处理能力或处理性能变化性的能力。在本发明的语境内，半导体衬底的照射区域可以是适用于半导体应用的任何材料，例如但不限于无掺杂硅、掺杂硅、植入硅、结晶硅、非结晶硅、矽锗、氮化锗、III-V族化合物半导体，例如氮化镓、碳化硅等。在本发明一个实施方案中，所用的激光器可以是其波长、能量及脉冲持续时间可用于充分加热和/或熔化半导体衬底的任意激光器，优选地是准分子激光，并且甚至更优选地是氯化氙准分子激光。·优选地，该激光器可以以近UV进行照射，更优选地具有308nm的波长。该激光照射可为脉冲激光照射，空间能量密度为O. I至6J/cm2、优选地O. 2J/cm2至3J/cm2，并且传递脉冲能量为I至50焦耳。使用高能量激光允许利用各个激光脉冲处理大的区域。 脉冲持续时间在50至250纳秒之间。激光光束点尺寸可以被适配为或甚至与待照射区域尺寸匹配，例如通过在激光光束路径中使用一个可变光圈，通过使用带有可变光束点放大的光学系统，或两者的组合。该至少一个处理性能参数包括尺寸、形态、电的参数或其组合。尺寸参数可以是但不限于衬底厚度、沉积速率、蚀刻速率、植入深度、闸极长度及其等效均一性参数。形态参数可以是但不限于结晶度、晶粒大小、缺陷密度、晶格常量、应力水平、松弛度及其等效均一性参数。电参数可以是但不限于植入密度、植入剂量、掺杂物浓度、活性掺杂物浓度、电阻率、薄层电阻及其均一性参数。在根据本发明的一个实施方案中，该至少一个性能参数可以包括衬底内非均一性参数。本根据发明的一个具体实施方案中，该至少一个性能参数可以包括衬底间非均一性参数。通过基于衬底间非均一性参数而确定照射参数，在进行处理之前在半导体衬底上的分布(即分布图)和衬底间处理性能参数变化性方面的处理参数变化得到了明确地考虑。因而，激光照射处理在远小于衬底尺寸的一个尺寸范围上进行适配，这不仅提供以分别确定的照射参数来照射衬底区域的能力，甚至提供精细调节区域内处理性能参数的能力。在根据本发明的一个实施方案中，提供了一种制作半导体器件的方法，其中可以在利用分别确定的照射参数照射每一个区域之前，以通用的照射参数对它们进行初步照射。在根据本发明的另一个实施方案中，可顺序地在每一个区域中确定该至少一个处理性能参数及这些照射参数优选地，在这种情况下，激光照射设备本身将包括用于测量一个区域的处理性能参数值的装置以及确定用于该区域的一组照射参数的计算装置。可替代地并且同样如图2所示，基于该至少一个处理性能参数值的一种转发图样来确定照射参数图。在半导体衬底的每一区域上含有至少一个处理性能参数值的这种图优选地可以由专用测量设备进行测量，该专用测量设备将该图整体转发至包括计算装置的激光照射设备，以便为每个区域确定至少一组照射参数。在根据本发明的方法的一个具体实施方案中，使半导体衬底经历一个处理步骤或一系列处理步骤(在该半导体中的一个区域内的确定其至少一个处理性能参数)的步骤在照射该区域的步骤之后执行，且该转发图样是该至少一个处理性能参数的预估图样。图2中展示了这种实施方案。本发明中的方法可用于制作半导体衬底，例如多种衬底及装置，且可用于例如通过使一个区域再结晶，补偿由例如沉积处理变化性引起的该区域中超出容差的 结晶度通过使一个区域再结晶，补偿由例如植入操作而引起的该区域中超出容差的缺陷密度通过加热并因此修改一个区域中的松弛度，补偿该区域中超出容差的应力通过加热一个区域，补偿该区域中超出容差的活性掺杂物浓度。通过额外调节适当的活性掺杂物浓度，补偿由于尺寸参数变化引起的超出容差的装置参数(例如，阈值电压)参见图I。补偿硅光装置的光学特性上的差异通过局部漫射而改变所接触的合金组成，以补偿矽化处理变化性。实例I :本发明的一个具体实施方案如下如图3所示，通过一系列处理，即微影、包含干式蚀刻的栅定义、通过离子植入进行掺杂、剥离及清洗，形成半导体器件的栅。最后执行CD测量以确定栅长度临界尺寸。两个关键半导体器件参数是阈值电压(VTO)和驱动电流(IDSAT)。VTO对许多参数变化非常敏感，特别是栅长度及多种掺杂浓度，其中栅长度直接取决于印刷的临界尺寸(CD)及由于形成处理步骤的一系列栅的处理变化性导致的CD损失。由于影响VTO的掺杂浓度直接取决于植入剂量和退火条件，可通过适当改变激光照射条件来补偿栅CD的变化性，从而调节适当的活性掺杂物浓度。实例2 在实例I中根据先前的CD测量通过后续的激光掺杂物活化来补偿栅CD中的变化性，作为对实例I中所描述方法的一种替代方法，还可以根据未来栅沉积处理变化性的估计，通过η-和P-阱区域中的激光掺杂物活化来补偿栅CD中的变化性。
权利要求
1.一种制作半导体器件的方法，包括以下步骤 -使一个半导体衬底经历在该半导体衬底的一个区域中确定其至少一个处理性能参数的一个处理步骤或一系列处理步骤， -并且利用具有多个激光照射参数的一个激光器照射该区域； 其特征在于基于该至少一个处理性能参数来确定这些照射参数。
2.根据权利要求I所述的方法，其中该至少一个处理性能参数包括尺寸、形态或电的参数，或其组合。
3.根据权利要求2所述的方法，其中该至少一个性能参数包括一个衬底内非均一性参数。
4.根据权利要求2至3所述的方法，其中该至少一个处理性能参数包括一个衬底间非均一性参数。
5.根据权利要求4的方法，其中对该半导体衬底的至少两个区域进行照射，并且其中为每个区域分别确定这些照射参数。
6.根据权利要求5所示的方法，其中在利用分别确定的照射参数照射每个区域之前，以共同的照射参数初步地对其进行照射。
7.根据权利要求I至6所述的方法，其中为每个区域顺序地确定该至少一个处理性能参数和这些照射参数。
8.根据权利要求I至6所述的方法，其中根据该至少一个处理性能参数的转发图样来确定照射参数的一个图样。
9.根据权利要求8所述的方法，其中使该半导体衬底经历在该半导体的一个区域上确定其至少一个处理性能参数的一个处理步骤或一系列处理步骤的步骤是在对该区域进行照射的步骤之后进行的，并且其中该转发图样是该至少一个处理性能参数的一个预估图样。
10.如以上权利要求中任一项所述的方法，其中这些照射参数是由一个装置⑶确定的。
11.如以上权利要求中任一项所述的方法，其中这些照射参数是由有待在该区域内实现的掺杂物浓度和活性掺杂物浓度确定的。
12.如以上权利要求中任一项所述的方法，其中这些照射参数是由有待在该区域中实现的应力和松弛度确定的。
13.如以上权利要求中任一项所述的方法，其中这些照射参数是由一个沉积层的厚度确定的。
全文摘要
本发明涉及一种制作半导体器件的方法，包括以下步骤使一个半导体衬底经历在该半导体衬底的一个区域上确定其至少一个处理性能参数一个处理步骤或一系列处理步骤，并且利用具有多个激光照射参数的一个激光器照射该区域；其特征在于基于该至少一个处理性能参数来确定这些照射参数。
文档编号H01L21/66GK102844852SQ201080054230
公开日2012年12月26日 申请日期2010年12月9日 优先权日2009年12月15日
发明者西蒙·雷克 申请人:爱克西可法国公司