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Dokumentenidentifikation DE102004063691A1 01.12.2005
Titel Verfahren zum Implantieren von Ionen in einem Halbleiterbauelement
Anmelder MagnaChip Semiconductor, Ltd., Cheongju, KR
Erfinder Sohn, Yong-Sun, Ichon, Kyonggi, KR;
Jin, Seung-Woo, Ichon, Kyonggi, KR;
Lee, Min-Yong, Ichon, Kyonggi, KR;
Rouh, Kyoung-Bong, Ichon, Kyonggi, KR
Vertreter Eisenführ, Speiser & Partner, 20457 Hamburg
DE-Anmeldedatum 28.12.2004
DE-Aktenzeichen 102004063691
Offenlegungstag 01.12.2005
Veröffentlichungstag im Patentblatt 01.12.2005
IPC-Hauptklasse H01L 21/265
IPC-Nebenklasse H01L 21/336   
Zusammenfassung Die vorliegende Erfindung liefert ein Verfahren zum Implantieren von Ionen in einem Halbleiterbauelement, welches in der Lage ist, einen Unterschied in Threshold-Spannungen zwischen einem zentralen Abschnitt und Kantenabschnitten eines Substrats zu kompensieren, erzeugt während des Ausführens einer gleichförmigen Ionenimplantation mit gesamten Oberflächen des Substrats, und ein weiteres Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements, welches in der Lage ist, eine Verteilung von Transistorparametern innerhalb eines Substrats durch Bilden einer nicht gleichförmigen Kanaldotierschicht oder durch Bilden eines nicht gleichförmigen Verbindungsprofils zu verbessern.

Beschreibung[de]
Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements und weiter insbesondere auf ein Verfahren zum Implantieren von Ionen in einem Halbleiterbauelement.

Beschreibung des Standes der Technik

Seit neuestem ist es notwendig, Störstellen genauer zu kontrollieren, entsprechend einem Trend zu einem hohen Maß an Integration und Dichte eines Halbleiterbauelements. Darüber hinaus werden Verbesserungen in der Reproduktion und der Verarbeitungsfähigkeit hinsichtlich einer Massenproduktionstechnologie benötigt. Dementsprechend wird eine praktische Verwendung einer Ionenimplantationsmethode wichtiger. Die Ionenimplantationsmethode ionisiert die Störstellen, beschleunigt diese durch Einschwenken der Störstellen in eine vorbestimmte Region auf einem Substrat, wodurch eine vorbestimmte Menge der Störstellen in einer gewünschten Region implantiert wird.

Das Ionenimplantationsverfahren ermöglicht es, die Störstellen selektiv zu implantieren und Störstellen mit einer hohen Reinheit zum implantieren. Darüber hinaus ermöglicht es das Ionenimplantationsverfahren, die Störstellen präzise zu kontrollieren, wodurch eine hervorragende Reproduzierbarkeit und Gleichförmigkeit zur Verfügung gestellt wird. Für das Ionenimplantationsverfahren ist es essential, Dosen von implantierten Störstellen, d.h. eine Menge der Störstellen, zu steuern. Hier kann die Dosis durch Messen des Ionenstrahlstroms gesteuert werden.

Für einen Prozess zur Herstellung des Halbleiterbauelements ist eine Verteilung einer kritischen Dimension (CD) eines Gates ein Faktor, der direkt mit einer Ausbeute von Produkten in Beziehung steht. Dementsprechend ist eine Steuerung der Verteilung der CD auf den Gebieten der geschäftlichen Betätigung mit Halbleiterbauelementen sehr wichtig, wodurch eine große Anstrengung gezeigt wird, die Verteilung der CD des Gates durch einen Maskenprozess, einen Ätzprozess und einen Seitenwand-Spacer-Abscheidungsprozess zu steuern.

Es ist jedoch schwierig, eine Variation in Transistorparametern entsprechend zu Orten auf einem Substrat durch die Verteilung der CD des Gates und einen Prozess zur Bildung von Spacern auf Seitenwänden des Gates zu steuern. Im Falle der Verwendung eines Substrats mit einem großen Durchmesser von über 300mm wird es ein großes Problem, die Variation in den Transistorparametern zu steuern, da das Halbleiterbauelement kontinuierlich kleiner wird. Das bedeutet, dass die durch den Ätzprozess strukturierte harte Gate-Maske und das durch den Ätzprozess strukturierte Gate keine fixierte Größe entsprechend den Orten auf dem Substrat aufweisen. Dementsprechend wird die Größe des Gates unterschiedlich ausfallen, wodurch ein Unterschied in den Transistorparametern aufgrund verschiedener Längen des Gates erzeugt wird.

Dementsprechend ist ein Verfahren zum Ausführen eines Fotobelichtungsprozesses für einen zentralen Abschnitt und Kantenabschnitte des Substrats in anderer Weise gewünscht, um die Verteilung der CD des Gates zu steuern. Auch besteht eine Bemühung darin, einen neuen Prozess auszuführen und Ausrüstung zum Verbessern der Verteilung innerhalb des Substrats während des Prozesses zum Bilden der Spacer auf den Seitenwänden des Gates und des Prozesses zur Strukturierung des Gates durch Verwendung des Ätzprozesses zu entwickeln.

Bisher wurde jedoch kein Verfahren zum Verbessern der Verteilung des Substrats aufgefunden, und es ist nun ein Halbleiterbauelement entwickelt ohne Steuern des Unterschieds der Transistorparameter entsprechend den Orten des Substrats.

Darüber hinaus ist ein Prozessspielraum viel weiter reduziert, aufgrund einer kontinuierlichen Schrumpfung des Halbleiterbauelements, wodurch ein Problem induziert wird, das eine weitere Reduzierung in der Ausbeute der Produkte verursacht wird, erzeugt durch die Verteilung der CD des Gates.

Das bedeutet, dass in dem Fall einer minimalen Größe der CD des Gates von 200nm die Ausbeute des Produkts nicht sehr viel reduziert ist, obwohl die Verteilung der CD des Gates bei ± 10% liegt. Wenn die minimale Größe der CD des Gates 100nm beträgt, und die Verteilung der CD des Gates ± 10% beträgt, dann wird jedoch eine Abnahme in der Ausbeute der Produkte zu einem schwerwiegenden Problem. Dementsprechend sollte die Verteilung in einem Bereich innerhalb von etwa ± 5% gesteuert werden.

Der Prozessspielraum aufgrund der kontinuierlichen Schrumpfung des Halbleiterbauelements nimmt jedoch stark ab, was es schwierig macht, die Ausbeute der Produkte zu erhöhen, da eine Schwierigkeit in einer Steuerung der Verteilung und einer Abnahme in einem Durchsatz besteht.

1 ist ein Diagramm, welches kurz eine herkömmliche Ionenimplantationsvorrichtung darstellt.

Gemäß 1 führt ein herkömmliches Ionenimplantationsgerät die Ionenimplantation mit gesamten Oberflächen eines Substrats 11 durch Vor- und Zurückverschwenken eines Ionenstrahls 13 in einer Richtung X, bezeichnet mit 00, d.h. in einer horizontalen Richtung aus, aufgrund entweder elektrischer Felder oder magnetischer Felder und durch Vor- und Zurückverschwenken des in einem Halter 12 fixierten Substrats 11 in einer Y-Richtung, d.h. in einer vertikalen Richtung im wesentlichen senkrecht zu der X-Richtung. Der Ionenstrahl 13 wird hier auf das in dem Halter 12 fixierte Substrat eingestrahlt und es wird dann entsprechend mit dem Substrat 11 eine Ionenimplantation durchgeführt. Zu diesem Zeitpunkt wird das Substrat 11 durch eine Antriebsachse, die mit einer Antriebsvorrichtung 14 verbunden ist, in der Y-Richtung vor- und zurückverschwenkt.

Das herkömmliche Ionenimplantationsgerät kann, wie oben erklärt, eine gleichförmige Ionenimplantation mit den gesamten Oberflächen des Substrats 11 durch Vor- und Zurückverschwenken des Ionenstrahls 13 in der X-Richtung und durch Vor- und Zurückverschwenken des Substrats 11 in der Y-Richtung ausführen. Das bedeutet, dass für die gleichförmige Ionenimplantation Geschwindigkeiten des Vor- und Zurückverschwenkens in der X- und in der Y-Richtung identisch angesetzt werden.

Die gleichförmige Ionenimplantation, die oben erklärt wurde, implantiert das Ion jedoch innerhalb des Substrats und von dem Substrat zu dem Substrat gleichförmig, ohne jede Beziehung mit der Verteilung der CD des Gates, wodurch ein großer Unterschied in einer elektrischen Eigenschaft erzeugt wird, sogar innerhalb des Substrats, gemäß der Verteilung der CD des Gates.

Das bedeutet, dass die elektrische Eigenschaft dazu neigt, entsprechend Orten des Halbleiterbauelements auf dem Substrat unterschiedlich zu sein. Obwohl ein Grad von Gleichförmigkeit der Ionenimplantation sehr hoch ist, neigen beispielsweise Parameter des Halbleiterbauelements in den Kantenabschnitten des Substrats dazu, sich von denen des zentralen Abschnitts des Substrats zu unterscheiden. Daher zeigt sich die elektrische Eigenschaft einer Threshold-Spannung eines Transistors in den Halbleiterbauelementparametern unterschiedlich zwischen den zentralen Abschnitten des Substrats und den Kantenabschnitten des Substrats.

Zusammenfassung der Erfindung

Es ist daher ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Implantieren von Ionen in einem Halbleiterbauelement zur Verfügung zu stellen, welches in der Lage ist, einen während des Ausführens einer gleichförmigen Ionenimplantation mit allen Oberflächen des Substrats erzeugten Unterschied in Threshold-Spannungen zwischen einem zentralen Abschnitt und Kantenabschnitten eines Substrats zu kompensieren.

Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements zur Verfügung zu stellen, welches in der Lage ist, eine Verteilung von Transistorparametern innerhalb eines Substrats durch Bilden eines nicht-gleichförmigen Übergangsprofils zu verbessern.

In Übereinstimmung mit einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Implantieren von Ionen mit lokal unterschiedlichen Dosen in einem Substrat durch nicht-gleichförmige Ionenimplantation zur Verfügung gestellt.

In Übereinstimmung mit einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Implantieren von Ionen mit unterschiedlichen Dosen in ein Halbleitersubstrat durch nicht-gleichförmiges Ionenimplantieren zum Zwecke des Reduzierens der Variation der Bauelementeigenschaften eines Halbleiterbauelements zur Verfügung gestellt.

In Übereinstimmung mit noch einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Implantieren von Ionen auf Kanalregionen von MOSFETs mit lokal unterschiedlichen Dosen in einem Halbleitersubstrat durch nicht-gleichförmiges Ionenimplantieren zum Zwecke des Reduzierens der Fluktuation von Bauelementeigenschaften einschließlich einer Threshold-Spannung eines halbleitenden MOSFET-Bauelements zur Verfügung gestellt.

In Übereinstimmung mit noch einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Implantieren von Ionen auf Source/Drain-Regionen von MOSFETs mit lokal unterschiedlichen Dosen in einem Halbleitersubstrat durch nicht-gleichförmiges Ionenimplantieren zum Zwecke des Reduzierens der Variation von Bauelementeigenschaften einschließlich einer Threshold-Spannung eines halbleitenden MOSFET-Bauelements zur Verfügung gestellt.

In Übereinstimmung mit einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Implantieren von Ionen auf einer von schwach-dotierten Drain-Regionen und einer Source-Drain-Verlängerungsregion von MOSFETs mit lokal unterschiedlichen Dosen in einem halbleitenden Substrat durch nicht-gleichförmiges Ionenimplantieren zum Zwecke des Reduzierens der Variation von Bauelementeigenschaften eines halbleitenden MOSFET-Bauelements zur Verfügung gestellt.

In Übereinstimmung mit einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Implantieren von Ionen in einem Substrat in einer X-Richtung und in einer Y-Richtung, im wesentlichen senkrecht zu der X-Richtung, zur Verfügung gestellt, einschließlich den Schritten: nicht-gleichförmiges Implantieren einer Dosis von implantierten Ionen in einen zentralen Abschnitt und in Kantenabschnitten des Substrats mit Differenzieren einer Verschwenkgeschwindigkeit in der X-Richtung und einer Verschwenkgeschwindigkeit in der Y-Richtung in dem zentralen Abschnitt und in den Kantenabschnitten.

In Übereinstimmung mit noch einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements zur Verfügung gestellt, einschließlich den Schritten: Implantieren von Ionen in ein Substrat, um eine Source/Drain-Verbindung eines Transistors in einer vorbestimmten Region eines Substrats zu bilden; und zusätzliches Implantieren von Ionen in einen Abschnitt der Source/Drain-Verbindung, um einen Unterschied in Transistorparametern entsprechend Orten des Substrats zu kompensieren.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Das Obige und andere Ziele und Eigenschaften der vorliegenden Erfindung werden besser verständlich mit Bezug auf die folgende Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen, die in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen zur Verfügung gestellt wird, in denen

1 ein Diagramm ist, welches kurz eine herkömmliche Ionenimplantationsvorrichtung darstellt;

2 ein Diagramm ist, welches einen Fall darstellt, dass eine Dosis von Implantierten Ionen in Kantenabschnitten eines Substrats stärker ansteigt als in einem zentralen Abschnitt des Substrats, in dem Ionen in einer X-Richtung in Übereinstimmung mit einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verschwenkt werden;

3 ein Diagramm ist, welches eine typische Strahlabtastgleichförmigkeit einer herkömmlichen gleichförmigen Ionenimplantationsmethode innerhalb eines Wafer-Durchmessers von 200mm darstellt;

4 ein Streudiagramm ist, welches eine Dosis von implantierten Ionen innerhalb eines Substrats in Übereinstimmung mit der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;

5 ein Diagramm ist, welches einen Vergleich zwischen einer Verteilung einer Threshold-Spannung in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung und der in Übereinstimmung mit dem herkömmlichen Verfahren darstellt;

6 und 7 Diagramme sind, die ein Ionenimplantationsverfahren eines Halbleiterbauelements in Übereinstimmung mit einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellen; und

8 ein Diagramm ist, welches ein Ionenimplantationsverfahren durch Steuern einer Abtastregion, wie in 6 dargestellt, in Übereinstimmung mit einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

Ein Verfahren zum Implantieren von Ionen in einem Halbleiterbauelement in Übereinstimmung mit einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird im Detail mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben.

In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung werden hin- und hergehende Abtastgeschwindigkeiten in X- und Y-Richtung unterschiedlich entsprechend zu Orten auf einem Substrat für eine nicht-gleichförmige Ionenimplantationsmethode eingestellt.

Die vorliegende Erfindung wurde basierend auf einem technischen Prinzip erfunden, welches einen Unterschied in einer kritischen Dimension (CD) eines Gates in einem Substrat erkennt, und um keinen Unterschied in Halbleiterbauelementparametern in dem Substrat durch Anwenden der nicht-gleichförmigen Ionenimplantationsmethode zu erzeugen.

Wenn die CD des Gates in einem zentralen Abschnitt des Substrats größer ist als in den Kantenabschnitten des Substrats, dann haben beispielsweise die Halbleiterbauelementparameter in dem zentralen Abschnitt eine höhere Threshold-Spannung (VT) als in den Kantenabschnitten des Substrats. Daher kann ein Unterschied in der Threshold-Spannung (VT), beispielsweise der Threshold-Spannung (VT) von Oberflächenkanal nMOSFETs, durch Anpassen einer lokalen Dosis von implantierten Ionen für die Kanaldotierung kompensiert werden, oder durch Threshold-Spannungsanpassungsimplantation in dem zentralen Abschnitt, geringer als in den Kantenabschnitten, oder durch Anpassen derselben in den Kantenabschnitten, um höher zu sein als in den zentralen Abschnitten, durch die nicht-gleichförmige Ionenimplantationsmethode. Auf der anderen Seite weisen die Halbleiterbauelementparameter eine höhere Threshold-Spannung (VT) in den Kantenabschnitten als in dem zentralen Abschnitt auf, wenn die CD des Gates in den Kantenabschnitten des Substrats größer ist als in dem zentralen Abschnitt des Substrats. Daher kann der Unterschied in der Threshold-Spannung (VT), beispielsweise der Threshold-Spannung (VT) von Oberflächenkanal nMOSFETs, durch Vermindern der Dosis von implantierten Ionen in den Kantenabschnitten gegenüber denen in dem zentralen Abschnitt dadurch Erhöhen der Dosis von implantierten Ionen in dem zentralen Abschnitt durch das nicht-gleichförmige Ionenimplantationsverfahren kompensiert werden.

Wie oben erwähnt, kann eine Verteilung der CD des Gates, verursacht durch einen Prozessspielraum zwischen dem zentralen Abschnitt und den Kantenabschnitten innerhalb des Substrats, durch Anwenden der nicht-gleichförmigen Ionenimplantationsmethode kompensiert werden. Dementsprechend wird die Verteilung der Halbleiterbauelementparameter reduziert, wodurch eine Ausbeute von Produkten durch Vermindern eines Versagens aufgrund des Prozessspielraums erhöht wird.

Es bestehen zwei nicht-gleichförmige Ionenimplantationsverfahren durch Verwendung einer Abtastung in einer X-Richtung. Ein erstes Verfahren unterscheidet eine Abtastgeschwindigkeit in der X-Richtung entsprechend den Orten des Substrats während des Ausführens des Ionenimplantationsverfahrens, wodurch eine nicht-gleichförmige Verteilung der Dosis von implantierten Ionen erzeugt wird. Ein zweites Verfahren erzeugt die nicht-gleichförmige Verteilung der Dosis von implantierten Ionen durch Verwendung einer Rotation mit Unterscheidung der Abtastgeschwindigkeit in der X-Richtung. Die Rotation kann dann durch mehr als einmaliges schrittweises Rotieren zwischen jeder X-Richtungsstrahlabtastung oder durch kontinuierliche Rotation während der X-Richtungsstrahlabtastung ausgeführt werden.

2 ist ein Diagramm, welches einen Fall eines Erhöhens einer Dosis von implantierten Ionen in Kantenabschnitten eines Substrats gegenüber einem zentralen Abschnitts des Substrats durch Verschwenken der Ionen in einer X-Richtung in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung darstellt.

Gemäß 2 steigt die Dosis von implantierten Ionen in den Kantenabschnitten des Substrats gegenüber der in dem zentralen Abschnitt durch Verwendung des Verschwenkens in der X-Richtung an, um eine auf einer flachen Zone basierende Hoch- und Runter-Symmetrie zu erzeugen. Wenn die Dosis von implantierten Ionen in dem zentralen Abschnitt beispielsweise bei etwa 100% liegt, dann liegt die Dosis von implantierten Ionen in den Kantenabschnitten relativ bei etwa 140%.

Wenn die Ionen durch Rotieren des Substrats als nächstes implantiert werden, dann steigt die Dosis von implantierten Ionen in den Kantenabschnitten gegenüber der in dem zentralen Abschnitt des Substrats an, wodurch das Streudiagramm der CD des Gates kompensiert wird. Beispielsweise liegt die Dosis von implantierten Ionen in den Kantenabschnitten des Substrats bei relativ etwa 240%, wodurch das Streudiagramm der CD des Gates kompensiert wird, wenn die Dosis von implantierten Ionen in dem zentralen Abschnitt bei etwa 200% liegt.

3 ist ein Streudiagramm, welches eine Strahlabtastgleichförmigkeit von implantierten Ionen über die Strahlabtastrichtung in Übereinstimmung mit dem herkömmlichen gleichförmigen Ionenimplantationsverfahren darstellt.

Gemäß 3 bleibt der Strahlstrom innerhalb des Waverdurchmessers nahezu konstant. Hier beträgt der Waverdurchmesser 200mm.

4 ist ein Streudiagramm, welches eine Dosis von implantierten Ionen innerhalb eines Substrats in Übereinstimmung gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt. In diesem Fall ist das Streudiagramm umgedreht.

Wie bei anderen Verfahren unter Verwendung des Abtastens in der X-Richtung, besteht ein drittes Verfahren darin, die Verteilung der Dosis von implantierten Ionen in dem zentralen Abschnitt gegenüber der in den Kantenabschnitten anzuheben, und ein viertes Verfahren darin, die Verteilung der Dosis von implantierten Ionen in den Kantenabschnitten gegenüber der in dem zentralen Abschnitt anzuheben.

Im Falle des Anwendens des dritten und vierten Verfahrens, kann die Verteilung der Dosis von implantierten Ionen in dem Substrat einer Verteilung vom Kreistyp, eine rechteckige Verteilung, eine links- oder rechtssymmetrische Verteilung und eine nach oben oder unten symmetrische Verteilung sein.

Entgegen dem Abtasten der X-Richtung kann das nicht gleichförmige Ionenimplantationsverfahren als nächstes durch Verwenden des Abtastens in einer Y-Richtung angewendet werden, um die Verteilung der Halbleiterbauelementparameter in dem Substrat zu verbessern.

Beispielsweise bestehen im Falle des Ausführens des nicht gleichförmigen Ionenimplantationsverfahrens zwei nicht gleichförmige Ionenimplantationsverfahren durch Verwendung des Abtastens der Y-Richtung. Ein erstes Verfahren unterscheidet eine Verschwenkgeschwindigkeit in der Y-Richtung gemäß den Orten des Substrats während des Ausführens des Ionenimplantationsverfahrens, wodurch eine nicht gleichförmige Verteilung der Dosis der implantierten Ionen erzeugt wird. Ein zweites Verfahren erzeugt die nicht gleichförmige Verteilung der Dosis von implantierten Ionen durch Verwendung einer Rotation mit Unterscheidung der Verschwenkgeschwindigkeit in der Y-Richtung. Die Rotation kann also durch mehr als einmaliges schrittweise Rotieren zwischen jeder Y-Richtungsstrahlverschwenkung oder durch kontinuierliche oder durch kontinuierliche Rotation während der Y-Richtungsstrahlverschwenkung ausgeführt werden.

Wie bei den anderen Verfahren, die die Abtastung in der Y-Richtung verwenden, besteht ein drittes Verfahren darin, die Verteilung der Dosis von implantierten Ionen in dem zentralen Abschnitt gegenüber der in den Kantenabschnitten anzuheben, und ein viertes Verfahren darin, die Verteilung der Dosis von implantierten Ionen in den Kantenabschnitten gegenüber der in dem zentralen Abschnitt anzuheben.

Im Falle des Anwendens des dritten und vierten Verfahrens, kann die Verteilung der Dosis von implantierten Ionen in dem Substrat einer Verteilung vom Kreistyp, eine rechteckige Verteilung, eine links- oder rechtssymmetrische Verteilung und eine nach oben oder unten symmetrische Verteilung sein.

Die Ionen werden, wie oben dargestellt, durch Differenzieren der Verschwenkgeschwindigkeiten entsprechen den Orten des Substrats während Verwendung der Verschwenkverfahren in X- und Y-Richtungen nicht gleichförmig implantiert. Zu diesem Zeitpunkt weisen die Verschwenkgeschwindigkeiten eine inverse Beziehung mit der Dosis von implantierten Ionen aus.

Im Falle des Verwendens der Verschwenkmethode in der X-Richtung sollte beispielsweise die Verschwenkgeschwindigkeit in dem zentralen Abschnitt sein schneller sein als in den Kantenabschnitten, und die Dosis von implantierten Ionen in den Kantenabschnitten des Substrats anzuheben.

Dem gegenüber sollte die Verschwenkgeschwindigkeit in den Kantenabschnitten des Substrats schneller sein als in den zentralen Abschnitten, um die Dosis von implantierten Ionen in den zentralen Abschnitt des Substrats anzuheben.

Wie oben erklärt ist die Thresholdspannung VT, erzeugt durch die Ionenimplantation, auf dem gesamten Substrat gleichförmig ausgebildet, auch wenn die Dosis von implantierten Ionen gemäß den Orten des Substrats unterschiedlich eingestellt ist.

Um die Verteilung der Halbleiterbauelementparameter in dem Substrat zu verbessern, kann schließlich das Abtastverfahren in der X-Richtung und das Abtastverfahren in der Y-Richtung gleichzeitig auf die vorliegende Erfindung angewendet werden.

Im Falle des Anwendens der nicht gleichförmigen Ionenimplantationmethode durch gleichförmiges Verwenden der Abtastmethoden in den Y- und Y-Richtungen, bestehen beispielsweise zwei Verfahren, die angewendet werden können. Ein erstes Verfahren differenziert gleichzeitig die Abtastgeschwindigkeiten in X und Y entsprechend den Orten des Substrats während des Ausführens des Ionenimplantationsverfahrens, wodurch eine nicht gleichförmige Verteilung der Dosis der implantierten Ionen erzeugt wird. Ein zweites Verfahren erzeugt die nicht gleichförmige Verteilung der Dosis von implantierten Ionen durch Verwendung einer Rotation mit Differenzierung der Abtastgeschwindigkeit in den X- und X-Richtungen.

Wie bei anderen Verfahren, die gleichzeitig die Abtastverfahren in den X- und Y-Richtungen verwenden, existiert darüber hinaus ein drittes Verfahren des Anhebens der Verteilung der Dosis von implantierten Ionen in dem zentralen Abschnitt gegenüber der in den Kantenabschnitten und ein viertes Verfahren des Anhebens der Verteilung der Dosis von implantierten Ionen in den Kantenabschnitten gegenüber der in den zentralen Abschnitten.

Im Falle des Anwendens des dritten und vierten Verfahrens, kann die Verteilung der Dosis von implantierten Ionen in dem Substrat einer Verteilung vom Kreistyp, eine rechteckige Verteilung, eine links- oder rechtssymmetrische Verteilung und eine nach oben oder unten symmetrische Verteilung sein.

Die vorliegende Erfindung kann eine auf das Ionenimplantationsverfahren zusätzlich zu dem nicht gleichförmigen Ionenimplantationsverfahren angewendete Ionenimplantationsabdeckschicht nicht gleichförmig durch Verwenden des Abtastverfahrens in einer X-Richtung oder in einer Y-Richtung bilden.

Das bedeutet, dass die Ionenimplantationsabtastschicht durch Stapeln einer Oxidschicht oder einer Nitridschicht hergestellt wird. Auch kann die Ionenimplantationsabdeckschicht durch Verwenden einer Kombination derselben gebildet werden.

Darüber hinaus kann die Verteilung der Dosis in dem nicht gleichförmigen Ionenimplanationsverfahren als eine strukturabhängige Konzeption angewendet werden.

5 ist ein Diagramm, welches einen Vergleich zwischen einer Verteilung einer Threshold-Spannung in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung und der in Übereinstimmung mit dem herkömmlichen Verfahren zeigt.

Gemäß 5 erzeugt das herkömmliche Verfahren ein Aus-Leckstrom-Versagen mit einer Verteilung einer niedrigen Thresholdspannung (VT) und erzeugt auch ein tWR-Versagen, insbesondere in einem DRAM, mit einer Verteilung einer hohen Threshold-Spannung (VT).

Die vorliegende Erfindung verbessert jedoch die Verteilung der Threshold-Spannung (VT), wodurch ein Unterschied in der Threshold-Spannung (VT), verursacht durch die Verteilung der CD des Gates zwischen den Kantenabschnitten und dem zentralen Abschnitt des Substrats kompensiert wird. Daher verhindert die vorliegende Erfindung das Aus-Leckstrom-Versagen und das tWR-Versagen, erzeugt durch das herkömmliche Verfahren.

Die vorliegende Erfindung liefert einen Effekt des Herstellens von gleichförmigen Halbleiterparametern in einem zentralen Abschnitt und in Kantenabschnitten eines Substrats durch Verwendung einer nicht gleichförmigen Ionenimplantationsmethode. Darüber hinaus besteht im Falle des Verwendens der vorliegenden Erfindung ein Effekt in einer Verbesserung eines Spielsraumversagens von etwa mehr als 10%.

Die vorliegende Erfindung, die im Folgenden beschrieben wird, erkennt die Verteilung der CD des Gates und einer Verteilung der Breite von auf Gateseitenwänden gebildeten Spacern und versucht, die Verteilung der Transistorparameter in dem Substrat durch Bilden von nicht gleichförmigen Verbindungsprofilen entsprechend den Orten des Substrats durch eine lokale Source/Drainionenimplanatoinsmethode während des Bildens der Verbindung zu verbessern.

6 und 7 sind Diagramme, die ein Ionenimplantationsverfahren eines Halbleiterbauelements in Übereinstimmung mit einer Zahl von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung darstellen.

Gemäß den 6 und 7 wird ein Ionenimplantationsverfahren zum Bilden einer Source/Drainverbindung auf einem Substrat 11 ausgeführt. Nach Vervollständigen der Ionenimplantation zum Bilden der Source/Drainverbindung, können den Transistorparameter gemäß den Orten des Substrats durch bereits ausgeführte Prozesse zum Bilden des Gates und des Spacers gestreut werden.

Dementsprechend verwendet die vorliegende Erfindung zusätzlich einen Ionenimplantationsprozess der lokalen Kompensation (CO IMP) zum Steuern der Verteilung der Transistorparameter entsprechend den Orten des Substrats, durch ein Unterschied der Transistorparameter verursacht durch die verschiedenen Orte des Substrats minimiert wird. Hier bedeutet der Ionenimplantationsprozess der Kompensation eine N/N+-Typ-Verbindung oder eine P+-Typ-Verbindung zu ergänzen.

Gemäß 6 wird der Ionenimplantationsprozess der Kompensation (CO IMP) zusätzliche mit einem zentralen Abschnitts des Substrats 11 durchgeführt, der mit der Source/Drainionenimplantation (S/D IMP) abgeschlossen hat. Gemäß 7 wird der Ionenimplantationsprozess der Kompensation (CO IMP) auch zusätzlich mit Kantenabschnitten des Substrats 21 ausgeführt, die mit einer Source/Drainionenimplantation (S/D IMP) abgeschlossen haben.

Wie oben dargestellt, wird der lokale und zusätzliche ausgeführte Ionenimplantationsprozess der Kompensation (CO IMP) mit jedem der Substrate 11 und 21 nach dem Ausführen der Source/Drainionenimplantation (S/D IMP) zum Bilden der N-Typverbindung, gebildet in einer Zellregion eines dynamischen Direktzugriffspeichers (DRAM), der P+-Typ-Verbindung, gebildet in einem Metalloxidhalbleiterfeldeffekttransistor mit P-Typkanal (PMOSFET) einer peripheren Region, und der N+-Typ-Verbindung, gebildet in einem Metalloxidhalbleiterfeldeffekttransistor mit N-Typ Kanal (NMOSFET) bei der peripheren Region durchgeführt.

Im Falle des lokalen und zusätzlichen Ausführens der Ionenimplantation zur Kompensation (CO IMP) mit einer Verbindung, an der Unterschied in den Transistorparametern erzeugt wird, d.h. im zentralen Abschnitt oder den Kantenabschnitten des Subtrats, in der N-Typverbindung, gebildet in der Zellenregion oder N+-Typ-Verbindung, gebildet in der peripheren Region, die Ionenimplantation zunächst entweder ausgeführt durch Belassen einer Maske, eingeführt zum Bilden der N- oder N+-Typ-Verbindung, oder durch Verwenden einer separaten Maske, die zusätzlich eingebracht wird, ausgeführt. Zu diesem Zeitpunkt wird 31P oder 75As als Störstellen verwendet.

Während des zusätzlichen Ausführens der Ionenimplantation nach einer Bildung der N- oder N+-Verbindung, werden ein Kippen und eine Rotation verwendet. Auch wird eine eine Bi-Mode übersteigende Multi-Mode verwendet. Hier ist die Bi-Mode eine der Ionenimplanationsverfahren. Beispielsweise bedeutet Bi-Mode, die Hälfte der Dosis von implantierten Ionen in einen um 7° geneigten Winkel und die andere Hälfte in einem um –7° geneigten Winkel zu implantieren.

In der P+-Typ-Verbindung, gebildet in der peripheren Region, im Falle des lokalen und zusätzlichen Ausführens der Ionenimplantation (CO IMP) zur Kompensation auf die den Unterschied der Transistorparameter erzeugende Verbindung, d.h. den zentralen Abschnitt oder die Kantenabschnitte des Substrats, wird die Ionenimplantation durch Verwendung der gleichen Maske durchgeführt, die zum Bilden der P+-Typ-Verbindung eingeführt wurde, oder durch Verwenden einer separaten Maske.

Die Störstellen, die für die in der P+-Typ-Verbindung lokal und zusätzlich ausgeführte Ionenimplantation zur Kompensation (CO IMP) verwendet werden, sind 11B, 49BF2 und 30BF. Die Ionenimplantation zur Kompensation (CO IMP) wird durch Verwendung einer Kippung und einer Rotation ausgeführt. Auch wird eine eine Bi-Mode übersteigende Multi-Mode für die lokal und zusätzlich in der P+-Typ-Verbindung ausgeführte Ionenimplantation zur Kompensation (CO IMP) verwendet.

Wie oben erklärt, wird die lokal und zusätzlich ausgeführte Ionenimplantation zur Kompensation (co. IMP) durch Steuern einer Abtastregion der Ionenimplantation angewandt.

8 ist ein Diagram, welches ein Ionenimplantationsverfahren durch Steuern einer in 6 gezeigten Abtastregion in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung darstellt.

Gemäß 8 werden Abtastregionen 11A in die X- und Y-Richtungen bezüglich des Substrats 11 für die lokal und zusätzliche ausgeführte Ionenimplantation zur Kompensation (CO IMP) eingestellt. Anschließend wird ein X/Y-Dekodierer eingestellt und dann eine Ionenimplantation selektiv mit einer Region ausgeführt, die einer lokal ausgeführten Ionenimplantation ausgesetzt ist. Zu diesem Zeitpunkt wird die lokal ausgeführte Ionenimplantation durch Steuern einer Verschwenkgeschwindigkeit in der X- oder Y-Richtung oder sowohl der Verschwenkgeschwindigkeiten in der X- und der Y-Richtung angewendet. Darüber hinaus kann die lokal ausgeführte Ionenimplantation durch Differenzieren des Verhältnisses der Dosis von implantierten Ionen bezüglich der X- und Y-Richtung angewendet werden.

Tabelle zeigt einen Vergleich zwischen der herkömmlichen Ionenimplantationsmethode und dem Ionenimplantationsverfahren in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung.

Tabelle 1

Gemäß Tabelle 1 verwendet die vorliegende Erfindung die lokal und zusätzlich ausgeführte Ionenimplanation zur Kompensation (CO IMP) nach der Source/Drainionenimplantation (S/D IMP). Durch die lokal zusätzlich ausgeführte Ionenimplantation zur Kompensation (CO IMP) ist es möglich, den Unterschied in den Transistorparametern gemäß den Orten des Substrats zu minimieren.

Die vorliegende Erfindung führt lokal und zusätzlich eine Ionenimplantation nach Bildung einer Verbindung aus, wodurch es ermöglicht wird, Variation zu steuern, die durch eine Verteilung einer kritischen Dimension (CD) eines Gates, einen Prozess zum Abschalten von Spacern auf Seiten des Gates und einen Ätzprozess verursacht wurde. Auch kann diese nicht gleichförmige Ionenimplantationsmethode angewendet werden, um Ionen auf Kanalregion, Source/Drainregionen, schwach dotierten Drainregionen oder Source/Drainverlängerungsregionen eines MOSFETs mit lokal unterschiedlichen Dosen in einem Halbleitersubstrat durch nicht gleichförmige Ionenimplantation zum Zwecke der Reduzierung der Variation von Bauelementeigenschaften einschließlich einer Thresholdspannung von halbleitenden MOSFET Bauelementen zu Implantieren. Darüber hinaus liefert die vorliegende Erfindung einen Effekt des Minimierens eines Unterschieds in Transistorparametern gemäß den Orten eines Substrats, wodurch eine Ausbeute von Produkten aufgrund eines Spielraums erhöht wird.

Die vorliegende Erfindung enthält die Gegenstände, die sich auf die koreanischen Patentanmeldungen KR 2004-0032799 und KR 2004-0077964 beziehen, angemeldet beim koreanischen Patentamt am 10. Mai 2004 bzw. am 30. September 2004, von denen die gesamten Inhalte hier durch Bezugnahme mit aufgenommen werden.

Während die vorliegende Erfindung mit Bezug auf bestimmte bevorzugte Ausführungsformen beschrieben wurde, ist es für den Fachmann klar, dass verschiedene Veränderungen und Modifikationen vorgenommen werden können, ohne von dem Geist und dem Schutzbereich der Erfindung, wie in den folgenden Ansprüchen definiert ist, abzuweichen.


Anspruch[de]
  1. Verfahren zum Implantieren von Ionen mit lokal unterschiedlichen Dosen in ein Substrat durch nicht gleichförmige Ionenimplantation.
  2. Verfahren zum Implantieren von Ionen mit lokal unterschiedlichen Dosen in ein Halbleitersubstrat durch nicht gleichförmige Ionenimplantation zum Zwecke des Reduzierens der Variation der Bauelementeigenschaften eines Halbleiterbauelements.
  3. Verfahren zum Implantieren von Ionen auf Kanalregionen von MOSFETs mit lokal unterschiedlichen Dosen in ein Halbleitersubstrat durch nicht gleichförmige Ionenimplantation zum Zwecke des Reduzierens der Fluktuation von Bauelementeigenschaften einschließlich einer Threshold-Spannung eines halbleitenden MOSFET-Bauelements.
  4. Verfahren zum Implantieren von Ionen auf Source-/Drainregionen von MOSFETs mit lokal unterschiedlichen Dosen in ein halbleitendes Substrat durch nicht gleichförmige Ionenimplantation zum Zwecke des Reduzierens der Variation von Bauelementeigenschaften, einschließlich einer Threshold-Spannung eines halbleitenden MOSFET-Bauelements.
  5. Verfahren zum Implantieren von Ionen auf schwach dotierten Drain-Regionen oder einer Source-Drain-Verlängerungsregion von MOSFETs mit lokal unterschiedlichen Dosen in einem Halbleitersubstrat durch nicht gleichförmige Ionenimplantation zum Zwecke des Reduzierens der Variation von Bauelementeigenschaften eines halbleitenden MOSFET-Bauelements.
  6. Verfahren zum Implantieren von Ionen in einem Substrat in einer X-Richtung und in einer Y-Richtung, im wesentlichen senkrecht zu der X-Richtung, mit den Schritten:

    nicht gleichförmiges Implantieren einer Dosis von implantierten Ionen in einem zentralen Abschnitt und in Kantenabschnitten des Substrats durch Differenzieren einer Verschwenkgeschwindigkeit in der X-Richtung oder einer Verschwenkgeschwindigkeit in der Y-Richtung in dem zentralen Abschnitt und den Kantenabschnitten.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei die Dosis von implantierten Ionen in dem zentralen Abschnitt angehoben wird und die Dosis von implantierten Ionen in den Kantenabschnitten abgesenkt wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 6, wobei die Dosis von implantierten Ionen in dem zentralen Abschnitt abgesenkt wird und die Dosis von implantierten Ionen in den Kantenabschnitten angehoben wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 7, wobei eine Verteilung der Dosis von implantierten Ionen eine kreisförmige Verteilung, eine rechteckförmige Verteilung, eine links oder rechts symmetrische Verteilung oder eine nach oben oder unten symmetrische Verteilung einschließt.
  10. Verfahren nach Anspruch 8, wobei eine Verteilung der Dosis von implantierten Ionen eine kreisförmige Verteilung, eine rechteckförmige Verteilung, eine links oder rechts symmetrische Verteilung oder eine nach oben oder unten symmetrische Verteilung einschließt.
  11. Verfahren zum Implantieren von Ionen in einem Substrat in eine X-Richtung und in einer Y-Richtung, im wesentlichen senkrecht zu der X-Richtung, mit den Schritten:

    nicht gleichförmiges Implantieren einer Dosis von implantierten Ionen in einem zentralen Abschnitt und in Kantenabschnitten des Substrats mit Differenzieren von sowohl einer Verschwenkgeschwindigkeit in der X-Richtung als auch einer Verschwenkgeschwindigkeit in der Y-Richtung in dem zentralen Abschnitt und den Kantenabschnitten.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, wobei die Dosis der implantierten Ionen in dem zentralen Abschnitt angehoben wird und die Dosis der implantierten Ionen in Kantenabschnitten abgesenkt wird.
  13. Verfahren nach Anspruch 11, wobei die Dosis von implantierten Ionen in dem zentralen Abschnitt abgesenkt wird und die Dosis von implantierten Ionen in den Kantenabschnitten angehoben wird.
  14. Verfahren nach Anspruch 12, wobei die Verteilung der Dosis von implantierten Ionen eine kreisförmige Verteilung, eine rechteckförmige Verteilung, eine links oder rechts symmetrische Verteilung oder eine nach oben oder unten symmetrische Verteilung aufweist.
  15. Verfahren nach Anspruch 13, wobei eine Verteilung der Dosis der implantierten Ionen eine kreisförmige Verteilung, eine recheckförmige Verteilung, eine links oder rechts symmetrische Verteilung oder eine nach oben oder unten symmetrische Verteilung aufweist.
  16. Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements, mit den Schritten: Implantieren von Ionen in eine Substrat, um eine Source/Drain-Verbindung eines Transistors in einer vorbestimmten Region eines Substrats zu bilden; und

    zusätzliches Implantieren von Ionen in einen Abschnitt der Source/Drain-Verbindung, um einen Unterschied in Transistorparametern entsprechend zu Orten des Substrats zu kompensieren.
  17. Verfahren nach Anspruch 16, wobei die zusätzliche Implantation in dem zentralen Abschnitt des Substrats ausgeführt wird.
  18. Verfahren nach Anspruch 16, wobei die zusätzliche Implantation mit den Kantenabschnitten des Substarts ausgeführt wird.
  19. Verfahren nach Anspruch 16, wobei die zusätzliche Implantation durch Verwendung einer zum Bilden der Source/Drain-Verbindung eingeführten Maske oder einer zusätzlichen eingebrachten separaten Maske ausgeführt wird.
  20. Verfahren nach Anspruch 16, wobei die zusätzliche Implantation durch Steuern einer Verschwenkgeschwindigkeit in der X-Richtung, einer Verschwenkgeschwindigkeit in der Y-Richtung oder beider Verschwenkgeschwindigkeiten in der X- und Y-Richtung nach Einstellen von Verschwenkregionen in der X- und Y-Richtung zum lokalen Ausführen der Implantation ausgeführt wird.
  21. Verfahren nach Anspruch 20, wobei die zusätzliche Implantation durch Differenzieren eines Verhältnisses der Dosis von implantierten Ionen bezüglich der X- uns Y-Richtungen ausgeführt wird.
  22. Verfahren nach Anspruch 16, wobei Störstellen, die für die zusätzliche Implantation verwendet werden, die in einer N oder N+-Typ Verbindung ausgeführt wird, 31p oder 75As.
  23. Verfahren nach Anspruch 16, wobei Störstellen, die für die zusätzliche Implantation verwendet werden, die in der P+-Typ Verbindung ausgeführt wird, 11B, 49BF2 und 30BF sind.
  24. Verfahren nach Anspruch 16, wobei die zusätzliche Implantation durch Verwendung einer Neigung, einer Rotation und einer Muti-Mode ausgeführt wird.
Es folgen 6 Blatt Zeichnungen






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