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降低栅掺杂和超浅结的制程可变性

作者:John Ogawa Borland J.O.B. Technologies   2007-02-09   点击:819

最近改进了RTA灯照加热系统,他们在晶圆前面放置一个“热罩”,以阻挡来自灯泡的直接照射,从而消除了这种图形敏感性。

  在65nm节点,许多高性能逻辑器件公司都在S/D形成后,接着进行spike/RTA+闪光毫秒退火处理,目的是改善多晶硅的杂质激活水平和缩小Tinv。spike/RTA驱使杂质在多晶硅层、SDE和深S/D内扩散,而闪光退火有助于改善多晶硅的激活水平。如果闪光RTA的温度较高(1050-1100℃),那么SDE内的激活水平只提高不到5% (7-8 × 1019/cm3)。而较低的闪光/RTA温度 (950-1000℃),会使得SDE内的激活水平增大超过100%(从5×1019/cm3 到1×1020/cm3)。

  45nm节点的Vt变化

  从45nm节点开始,而且肯定包括32nm节点,SDE将由杂质的弱扩散激活形成,故而对HALO或pocket注入角度与剂量的控制精确性变得非常关键。NEC曾有过报道,当用弱扩散激光退火来形成USJ以抑制短沟效应时,为满足多次HALO/ pocket注入的要求,必须保证HALO注入剂量与角度的精确性和可重复性,他们还设计了一个等中心扫描系
统来使跨300 mm晶圆的变化量最小化。

  另一个变化是p型HALO的掺杂剂变为铟而n型HALO则使用锑,目的是获得沟道附近区域的超陡倒退(super-steep retrograde)杂质分布和无掺杂的沟道,Skotnicki以前就指出,这样沟道内不存在杂质浓度起伏问题。为增强USJ弱扩散退火对HALO杂质的激活效果,分子掺杂剂(B10H14 或 B18H22)与大质量杂质(P2、P4、As2、 As4等) 也有可能用于HALO注入。

  高电流离子注入机(xj=12-20 nm)

  由于杂质扩散较弱,使用单晶圆高电流离子注入机进行平均倾角不到7°的四模式SDE注入时,必须控制局部角度的变化,从而使栅长和Vt的变动最小。Varian公司设计的VIISta-HC带束注入机,采用倾角为4°的四模式SDE注入,来使局部角度的变化最小。Axcelis公司的解决方案与此类似,采用倾角大于5°的四模式SDE注入,来消除批处理离子注入机中与局部注入角度变化和非对称器件相关的圆锥角效应。

  下面还列出了另外四种单晶圆高电流离子注入机,它们有各具特色的基于晶圆扫描机制与方法的注入非均匀性信号:
  ● 采用二维机械扫描的Applied Quantum-X
  ● 采用高速二维机械扫描的Axcelis Optima-HD
  ● 采用一维机械扫描与一维束扫描的Sumitomo Eaton Nova SHX
  ● 采用一维机械扫描与一维束扫描的Nissin Exceed Cluster

  为了校正角度或剂量的任何跨晶圆变化与局部变化,需要进行倾斜的四模式或多模式(8到16模式)离子注入。为了实现期望的对栅重叠的控制,需要进行大倾角(15-30°)SDE注入和弱扩散退火;此时任何局部角度与注入剂量的变化,都将要求采用8模式(45°旋转)或者16模式(22.5°旋转)的倾斜注入来校正。如果因Lg变动而引起的Vt变化主要由栅的线边缘粗糙度决定,那么也需要进行高斜角多模式SDE注入。

  随着低能束的兴起和对能量污染及生产率问题的关注,大质量的新型掺杂剂将会被引入制程,如用于p型掺杂的B10H14、B18H22和n型掺杂的As2、As4、P2、P4与Sb等。采用闪光、激光或SPE弱扩散等激活退火技术可以增强分子杂质和大质量杂质的激活水平,这种方法已见报道。

  毫秒闪光/激光退火

  在45nm节点,低温spike/RTA或者soak/RTA退火将只用于多晶硅杂质的激活与扩散,而不用于SDE(图2)。如果金属栅电极能够成功地取代多晶硅,那么RTA将会被完全弃用。NEC介绍了他们的45nm LSTP器件制程:在HALO、SDE及深S/D注入完成之后,毫秒闪光或激光退火将被整合进来用于实现SDE的弱扩散激活,其中杂质的移动小于3nm。在NEC制程中,首先分别进行栅多晶硅的预掺杂和图形化,接着用spike/RTA使杂质在多晶硅层内扩散;其后是off-set spacer、HALO与SDE的注入和侧墙与S/D注入;再用毫秒激光或闪光退火来进行弱扩散激活,从而形成USJ;然后是镍硅化物及金属化。毫秒激光或闪光退火技术对芯片内图形密度的变化很敏感,会引起局部加热效应和Vt 的变化。有两种抑制这个效应的方法:使用覆盖层来提升DFM的均匀性,或者改进退火设备,使用对图形密度变化不敏感的、更长的激光波长或脉冲持续时间更长的闪光。

图2. 在45nm节点,低温spike/RTA或soak/RTA退火将只用于多晶硅杂质的激活与扩散,而不用于SDE


  然而,激光重叠拼补图形(剥离)的非均匀性是另一个能影响到Vt的变化与DFM的问题。探测微米尺度的局部加热变化需要用到一

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