(57)【要約】【課題】半導体基板をドープする方法、特に、注入源に対する基板の傾斜角を変えることによってドーパントを注入する方法を提供する。【解決手段】基板にドーパントを注入する方法、及びそのような注入を利用して半導体素子を製造する方法。ドーパントを注入する方法は、他の段階の中でもとりわけ、注入プラテン（３０５）上又はその上に位置する基板（３１０）を注入源（３２０）に対して第１の方向の軸線に関して傾斜させる段階と、第１の方向に傾斜した基板（３１０）を使用して注入線量の一部分を注入する段階と、次に、基板（３１０）を第１の方向と反対の第２の方向に傾斜させる段階と、第２の方向に傾斜した基板（３１０）を使用して注入線量の別の部分を注入する段階とを含む。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板にドーパントを注入する方法であって、
注入源に対する軸線に関して第１の方向に第１の角度で基板を方向付けする段階と、
前記第１の角度の向きに置かれた前記基板に注入線量の一部分を注入する段階と、
前記注入源に対する前記軸線に関して前記第１の方向と反対の第２の方向に第２の角度で前記基板を方向付けする段階と、
前記第２の角度の向きに置かれた前記基板に前記注入線量の別の部分を注入する段階と、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記第２の角度は、前記第１の角度に等しく、かつ向きが反対であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第１及び第２の角度は、約９０度だけ離れていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記注入源に対する前記軸線に関して前記第１の方向に第３の角度で前記基板を再び方向付けする段階と、
前記第３の角度の向きに置かれた前記基板に前記注入線量の第３の部分を注入する段階と、
前記注入源に対する前記軸線に関して前記第１の方向と反対の前記第２の方向に第４の角度で前記基板を方向付けする段階と、
前記第４の角度の向きに置かれた前記基板に前記注入線量の第４の部分を注入する段階と、
を更に含むことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
前記第３及び第４の角度は、それぞれ、前記第１及び第２の角度と同じであることを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記第１、第２、第３、及び第４の部分は、等しい注入の部分的線量、速度、又は期間の注入を含むことを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記基板は、プラテン上に位置し、前記方向付けする段階は、該プラテンを前記軸線に関して傾斜させることによって達成されることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
請求項１から請求項７のいずれか１項に記載のドーパントを注入する方法を使用して少なくとも１つの注入部を形成する段階、
を含むことを特徴とする、半導体素子を製造する方法。
【請求項９】
基板の上にゲート構造体を形成する段階を更に含み、
ドーパントを注入する前記方法は、ＭＯＳトランジスタ素子のソース及びドレーン領域の形成の少なくとも一部のために使用される、
ことを特徴とする請求項８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的に、半導体基板をドープする方法に関し、より詳細には、注入源に対する基板の傾斜角を変えることによってドーパントを注入する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
集積回路製作におけるドーパントの注入では、ビーム入射角の精密な制御が要求される。いくつかの異なる種類のビーム入射角誤差が存在するが、より一般的な種類のうちの３つは、ウェーハを横切る円錐角誤差、ビームステアリング誤差、及び平行度誤差である。円錐角誤差は、一般的に、ウェーハ走査システムの幾何学形状に起因する円錐角効果の結果である。ビーム角誤差は、ウェーハにわたって変化する場合がある。例えば、ビーム角誤差は、ウェーハの一端で約−ｘ度、ウェーハの中心部で約０度、及びウェーハの対向する反対端で約＋ｘ度とすることができる。一方、ステアリング誤差は、ロット間、注入バッチ間、又は調整が行われるあらゆるものの間でビームを調整する間に導入され、ウェーハにわたって均一になる傾向がある。しかし、平行度誤差は、ウェーハの幅にわたってランダムなビーム入射角誤差をもたらす。この誤差のランダム性は、補正を特に困難にする。
【０００３】
残念なことに、ビーム入射角の精密な制御なしでは、様々な異なる問題が集積回路のトランジスタを劣化させる。一例として、トランジスタの非対称性、変動、及び低下した多重探針収量（ＭＰＹ）は、ビーム入射角誤差の結果として生じることが多い。ビーム角の入射角誤差はまた、ゲートシャドーイングと非対称ドーパント分布をもたらす場合があり、それらは、両方とも望ましくない。図１は、トランジスタ素子１００上のゲートシャドーイングの例を示している。トランジスタ素子１００は、基板１１０の上に位置する高さ（ｈ）のゲート構造体１２０を含む。トランジスタ素子１００は、注入処理１３０を受けて注入領域１４０を形成する。図示のように、ゲート構造体１２０の高さ（ｈ）は、注入ビームの入射角（θ）によって注入から基板１１０の一部分を影で覆うか又は遮蔽し、それによってゲート構造体の異なる側に位置する注入領域１４０のトポグラフィーに差異を引き起こす。例えば、一方の注入領域１４０（図１の左側に示す）は、ゲート構造体１２０の側壁から距離（ｄ）で始まるが、他方の注入領域１４０（図１の右側に示す）は、ゲート構造体１２０の側壁に直接隣接して始まる。距離（ｄ）は、式ｄ＝ｈ・ｔａｎ（θ）を使用して推定することができるが、それは、いずれにせよ距離（ｄ）によって形成された意図しない非ドープ領域を作り出し、これは、製作したトランジスタ１００の作動上の問題をもたらす場合がある。
従って、従来技術の方法及び素子の欠点を被らない基板内にドーパントを注入する方法が必要である。
【発明の開示】
【０００４】
本発明は、基板にドーパントを注入する方法、及びドーピング中に基板傾斜角が変化する半導体素子を製造する方法を提供する。
実施形態では、ドーパントを注入する方法は、注入源に対する軸線に関して第１の方向に第１の角度（例えば、時計回りにｘ度）で基板を方向付けする段階と、第１の角度の向きに置かれた基板に注入線量の一部分を注入する段階と、注入源に対する軸線に関して第１の方向とは反対の第２の方向に第２の角度（例えば、反時計回りにｘ度）で基板を方向付けする段階と、第２の角度の向きに置かれた基板に注入線量の別の部分を注入する段階とを含む。第２の角度は、任意的に、第１の角度に等しく、それと反対になるように選択することができる。第１及び第２の角度は、任意的に、約９０度の隔たりを有するように選択することができる。
【０００５】
修正された実施においては、本方法は、注入源に対する軸線に関して基板を再び第１の方向に第３の角度で方向付けする段階と、第３の角度の向きに置かれた基板に注入線量の第３の部分を注入する段階と、注入源に対するその軸線に関して第１の方向とは反対の第２の方向に第４の角度で基板を方向付けする段階と、第４の角度の向きに置かれた基板に注入線量の第４の部分を注入する段階とを含むことができる。第３及び第４の角度は、任意的に、第１及び第２の角度にそれぞれ等しくなるように選択することができる。第１、第２、第３，及び第４の注入部分は、任意的に、等しい（すなわち、全量の１／４）注入線量、速度、又は期間の注入を含むことができる。
基板は、プラテン上に位置することができ、方向付けする段階は、ある一定の軸線に関してプラテンを傾けることによって達成することができる。
【０００６】
本発明は、更に、上述のドーピング注入方法を使用した半導体素子を製造する方法を提供する。一実施形態では、半導体素子を製造する方法は、ＭＯＳトランジスタ素子のソース及びドレーン領域の形成のために、基板の上にゲート構造体を形成する段階と、ゲート構造体に隣接して基板内に注入部を形成する段階とを含む。
本発明の実施形態は、本明細書に添付図面を参照して説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本発明は、部分的には、ビーム入射角誤差が、多くの場合に半導体ウェーハ上に位置する垂直トランジスタに対して、同じ半導体ウェーハ上に位置する同様の水平トランジスタとは異なる影響を有するという認識に基づいている。図２は、同じウェーハ上の垂直トランジスタと水平トランジスタの両方に関してｎ形金属酸化膜トランジスタ（ＮＭＯＳ）素子の駆動電流に対してビーム入射角誤差が有する影響を示すグラフ２００である。ビーム入射角誤差が約−０．５度から約３．０度に増加すると、垂直トランジスタと水平トランジスタのそれぞれの駆動電流は、別様に影響を受ける。特に、図２の例では、水平トランジスタが実質的にビーム入射角誤差の影響を受けているのに対して、垂直トランジスタは受けていない。ビーム入射角誤差が図２の例で与えられた方向に対して垂直であった場合は、反対の影響が起こるであろう。残念なことに、垂直トランジスタと水平トランジスタの間の駆動電流のばらばらの変化は、駆動電流の変化に適応することを困難にする。
【０００８】
ビーム入射角誤差が、ウェーハにわたって変動する傾向があるという理解と上述の認識とを組み合わせると、本発明は、注入可能な基板を注入源に対するある一定の方向の軸線に関して方向付けし、そのように方向付けした基板に注入線量の一部分を注入し、次に、基板を反対方向に方向付けし、反対方向に方向付けした基板を使用して注入線量の別の部分を注入することによって恩典を受けることができると認識している。
【０００９】
新しい注入処理は、ビーム入射角誤差による注入シャドーイングを低減することによってトランジスタの非対称性を低減する。それは、ＮＭＯＳとＰＭＯＳトランジスタの両方のトランジスタ非対称性を改善する。更に、それは、垂直及び水平トランジスタの両方に実質的に同様のドーパントプロフィール、及び従って駆動電流を持たせようと試みるものである。これらの恩典は、とりわけ、トランジスタ適合回路の改善とＳＲＡＭバランスの改善をもたらす。
【００１０】
図３−６は、本発明の例示的な実施形態による例示的なドーパント線量注入部の製作における段階の上面と断面を概略的に示す図である。図３は、注入プラテン３０５上又はその上に位置する複数の基板３１０の、それらが注入源からの注入を受けている時の上面図３００と２つの断面図３４０、３７０である。上面図３００と２つの断面図３４０、３７０は、注入プラテン３０５と基板３１０の、それらが注入プラテン３０５の中心点の周りに回転している時の時間的スナップショットを表している。当業者には公知のように、図３の実施形態における注入プラテン３０５は、一般的に、注入源３２０が注入プラテン３０５を横切って側面から側面までゆっくりと走査する時に、時計回り又は反時計回り方向に高速で回転する。
【００１１】
図３の実施形態は、４つの基板３１０だけが、注入プラテン３０５上又はその上に位置することを示している。基板３１０の実際の数は、図示のものよりも少なく又は多くすることができる。また、注入プラテン３０５は、図３にはディスクとして示しているが、設計上の選択の問題で他の形状を有することができる。
最新の集積回路の場合によくあることであるが、図３の例示的実施形態における基板３１０の各々は、垂直（ｖ）と水平（ｈ）トランジスタの両方を有する。これは、勿論、要件ではなく、本発明の恩典は、垂直（ｖ）又は水平（ｈ）トランジスタだけが存在する状況にも適用可能である。
上述のように、多くの場合に、注入源３２０は、それに関連する注入角度誤差を有する。この注入角度誤差は、図３に（α）で示されている。注入角度誤差（α）は、一般的にできるだけ小さく保つべきであるが、より大きな角度の誤差（α）でも本発明の実施によって対処することができる。典型的な場合、注入角度誤差（α）は、約５度までの範囲とすることができる。
【００１２】
本発明の革新的方法は、所定の注入線量が得られるまでいくつかの異なる構成で何回かの異なる回数で基板３１０を部分的に注入することにより、注入角度誤差（α）の影響を低減するように構成される。それを考慮して、基板３１０は、注入源３２０に対する第１の方向の軸線に関して方向付けされる。図３に示す実施形態では、基板３１０は、ｙ軸の周りで反時計回りに角度（θ）だけ傾斜（ピボット回転）される。基板３１０が傾斜した後に、注入線量の１／４が基板３１０内に注入される。これは、等しい注入の部分的線量、速度、又は期間を与えることによって判断することができる。
【００１３】
基板３１０の傾斜角（θ）は、大きく変化する場合がある。本発明の例示的実施形態では、傾斜角（θ）は、実質的に注入源３２０の注入角度誤差（α）に等しい。この実施形態では、傾斜角（θ）は、垂直（ｖ）及び水平（ｈ）トランジスタの両方に共通なより軽度にドープした基板の小さな領域に対するものを除いて、注入角度誤差（α）の影響を実質的に除去するであろう。それにも関わらず、例示的実施形態は、傾斜角（θ）が約５度までであり、特に約１度と約３度の間であることを示唆している。他の傾斜角（θ）も本発明の範囲内である。
【００１４】
更に、傾斜角（θ）は、いくつかの異なる方法を使用して達成することができる。例えば、本発明の一実施形態は、基板３１０の傾斜が達成するために注入プラテン３０５全体を傾斜させる。本発明の別の異なる実施形態は、注入プラテン３０５自体の角度を不変のまま保持しながら、注入プラテン３０５上の各個々の基板３１０を傾斜させる。注入源に対して基板３１０傾斜させるための他の方法を使用することもできる。
【００１５】
断面図３４０によって示したように、注入角度誤差（α）が水平トランジスタ（ｈ）に対して実質的に影響を及ぼさないことがある。例えば、注入線量の第１の部分の結果として形成された注入領域３８０は、水平トランジスタ（ｈ）のゲートから等距離に位置している。一方、断面図３７０によって示したように、注入角度誤差（α）は、垂直トランジスタ（ｖ）に対して実質的に影響を及ぼすことになる。注入角度誤差（α）と傾斜角（θ）の組合せに起因するゲートシャドーイングは、垂直トランジスタ（ｖ）の注入領域３８０が垂直トランジスタ（ｖ）のゲートから等距離に位置しない原因になる。例えば、図３に示すように、一方の注入領域３８０が、垂直トランジスタ（ｖ）のゲート構造体から除去され、他方の注入領域３８０が、垂直トランジスタ（ｖ）のゲート構造体に隣接して位置する。これは、垂直トランジスタ（ｖ）のゲート構造体の近くに位置するより少ないドーパントを有するより軽度にドープした領域３９０をもたらす。図３に示す段階においては、より軽度にドープした領域３９０は、実質的にドーパントをそこに有しない場合がある。基板３１０に位置する注入領域３８０は、この段階で全体の望ましい注入線量の１／４だけを含有する。
【００１６】
図４は、基板３１０が、同じ軸線の周りであるが、反対方向に傾斜した後の図３００、３４０、３７０（図３のそれらと同様）を示している。図４に示す実施形態では、基板３１０は、ｙ軸の周りで時計回りに角度（θ）だけ傾斜する。例示的な実施形態では、図４で使用した傾斜角（θ）は、図３で使用した傾斜角（θ）に対して、値は実質的に同一であるが、方向が反対である。基板３１０がこの２度目に傾斜した後に、注入の線量の別の１／４が基板３１０に注入される。
【００１７】
断面図３４０によって示すように、注入角度誤差（α）は、ここでもまた、水平トランジスタ（ｈ）に対して実質的に影響を及ぼさない。例えば、注入線量の第２の部分の結果として形成された注入領域３８０は、依然として水平トランジスタ（ｈ）のゲートから等距離に位置している。しかし、今回は、断面図３７０によって示したように、注入角度誤差（α）が傾斜角度（θ）だけ実質的にオフセットされているので、注入角度誤差（α）は、垂直トランジスタ（ｖ）に実質的に影響を及ぼさない。結果として生じるのは、全ての１／４の注入線量が、基板３１０の注入領域３８０に達し、並びに全ての１／４の注入線量が、より軽度にドープした領域３９０に達することである。従って、この段階における垂直トランジスタ（ｖ）と水平トランジスタ（ｈ）の両方の注入領域３８０は、累積的に１／２の注入線量を有し、垂直トランジスタ（ｖ）のゲートの近くに位置するより軽度にドープした領域３９０は、１／４の注入線量を有する。
【００１８】
図５は、基板３１０が特定の角度だけ回転し、次に図３と４に示すのと同じ軸線に関して傾斜した後の同様の図３００、３４０、３７０を示している。図４に示す実施形態では、基板３１０は、ｚ軸の周りで９０度だけ時計回りの方向に回転し、ｙ軸の周りで反時計回りに角度（θ）だけ傾斜する。基板３１０は、任意的に、有益な態様においては、それらが図３と４において占めた位置から約９０度だけ時計回り又は反時計回りのいずれかの方向に回転することができることに注意すべきである。基板３１０がこの３回目に回転及び傾斜した後に、別の１／４の注入線量が基板３１０内に実施される。
【００１９】
断面図３４０によって示したように、注入角度誤差（α）は、今度は水平トランジスタ（ｈ）に実質的に影響を及ぼす。注入角度誤差（α）と傾斜角（θ）の組合せに起因するゲートシャドーイングは、水平トランジスタ（ｈ）の注入領域３８０が水平トランジスタ（ｈ）のゲートから等距離に位置しない原因になる。例えば、図５に示すように、一方の注入領域３８０が、水平トランジスタ（ｈ）のゲート構造体から除去され、他方の注入領域５１０が、水平トランジスタ（ｈ）のゲート構造体に隣接している。その結果、より軽度にドープした領域５１０が、１／２の線量だけを有する水平トランジスタ（ｈ）のゲート構造体の近くに位置し、それに対して、水平トランジスタ（ｈ）の注入領域３８０は、累積的に３／４の線量を有する。一方、垂直トランジスタ（ｖ）は、この構成では注入角度誤差（α）によって実質的に影響されない。従って、垂直トランジスタ（ｖ）の注入領域３８０は、今度は累積的に３／４の注入線量を有し、より軽度にドープした領域３９０は、累積的に１／２の注入線量を有する。
【００２０】
図６は、基板３１０が同じ軸線の周りであるが、反対方向に傾斜した後の図３００、３４０、３７０を示している。図６に示す実施形態では、基板３１０は、角度（θ）だけ時計回りにｙ軸の周りに傾斜する。基板３１０がこの４回目の傾斜をした後に、注入線量の第４の１／４が基板３１０に注入される。
断面図３４０によって示すように、注入角度誤差（α）が実質的に傾斜角（θ）だけオフセットしているので、注入角度誤差（α）は、今度は水平トランジスタ（ｈ）に実質的に影響を及ぼさない。結果として、全ての１／４の注入線量が、基板３１０の注入領域３８０に達し、並びに全ての１／４の注入線量が、より軽度にドープした領域５１０に達する。更に、断面図３７０によって示すように、注入角度誤差（α）は、ここでもまた、垂直トランジスタ（ｖ）に実質的に影響を及ぼさない。結果として、全ての１／４の注入線量が、垂直トランジスタ（ｖ）の注入領域３８０に達し、並びに全ての１／４の注入線量が、より軽度にドープした領域３９０に達する。従って、垂直トランジスタ（ｖ）と水平トランジスタ（ｈ）の両方の注入領域３８０は、この段階では累積的に全ての注入線量を有し、垂直トランジスタ（ｖ）のゲートの近くに位置するより軽度にドープした領域３９０と、水平トランジスタ（ｈ）のゲートの近くに位置するより軽度にドープした領域５１０の各々は、累積的に３／４の注入線量を有する。
【００２１】
理想的には、図６に示すように、得られる垂直トランジスタ（ｖ）と水平トランジスタ（ｈ）は、実質的に同一のドーパントプロフィールを有する。従って、得られる垂直トランジスタ（ｖ）と水平トランジスタ（ｈ）は、実質的に同一の駆動電流を有する。得られる垂直トランジスタ（ｖ）と水平トランジスタ（ｈ）は、実質的に同一の駆動電流を有するだけでなく、より軽度にドープした領域３９０、５１０の各々は、望ましい線量の少なくとも３／４を有する。更に、本発明の革新的態様は、軽度にドープしたソース／ドレーン拡張注入部を形成するのに特に有用である。
【００２２】
図７は、本発明の原理に従って構成された半導体素子７１０を組み込む集積回路７００の断面図である。ＩＣ７００は、ＣＭＯＳ素子、ＢｉＣＭＯＳ素子、バイポーラ素子、又は他の種類の素子を形成するのに使用されるトランジスタのような素子を含むことができる。ＩＣ７００は、誘導子又は抵抗器のような受動素子を更に含むことができ、又は光学素子又は光電子素子を含むこともできる。当業者は、これらの様々な種類の素子とその製造を熟知している。図７に示す特定的な実施形態では、ＩＣ７００は、誘電体層７２０がその上に位置した半導体素子７１０を含む。更に、誘電体層７２０内に相互接続構造体７３０が位置し、様々な素子を相互接続し、すなわち、作動的集積回路７００を形成する。
本発明を詳細に説明したが、当業者は、彼らが本発明の最も広範な形態におけるその範囲から逸脱することなく、本明細書の様々な変更、置換、及び代替を行うことができることを理解すべきである。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】トランジスタ素子の製造における公知のドーピングのドーピング中のゲートシャドーイングの例を示す図である（従来技術）。
【図２】同じウェーハ上の垂直トランジスタ及び水平トランジスタの両方に関してビーム入射角誤差がｎ形金属酸化膜半導体（ＮＭＯＳ）素子の駆動電流に対して有する影響を示すグラフである。
【図３】複数の基板が本発明の原理に従ってドーピングを受ける例示的な処理の段階における上面及び断面を示す概略図である。
【図４】複数の基板が本発明の原理に従ってドーピングを受ける例示的な処理の段階における上面及び断面を示す概略図である。
【図５】複数の基板が本発明の原理に従ってドーピングを受ける例示的な処理の段階における上面及び断面を示す概略図である。
【図６】複数の基板が本発明の原理に従ってドーピングを受ける例示的な処理の段階における上面及び断面を示す概略図である。
【図７】本発明の原理を利用するドーピング処理によって製作した半導体素子を組み込む集積回路（ＩＣ）の断面図である。
【符号の説明】
【００２４】
３０５  注入プラテン
３１０  基板
３２０  注入源
【図１】
2008515243.tif 000003
【図２】
2008515243.tif 000004
【図３】
2008515243.tif 000005
【図４】
2008515243.tif 000006
【図５】
2008515243.tif 000007
【図６】
2008515243.tif 000008
【図７】
2008515243.tif 000009
【国際調査報告】
2008515243.tif 000010