專利名稱：膜評(píng)價(jià)方法、溫度測(cè)定方法及半導(dǎo)體裝置的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于一種可利用在制造裝載于電子機(jī)器上的各種晶體管或半導(dǎo)體存儲(chǔ)器等的半導(dǎo)體裝置的膜的評(píng)價(jià)方法、溫度測(cè)定方法及半導(dǎo)體裝置的制造方法。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，隨著半導(dǎo)體裝置的高集成化和高性能化的進(jìn)展，在多層配線層的層間絕緣膜上采用介電系數(shù)低、添加了氟的氧化硅膜(氟氧化硅膜FSG膜)。該氟氧化硅膜的形成，一般是利用適于細(xì)微配線層間的埋設(shè)的高密度電解液化學(xué)氣相沉積(HDP-CVD＝High Density Plasma-ChemicalVa por Deposition)裝置所成的膜。
然而，高密度電解液化學(xué)氣相沉積(HDP-CVD)裝置，由于是形成利用靜電吸盤(pán)(chuck)來(lái)保持晶片的構(gòu)造，所以會(huì)有無(wú)法監(jiān)視成膜溫度的不良情況。而且，高密度電解液化學(xué)氣相沉積(HDP-CVD)裝置的成膜溫度雖可由成膜時(shí)的RF功率等而決定，但是由于很難測(cè)定具熱電極的硅基板等的實(shí)際溫度，所以無(wú)法正確知道高密度電解液化學(xué)氣相沉積(HDP-CVD)裝置的成膜溫度。
因此，本案申請(qǐng)人，采用記載于國(guó)際公開(kāi)WO99/57146號(hào)公報(bào)中有關(guān)硅基板上的非晶體硅層的回復(fù)速率的溫度測(cè)定技術(shù)，以測(cè)定高密度電解液化學(xué)氣相沉積(HDP-CVD)裝置的成膜溫度。
另外，做為與橢圓測(cè)量(ellipsometry)分光法有關(guān)的文獻(xiàn)，除了上述國(guó)際公開(kāi)公報(bào)外，還有以下文獻(xiàn)等①Nuclear Instruments and Methods in Physics ResearchB19/20(1987)p.577-581②日本國(guó)專利特開(kāi)平06-077301號(hào)公報(bào)③Siemens Forsch.-u.Entwickl.-Ber.Bd.10(1981)Nr.1，p.48-52④日本國(guó)專利特開(kāi)平05-249031號(hào)公報(bào)(發(fā)明所要解決的課題)然而，在以前的由非晶體硅層的回復(fù)速率的成膜溫度的測(cè)定方法中，需要事先在硅基板上形成非晶體硅層的工序等的事前準(zhǔn)備。還有，在測(cè)定高密度電解液化學(xué)氣相沉積(HDP-CVD)裝置的成膜溫度時(shí)，有必要使高密度電解液化學(xué)氣相沉積(HDP-CVD)裝置的處理過(guò)程停止，并以溫度測(cè)定專用條件進(jìn)行膜的形成。也就是，有必要使CVD裝置離開(kāi)制造線。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的，是在于無(wú)須使成膜裝置離開(kāi)制造線，也就是不使成膜裝置的生產(chǎn)性劣化，即可輕易地測(cè)定由成膜裝置所形成的膜的特性或成膜溫度。
本發(fā)明的膜的評(píng)價(jià)方法，其包含有對(duì)形成有膜的基板入射電磁波以測(cè)定上述電磁波的吸收光譜的步驟(a)；以及從上述吸收光譜的形狀算出對(duì)應(yīng)上述膜的膜質(zhì)的特定值的步驟(b)。
通過(guò)這個(gè)方法，由于可利用電磁波吸收光譜來(lái)檢知膜的特性，所以可獲得利用于判定成膜裝置的控制或半導(dǎo)體裝置等的膜的好壞的資料。
在上述步驟(a)中，可入射紅外線作為上述電磁波；在上述步驟(b)中，可從上述紅外線的吸收光譜的形狀算出上述特定值。
在這種情況下，事先準(zhǔn)備好復(fù)數(shù)個(gè)對(duì)應(yīng)膜的膜質(zhì)基準(zhǔn)的參照用紅外線吸收光譜，在上述步驟(b)中，比較上述參照用紅外線吸收光譜和上述膜的上述紅外線吸收光譜，由以算出上述特定值，就可簡(jiǎn)便地獲得特定值。
在上述步驟(b)中，基于上述參照用紅外線吸收光譜、及上述紅外線吸收光譜的形狀進(jìn)行多變量分析，算出上述特定值，就可利用部分最小平方回歸法(Partial Least Squares Regression，即PLS法)等的手法，高精度算出特定值。
在上述步驟(a)中，最好的是，由上述膜及基板的紅外線吸收光譜減去事先測(cè)定的上述基板的紅外線吸收光譜，只求出上述膜的紅外線吸收光譜。
本發(fā)明的溫度測(cè)定方法，其包含有對(duì)形成有膜的基板入射電磁波以測(cè)定上述電磁波的吸收光譜的步驟(a)；以及從上述吸收光譜的形狀算出上述膜的成膜溫度的步驟(b)。
由該方法，由于可利用電磁波的吸收光譜來(lái)檢知膜的成膜溫度，所以可獲得能利用于判定成膜裝置的控制或半導(dǎo)體裝置等的膜的好壞的資料。
在上述步驟(a)中，可入射作為上述電磁波的紅外線；在上述步驟(b)中，可從上述紅外線的吸收光譜的形狀算出上述成膜溫度。
事先準(zhǔn)備復(fù)數(shù)個(gè)對(duì)應(yīng)于膜的成膜溫度的參照用紅外線吸收光譜，在上述步驟(b)中，比較上述參照用紅外線吸收光譜和上述膜的上述紅外線吸收光譜，由算出的上述成膜溫度，即可簡(jiǎn)便地算出成膜溫度。
在上述步驟(b)中，由基于上述參照用紅外線吸收光譜和上述紅外線吸收光譜的形狀進(jìn)行多變量分析，算出的上述成膜溫度，就可利用部分最小平方回歸(PLS)法等的手法，高精度算出成膜溫度。
在上述步驟(a)中，最好的是，由上述膜及基板的紅外線吸收光譜減去事先測(cè)定的上述基板的紅外線吸收光譜，而只求出上述膜的紅外線吸收光譜。
在上述步驟(a)中，由事先將上述基板配置于成膜裝置內(nèi)，并在上述基板上形成上述膜；而在上述步驟(b)中，算出上述膜的成膜溫度作為上述成膜裝置內(nèi)的溫度，則無(wú)須采用在晶片上粘貼感測(cè)器等的方法，即可利用生產(chǎn)線上流動(dòng)的晶片、或管理用晶片迅速地測(cè)定成膜裝置(成膜室)內(nèi)的溫度。
本發(fā)明的第一半導(dǎo)體裝置的制造方法，是具有以膜作為構(gòu)成要素的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征為包含有在配置于成膜裝置內(nèi)的底層晶片上形成上述膜的步驟(a)；對(duì)形成有上述膜的晶片入射紅外線，測(cè)定紅外線吸收光譜的步驟(b)；從上述紅外線吸收光譜的形狀算出對(duì)應(yīng)上述膜的膜質(zhì)的特定值的步驟(c)；以及按照在上述步驟(c)中所算出的上述特定值以控制上述成膜裝置的設(shè)定條件的步驟(d)。
由該方法，由于可利用電磁波的吸收光譜在生產(chǎn)線上非破壞性地檢知膜的特性，并可將其結(jié)果利用于成膜裝置的控制中，所以即不會(huì)使生產(chǎn)性降低，而可對(duì)全部的成膜處理進(jìn)行特定值的測(cè)定，控制成膜裝置的條件就成為了可能。
由事先準(zhǔn)備復(fù)數(shù)個(gè)對(duì)應(yīng)膜的膜質(zhì)的級(jí)別的參照用紅外線吸收光譜；且在上述步驟(c)中，比較上述參照用紅外線吸收光譜、及在上述步驟(b)中所測(cè)定的上述膜的上述紅外線吸收光譜，以算出上述特定值，即可簡(jiǎn)便進(jìn)行處理控制。
在上述步驟(c)中，由根據(jù)上述參照用紅外線吸收光譜、及上述紅外線吸收光譜的形狀進(jìn)行多變量分析，以算出上述特定值，即可正確進(jìn)行處理控制。
本發(fā)明的第二半導(dǎo)體裝置的制造方法，是具有以膜作為構(gòu)成要素的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征為包含有在配置于成膜裝置內(nèi)的底層晶片上形成上述膜的步驟(a)；對(duì)形成有上述膜的晶片入射紅外線以測(cè)定紅外線吸收光譜的步驟(b)；從上述紅外線吸收光譜的形狀算出對(duì)應(yīng)上述膜的成膜溫度的步驟(c)；以及按照在上述步驟(c)中所算出的上述成膜溫度以控制上述成膜裝置的設(shè)定條件的步驟(d)。
由該方法，由于可利用電磁波的吸收光譜在生產(chǎn)線上非破壞性地檢知膜的特性，并可將其結(jié)果利用于成膜裝置的控制中，所以不會(huì)使生產(chǎn)性降低，而可對(duì)全部的成膜處理進(jìn)行特定值的測(cè)定，以控制成膜裝置的溫度控制。
事先準(zhǔn)備復(fù)數(shù)個(gè)對(duì)應(yīng)膜的成膜溫度的參照用紅外線吸收光譜，然后在上述步驟(c)中，比較上述參照用紅外線吸收光譜和上述步驟(b)中所測(cè)定的上述膜的上述紅外線吸收光譜，用以算出上述成膜溫度，即可簡(jiǎn)便進(jìn)行處理控制。
在上述步驟(c)中，由根據(jù)上述參照用紅外線吸收光譜、及上述紅外線吸收光譜的形狀進(jìn)行多變量分析，以算出上述成膜溫度，即可正確進(jìn)行處理控制。


圖1(a)、圖1(b)是分別按順序放大表示傅立葉轉(zhuǎn)換紅外線分光(FT-IR)法進(jìn)行的氟氧化硅膜的紅外線吸收光譜圖及其波峰部分附近的示意圖。
圖2是將圖1(a)、圖1(b)所示的紅外線吸收光譜中的波峰部分的最大吸收的波長(zhǎng)、以及最大吸收值作成表格來(lái)表示的示意圖。
圖3(a)～圖3(c)是分別依照順序表示參照用紅外線吸收光譜圖、被測(cè)定膜的紅外線吸收光譜圖、及部分最小平方回歸法(PLS)的成膜溫度決定方法的示意圖。
圖4(a)～圖4(d)是分別依照380℃、430℃、480℃的順序所成膜的氟氧化硅膜的紅外線吸收光譜圖、及測(cè)定對(duì)象的氟氧化硅膜的紅外線吸收光譜圖。
圖5是表示氟氧化硅膜的紅外線吸收光譜圖案所構(gòu)成的數(shù)據(jù)庫(kù)的構(gòu)筑方法的示意圖。
圖6是表示用多變量分析推定被測(cè)定膜(氟氧化硅膜)的成膜溫度的順序的流程圖。
圖7是表示以第二實(shí)施方式的方法所推定的高密度電解液化學(xué)氣相沉積(HDP-CVD)裝置的成膜溫度、與以應(yīng)用以前的方法所測(cè)定的成膜溫度間的相關(guān)關(guān)系的示意圖。
圖8是表示第三實(shí)施方式中所形成的半導(dǎo)體裝置的構(gòu)造的剖面圖。
圖9是表示第三實(shí)施方式的制造步驟中于形成氟氧化硅膜前后的處理順序的流程圖。
圖10是表示氟氧化硅膜的蝕刻速率的成膜溫度依存性的示意圖。
圖11是表示就采用高密度電解液化學(xué)氣相沉積(HDP-CVD)裝置而形成的氟氧化硅膜所得的晶片面內(nèi)的溫度分布的數(shù)據(jù)。
圖12(a)、圖12(b)是分別依序以表表示所構(gòu)建的數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)定內(nèi)容的例的示意圖，及表示計(jì)算結(jié)果的示意圖。
圖13是將所構(gòu)建的數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)的溫度與分析溫度的驗(yàn)證結(jié)果作成表格而表示的示意圖。
(符號(hào)說(shuō)明)11 硅基板；12 溝道隔離區(qū)域；13 MISFET；14 硅化物層；20 第一層間絕緣膜；24 栓塞；30 第二層間絕緣膜；31 下部膜；32 上部膜；33 鋁配線；34 栓塞；40 第三層間絕緣膜；41 下部膜；42 上部膜；43 鋁配線層；44 栓塞；50 第四層間絕緣膜；51 下部膜；52 上部膜；53 鋁配線層；54 栓塞；60 保護(hù)膜；63 鋁配線。
最好的實(shí)施方式在以下的實(shí)施方式中，是采用一種利用傅立葉轉(zhuǎn)換紅外線分光法(FT-IR法＝Fourier-transform Infrared Spectroscopy)測(cè)定形成有膜的基板的紅外線吸收光譜，并利用部分最小平方回歸(PLS)法對(duì)上述紅外線吸收光譜進(jìn)行以圖案辨識(shí)為基礎(chǔ)的多變量分析的手法。
(第一實(shí)施方式)圖1(a)、圖1(b)是分別依照順序以高密度電解液化學(xué)氣相沉積(HDP-CVD)裝置的成膜溫度作為參數(shù)，而放大表示傅立葉轉(zhuǎn)換紅外線分光(FT-IR)法所進(jìn)行的氟氧化硅膜(含氟的氧化硅膜)的紅外線吸收光譜圖及其波峰部分附近的示意圖。
圖1(a)、圖1(b)中所示的氟氧化硅膜的紅外線吸收光譜是在硅基板上成膜的氟氧化硅膜的紅外線吸收光譜，它是遵從以下的順序進(jìn)行測(cè)定的。
一般來(lái)講，由于硅基板有使紅外線透過(guò)的性質(zhì)，所以當(dāng)對(duì)硅基板的一個(gè)面入射紅外線時(shí)，紅外線就會(huì)在只按一定比例被硅基板吸收后，使透過(guò)硅基板的紅外線從硅基板的其他面射出。因此，利用傅立葉轉(zhuǎn)換紅外線分光(FT-IR)法，將如直徑5mm左右的紅外線干涉光以垂直方向入射至晶片的背面或表面，并檢知透過(guò)晶片的紅外線的強(qiáng)度與所入射的紅外線的強(qiáng)度的干涉光，以將對(duì)該強(qiáng)度的光路差的函數(shù)進(jìn)行傅立葉轉(zhuǎn)換，由此計(jì)算相對(duì)于波數(shù)的函數(shù)，并將此當(dāng)作第一紅外線吸收光譜。
其次，在高密度電解液化學(xué)氣相沉積(HDP-CVD)裝置內(nèi)設(shè)置硅基板，在硅基板上形成指定厚度的氟氧化硅膜。其后，利用傅立葉轉(zhuǎn)換紅外線分光(FT-IR)法，以與上述大致相同的條件對(duì)晶片的相同部分位入射紅外線，在每一波長(zhǎng)中測(cè)定入射至氟氧化硅膜及硅基板的紅外線的強(qiáng)度、和透過(guò)兩者的紅外線的強(qiáng)度的比，并將它當(dāng)作第二紅外線吸收光譜。然后，以第二紅外線吸收光譜減去第一紅外線吸收光譜，只算出氟氧化硅膜的紅外線吸收光譜。這樣做，由從氟氧化硅膜與硅基板所合成的紅外線吸收光譜中計(jì)算硅基板的紅外線吸收光譜的差值，即可求出所希望的只有氟氧化硅膜的紅外線吸收光譜。
在以下的說(shuō)明中也如此，只要事先沒(méi)有特別的說(shuō)明，氟氧化硅膜的紅外線吸收光譜就是以同樣的順序測(cè)定。但是，成為本發(fā)明中的紅外線吸收光譜的測(cè)定對(duì)象的薄膜，并非只限定于氟氧化硅膜，就連半導(dǎo)體裝置的制造方法亦非被限定于高密度電解液化學(xué)氣相沉積(HDP-CVD)裝置。還有，成為薄膜底層的基板，亦并非被限定于硅基板。再有，紅外線吸收光譜的測(cè)定方法，并非被限定于傅立葉轉(zhuǎn)換紅外線分光(FT-IR)法。
而且，若將硅基板的厚度、磷濃度、酸濃度設(shè)為相同的話，則即使只以第二紅外線吸收光譜的測(cè)定，亦可獲得與第二紅外線吸收光譜減去第一紅外線吸收光譜時(shí)相同的結(jié)果。
還有，本發(fā)明的紅外線吸收光譜的測(cè)定，是采用紐里儀器股份有限公司制的半導(dǎo)體用紅外線分光分析裝置(IR-EPOCH 2000)來(lái)進(jìn)行的。
在此，從圖1(a)、圖1(b)中可以知道，當(dāng)氟氧化硅膜的成膜溫度不同時(shí)，紅外線吸收光譜的形狀就會(huì)不同，尤其是，波峰部分的最大吸收以及表示最大吸收的波長(zhǎng)會(huì)不同。本發(fā)明人，在通過(guò)上述以前的非晶體硅膜的回復(fù)速率的溫度測(cè)定技術(shù)以外，反覆進(jìn)行了是否有監(jiān)視高密度電解液化學(xué)氣相沉積(HDP-CVD)裝置的成膜溫度的其他方法的各種檢討的結(jié)果，發(fā)現(xiàn)由紅外線吸收光譜(在本實(shí)施方式中，是部分最小平方回歸法所進(jìn)行的紅外線吸收光譜)，是依薄膜的成膜溫度{在本實(shí)施方式中，是高密度電解液化學(xué)氣相沉積(HDP-CVD)裝置的成膜溫度}而不同。
以下，就部分最小平方回歸法的紅外線吸收光譜因高密度電解液化學(xué)氣相沉積(HDP-CVD)裝置的成膜溫度而異的理由加以說(shuō)明。
由高密度電解液化學(xué)氣相沉積(HDP-CVD)裝置所形成的氟氧化硅膜，可推定當(dāng)提高成膜溫度時(shí)，會(huì)變成更完整的氧化硅膜。換句話說(shuō)，查明當(dāng)利用部分最小平方回歸法(PLS)分析同一膜厚而不同成膜溫度的氟氧化硅膜時(shí)，存在表示完整氧化硅膜的Si-O粘結(jié)劑等吸收總量的波峰高度的變化(αa){參照?qǐng)D1(a)}、及隨著成膜溫度差異而產(chǎn)生膜質(zhì)差異的的Si-O粘結(jié)劑等波峰位置的移位(αb){參照?qǐng)D1(b)}的情形。
圖2是將圖1(a)、圖1(b)所示的紅外線吸收光譜中的波峰部分的最大吸收的波長(zhǎng)、及最大吸收值作成表格而表示的示意圖。同圖所示的范圍中，成膜溫度越高則最大吸收就變得越大，且成膜溫度越高表示最大吸收的波數(shù)就變得越大。
亦即，本發(fā)明人，著眼于當(dāng)以不同的成膜溫度形成氟氧化硅膜時(shí)，Si-O粘結(jié)劑等的波峰高度及波峰位置，即吸收波峰的形狀就會(huì)不同這一點(diǎn)，并導(dǎo)出能以采用以前所沒(méi)有的部分最小平方回歸(PLS)法的新手法來(lái)檢測(cè)高密度電解液化學(xué)氣相沉積(HDP-CVD)裝置的成膜溫度?？赏贫ㄎ展庾V的形狀會(huì)因不同的成膜溫度而不同的理由，是因?yàn)檠趸柚械腟i-O、Si＝O、Si≡O(shè)等結(jié)合的存在比例會(huì)因成膜溫度而異所致。
其次，就以不同紅外線吸收光譜來(lái)分析薄膜的成膜溫度的順序加以說(shuō)明。在此，為了從不同紅外線吸收光譜中分析成膜溫度，而采用以部分最小平方回歸(PLS)法的圖案識(shí)別為基礎(chǔ)的分析技術(shù)。
圖3(a)～圖3(c)是分別依照順序表示以圖案辨識(shí)為基礎(chǔ)的多變量分析技術(shù)的解法模型的參照用紅外線吸收光譜圖、被測(cè)定膜的紅外線吸收光譜圖(以下，稱為被測(cè)定膜的紅外線吸收光譜圖)、及部分最小平方回歸(PLS)法的成膜溫度決定方法的示意圖。圖3(a)、圖3(b)中，波峰O是表示吸收SiO2等的波峰，波峰F是表示吸收SiF的波峰。如同圖所示，波峰O、F彼此的間的間隔，是依成膜溫度而變化。
首先，如圖3(a)所示，事先利用傅立葉轉(zhuǎn)換紅外線分光(FT-IR)法，測(cè)定由互異的成膜溫度(T1＜T2＜T3)所形成的復(fù)數(shù)個(gè)(本實(shí)施方式為三個(gè))氟氧化硅膜的參照用紅外線吸收光譜圖案SPT1、SPT2、SPT3，并將的當(dāng)作數(shù)據(jù)庫(kù)儲(chǔ)存于記憶裝置中。
其次，如圖3(b)所示，測(cè)定被測(cè)定膜的紅外線吸收光譜圖案SPTA。
圖4(a)～圖4(d)是分別依序?yàn)樵?80℃、430℃、480℃下所成膜的氟氧化硅膜的紅外線吸收光譜圖、及測(cè)定對(duì)象的氟氧化硅膜的紅外線吸收光譜圖。亦即，圖4(a)～圖4(c)是圖3(a)所示的成膜溫度互異的三個(gè)氟氧化硅膜的紅外線吸收光譜圖案SPT1、SPT2、SPT3的具體例；而圖4(d)為圖3(b)所示的被測(cè)定膜的紅外線吸收光譜圖案SPTA的具體例。
其次，利用圖案分析，從下面公式(1)中求出三個(gè)參照用紅外線吸收光譜圖案SPT1、SPT2、SPT3、及被測(cè)定膜的紅外線吸收光譜圖案SPTA的偏差的平方和Xi2，Xi2＝∑(SPTi-SPTA)2(1)公式(1)的右邊的∑(SPTi-SPTA)2，是將參照用紅外線吸收光譜圖案及被測(cè)定膜的紅外線吸收光譜圖案間的各波長(zhǎng)中的吸收的差的平方，再就各波長(zhǎng)進(jìn)行乘法運(yùn)算者，換句話說(shuō)，是偏差的平方和。然后，在公式(1)的Xi2中，是包含有起因于表示參照用紅外線吸收光譜圖案及被測(cè)定膜的紅外線吸收光譜圖案間的波峰部分的最大吸收值的差、或最大吸收值的波長(zhǎng)的差、和圖3(a)所示的波峰O、F的間隔的差等的圖案的偏移。
其結(jié)果，如圖3(c)所示，由于可求出表示偏差的平方和的三個(gè)點(diǎn)X12、X22、X32，所以可決定通過(guò)該三點(diǎn)X12、X22、X32的曲線LA(此例中，為了簡(jiǎn)單起見(jiàn)作成二次曲線)。因此，從該曲線LA求出偏差的平方和X2變成最小的溫度TA，并推定該溫度作為氟氧化硅膜的成膜溫度。以下，就該順序，一邊例示而一邊具體加以說(shuō)明。
圖12(a)、圖12(b)是分別依序以表表示所構(gòu)建的數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)定內(nèi)容的例的示意圖，及表示計(jì)算結(jié)果的示意圖。部分最小平方回歸(PLS)法中的解法，是利用電腦的數(shù)值計(jì)算法而得到解答，以調(diào)整各參數(shù)至進(jìn)行部分最小平方回歸(PLS)法的多重回歸分析的特別的數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)溫度與數(shù)據(jù)庫(kù)的PLS模型的正確度接近1.0的方法。在此，若依據(jù)發(fā)明人所進(jìn)行的數(shù)值計(jì)算的結(jié)果，則當(dāng)采用最大波數(shù)1600cm-1至最小波數(shù)700cm-1的紅外線吸收光譜，并將紅外線吸收光譜的分割點(diǎn)數(shù)設(shè)定在467點(diǎn)時(shí)，正確度(CorrectCoefficient)就會(huì)變成最高，而可獲得正確度0.98。
圖13是將所構(gòu)建的數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)的溫度與分析溫度的驗(yàn)證結(jié)果作成表而表示的示意圖。同圖中，分別表示數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)溫度(相當(dāng)于對(duì)應(yīng)圖3(a)所示的光譜圖案SPTi的成膜溫度Ti)、分析溫度{相當(dāng)于圖3(c)所示的成膜溫度TA}、差異(數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)溫度與分析溫度的差分)、錯(cuò)誤率(差分除以數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)溫度所得的商數(shù)再乘以100所得者)、光譜殘差{相當(dāng)于圖3(c)內(nèi)的X2}及分析值的可靠度。
同圖中，光譜殘差及分析值的可靠度的值越小則越好，而且分析溫度的可靠度則越高。然后，同圖所示，表示光譜殘差及分析溫度的可靠度的數(shù)值，由于相對(duì)于數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)的設(shè)定溫度非常小，所以可判斷在實(shí)用上沒(méi)有問(wèn)題。而且，在采用此次制作成的數(shù)據(jù)庫(kù)而驗(yàn)證的結(jié)果中，可獲得氟氧化硅膜的成膜溫度的錯(cuò)誤率為±1.0％以下的結(jié)果。亦即，從此次的計(jì)算結(jié)果中獲得在384.2℃至504.5℃的溫度范圍中，能以±1.0％以下的精度進(jìn)行溫度推定的部分最小平方回歸(PLS)模型。
(第二實(shí)施方式)在上述的例中，為了容易理解起見(jiàn)，就只推定成膜溫度作為參數(shù)的方法加以說(shuō)明，但是，在現(xiàn)實(shí)的處理中，所形成的薄膜的膜厚、雜質(zhì)濃度(例如氟濃度)等并非固定，且在晶片間及晶片內(nèi)存在有該種參數(shù)的不均等。然后，因膜厚或雜質(zhì)濃度等的不均等，而有使成膜溫度的推定精度惡化的擔(dān)心。因而，在現(xiàn)實(shí)的處理中，即使目的在于成膜溫度的推定，仍有必要進(jìn)行包含膜厚、雜質(zhì)濃度等參數(shù)的多變量分析。
其次，就進(jìn)行不僅包含薄膜的成膜溫度，亦包含膜質(zhì)或膜厚的多次元參數(shù)的推定的方法加以說(shuō)明。在此，是舉以高密度電解液化學(xué)氣相沉積(HDP-CVD)裝置所成膜的氟氧化硅膜的紅外線吸收光譜圖案為例而加以說(shuō)明。
圖5是表示氟氧化硅膜的紅外線吸收光譜圖案所構(gòu)成的數(shù)據(jù)庫(kù)的構(gòu)建方法的示意圖。首先，用作決定氟氧化硅膜的膜質(zhì)的成膜條件，是就高密度電解液化學(xué)氣相沉積(HDP-CVD)裝置的成膜溫度、含于氟氧化硅膜中的氟濃度及氟氧化硅膜的膜厚，制作各別設(shè)定復(fù)數(shù)個(gè)條件(例如，三種)的成膜條件的基質(zhì)(matrix)。在該基質(zhì)的全條件下形成氟氧化硅膜，并利用傅立葉轉(zhuǎn)換紅外線分光法(FT-IR法)測(cè)定紅外線吸收光譜，以構(gòu)建紅外線吸收光譜圖案的數(shù)據(jù)庫(kù)。
圖5所示的例中，有關(guān)三種類的膜厚300nm、600nm、900nm，三種類型的成膜溫度370℃、430℃、490℃，及三種類型的氟濃度0.4％、1.4％、2.4％，可將合計(jì)27個(gè)的紅外線吸收光譜圖案予以數(shù)據(jù)庫(kù)化。還有，同圖中，例示有關(guān)膜厚為600nm，成膜溫度約為370℃，而氟濃度分別約為1.4％、2.4％的條件k2、k3的紅外線吸收光譜圖案。
其次，采用圖5所示的復(fù)數(shù)個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)，從被測(cè)定膜所示的紅外線吸收?qǐng)D案中算出被測(cè)定膜的膜厚、成膜溫度、及氟濃度。此時(shí)，由以與圖3(a)、(b)所示的順序相同的順序進(jìn)行多變量分析，最終即可獲得在多次元空間中表示圖3(c)所示偏差的平方和的復(fù)數(shù)個(gè)點(diǎn)Xi2。在該情況下，由于有必要進(jìn)行多次元空間的分析，所以無(wú)法進(jìn)行圖3(c)所示的圖表表示。然后，求出通過(guò)該等復(fù)數(shù)個(gè)點(diǎn)Xi2的最正確的多次元圖形，以將表示該多次元圖形中的最小值的點(diǎn)中的膜厚、成膜溫度、及氟濃度，算出為被測(cè)定膜的膜厚、成膜溫度、及氟濃度。
另外，亦可取代上述的推定方法，而制作橫軸為成膜溫度、膜厚、氟濃度的三個(gè)圖表，且在各圖表中，將表示通過(guò)復(fù)數(shù)個(gè)點(diǎn)Xi2的二次曲線的最小值的橫軸X位置，設(shè)為與被測(cè)定膜的成膜溫度、膜厚、氟濃度相近似。
如以上所述，采用以圖案辨識(shí)為基礎(chǔ)的多變量分析技術(shù)的解法模型，即可推定被測(cè)定膜的紅外線吸收光譜圖案，是接近所構(gòu)建的數(shù)據(jù)庫(kù)的哪一個(gè)紅外線吸收光譜圖案，并利用多變量分析技術(shù)求出成膜溫度、氟濃度及膜厚。
圖6是表示推定多變量分析的被測(cè)定膜(氟氧化硅膜)的成膜溫度的順序的流程圖。
首先，在步驟ST11中，制作參照用紅外線吸收光譜圖案(例如有關(guān)圖6所示的27個(gè)條件的圖案)，并將的當(dāng)作數(shù)據(jù)庫(kù)而事先儲(chǔ)存在記憶裝置中。
其次，在步驟ST12中，利用傅立葉轉(zhuǎn)換紅外線分光(FT-IR)法，測(cè)定被測(cè)定膜的紅外線吸收?qǐng)D案。但是，在本發(fā)明的紅外線吸收?qǐng)D案的測(cè)定中，可采用傅立葉轉(zhuǎn)換紅外線分光(FT-IR)法以外的方法。
其次，在步驟ST13中，進(jìn)行多變量分析。圖2(a)～圖2(c)所示的例中，雖求出相當(dāng)于三個(gè)參照用紅外線吸收光譜圖案SPT1、SPT2、SPT3、及被測(cè)定膜的紅外線吸收光譜圖案SPTA的偏差的平方和的Xi2，但是在本實(shí)施方式中，是進(jìn)行就各波長(zhǎng)將27個(gè)參照用紅外線吸收光譜圖案、及被測(cè)定膜的紅外線吸收光譜圖案的各波長(zhǎng)中的吸收值的偏差的平方作乘法運(yùn)算的分析(多變量分析)。
其次，在步驟ST14中，根據(jù)圖案分析的結(jié)果，算出成膜溫度等。第一實(shí)施方式中，雖是從通過(guò)圖3(c)所示的三個(gè)點(diǎn)X12、X22、X32的曲線LA中求出偏差的平方和X2變成最小的溫度TA，并算出該溫度作為氟氧化硅膜的成膜溫度，但是在本實(shí)施方式中，由于可獲得多次元空間中表示圖3(c)所示的偏差的平方和的27個(gè)點(diǎn)Xi2，所以可求出通過(guò)各點(diǎn)Xi2為最正確的多次元圖形，并將表示該多次元圖形的最小值的點(diǎn)的成膜溫度算出為被測(cè)定膜的成膜溫度。
圖7是表示以本實(shí)施方式的方法所推定的高密度電解液化學(xué)氣相沉積(HDP-CVD)裝置的成膜溫度、與以上述國(guó)際公開(kāi)WO99/57146號(hào)公報(bào)中所記載的方法的方法所測(cè)定的成膜溫度間的相互關(guān)是的示意圖。在此，當(dāng)采用上述WO99/57146號(hào)公報(bào)中所記載的方法時(shí)，由于在500℃以下很難把握非晶體層的回復(fù)速率，所以要采用應(yīng)用該方法的其他方法。如圖7所示，明白本發(fā)明的成膜溫度與應(yīng)用眾所周知方法所得的成膜溫度，可獲得大致1∶1的相互關(guān)系，且傅立葉轉(zhuǎn)換紅外線分光(FT-IR)法所進(jìn)行的高密度電解液化學(xué)氣相沉積(HDP-CVD)裝置的成膜溫度的測(cè)定結(jié)果非常好。
若依據(jù)本實(shí)施方式，則由進(jìn)行以傅立葉轉(zhuǎn)換紅外線分光(FT-IR)法測(cè)定的薄膜的膜厚、雜質(zhì)濃度、成膜溫度等作為參數(shù)的多變量分析，即可精度佳地測(cè)定薄膜的成膜溫度。尤其是，如上所述，在上述國(guó)際公開(kāi)WO99/57146號(hào)公報(bào)中所記載的方法中，雖然很難測(cè)定500℃以下的范圍的成膜溫度，但是在本發(fā)明的方法中，則有可測(cè)定500℃以下的范圍的成膜溫度，而且可既容易還有迅速地(具體地講，為2～3分鐘左右)進(jìn)行測(cè)定的優(yōu)點(diǎn)。
但是，依本發(fā)明的溫度測(cè)定而可測(cè)定的成膜溫度的范圍，并非被限定在500℃以下。其可包含與上述國(guó)際公開(kāi)WO99/57146號(hào)公報(bào)中所記載的方法大致相同的溫度范圍，而且，即使在更低溫的范圍中亦可測(cè)定成膜溫度。本發(fā)明，在近來(lái)隨著半導(dǎo)體處理的低溫化的進(jìn)展中，特別能發(fā)揮其可在半導(dǎo)體裝置的布線制程中所實(shí)施的處理溫度350℃～500℃的范圍內(nèi)進(jìn)行溫度測(cè)定的顯著效果。
還有，該方法，由于是可邊在與處理相同的條件下使用成膜裝置，而邊從監(jiān)視器中輕易地在紅外線吸收光譜的生產(chǎn)線上的條件下測(cè)定成膜溫度，所以不會(huì)降低生產(chǎn)性，而可對(duì)全部分的成膜處理測(cè)定成膜溫度。
(第三實(shí)施方式)其次，有關(guān)本發(fā)明薄膜的評(píng)價(jià)方法的應(yīng)用，是就生產(chǎn)線上的半導(dǎo)體裝置的制造方法加以說(shuō)明。
圖8是表示第三實(shí)施方式中所形成的半導(dǎo)體裝置的構(gòu)造的剖面圖。在硅基板11上，設(shè)有分割區(qū)劃活性區(qū)域的溝道隔離區(qū)域12，而在由溝道隔離區(qū)域12所包圍住的活性區(qū)域上，設(shè)有復(fù)數(shù)個(gè)MISFET 13。在各MISFET13的源極/漏極區(qū)域(圖中未示)及柵極的各部分，分別設(shè)有利用自對(duì)準(zhǔn)硅化物制做過(guò)程所形成的金屬硅化物層14a、14b。
在本實(shí)施方式的制造方法中，首先，在設(shè)有復(fù)數(shù)個(gè)MISFET 13的硅基板11的上方，沉積BPSG膜所構(gòu)成的第一層間絕緣膜20。該第一層間絕緣膜20的厚度約為800nm。
其次，形成貫穿第一層間絕緣膜20，而到達(dá)各源極/漏極區(qū)域或各柵極的金屬硅化物層14a、14b的接觸孔，并埋設(shè)鎢(W)至接觸孔內(nèi)以形成栓塞24。圖8雖未表示柵極上的栓塞，但是在與圖8所示的剖面不同的剖面中，設(shè)有連接?xùn)艠O的栓塞。各栓塞24的直徑約為0.25μm。
其次，在第一層間絕緣膜20上沉積鋁(Al)膜后，通過(guò)將鋁膜圖案化，以形成連接各栓塞的鋁配線層33(第一層配線層)。鋁配線層33的厚度約為400nm。其后，在第一層間絕緣膜20及鋁配線層33的上方，沉積第二層間絕緣膜30。第二層間絕緣膜30的構(gòu)成，是包含有氟氧化硅膜所構(gòu)成的下部膜31、及P-TEOS膜(電解液TEOS膜)所構(gòu)成的上部膜32。下部膜31的厚度約為500nm，而上部膜32的厚度約為300nm。
在此，本發(fā)明，是在沉積第二層間絕緣膜30的下部膜31之前，事先對(duì)晶片所欲測(cè)定的區(qū)域(測(cè)定區(qū)域)入射紅外線光束，以測(cè)定成為下部膜31的底層的基板整體的紅外線吸收光譜。然后，利用高密度電解液化學(xué)氣相沉積(HDP-CVD)法沉積下部膜31。此時(shí)，氟氧化硅膜所構(gòu)成的下部膜31的成膜條件，是成膜裝置的成膜室內(nèi)壓力為6mTorr(約0.8Pa)，電解液CVD裝置的RF功率為900W/2300W，偏壓功率為2350W，晶片背面的氦(He)壓力于輸入(IN)側(cè)為2mTorr(約0.27Pa)，氬氣壓力的上面(TOP)流量為9(ml/min)，氬氣的側(cè)面(SIDE)流量為46(ml/min)，氧的上面流量為53(ml/min)，氧的側(cè)面流量為73(ml/min)，硅烷的上面流量為4(ml/min)，硅烷的側(cè)面流量為40(ml/min)，四氟化硅烷的流量為28(ml/min)。
然后，在沉積下部膜31之后，對(duì)晶片的測(cè)定區(qū)域入射紅外線，以測(cè)定紅外線吸收光譜。然后，從兩紅外線吸收光譜的差中測(cè)定下部膜31單獨(dú)的紅外線吸收光譜。進(jìn)而，采用第二實(shí)施方式中所說(shuō)明的參照用紅外線吸收光譜圖案(參照?qǐng)D5)，并將成膜溫度、膜厚、氟濃度當(dāng)作參數(shù)，以進(jìn)行下部膜31的紅外線吸收光譜圖案的多變量分析。因此，測(cè)定下部膜31的成膜溫度、膜厚、氟濃度，即可判定下部膜31的沉積條件是否適當(dāng)。
其次，在沉積第二層間絕緣膜30的上部膜32其后，在第二層間絕緣膜30上形成到達(dá)第一層間絕緣膜20上的鋁配線層33的貫穿孔，并埋設(shè)鎢(W)至貫穿孔內(nèi)，以形成栓塞34。第二層間絕緣膜30的上部膜32的厚度約為300nm，而栓塞34的直徑約為0.3μm。
其后，在第二層間絕緣膜30的上方，利用與上述相同的順序，形成鋁配線層43(第二層配線層)、及第三層間絕緣膜40。第三層間絕緣膜40，是具有氟氧化硅膜所構(gòu)成的下部膜41、及P-TEOS膜所構(gòu)成的上部膜42，而在形成下部膜41時(shí)，進(jìn)行利用紅外線吸收光譜的多變量分析，以進(jìn)行成膜溫度、膜厚、氟濃度等的管理。
其后，在第三層間絕緣膜40的上方，利用與上述相同的順序，形成鋁配線層53(第三層配線層)、及第四層間絕緣膜50。第四層間絕緣膜50，是具有氟氧化硅膜所構(gòu)成的下部膜51、及P-TEOS膜所構(gòu)成的上部膜52，而在形成下部膜51時(shí)，進(jìn)行利用紅外線吸收光譜的多變量分析，以進(jìn)行成膜溫度、膜厚、氟濃度等的管理。
其后，在第四層間絕緣膜50的上方，形成鋁配線層63(第四層配線層)、及第P-SiN膜所構(gòu)成的保護(hù)(passivation)膜60。
在本實(shí)施方式中，在測(cè)定BPSG膜所構(gòu)成的第一層間絕緣膜20、或P-TEOS膜所構(gòu)成的第二至第四層間絕緣膜的各上部膜32、42、52、或P-SiN膜所構(gòu)成的保護(hù)膜60的成膜溫度時(shí)，并未進(jìn)行利用紅外線吸收光譜的多變量分析。其理由在于，因BPSG膜、P-TEOS膜、P-SiN膜，是采用一般的電解液或利用熱反應(yīng)的CVD裝置，而非采用高密度電解液的高密度電解液化學(xué)氣相沉積(HDP-CVD)裝置，且沒(méi)有如高密度電解液化學(xué)氣相沉積(HDP-CVD)裝置盤(pán)以靜電夾住晶片，并利用晶片背面的氦氣清潔的機(jī)構(gòu)，所以可由在例如一般的電解液CVD裝置的下部分電極中埋設(shè)熱電極，并測(cè)定下部分電極的溫度，以間接地測(cè)定晶片溫度之故。但是，即使在形成BPSG膜、P-TEOS膜、P-SiN膜等時(shí)候，因由利用紅外線吸收光譜的多變量分析，亦可測(cè)定雜質(zhì)濃度(BPSG膜中的硼、磷等)、或膜厚，故可嚴(yán)密地進(jìn)行制程管理。
還有，溝道隔離區(qū)域12，由于有時(shí)亦由采用高密度電解液化學(xué)氣相沉積(HDP-CVD)裝置所沉積的非摻雜硅酸鹽玻璃USG(Undoped SilicateGlass)所構(gòu)成，所以可進(jìn)行紅外線吸收光譜的多變量分析。
圖9是表示本實(shí)施方式的制造步驟中于形成氟氧化硅膜前后的處理順序的流程圖。
首先，在步驟ST21中，測(cè)定底層晶片的紅外線吸收光譜。該底層晶片，是指在形成第二層間絕緣膜30的下部膜31時(shí)，已形成有第一層間絕緣膜20或栓塞24的晶片；在形成第三層間絕緣膜40的下部膜41時(shí)，已形成有第二層間絕緣膜30或栓塞34的晶片；在形成第四層間絕緣膜50的下部膜51時(shí)，已形成有第三層間絕緣膜40或栓塞44的晶片。
其次，在步驟ST22中，是以上述的條件采用高密度電解液化學(xué)氣相沉積(HDP-CVD)裝置，沉積氟氧化硅膜(此例中，是各下部膜31、41、51)。
其次，在步驟ST23中，測(cè)定沉積氟氧化硅膜后的晶片的紅外線吸收光譜。換句話說(shuō)，測(cè)定通過(guò)氟氧化硅膜及底層晶片的紅外線吸收光譜。
其次，在步驟ST24中，在每一波長(zhǎng)上算出步驟ST23中所測(cè)定的紅外線吸收光譜、及步驟ST21中所測(cè)定的紅外線吸收光譜的差，以制作氟氧化硅膜單獨(dú)的紅外線吸收光譜圖案。
其次，在步驟ST25中，采用事先儲(chǔ)存于數(shù)據(jù)庫(kù)中的參照用紅外線吸收光譜圖案(例如將圖5所示的成膜溫度、膜厚、氟濃度當(dāng)作參數(shù)的復(fù)數(shù)個(gè)光譜圖案)，并利用第二實(shí)施方式中所說(shuō)明的方法，進(jìn)行多變量分析。結(jié)果，可獲得將圖3(c)所示的曲線置換成多次元圖形或多次元函數(shù)的圖表或函數(shù)。
其次，在步驟ST26中，從步驟ST25中所得的多次元函數(shù)或多次元圖形，推定提供其最小值的氟氧化硅膜的成膜溫度、膜厚、氟濃度等。
其次，在步驟ST27中，判別步驟ST26中所推定的成膜溫度、膜厚、氟濃度是否在適當(dāng)范圍內(nèi)。當(dāng)成膜溫度太低時(shí)，就有形成于該氟氧化硅膜下方的層間絕緣膜上的栓塞、及與該栓塞接觸的下方的導(dǎo)體層間的接觸狀態(tài)(具體而言為接觸電阻)惡化的擔(dān)心。而當(dāng)成膜溫度太低時(shí)，亦有如下的不良情況。
圖10是表示氟氧化硅膜的蝕刻速率的成膜溫度依存性的示意圖。同圖中，縱軸是呈現(xiàn)蝕刻速率作為與熱氧化膜間的蝕刻速率比。如同圖所示，當(dāng)成膜溫度太低時(shí)，由于蝕刻速率會(huì)變高，所以在制程上很難管理蝕刻時(shí)間等。換句話說(shuō)，當(dāng)薄膜的蝕刻速率變大，就會(huì)發(fā)生過(guò)蝕刻等不良情況的故。
換而言之，亦可將蝕刻速率編入多變量分析的參數(shù)中，以作為氟氧化硅膜等的膜質(zhì)。
另一方面，當(dāng)成膜溫度太高時(shí)，恐有使氟氧化硅膜的下方已形成的鋁膜的特性劣化的擔(dān)心。因而，在氟氧化硅膜的成膜溫度上有適當(dāng)范圍，在此例中，最好的是包含在380℃以上，480℃以下的范圍內(nèi)。還有，因當(dāng)膜厚太大時(shí)就很難形成貫穿孔或埋設(shè)栓塞，而當(dāng)膜厚太薄時(shí)，就有使夾住層間絕緣膜的配線層間的電容增大或?qū)娱g絕緣膜的絕緣性劣化的擔(dān)心，故在膜厚方面亦有適當(dāng)范圍。再者，當(dāng)氟濃度太低時(shí)就無(wú)法將層間絕緣膜的介電是數(shù)形成非常小，而當(dāng)氟濃度太高時(shí)還有有因氟的擴(kuò)散而發(fā)生鋁膜剝離的擔(dān)心，故在氟濃度方面亦有適當(dāng)范圍。
其結(jié)果，成膜溫度、膜厚、氟濃度等若在適當(dāng)范圍內(nèi)的話，則以目前狀態(tài)直接前進(jìn)至下一制程，另一方面，成膜溫度、膜厚、氟濃度等若未在適當(dāng)范圍內(nèi)的話，則移行至步驟ST27，且在變更高密度電解液化學(xué)氣相沉積(HDP-CVD)的條件后，利用蝕刻術(shù)去除氟氧化硅膜，并再次進(jìn)行氟氧化硅膜的沉積。
另外，在變更步驟ST27的條件后，亦可以目前狀態(tài)直接前進(jìn)至下一制程。在該情況下，亦可在形成第二層間絕緣膜30的下部分層31后，而形成第三層間絕緣膜40的下部膜41時(shí)，以適當(dāng)?shù)臈l件進(jìn)行氟氧化硅膜的沉積。
如此，在本導(dǎo)體裝置的處理中，由于容易將氟氧化硅膜的成膜溫度、膜厚、氟濃度等的參數(shù)維持在適當(dāng)范圍內(nèi)，所以可既嚴(yán)密還有輕易地進(jìn)行半導(dǎo)體裝置的制程管理。而且，由重新形成薄膜，亦可提高優(yōu)良比率。
另外，圖1所示的傅立葉轉(zhuǎn)換紅外線分光(FT-IR)法的紅外線吸收光譜，雖是表示只有在高密度電解液化學(xué)氣相沉積(HDP-CVD)裝置所成膜的氟氧化硅膜的紅外線吸收光譜的資料，但是即使在氟氧化硅膜與硅基板所合成的紅外線吸收光譜的情況，亦可確認(rèn)其與圖7同樣，可測(cè)定高密度電解液化學(xué)氣相沉積(HDP-CVD)裝置的成膜溫度。
而且，若依據(jù)本方法，則因由算出差值，即可只檢測(cè)出薄膜的紅外線吸收光譜成分，所以不僅可進(jìn)行生產(chǎn)線上監(jiān)視，亦可精確地測(cè)定基板背面構(gòu)造復(fù)雜的實(shí)際裝置的成膜溫度。
還有，在上述各實(shí)施方式中，雖是采用以高密度電解液化學(xué)氣相沉積(HDP-CVD)裝置所成膜的氟氧化硅膜來(lái)加以說(shuō)明的，但是亦可適用于形成其他的氧化硅膜，例如添加磷的氧化硅膜(PSG膜)或添加硼及磷的氧化硅膜(BPSG膜)、氮化硅膜等的情況中。而且，在形成氟氧化硅膜等的氧化硅膜時(shí)雖是采用高密度電解液化學(xué)氣相沉積(HDP-CVD)裝置來(lái)加以說(shuō)明，但是亦可適用于采用其他的成膜裝置，例如采用一般的等離子體CVD裝置(P-CVD)或低壓CVD裝置(LP-CVD)等而成膜的情況中。
(第四實(shí)施方式)在本實(shí)施方式中，是就利用成膜溫度的測(cè)定而測(cè)定成膜室內(nèi)的溫度的方法加以說(shuō)明。
如上所述，由于可利用氟氧化硅膜等的紅外線吸收光譜，來(lái)測(cè)定成膜溫度，所以可測(cè)定成膜室的溫度。然后，當(dāng)知道成膜室的溫度時(shí)，不僅可于CVD中利用，亦可為了半導(dǎo)體裝置的制程中的各種處理而加以利用。
從前的成膜室內(nèi)的溫度測(cè)定，是利用安裝于具熱電偶晶片的背面上的溫度感測(cè)器而進(jìn)行。但是，即使采用具有熱電極的晶片，雖可知道晶片背面的溫度，但是卻無(wú)法測(cè)定晶片表面的溫度，即無(wú)法測(cè)定非晶體區(qū)域接受熱處理的實(shí)際溫度。還有，在溫度的測(cè)定范圍中仍有界限，當(dāng)達(dá)到某程度高溫時(shí)就很難進(jìn)行測(cè)定。
還有，在上述眾所周知國(guó)際公開(kāi)WO99/57146號(hào)公報(bào)中所記載的技術(shù)的情況，當(dāng)達(dá)到500℃以下時(shí)，來(lái)自非晶體狀態(tài)的回復(fù)速率就會(huì)變得不明。這是因?yàn)樵诘蜏貢r(shí)，來(lái)自非晶體狀態(tài)的回復(fù)會(huì)在極初期的階段結(jié)束，即使花費(fèi)更多的時(shí)間仍無(wú)法順利回復(fù)的原故。
相對(duì)于此，在利用本發(fā)明的紅外線吸收光譜的方法的情況時(shí)，若在CVD可進(jìn)行的溫度范圍內(nèi)的話，則有無(wú)論在哪一個(gè)溫度均可進(jìn)行測(cè)定的優(yōu)點(diǎn)。尤其是在國(guó)際公開(kāi)WO 99/57146號(hào)公報(bào)中所記載的技術(shù)中很難進(jìn)行測(cè)定的500℃以下的范圍內(nèi)其效果很大。
圖11是表示就采用高密度電解液化學(xué)氣相沉積(HDP-CVD)裝置而形成的氟氧化硅膜所得的晶片面內(nèi)的溫度分布的數(shù)據(jù)。由于紅外線光束的直徑是5mm左右，所以可在晶片內(nèi)的復(fù)數(shù)個(gè)部分位測(cè)定紅外線吸收光譜。該情況，雖有必要使關(guān)于形成膜的前的晶片于測(cè)定紅外線吸收光譜的部分位、與關(guān)于形成膜其后的上方于測(cè)定紅外線吸收光譜的部分位大致一致，但是由于目前的紅外線測(cè)定裝置的定位精度非常提高，所以在實(shí)用上已沒(méi)有不良的情況。
如同圖所示，因由進(jìn)行利用本發(fā)明的紅外線吸收光譜的多變量分析，即可測(cè)定晶片面內(nèi)的溫度分布，故利用此，可測(cè)定CVD裝置的成膜室內(nèi)的溫度分布。用于該溫度測(cè)定的晶片，亦可為流入制造線上的制品用晶片，或用于制程管理的管理用晶片。
(其他實(shí)施方式)在上述各實(shí)施方式中，雖是對(duì)被測(cè)定膜入射紅外線，并利用傅立葉轉(zhuǎn)換紅外線分光(FT-IR)法，測(cè)定紅外線吸收光譜，以進(jìn)行被測(cè)定膜的評(píng)價(jià)，但是即使在采用其他的分光法，例如分散型紅外線分光法、雷射拉曼(LaserRaman)分光法，X射線光電子分光法等，以測(cè)定觀測(cè)構(gòu)成薄膜的原子間結(jié)合狀態(tài)的吸收光譜的情況，亦可適用本發(fā)明。
(發(fā)明效果)若依據(jù)本發(fā)明，則由于可從成膜裝置的生產(chǎn)線上監(jiān)視器中測(cè)定成膜溫度或膜的特性，所以在即不會(huì)降低生產(chǎn)性的情況下，又可對(duì)全部的成膜處理測(cè)定成膜溫度。
權(quán)利要求
1.一種膜的評(píng)價(jià)方法，其包含有對(duì)形成有膜的基板入射電磁波以測(cè)定上述電磁波的吸收光譜的步驟(a)；以及從上述吸收光譜的形狀算出對(duì)應(yīng)上述膜的膜質(zhì)的特定值的步驟(b)。
2.根據(jù)權(quán)利要求第1項(xiàng)所述的膜的評(píng)價(jià)方法，其特征為在上述步驟(a)中，入射作為上述電磁波的紅外線；在上述步驟(b)中，從上述紅外線的吸收光譜的形狀算出上述特定值。
3.根據(jù)權(quán)利要求第2項(xiàng)所述的膜的評(píng)價(jià)方法，其特征為事先準(zhǔn)備復(fù)數(shù)個(gè)對(duì)應(yīng)膜的膜質(zhì)的基準(zhǔn)的參照用紅外線吸收光譜；在上述步驟(b)中，比較上述參照用紅外線吸收光譜、及上述膜的上述紅外線吸收光譜，以算出上述特定值。
4.根據(jù)權(quán)利要求第3項(xiàng)所述的膜的評(píng)價(jià)方法，其特征為在上述步驟(b)中，根據(jù)上述參照用紅外線吸收光譜、及上述紅外線吸收光譜的形狀進(jìn)行多變量分析，以算出上述特定值。
5.根據(jù)權(quán)利要求第1項(xiàng)～第4項(xiàng)中所述的任何一項(xiàng)膜的評(píng)價(jià)方法，其特征為在上述步驟(a)中，由上述膜及基板的紅外線吸收光譜減去事先測(cè)定的上述基板的紅外線吸收光譜，只求出上述膜的紅外線吸收光譜。
6.一種溫度測(cè)定方法，其包含有對(duì)形成有膜的基板入射電磁波以測(cè)定上述電磁波的吸收光譜的步驟(a)；以及從上述吸收光譜的形狀算出上述膜的成膜溫度的步驟(b)。
7.根據(jù)權(quán)利要求第6項(xiàng)所述的溫度測(cè)定方法，其特征為在上述步驟(a)中，入射紅外線作為上述電磁波；在上述步驟(b)中，從上述紅外線的吸收光譜的形狀算出上述成膜溫度。
8.根據(jù)權(quán)利要求第7項(xiàng)所述的溫度測(cè)定方法，其特征為事先準(zhǔn)備復(fù)數(shù)個(gè)對(duì)應(yīng)膜的成膜溫度的參照用紅外線吸收光譜；在上述步驟(b)中，比較上述參照用紅外線吸收光譜、及上述膜的上述紅外線吸收光譜，以算出上述成膜溫度。
9.根據(jù)權(quán)利要求第8項(xiàng)所述的溫度測(cè)定方法，其特征為在上述步驟(b)中，根據(jù)上述參照用紅外線吸收光譜、及上述紅外線吸收光譜的形狀進(jìn)行多變量分析，以算出上述成膜溫度。
10.根據(jù)權(quán)利要求第6項(xiàng)～第9項(xiàng)中所述的任何一項(xiàng)溫度測(cè)定方法，其特征為在上述步驟(a)中，由自上述膜及基板的紅外線吸收光譜減去事先測(cè)定的上述基板的紅外線吸收光譜，只求出上述膜的紅外線吸收光譜。
11.根據(jù)權(quán)利要求第6項(xiàng)～第10項(xiàng)中所述的任何一項(xiàng)的溫度測(cè)定方法，其特征為在上述步驟(a)中，事先將上述基板配置于成膜裝置內(nèi)，并在上述基板上形成上述膜；在上述步驟(b)中，算出上述膜的成膜溫度作為上述成膜裝置內(nèi)的溫度。
12.一種具有構(gòu)成膜的要素的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其包含有在配置于成膜裝置內(nèi)的底層晶圓上形成上述膜的步驟(a)；對(duì)形成有上述膜的晶圓入射紅外線以測(cè)定紅外線吸收光譜的步驟(b)；從上述紅外線吸收光譜的形狀算出對(duì)應(yīng)上述膜的膜質(zhì)的特定值的步驟(c)；以及按照在上述步驟(c)中所算出的上述特定值以控制上述成膜裝置的設(shè)定條件的步驟(d)。
13.根據(jù)權(quán)利要求第12項(xiàng)所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征為事先準(zhǔn)備復(fù)數(shù)個(gè)對(duì)應(yīng)膜的膜質(zhì)的基準(zhǔn)的參照用紅外線吸收光譜；在上述步驟(c)中，比較上述參照用紅外線吸收光譜、及在上述步驟(b)中所測(cè)定的上述膜的上述紅外線吸收光譜，以算出上述特定值。
14.根據(jù)權(quán)利要求第13項(xiàng)所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征為在上述步驟(c)中，根據(jù)上述參照用紅外線吸收光譜、及上述紅外線吸收光譜的形狀進(jìn)行多變量分析，以算出上述特定值。
15.一種具有構(gòu)成膜的要素的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征為在配置于成膜裝置內(nèi)的底層晶圓上形成上述膜的步驟(a)；對(duì)形成有上述膜的晶圓入射紅外線以測(cè)定紅外線吸收光譜的步驟(b)；從上述紅外線吸收光譜的形狀算出對(duì)應(yīng)上述膜的成膜溫度的步驟(c)；以及按照在上述步驟(c)中所算出的上述成膜溫度以控制上述成膜裝置的設(shè)定條件的步驟(d)。
16.根據(jù)權(quán)利要求第15項(xiàng)所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征為事先準(zhǔn)備復(fù)數(shù)個(gè)對(duì)應(yīng)膜的成膜溫度的參照用紅外線吸收光譜；在上述步驟(c)中，比較上述參照用紅外線吸收光譜、及在上述步驟(b)中所測(cè)定的上述膜的上述紅外線吸收光譜，以算出上述成膜溫度。
17.根據(jù)權(quán)利要求第16項(xiàng)所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征為在上述步驟(c)中，根據(jù)上述參照用紅外線吸收光譜、及上述紅外線吸收光譜的形狀進(jìn)行多變量分析，以算出上述成膜溫度。
全文摘要
本發(fā)明的目的在于提供一種即不使成膜裝置的生產(chǎn)性劣化，又可輕易測(cè)定成膜裝置的成膜溫度或膜的特性的方法。其解決手段是，事先制作參照用紅外線吸收光譜圖案作為資料庫(kù)。然后，利用傅立葉轉(zhuǎn)換紅外線分光(FT－IR)法，測(cè)定被測(cè)定膜的紅外線吸收?qǐng)D案。再次，根據(jù)參照用紅外線吸收光譜圖案，及被測(cè)定膜的紅外線光譜圖案，進(jìn)行部分最小平方回歸(PLS)法的多變量分析的后，再根據(jù)分析的結(jié)果，算出成膜溫度等。
文檔編號(hào)H01L21/66GK1476630SQ02803087
公開(kāi)日2004年2月18日 申請(qǐng)日期2002年9月10日 優(yōu)先權(quán)日2001年9月10日
發(fā)明者立成利貴 申請(qǐng)人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社