CN1476630A - 膜评价方法、温度测定方法及半导体装置的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明的目的在于提供一种即不使成膜装置的生产性劣化，又可轻易测定成膜装置的成膜温度或膜的特性的方法。其解决手段是，事先制作参照用红外线吸收光谱图案作为资料库。然后，利用傅立叶转换红外线分光(FT－IR)法，测定被测定膜的红外线吸收图案。再次，根据参照用红外线吸收光谱图案，及被测定膜的红外线光谱图案，进行部分最小平方回归(PLS)法的多变量分析的后，再根据分析的结果，算出成膜温度等。
Description
技术领域
本发明是关于一种可利用在制造装载于电子机器上的各种晶体管或半导体存储器等的半导体装置的膜的评价方法、温度测定方法及半导体装置的制造方法。
背景技术
近年来，随着半导体装置的高集成化和高性能化的进展，在多层配线层的层间绝缘膜上采用介电系数低、添加了氟的氧化硅膜(氟氧化硅膜：FSG膜)。该氟氧化硅膜的形成，一般是利用适于细微配线层间的埋设的高密度电解液化学气相沉积(HDP-CVD＝High Density Plasma-ChemicalVa por Deposition)装置所成的膜。
然而，高密度电解液化学气相沉积(HDP-CVD)装置，由于是形成利用静电吸盘(chuck)来保持晶片的构造，所以会有无法监视成膜温度的不良情况。而且，高密度电解液化学气相沉积(HDP-CVD)装置的成膜温度虽可由成膜时的RF功率等而决定，但是由于很难测定具热电极的硅基板等的实际温度，所以无法正确知道高密度电解液化学气相沉积(HDP-CVD)装置的成膜温度。
因此，本案申请人，采用记载于国际公开WO99/57146号公报中有关硅基板上的非晶体硅层的回复速率的温度测定技术，以测定高密度电解液化学气相沉积(HDP-CVD)装置的成膜温度。
另外，做为与椭圆测量(ellipsometry)分光法有关的文献，除了上述国际公开公报外，还有以下文献等：
①Nuclear Instruments and Methods in Physics ResearchB19/20(1987)p.577-581
②日本国专利特开平06-077301号公报
③Siemens Forsch.-u.Entwickl.-Ber.Bd.10(1981)Nr.1，p.48-52
④日本国专利特开平05-249031号公报
(发明所要解决的课题)
然而，在以前的由非晶体硅层的回复速率的成膜温度的测定方法中，需要事先在硅基板上形成非晶体硅层的工序等的事前准备。还有，在测定高密度电解液化学气相沉积(HDP-CVD)装置的成膜温度时，有必要使高密度电解液化学气相沉积(HDP-CVD)装置的处理过程停止，并以温度测定专用条件进行膜的形成。也就是，有必要使CVD装置离开制造线。
发明内容
本发明的目的，是在于无须使成膜装置离开制造线，也就是不使成膜装置的生产性劣化，即可轻易地测定由成膜装置所形成的膜的特性或成膜温度。
本发明的膜的评价方法，其包含有：对形成有膜的基板入射电磁波以测定上述电磁波的吸收光谱的步骤(a)；以及从上述吸收光谱的形状算出对应上述膜的膜质的特定值的步骤(b)。
通过这个方法，由于可利用电磁波吸收光谱来检知膜的特性，所以可获得利用于判定成膜装置的控制或半导体装置等的膜的好坏的资料。
在上述步骤(a)中，可入射红外线作为上述电磁波；在上述步骤(b)中，可从上述红外线的吸收光谱的形状算出上述特定值。
在这种情况下，事先准备好复数个对应膜的膜质基准的参照用红外线吸收光谱，在上述步骤(b)中，比较上述参照用红外线吸收光谱和上述膜的上述红外线吸收光谱，由以算出上述特定值，就可简便地获得特定值。
在上述步骤(b)中，基于上述参照用红外线吸收光谱、及上述红外线吸收光谱的形状进行多变量分析，算出上述特定值，就可利用部分最小平方回归法(Partial Least Squares Regression，即PLS法)等的手法，高精度算出特定值。
在上述步骤(a)中，最好的是，由上述膜及基板的红外线吸收光谱减去事先测定的上述基板的红外线吸收光谱，只求出上述膜的红外线吸收光谱。
本发明的温度测定方法，其包含有：对形成有膜的基板入射电磁波以测定上述电磁波的吸收光谱的步骤(a)；以及从上述吸收光谱的形状算出上述膜的成膜温度的步骤(b)。
由该方法，由于可利用电磁波的吸收光谱来检知膜的成膜温度，所以可获得能利用于判定成膜装置的控制或半导体装置等的膜的好坏的资料。
在上述步骤(a)中，可入射作为上述电磁波的红外线；在上述步骤(b)中，可从上述红外线的吸收光谱的形状算出上述成膜温度。
事先准备复数个对应于膜的成膜温度的参照用红外线吸收光谱，在上述步骤(b)中，比较上述参照用红外线吸收光谱和上述膜的上述红外线吸收光谱，由算出的上述成膜温度，即可简便地算出成膜温度。
在上述步骤(b)中，由基于上述参照用红外线吸收光谱和上述红外线吸收光谱的形状进行多变量分析，算出的上述成膜温度，就可利用部分最小平方回归(PLS)法等的手法，高精度算出成膜温度。
在上述步骤(a)中，最好的是，由上述膜及基板的红外线吸收光谱减去事先测定的上述基板的红外线吸收光谱，而只求出上述膜的红外线吸收光谱。
在上述步骤(a)中，由事先将上述基板配置于成膜装置内，并在上述基板上形成上述膜；而在上述步骤(b)中，算出上述膜的成膜温度作为上述成膜装置内的温度，则无须采用在晶片上粘贴感测器等的方法，即可利用生产线上流动的晶片、或管理用晶片迅速地测定成膜装置(成膜室)内的温度。
本发明的第一半导体装置的制造方法，是具有以膜作为构成要素的半导体装置的制造方法，其特征为包含有：在配置于成膜装置内的底层晶片上形成上述膜的步骤(a)；对形成有上述膜的晶片入射红外线，测定红外线吸收光谱的步骤(b)；从上述红外线吸收光谱的形状算出对应上述膜的膜质的特定值的步骤(c)；以及按照在上述步骤(c)中所算出的上述特定值以控制上述成膜装置的设定条件的步骤(d)。
由该方法，由于可利用电磁波的吸收光谱在生产线上非破坏性地检知膜的特性，并可将其结果利用于成膜装置的控制中，所以即不会使生产性降低，而可对全部的成膜处理进行特定值的测定，控制成膜装置的条件就成为了可能。
由事先准备复数个对应膜的膜质的级别的参照用红外线吸收光谱；且在上述步骤(c)中，比较上述参照用红外线吸收光谱、及在上述步骤(b)中所测定的上述膜的上述红外线吸收光谱，以算出上述特定值，即可简便进行处理控制。
在上述步骤(c)中，由根据上述参照用红外线吸收光谱、及上述红外线吸收光谱的形状进行多变量分析，以算出上述特定值，即可正确进行处理控制。
本发明的第二半导体装置的制造方法，是具有以膜作为构成要素的半导体装置的制造方法，其特征为包含有：在配置于成膜装置内的底层晶片上形成上述膜的步骤(a)；对形成有上述膜的晶片入射红外线以测定红外线吸收光谱的步骤(b)；从上述红外线吸收光谱的形状算出对应上述膜的成膜温度的步骤(c)；以及按照在上述步骤(c)中所算出的上述成膜温度以控制上述成膜装置的设定条件的步骤(d)。
由该方法，由于可利用电磁波的吸收光谱在生产线上非破坏性地检知膜的特性，并可将其结果利用于成膜装置的控制中，所以不会使生产性降低，而可对全部的成膜处理进行特定值的测定，以控制成膜装置的温度控制。
事先准备复数个对应膜的成膜温度的参照用红外线吸收光谱，然后在上述步骤(c)中，比较上述参照用红外线吸收光谱和上述步骤(b)中所测定的上述膜的上述红外线吸收光谱，用以算出上述成膜温度，即可简便进行处理控制。
在上述步骤(c)中，由根据上述参照用红外线吸收光谱、及上述红外线吸收光谱的形状进行多变量分析，以算出上述成膜温度，即可正确进行处理控制。
附图说明
图1(a)、图1(b)是分别按顺序放大表示傅立叶转换红外线分光(FT-IR)法进行的氟氧化硅膜的红外线吸收光谱图及其波峰部分附近的示意图。
图2是将图1(a)、图1(b)所示的红外线吸收光谱中的波峰部分的最大吸收的波长、以及最大吸收值作成表格来表示的示意图。
图3(a)～图3(c)是分别依照顺序表示参照用红外线吸收光谱图、被测定膜的红外线吸收光谱图、及部分最小平方回归法(PLS)的成膜温度决定方法的示意图。
图4(a)～图4(d)是分别依照380℃、430℃、480℃的顺序所成膜的氟氧化硅膜的红外线吸收光谱图、及测定对象的氟氧化硅膜的红外线吸收光谱图。
图5是表示氟氧化硅膜的红外线吸收光谱图案所构成的数据库的构筑方法的示意图。
图6是表示用多变量分析推定被测定膜(氟氧化硅膜)的成膜温度的顺序的流程图。
图7是表示以第二实施方式的方法所推定的高密度电解液化学气相沉积(HDP-CVD)装置的成膜温度、与以应用以前的方法所测定的成膜温度间的相关关系的示意图。
图8是表示第三实施方式中所形成的半导体装置的构造的剖面图。
图9是表示第三实施方式的制造步骤中于形成氟氧化硅膜前后的处理顺序的流程图。
图10是表示氟氧化硅膜的蚀刻速率的成膜温度依存性的示意图。
图11是表示就采用高密度电解液化学气相沉积(HDP-CVD)装置而形成的氟氧化硅膜所得的晶片面内的温度分布的数据。
图12(a)、图12(b)是分别依序以表表示所构建的数据库的设定内容的例的示意图，及表示计算结果的示意图。
图13是将所构建的数据库内的温度与分析温度的验证结果作成表格而表示的示意图。
(符号说明)
11 硅基板；12 沟道隔离区域；13 MISFET；14 硅化物层；20 第一层间绝缘膜；24 栓塞；30 第二层间绝缘膜；31 下部膜；32 上部膜；33 铝配线；34 栓塞；40 第三层间绝缘膜；41 下部膜；42 上部膜；43 铝配线层；44 栓塞；50 第四层间绝缘膜；51 下部膜；52 上部膜；53 铝配线层；54 栓塞；60 保护膜；63 铝配线。
最好的实施方式
在以下的实施方式中，是采用一种利用傅立叶转换红外线分光法(FT-IR法＝Fourier-transform Infrared Spectroscopy)测定形成有膜的基板的红外线吸收光谱，并利用部分最小平方回归(PLS)法对上述红外线吸收光谱进行以图案辨识为基础的多变量分析的手法。
(第一实施方式)
图1(a)、图1(b)是分别依照顺序以高密度电解液化学气相沉积(HDP-CVD)装置的成膜温度作为参数，而放大表示傅立叶转换红外线分光(FT-IR)法所进行的氟氧化硅膜(含氟的氧化硅膜)的红外线吸收光谱图及其波峰部分附近的示意图。
图1(a)、图1(b)中所示的氟氧化硅膜的红外线吸收光谱是在硅基板上成膜的氟氧化硅膜的红外线吸收光谱，它是遵从以下的顺序进行测定的。
一般来讲，由于硅基板有使红外线透过的性质，所以当对硅基板的一个面入射红外线时，红外线就会在只按一定比例被硅基板吸收后，使透过硅基板的红外线从硅基板的其他面射出。因此，利用傅立叶转换红外线分光(FT-IR)法，将如直径5mm左右的红外线干涉光以垂直方向入射至晶片的背面或表面，并检知透过晶片的红外线的强度与所入射的红外线的强度的干涉光，以将对该强度的光路差的函数进行傅立叶转换，由此计算相对于波数的函数，并将此当作第一红外线吸收光谱。
其次，在高密度电解液化学气相沉积(HDP-CVD)装置内设置硅基板，在硅基板上形成指定厚度的氟氧化硅膜。其后，利用傅立叶转换红外线分光(FT-IR)法，以与上述大致相同的条件对晶片的相同部分位入射红外线，在每一波长中测定入射至氟氧化硅膜及硅基板的红外线的强度、和透过两者的红外线的强度的比，并将它当作第二红外线吸收光谱。然后，以第二红外线吸收光谱减去第一红外线吸收光谱，只算出氟氧化硅膜的红外线吸收光谱。这样做，由从氟氧化硅膜与硅基板所合成的红外线吸收光谱中计算硅基板的红外线吸收光谱的差值，即可求出所希望的只有氟氧化硅膜的红外线吸收光谱。
在以下的说明中也如此，只要事先没有特别的说明，氟氧化硅膜的红外线吸收光谱就是以同样的顺序测定。但是，成为本发明中的红外线吸收光谱的测定对象的薄膜，并非只限定于氟氧化硅膜，就连半导体装置的制造方法亦非被限定于高密度电解液化学气相沉积(HDP-CVD)装置。还有，成为薄膜底层的基板，亦并非被限定于硅基板。再有，红外线吸收光谱的测定方法，并非被限定于傅立叶转换红外线分光(FT-IR)法。
而且，若将硅基板的厚度、磷浓度、酸浓度设为相同的话，则即使只以第二红外线吸收光谱的测定，亦可获得与第二红外线吸收光谱减去第一红外线吸收光谱时相同的结果。
还有，本发明的红外线吸收光谱的测定，是采用纽里仪器股份有限公司制的半导体用红外线分光分析装置(IR-EPOCH 2000)来进行的。
在此，从图1(a)、图1(b)中可以知道，当氟氧化硅膜的成膜温度不同时，红外线吸收光谱的形状就会不同，尤其是，波峰部分的最大吸收以及表示最大吸收的波长会不同。本发明人，在通过上述以前的非晶体硅膜的回复速率的温度测定技术以外，反覆进行了是否有监视高密度电解液化学气相沉积(HDP-CVD)装置的成膜温度的其他方法的各种检讨的结果，发现由红外线吸收光谱(在本实施方式中，是部分最小平方回归法所进行的红外线吸收光谱)，是依薄膜的成膜温度{在本实施方式中，是高密度电解液化学气相沉积(HDP-CVD)装置的成膜温度}而不同。
以下，就部分最小平方回归法的红外线吸收光谱因高密度电解液化学气相沉积(HDP-CVD)装置的成膜温度而异的理由加以说明。
由高密度电解液化学气相沉积(HDP-CVD)装置所形成的氟氧化硅膜，可推定当提高成膜温度时，会变成更完整的氧化硅膜。换句话说，查明当利用部分最小平方回归法(PLS)分析同一膜厚而不同成膜温度的氟氧化硅膜时，存在表示完整氧化硅膜的Si-O粘结剂等吸收总量的波峰高度的变化(αa){参照图1(a)}、及随着成膜温度差异而产生膜质差异的的Si-O粘结剂等波峰位置的移位(αb){参照图1(b)}的情形。
图2是将图1(a)、图1(b)所示的红外线吸收光谱中的波峰部分的最大吸收的波长、及最大吸收值作成表格而表示的示意图。同图所示的范围中，成膜温度越高则最大吸收就变得越大，且成膜温度越高表示最大吸收的波数就变得越大。
亦即，本发明人，着眼于当以不同的成膜温度形成氟氧化硅膜时，Si-O粘结剂等的波峰高度及波峰位置，即吸收波峰的形状就会不同这一点，并导出能以采用以前所没有的部分最小平方回归(PLS)法的新手法来检测高密度电解液化学气相沉积(HDP-CVD)装置的成膜温度。可推定吸收光谱的形状会因不同的成膜温度而不同的理由，是因为氧化硅中的Si-O、Si＝O、Si≡O等结合的存在比例会因成膜温度而异所致。
其次，就以不同红外线吸收光谱来分析薄膜的成膜温度的顺序加以说明。在此，为了从不同红外线吸收光谱中分析成膜温度，而采用以部分最小平方回归(PLS)法的图案识别为基础的分析技术。
图3(a)～图3(c)是分别依照顺序表示以图案辨识为基础的多变量分析技术的解法模型的参照用红外线吸收光谱图、被测定膜的红外线吸收光谱图(以下，称为被测定膜的红外线吸收光谱图)、及部分最小平方回归(PLS)法的成膜温度决定方法的示意图。图3(a)、图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。如同图所示，波峰O、F彼此的间的间隔，是依成膜温度而变化。
首先，如图3(a)所示，事先利用傅立叶转换红外线分光(FT-IR)法，测定由互异的成膜温度(T1＜T2＜T3)所形成的复数个(本实施方式为三个)氟氧化硅膜的参照用红外线吸收光谱图案SPT1、SPT2、SPT3，并将的当作数据库储存于记忆装置中。
其次，如图3(b)所示，测定被测定膜的红外线吸收光谱图案SPTA。
图4(a)～图4(d)是分别依序为在380℃、430℃、480℃下所成膜的氟氧化硅膜的红外线吸收光谱图、及测定对象的氟氧化硅膜的红外线吸收光谱图。亦即，图4(a)～图4(c)是图3(a)所示的成膜温度互异的三个氟氧化硅膜的红外线吸收光谱图案SPT1、SPT2、SPT3的具体例；而图4(d)为图3(b)所示的被测定膜的红外线吸收光谱图案SPTA的具体例。
其次，利用图案分析，从下面公式(1)中求出三个参照用红外线吸收光谱图案SPT1、SPT2、SPT3、及被测定膜的红外线吸收光谱图案SPTA的偏差的平方和Xi 2，
Xi 2＝∑(SPTi-SPTA)2 (1)
公式(1)的右边的∑(SPTi-SPTA)2，是将参照用红外线吸收光谱图案及被测定膜的红外线吸收光谱图案间的各波长中的吸收的差的平方，再就各波长进行乘法运算者，换句话说，是偏差的平方和。然后，在公式(1)的Xi 2中，是包含有起因于表示参照用红外线吸收光谱图案及被测定膜的红外线吸收光谱图案间的波峰部分的最大吸收值的差、或最大吸收值的波长的差、和图3(a)所示的波峰O、F的间隔的差等的图案的偏移。
其结果，如图3(c)所示，由于可求出表示偏差的平方和的三个点X1 2、X2 2、X3 2，所以可决定通过该三点X1 2、X2 2、X3 2的曲线LA(此例中，为了简单起见作成二次曲线)。因此，从该曲线LA求出偏差的平方和X2变成最小的温度TA，并推定该温度作为氟氧化硅膜的成膜温度。以下，就该顺序，一边例示而一边具体加以说明。
图12(a)、图12(b)是分别依序以表表示所构建的数据库的设定内容的例的示意图，及表示计算结果的示意图。部分最小平方回归(PLS)法中的解法，是利用电脑的数值计算法而得到解答，以调整各参数至进行部分最小平方回归(PLS)法的多重回归分析的特别的数据库内温度与数据库的PLS模型的正确度接近1.0的方法。在此，若依据发明人所进行的数值计算的结果，则当采用最大波数1600cm-1至最小波数700cm-1的红外线吸收光谱，并将红外线吸收光谱的分割点数设定在467点时，正确度(CorrectCoefficient)就会变成最高，而可获得正确度0.98。
图13是将所构建的数据库内的温度与分析温度的验证结果作成表而表示的示意图。同图中，分别表示数据库内温度(相当于对应图3(a)所示的光谱图案SPTi的成膜温度Ti)、分析温度{相当于图3(c)所示的成膜温度TA}、差异(数据库内温度与分析温度的差分)、错误率(差分除以数据库内温度所得的商数再乘以100所得者)、光谱残差{相当于图3(c)内的X2}及分析值的可靠度。
同图中，光谱残差及分析值的可靠度的值越小则越好，而且分析温度的可靠度则越高。然后，同图所示，表示光谱残差及分析温度的可靠度的数值，由于相对于数据库内的设定温度非常小，所以可判断在实用上没有问题。而且，在采用此次制作成的数据库而验证的结果中，可获得氟氧化硅膜的成膜温度的错误率为±1.0％以下的结果。亦即，从此次的计算结果中获得在384.2℃至504.5℃的温度范围中，能以±1.0％以下的精度进行温度推定的部分最小平方回归(PLS)模型。
(第二实施方式)
在上述的例中，为了容易理解起见，就只推定成膜温度作为参数的方法加以说明，但是，在现实的处理中，所形成的薄膜的膜厚、杂质浓度(例如氟浓度)等并非固定，且在晶片间及晶片内存在有该种参数的不均等。然后，因膜厚或杂质浓度等的不均等，而有使成膜温度的推定精度恶化的担心。因而，在现实的处理中，即使目的在于成膜温度的推定，仍有必要进行包含膜厚、杂质浓度等参数的多变量分析。
其次，就进行不仅包含薄膜的成膜温度，亦包含膜质或膜厚的多次元参数的推定的方法加以说明。在此，是举以高密度电解液化学气相沉积(HDP-CVD)装置所成膜的氟氧化硅膜的红外线吸收光谱图案为例而加以说明。
图5是表示氟氧化硅膜的红外线吸收光谱图案所构成的数据库的构建方法的示意图。首先，用作决定氟氧化硅膜的膜质的成膜条件，是就高密度电解液化学气相沉积(HDP-CVD)装置的成膜温度、含于氟氧化硅膜中的氟浓度及氟氧化硅膜的膜厚，制作各别设定复数个条件(例如，三种)的成膜条件的基质(matrix)。在该基质的全条件下形成氟氧化硅膜，并利用傅立叶转换红外线分光法(FT-IR法)测定红外线吸收光谱，以构建红外线吸收光谱图案的数据库。
图5所示的例中，有关三种类的膜厚300nm、600nm、900nm，三种类型的成膜温度370℃、430℃、490℃，及三种类型的氟浓度0.4％、1.4％、2.4％，可将合计27个的红外线吸收光谱图案予以数据库化。还有，同图中，例示有关膜厚为600nm，成膜温度约为370℃，而氟浓度分别约为1.4％、2.4％的条件k2、k3的红外线吸收光谱图案。
其次，采用图5所示的复数个数据库，从被测定膜所示的红外线吸收图案中算出被测定膜的膜厚、成膜温度、及氟浓度。此时，由以与图3(a)、(b)所示的顺序相同的顺序进行多变量分析，最终即可获得在多次元空间中表示图3(c)所示偏差的平方和的复数个点Xi 2。在该情况下，由于有必要进行多次元空间的分析，所以无法进行图3(c)所示的图表表示。然后，求出通过该等复数个点Xi 2的最正确的多次元图形，以将表示该多次元图形中的最小值的点中的膜厚、成膜温度、及氟浓度，算出为被测定膜的膜厚、成膜温度、及氟浓度。
另外，亦可取代上述的推定方法，而制作横轴为成膜温度、膜厚、氟浓度的三个图表，且在各图表中，将表示通过复数个点Xi 2的二次曲线的最小值的横轴X位置，设为与被测定膜的成膜温度、膜厚、氟浓度相近似。
如以上所述，采用以图案辨识为基础的多变量分析技术的解法模型，即可推定被测定膜的红外线吸收光谱图案，是接近所构建的数据库的哪一个红外线吸收光谱图案，并利用多变量分析技术求出成膜温度、氟浓度及膜厚。
图6是表示推定多变量分析的被测定膜(氟氧化硅膜)的成膜温度的顺序的流程图。
首先，在步骤ST11中，制作参照用红外线吸收光谱图案(例如有关图6所示的27个条件的图案)，并将的当作数据库而事先储存在记忆装置中。
其次，在步骤ST12中，利用傅立叶转换红外线分光(FT-IR)法，测定被测定膜的红外线吸收图案。但是，在本发明的红外线吸收图案的测定中，可采用傅立叶转换红外线分光(FT-IR)法以外的方法。
其次，在步骤ST13中，进行多变量分析。图2(a)～图2(c)所示的例中，虽求出相当于三个参照用红外线吸收光谱图案SPT1、SPT2、SPT3、及被测定膜的红外线吸收光谱图案SPTA的偏差的平方和的Xi 2，但是在本实施方式中，是进行就各波长将27个参照用红外线吸收光谱图案、及被测定膜的红外线吸收光谱图案的各波长中的吸收值的偏差的平方作乘法运算的分析(多变量分析)。
其次，在步骤ST14中，根据图案分析的结果，算出成膜温度等。第一实施方式中，虽是从通过图3(c)所示的三个点X1 2、X2 2、X3 2的曲线LA中求出偏差的平方和X2变成最小的温度TA，并算出该温度作为氟氧化硅膜的成膜温度，但是在本实施方式中，由于可获得多次元空间中表示图3(c)所示的偏差的平方和的27个点Xi 2，所以可求出通过各点Xi 2为最正确的多次元图形，并将表示该多次元图形的最小值的点的成膜温度算出为被测定膜的成膜温度。
图7是表示以本实施方式的方法所推定的高密度电解液化学气相沉积(HDP-CVD)装置的成膜温度、与以上述国际公开WO99/57146号公报中所记载的方法的方法所测定的成膜温度间的相互关是的示意图。在此，当采用上述WO99/57146号公报中所记载的方法时，由于在500℃以下很难把握非晶体层的回复速率，所以要采用应用该方法的其他方法。如图7所示，明白本发明的成膜温度与应用众所周知方法所得的成膜温度，可获得大致1∶1的相互关系，且傅立叶转换红外线分光(FT-IR)法所进行的高密度电解液化学气相沉积(HDP-CVD)装置的成膜温度的测定结果非常好。
若依据本实施方式，则由进行以傅立叶转换红外线分光(FT-IR)法测定的薄膜的膜厚、杂质浓度、成膜温度等作为参数的多变量分析，即可精度佳地测定薄膜的成膜温度。尤其是，如上所述，在上述国际公开WO99/57146号公报中所记载的方法中，虽然很难测定500℃以下的范围的成膜温度，但是在本发明的方法中，则有可测定500℃以下的范围的成膜温度，而且可既容易还有迅速地(具体地讲，为2～3分钟左右)进行测定的优点。
但是，依本发明的温度测定而可测定的成膜温度的范围，并非被限定在500℃以下。其可包含与上述国际公开WO99/57146号公报中所记载的方法大致相同的温度范围，而且，即使在更低温的范围中亦可测定成膜温度。本发明，在近来随着半导体处理的低温化的进展中，特别能发挥其可在半导体装置的布线制程中所实施的处理温度350℃～500℃的范围内进行温度测定的显着效果。
还有，该方法，由于是可边在与处理相同的条件下使用成膜装置，而边从监视器中轻易地在红外线吸收光谱的生产线上的条件下测定成膜温度，所以不会降低生产性，而可对全部分的成膜处理测定成膜温度。
(第三实施方式)
其次，有关本发明薄膜的评价方法的应用，是就生产线上的半导体装置的制造方法加以说明。
图8是表示第三实施方式中所形成的半导体装置的构造的剖面图。在硅基板11上，设有分割区划活性区域的沟道隔离区域12，而在由沟道隔离区域12所包围住的活性区域上，设有复数个MISFET 13。在各MISFET13的源极/漏极区域(图中未示)及栅极的各部分，分别设有利用自对准硅化物制做过程所形成的金属硅化物层14a、14b。
在本实施方式的制造方法中，首先，在设有复数个MISFET 13的硅基板11的上方，沉积BPSG膜所构成的第一层间绝缘膜20。该第一层间绝缘膜20的厚度约为800nm。
其次，形成贯穿第一层间绝缘膜20，而到达各源极/漏极区域或各栅极的金属硅化物层14a、14b的接触孔，并埋设钨(W)至接触孔内以形成栓塞24。图8虽未表示栅极上的栓塞，但是在与图8所示的剖面不同的剖面中，设有连接栅极的栓塞。各栓塞24的直径约为0.25μm。
其次，在第一层间绝缘膜20上沉积铝(Al)膜后，通过将铝膜图案化，以形成连接各栓塞的铝配线层33(第一层配线层)。铝配线层33的厚度约为400nm。其后，在第一层间绝缘膜20及铝配线层33的上方，沉积第二层间绝缘膜30。第二层间绝缘膜30的构成，是包含有氟氧化硅膜所构成的下部膜31、及P-TEOS膜(电解液TEOS膜)所构成的上部膜32。下部膜31的厚度约为500nm，而上部膜32的厚度约为300nm。
在此，本发明，是在沉积第二层间绝缘膜30的下部膜31之前，事先对晶片所欲测定的区域(测定区域)入射红外线光束，以测定成为下部膜31的底层的基板整体的红外线吸收光谱。然后，利用高密度电解液化学气相沉积(HDP-CVD)法沉积下部膜31。此时，氟氧化硅膜所构成的下部膜31的成膜条件，是成膜装置的成膜室内压力为6mTorr(约0.8Pa)，电解液CVD装置的RF功率为900W/2300W，偏压功率为2350W，晶片背面的氦(He)压力于输入(IN)侧为2mTorr(约0.27Pa)，氩气压力的上面(TOP)流量为9(ml/min)，氩气的侧面(SIDE)流量为46(ml/min)，氧的上面流量为53(ml/min)，氧的侧面流量为73(ml/min)，硅烷的上面流量为4(ml/min)，硅烷的侧面流量为40(ml/min)，四氟化硅烷的流量为28(ml/min)。
然后，在沉积下部膜31之后，对晶片的测定区域入射红外线，以测定红外线吸收光谱。然后，从两红外线吸收光谱的差中测定下部膜31单独的红外线吸收光谱。进而，采用第二实施方式中所说明的参照用红外线吸收光谱图案(参照图5)，并将成膜温度、膜厚、氟浓度当作参数，以进行下部膜31的红外线吸收光谱图案的多变量分析。因此，测定下部膜31的成膜温度、膜厚、氟浓度，即可判定下部膜31的沉积条件是否适当。
其次，在沉积第二层间绝缘膜30的上部膜32其后，在第二层间绝缘膜30上形成到达第一层间绝缘膜20上的铝配线层33的贯穿孔，并埋设钨(W)至贯穿孔内，以形成栓塞34。第二层间绝缘膜30的上部膜32的厚度约为300nm，而栓塞34的直径约为0.3μm。
其后，在第二层间绝缘膜30的上方，利用与上述相同的顺序，形成铝配线层43(第二层配线层)、及第三层间绝缘膜40。第三层间绝缘膜40，是具有氟氧化硅膜所构成的下部膜41、及P-TEOS膜所构成的上部膜42，而在形成下部膜41时，进行利用红外线吸收光谱的多变量分析，以进行成膜温度、膜厚、氟浓度等的管理。
其后，在第三层间绝缘膜40的上方，利用与上述相同的顺序，形成铝配线层53(第三层配线层)、及第四层间绝缘膜50。第四层间绝缘膜50，是具有氟氧化硅膜所构成的下部膜51、及P-TEOS膜所构成的上部膜52，而在形成下部膜51时，进行利用红外线吸收光谱的多变量分析，以进行成膜温度、膜厚、氟浓度等的管理。
其后，在第四层间绝缘膜50的上方，形成铝配线层63(第四层配线层)、及第P-SiN膜所构成的保护(passivation)膜60。
在本实施方式中，在测定BPSG膜所构成的第一层间绝缘膜20、或P-TEOS膜所构成的第二至第四层间绝缘膜的各上部膜32、42、52、或P-SiN膜所构成的保护膜60的成膜温度时，并未进行利用红外线吸收光谱的多变量分析。其理由在于，因BPSG膜、P-TEOS膜、P-SiN膜，是采用一般的电解液或利用热反应的CVD装置，而非采用高密度电解液的高密度电解液化学气相沉积(HDP-CVD)装置，且没有如高密度电解液化学气相沉积(HDP-CVD)装置盘以静电夹住晶片，并利用晶片背面的氦气清洁的机构，所以可由在例如一般的电解液CVD装置的下部分电极中埋设热电极，并测定下部分电极的温度，以间接地测定晶片温度之故。但是，即使在形成BPSG膜、P-TEOS膜、P-SiN膜等时候，因由利用红外线吸收光谱的多变量分析，亦可测定杂质浓度(BPSG膜中的硼、磷等)、或膜厚，故可严密地进行制程管理。
还有，沟道隔离区域12，由于有时亦由采用高密度电解液化学气相沉积(HDP-CVD)装置所沉积的非掺杂硅酸盐玻璃USG(Undoped SilicateGlass)所构成，所以可进行红外线吸收光谱的多变量分析。
图9是表示本实施方式的制造步骤中于形成氟氧化硅膜前后的处理顺序的流程图。
首先，在步骤ST21中，测定底层晶片的红外线吸收光谱。该底层晶片，是指在形成第二层间绝缘膜30的下部膜31时，已形成有第一层间绝缘膜20或栓塞24的晶片；在形成第三层间绝缘膜40的下部膜41时，已形成有第二层间绝缘膜30或栓塞34的晶片；在形成第四层间绝缘膜50的下部膜51时，已形成有第三层间绝缘膜40或栓塞44的晶片。
其次，在步骤ST22中，是以上述的条件采用高密度电解液化学气相沉积(HDP-CVD)装置，沉积氟氧化硅膜(此例中，是各下部膜31、41、51)。
其次，在步骤ST23中，测定沉积氟氧化硅膜后的晶片的红外线吸收光谱。换句话说，测定通过氟氧化硅膜及底层晶片的红外线吸收光谱。
其次，在步骤ST24中，在每一波长上算出步骤ST23中所测定的红外线吸收光谱、及步骤ST21中所测定的红外线吸收光谱的差，以制作氟氧化硅膜单独的红外线吸收光谱图案。
其次，在步骤ST25中，采用事先储存于数据库中的参照用红外线吸收光谱图案(例如将图5所示的成膜温度、膜厚、氟浓度当作参数的复数个光谱图案)，并利用第二实施方式中所说明的方法，进行多变量分析。结果，可获得将图3(c)所示的曲线置换成多次元图形或多次元函数的图表或函数。
其次，在步骤ST26中，从步骤ST25中所得的多次元函数或多次元图形，推定提供其最小值的氟氧化硅膜的成膜温度、膜厚、氟浓度等。
其次，在步骤ST27中，判别步骤ST26中所推定的成膜温度、膜厚、氟浓度是否在适当范围内。当成膜温度太低时，就有形成于该氟氧化硅膜下方的层间绝缘膜上的栓塞、及与该栓塞接触的下方的导体层间的接触状态(具体而言为接触电阻)恶化的担心。而当成膜温度太低时，亦有如下的不良情况。
图10是表示氟氧化硅膜的蚀刻速率的成膜温度依存性的示意图。同图中，纵轴是呈现蚀刻速率作为与热氧化膜间的蚀刻速率比。如同图所示，当成膜温度太低时，由于蚀刻速率会变高，所以在制程上很难管理蚀刻时间等。换句话说，当薄膜的蚀刻速率变大，就会发生过蚀刻等不良情况的故。
换而言之，亦可将蚀刻速率编入多变量分析的参数中，以作为氟氧化硅膜等的膜质。
另一方面，当成膜温度太高时，恐有使氟氧化硅膜的下方已形成的铝膜的特性劣化的担心。因而，在氟氧化硅膜的成膜温度上有适当范围，在此例中，最好的是包含在380℃以上，480℃以下的范围内。还有，因当膜厚太大时就很难形成贯穿孔或埋设栓塞，而当膜厚太薄时，就有使夹住层间绝缘膜的配线层间的电容增大或层间绝缘膜的绝缘性劣化的担心，故在膜厚方面亦有适当范围。再者，当氟浓度太低时就无法将层间绝缘膜的介电是数形成非常小，而当氟浓度太高时还有有因氟的扩散而发生铝膜剥离的担心，故在氟浓度方面亦有适当范围。
其结果，成膜温度、膜厚、氟浓度等若在适当范围内的话，则以目前状态直接前进至下一制程，另一方面，成膜温度、膜厚、氟浓度等若未在适当范围内的话，则移行至步骤ST27，且在变更高密度电解液化学气相沉积(HDP-CVD)的条件后，利用蚀刻术去除氟氧化硅膜，并再次进行氟氧化硅膜的沉积。
另外，在变更步骤ST27的条件后，亦可以目前状态直接前进至下一制程。在该情况下，亦可在形成第二层间绝缘膜30的下部分层31后，而形成第三层间绝缘膜40的下部膜41时，以适当的条件进行氟氧化硅膜的沉积。
如此，在本导体装置的处理中，由于容易将氟氧化硅膜的成膜温度、膜厚、氟浓度等的参数维持在适当范围内，所以可既严密还有轻易地进行半导体装置的制程管理。而且，由重新形成薄膜，亦可提高优良比率。
另外，图1所示的傅立叶转换红外线分光(FT-IR)法的红外线吸收光谱，虽是表示只有在高密度电解液化学气相沉积(HDP-CVD)装置所成膜的氟氧化硅膜的红外线吸收光谱的资料，但是即使在氟氧化硅膜与硅基板所合成的红外线吸收光谱的情况，亦可确认其与图7同样，可测定高密度电解液化学气相沉积(HDP-CVD)装置的成膜温度。
而且，若依据本方法，则因由算出差值，即可只检测出薄膜的红外线吸收光谱成分，所以不仅可进行生产线上监视，亦可精确地测定基板背面构造复杂的实际装置的成膜温度。
还有，在上述各实施方式中，虽是采用以高密度电解液化学气相沉积(HDP-CVD)装置所成膜的氟氧化硅膜来加以说明的，但是亦可适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)、氮化硅膜等的情况中。而且，在形成氟氧化硅膜等的氧化硅膜时虽是采用高密度电解液化学气相沉积(HDP-CVD)装置来加以说明，但是亦可适用于采用其他的成膜装置，例如采用一般的等离子体CVD装置(P-CVD)或低压CVD装置(LP-CVD)等而成膜的情况中。
(第四实施方式)
在本实施方式中，是就利用成膜温度的测定而测定成膜室内的温度的方法加以说明。
如上所述，由于可利用氟氧化硅膜等的红外线吸收光谱，来测定成膜温度，所以可测定成膜室的温度。然后，当知道成膜室的温度时，不仅可于CVD中利用，亦可为了半导体装置的制程中的各种处理而加以利用。
从前的成膜室内的温度测定，是利用安装于具热电偶晶片的背面上的温度感测器而进行。但是，即使采用具有热电极的晶片，虽可知道晶片背面的温度，但是却无法测定晶片表面的温度，即无法测定非晶体区域接受热处理的实际温度。还有，在温度的测定范围中仍有界限，当达到某程度高温时就很难进行测定。
还有，在上述众所周知国际公开WO99/57146号公报中所记载的技术的情况，当达到500℃以下时，来自非晶体状态的回复速率就会变得不明。这是因为在低温时，来自非晶体状态的回复会在极初期的阶段结束，即使花费更多的时间仍无法顺利回复的原故。
相对于此，在利用本发明的红外线吸收光谱的方法的情况时，若在CVD可进行的温度范围内的话，则有无论在哪一个温度均可进行测定的优点。尤其是在国际公开WO 99/57146号公报中所记载的技术中很难进行测定的500℃以下的范围内其效果很大。
图11是表示就采用高密度电解液化学气相沉积(HDP-CVD)装置而形成的氟氧化硅膜所得的晶片面内的温度分布的数据。由于红外线光束的直径是5mm左右，所以可在晶片内的复数个部分位测定红外线吸收光谱。该情况，虽有必要使关于形成膜的前的晶片于测定红外线吸收光谱的部分位、与关于形成膜其后的上方于测定红外线吸收光谱的部分位大致一致，但是由于目前的红外线测定装置的定位精度非常提高，所以在实用上已没有不良的情况。
如同图所示，因由进行利用本发明的红外线吸收光谱的多变量分析，即可测定晶片面内的温度分布，故利用此，可测定CVD装置的成膜室内的温度分布。用于该温度测定的晶片，亦可为流入制造线上的制品用晶片，或用于制程管理的管理用晶片。
(其他实施方式)
在上述各实施方式中，虽是对被测定膜入射红外线，并利用傅立叶转换红外线分光(FT-IR)法，测定红外线吸收光谱，以进行被测定膜的评价，但是即使在采用其他的分光法，例如分散型红外线分光法、雷射拉曼(LaserRaman)分光法，X射线光电子分光法等，以测定观测构成薄膜的原子间结合状态的吸收光谱的情况，亦可适用本发明。
(发明效果)
若依据本发明，则由于可从成膜装置的生产线上监视器中测定成膜温度或膜的特性，所以在即不会降低生产性的情况下，又可对全部的成膜处理测定成膜温度。
Claims (17)
1.一种膜的评价方法，其包含有：
对形成有膜的基板入射电磁波以测定上述电磁波的吸收光谱的步骤(a)；以及
从上述吸收光谱的形状算出对应上述膜的膜质的特定值的步骤(b)。
2.根据权利要求第1项所述的膜的评价方法，其特征为：
在上述步骤(a)中，入射作为上述电磁波的红外线；
在上述步骤(b)中，从上述红外线的吸收光谱的形状算出上述特定值。
3.根据权利要求第2项所述的膜的评价方法，其特征为：
事先准备复数个对应膜的膜质的基准的参照用红外线吸收光谱；
在上述步骤(b)中，比较上述参照用红外线吸收光谱、及上述膜的上述红外线吸收光谱，以算出上述特定值。
4.根据权利要求第3项所述的膜的评价方法，其特征为：
在上述步骤(b)中，根据上述参照用红外线吸收光谱、及上述红外线吸收光谱的形状进行多变量分析，以算出上述特定值。
5.根据权利要求第1项～第4项中所述的任何一项膜的评价方法，其特征为：
在上述步骤(a)中，由上述膜及基板的红外线吸收光谱减去事先测定的上述基板的红外线吸收光谱，只求出上述膜的红外线吸收光谱。
6.一种温度测定方法，其包含有：
对形成有膜的基板入射电磁波以测定上述电磁波的吸收光谱的步骤(a)；以及
从上述吸收光谱的形状算出上述膜的成膜温度的步骤(b)。
7.根据权利要求第6项所述的温度测定方法，其特征为：
在上述步骤(a)中，入射红外线作为上述电磁波；
在上述步骤(b)中，从上述红外线的吸收光谱的形状算出上述成膜温度。
8.根据权利要求第7项所述的温度测定方法，其特征为：
事先准备复数个对应膜的成膜温度的参照用红外线吸收光谱；
在上述步骤(b)中，比较上述参照用红外线吸收光谱、及上述膜的上述红外线吸收光谱，以算出上述成膜温度。
9.根据权利要求第8项所述的温度测定方法，其特征为：
在上述步骤(b)中，根据上述参照用红外线吸收光谱、及上述红外线吸收光谱的形状进行多变量分析，以算出上述成膜温度。
10.根据权利要求第6项～第9项中所述的任何一项温度测定方法，其特征为：
在上述步骤(a)中，由自上述膜及基板的红外线吸收光谱减去事先测定的上述基板的红外线吸收光谱，只求出上述膜的红外线吸收光谱。
11.根据权利要求第6项～第10项中所述的任何一项的温度测定方法，其特征为：
在上述步骤(a)中，事先将上述基板配置于成膜装置内，并在上述基板上形成上述膜；
在上述步骤(b)中，算出上述膜的成膜温度作为上述成膜装置内的温度。
12.一种具有构成膜的要素的半导体装置的制造方法，其包含有：
在配置于成膜装置内的底层晶圆上形成上述膜的步骤(a)；
对形成有上述膜的晶圆入射红外线以测定红外线吸收光谱的步骤(b)；
从上述红外线吸收光谱的形状算出对应上述膜的膜质的特定值的步骤(c)；以及
按照在上述步骤(c)中所算出的上述特定值以控制上述成膜装置的设定条件的步骤(d)。
13.根据权利要求第12项所述的半导体装置的制造方法，其特征为：
事先准备复数个对应膜的膜质的基准的参照用红外线吸收光谱；
在上述步骤(c)中，比较上述参照用红外线吸收光谱、及在上述步骤(b)中所测定的上述膜的上述红外线吸收光谱，以算出上述特定值。
14.根据权利要求第13项所述的半导体装置的制造方法，其特征为：
在上述步骤(c)中，根据上述参照用红外线吸收光谱、及上述红外线吸收光谱的形状进行多变量分析，以算出上述特定值。
15.一种具有构成膜的要素的半导体装置的制造方法，其特征为：
在配置于成膜装置内的底层晶圆上形成上述膜的步骤(a)；
对形成有上述膜的晶圆入射红外线以测定红外线吸收光谱的步骤(b)；
从上述红外线吸收光谱的形状算出对应上述膜的成膜温度的步骤(c)；以及
按照在上述步骤(c)中所算出的上述成膜温度以控制上述成膜装置的设定条件的步骤(d)。
16.根据权利要求第15项所述的半导体装置的制造方法，其特征为：
事先准备复数个对应膜的成膜温度的参照用红外线吸收光谱；
在上述步骤(c)中，比较上述参照用红外线吸收光谱、及在上述步骤(b)中所测定的上述膜的上述红外线吸收光谱，以算出上述成膜温度。
17.根据权利要求第16项所述的半导体装置的制造方法，其特征为：
在上述步骤(c)中，根据上述参照用红外线吸收光谱、及上述红外线吸收光谱的形状进行多变量分析，以算出上述成膜温度。
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