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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung
zum Beobachten einer porösen
amorphen Schicht und ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bilden
der porösen
amorphen Schicht, insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung
zum Beobachten von Formen von Hohlräumen in einer porösen amorphen
Schicht und ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bilden der porösen amorphen
Schicht.
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Da
integrierte Schaltungen auf einem Halbleiter kleiner und schneller
werden, ist die Leistungskapazität
ein wichtiges Thema gewesen, da sie eine Leitungsverzögerung verursacht.
Ein Hauptinteresse hat sich auf eine Isolierschicht mit kleiner
dielektrischer Konstante als einem Element gerichtet, das die Leitungskapazität (Parasitärkapazität) reduziert.
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Eine
poröse
Isolierschicht ist eine der Schichten mit kleiner dielektrischer
Konstante. Die poröse
Isolierschicht ist gebildet worden, indem die Kristalldichte der
Schicht reduziert wurde. In einer derartigen porösen Isolierschicht ist die
Porosität
umgekehrt proportional zur dielektrischen Konstante. Um eine Isolierschicht
mit einer gewünschten
dielektrischen Konstante zu erhalten, sollte die Isolierschicht
eine vorgegebene angemessene Porosität aufweisen. Die Messung topographischer
Eigenschaften einer porösen
Isolierschicht, wie etwa der Durchmesser eines Hohlraums und die
Porosität,
ist ein wichtiger Faktor zum Aufrechterhalten und Handhaben der
topographischen Eigenschaften.
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Das
Gasadsorptionsverfahren (beispielsweise unter Verwendung der BET
(Brunauer, Emmet und Teller)-Gleichung, die Beobachtung (bzw. Betrachtung)
durch ein Rasterelektronenmikroskop (REM; Scanning Electron Microscope,
SEM) oder ein Transmissionselektronenmikroskop (TEM) sind bekannte Verfahren
zum Messen der topographischen Eigenschaften eines porösen Materials.
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Die
Gasadsorptionstechnik bestimmt näherungsweise
den Durchmesser eines Hohlraums, die Porosität etc. Die Eigenschaften, wie
oben erwähnt, werden
auf der Grundlage eines Gasdrucks berechnet, wenn das Gas in Hohlräumen kondensiert
ist, wobei das Kelvin-Theorem zur Kondensation in Kapillarröhrchen verwendet
wird. In diesem Fall wird Gas, das Moleküle einschließt, deren
besetzte Querschnittsflächen
bekannt gewesen sind, verwendet.
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Allerdings
weisen die Ergebnisse, welche durch das Gasadsorptionsverfahren
erhalten wurden, häufig
Fehler auf, da das Verfahren ein Zylindermodell als Hohlraum annimmt.
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Bei
der Beobachtung durch das REM wird ein poröses Material durch einen gebündelten
Elektronenstrahl, der durch eine Spannung von beispielsweise 10
bis 30 kV beschleunigt wird, durchgemustert, um Sekundärelektronen,
die von der Oberfläche des
Materials emittiert werden, zu detektieren, und auf der Grundlage
der Detektion werden Bilddaten hergestellt. Der Durchmesser eines
Hohlraums, die Porosität
etc. des porösen
Materials wird gemessen, indem die Bilddaten beobachtet werden.
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Es
ist allerdings schwierig, unter Verwendung des REMs einen Hohlraum
mit einem Durchmesser von ungefähr
10 nm zu beobachten, da die maximale Vergrößerung des REMs in diesem Bereich
nicht so groß ist.
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Bei
der Beobachtung durch das TEM wird eine Probe, bei der es sich um
eine Scheibe aus porösem
Material handelt, durch einen Elektronenstrahl, der durch eine Beschleunigungsspannung
von 100 bis 300 kV beschleunigt wird, bestrahlt. Dann wird der Elektronenstrahl,
der durch die Probe geschickt wird, ausgedehnt, um Bilddaten herzustellen. Der
Durchmesser eines Hohlraums, die Porosität etc. des porösen Materials
wird durch Beobachten der Bilddaten gemessen.
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Da
die maximale Vergrößerung des
TEMs größer ist
als die des REMs, stellen die sich aus der Betrachtung durch das
TEM ergebenden Bilddaten ein genaueres Bild dar, welches Hohlräume in Einzelheiten
zeigt. Deshalb ist durch die TEM-Beobachtung eine genauere Messung
von topographischen Eigenschaften des porösen Materials, wie etwa dem Durchmesser
eines Hohlraums, der Porosität
etc., verfügbar.
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In
einem Fall, in dem eine poröse
Isolierschicht aus einem amorphen Material, wie etwa einer Siliziumoxidschicht,
hergestellt ist, ist das verfügbare Bild
undeutlich, selbst wenn das TEM verwendet wird, da der Kontrast
zwischen Hohlräumen
und Isolierbereichen (Siliziumoxid-Kristall) im Bild gering ist. Als ein
Ergebnis ist es schwierig, Hohlräume
von anderen Berei chen zu unterscheiden und Formen von Hohlräumen in
der porösen
Isolierschicht zu beobachten.
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Die
vorliegende Erfindung ist unter Berücksichtigung des oben Beschriebenen
gemacht worden, und es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein
Verfahren und eine Vorrichtung zum Beobachten einer porösen amorphen
Schicht verfügbar
zu machen, wodurch eine genaue Beobachtung der Form eines Hohlraums
in der porösen
amorphen Schicht und ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bilden der
porösen
amorphen Schicht verfügbar
sind.
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Um
das oben genannte Ziel zu erreichen, wird ein Verfahren zum Beobachten
einer porösen amorphen
Schicht verfügbar
gemacht, das folgendes umfaßt:
Bilden
einer kristallinen dünnen
Schicht auf inneren Oberflächen
von Hohlräumen
in einer porösen
amorphen Schicht; und
Erzeugen von Bilddaten, welche die poröse amorphe Schicht
mit der kristallinen dünnen
Schicht unter Verwendung eines Transmissionselektronenmikroskops darstellen.
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Diese
Ziele und andere Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden
nach dem Lesen der folgenden genauen Beschreibung und der beigefügten Zeichnungen
deutlicher werden, wobei:
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1 ein
Diagramm ist, das den Aufbau einer Vorrichtung zum Beobachten einer
porösen amorphen
Isolierschicht gemäß einer
Ausführung
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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2 ein
Diagramm ist, das den Aufbau einer Prozeßkammer und einer Beobachtungskammer gemäß der Ausführung der
vorliegenden Erfindung zeigt;
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3 ein
Diagramm ist, das eine Probe zur TEM-Beobachtung gemäß der Ausführung der
vorliegenden Erfindung zeigt;
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4 ein
Flußdiagramm
zum Erklären
der Beobachtungsschritte gemäß der Ausführung der vorliegenden
Erfindung ist;
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5 ein
Diagramm ist, das eine poröse
Siliziumoxidschicht gemäß der Ausführung der
vorliegenden Erfindung zeigt;
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6 ein
Diagramm ist, das den Zustand zeigt, wenn der gasförmige Reaktionspartner
in die poröse
Siliziumoxidschicht gefüllt
wird;
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7 ein
Diagramm ist, das den Zustand zeigt, wenn eine kristalline dünne Schicht
auf der porösen
Siliziumoxidschicht gemäß der Ausführung der vorliegenden
Erfindung gebildet wird; und
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8 ein
schematisches Diagramm ist, das eine Vorrichtung zum Beobachten
einer porösen amorphen
Isolierschicht gemäß einer
anderen Ausführung
der vorliegenden Erfindung ist.
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Eine
Ausführung
der vorliegenden Erfindung wird jetzt unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen
beschrieben. In dieser Ausführung
ist die beispielhaft erläuterte
poröse
amorphe Schicht eine poröse
amorphe Isolierschicht.
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1 zeigt
den Aufbau einer Beobachtungsvorrichtung 1 zum Beobachten
der porösen
amorphen Isolierschicht gemäß dieser
Ausführung.
Wie in 1 gezeigt, umfaßt die Beobachtungsvorrichtung 1 eine
Prozeßkammer 2,
eine Beobachtungskammer 3, einen Beforderungsraum 4 und
einen Anschlußabschnitt 5.
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Die
Prozeßkammer 2 ist
eine Kammer zum Aufnehmen einer porösen amorphen Ziel-Isolierschicht, die
beobachtet und mit einem vorgegebenen Verfahren gemessen wird. Genauer
gesagt, es wird eine dünne
Schicht aus einem kristallinen Material auf einer inneren Oberfläche von
Hohlräumen
in der porösen
amorphen Isolierschicht gebildet, bevor eine Form der porösen amorphen
Isolierschicht beobachtet wird und topographische Eigenschaften
gemessen werden.
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Die
Beobachtungskammer 3 ist mit einem Transmissionselektronenmikroskop
(TEM) zum Gewinnen von Bilddaten, welche die Form eines Hohlraums
in der porösen
amorphen Isolierschicht darstellen, ausgerüstet. Das TEM umfaßt einen
Bildprozessor (nicht gezeigt). Der Bildprozessor verarbeitet Bilddaten,
welche die poröse
amorphe Isolierschicht darstellen, um die topographischen Eigenschaften, wie
etwa die Größe von Hohlräumen, die
Porosität etc.,
in der porösen
amorphen Isolierschicht zu berechnen.
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Der
Beförderungsraum 4 verbindet
die Prozeßkammer 2 und
die Beobachtungskammer 3 zum Überführen einer Probe 11 aus
der Prozeßkammer 2 zu
der Beobachtungskammer 3. Das Innere der Prozeßkammer 2,
der Beobachtungskammer 3 und des Beförderungsraums 4 steht
durch einen Druckregler 6, der eine Vakuumpumpe, Ventile
etc. einschließt, unter
Vakuum.
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Die
Probe wird in die Vorrichtung 1 durch den Anschlußabschnitt 5 geladen
bzw. die Vorrichtung 1 wird dadurch entladen. Der Anschlußabschnitt 5 ist ein
druckregelbarer Bereich unter der Kontrolle des Druckreglers 6,
wodurch sowohl ein Vakuumzustand als auch ein Zustand normalen Drucks
in dem Anschlußabschnitt 5 verfügbar sind.
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Die
Prozeßkammer 2 und
der Beförderungsraum 4 stehen
durch ein Tor 7 miteinander in Verbindung, und die Beobachtungskammer 2 und
der Beförderungsraum 4 stehen
durch ein Tor 8 miteinander in Verbindung. Der Torabschnitt 5 steht
durch ein Tor 9 mit Außen
in Verbindung. Der Beförderungsraum 4 und
der Beförderungsabschnitt 5 stehen
durch ein Tor 10 miteinander in Verbindung. Die Probe 11 wird in
den Torabschnitt 5 durch das Tor 9 geladen. Ein bewegbarer
Arm 13 an einer Beförderungsschiene 12 in
dem Beförderungsraum 4 holt
das Ziel in den Torabschnitt 5, wodurch die Probe 11 in
den Beförderungsraum 4 durch
das Tor 10 geladen wird. Dann wird die Probe 11 in
die Prozeßkammer 2 durch
das Tor 7 überführt (bzw.
transportiert) und weiter durch die Beobachtungskammer 3 durch
das Tor 8 überführt. Ein
Regler 14, der einen Mikroprozessor oder ähnliches
umfaßt,
steuert die Operation „offen/geschlossen" der Tore 7, 8, 9 und 10 sowie
die Bewegung des bewegbaren Arms 13.
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2 zeigt
den Aufbau der Prozeßkammer 2 und
der Beobachtungskammer 3.
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Wie
in 2 gezeigt, ist die Prozeßkammer 2 eine luftdicht
abgeschlossene Kammer. Die Prozeßkammer 2 ist mit
einem Träger 15 ausgerüstet, an den
eine Probe 11 befestigt wird. Die Probe 11 weist eine
angemessene Form zur Messung durch das TEM auf, wie in 3 gezeigt.
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Der
Träger 15 weist
eine Heizung 16 darin zum Einstellen der Temperatur der
Probe 11 unter der Kontrolle des Reglers 14 auf.
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Eine
Gaseinlaßöffnung (bzw.
Gaseinführöffnung) 17 wird
an der Decke der Kammer zum Einbringen von Gas gebildet, welches
eine kristalline dünne
Schicht in der Prozeßkammer 2 bildet.
Die Gaseinlaßöffnung 17 ist
mit einem Durchflußregelventil 18 verbunden.
Der Regler 14 regelt die Operation „offen/geschlossen" des Durchflußregelventils 18,
um die Gasdurchflußrate
des Gases, das in die Prozeßkammer 2 eingeführt wird,
einzustellen.
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Die
Prozeßkammer 2 weist
an ihrem unteren Ende eine Vakuumöffnung 19 auf, die
mit dem Druckregler 6 verbunden ist.
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Der
Regler 14 regelt die Gasdurchflußrate von eingeführtem Gas
durch die Gaseinlaßöffnung 17 und
die Gasdurchflußrate
von entzogenem Gas an der Vakuumöffnung 19,
um den entsprechenden Druck in der Prozeßkammer 2 aufrecht
zu erhalten.
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Die
Beobachtungskammer 3 ist eine luftdicht abgeschlossene
Kammer. Die Beobachtungskammer 3 ist mit einem TEM (Transmissionselektronenmikroskop) 20 ausgerüstet und
weist innen einen Probenaufenthalt 21 auf. Der Probenaufenthalt 21 hält die Probe 11,
und die gehaltene Probe wird durch das TEM 20 beobachtet.
Das TEM 20 umfaßt
einen Bildprozessor (nicht gezeigt), der eine Bildanalyseeinrichtung
und derartiges umfaßt.
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Verfahren
zum Beobachten der Form der porösen
amorphen Isolierschicht und zum Messen topographischer Eigenschaften
davon durch eine dafür aufgebaute
Beobachtungsvorrichtung 1 werden jetzt unter Bezugnahme
auf 4, die ein Flußdiagramm zum Erklären von
Beobachtungs- und Meßschritten ist,
beschrieben.
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Zunächst wird
eine poröse
amorphe Isolierschicht vom offenporigen Typ auf einer Hauptoberfläche eines
Halbleitersubstrats aus Silizium oder derartigem (hier nachfolgend
als „Wafer" bezeichnet) gebildet
(Schritt S1).
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Genauer
gesagt, es wird eine Flüssigkeit, einschließlich Siliziumdioxid,
auf einen Wafer durch Spin-Coat-Technik aufgetragen. Dann wird ein
Brennen durchgeführt,
um flüchtige
Bestandteile zu entfernen, und es wird ein Aushärten durchgeführt, um die
Schicht zu fixieren. Dadurch wird eine Siliziumoxidschicht mit einer
Vielzahl von winzigen Hohlräumen,
deren innerer Durchmesser ungefähr
1 bis 50 nm beträgt,
auf dem Wafer gebildet. Die vielzähligen Hohlräume stehen
miteinander in Verbindung. Einige von ihnen bilden Öffnungen
auf der Oberfläche
der Siliziumoxidschicht, d.h. es wird eine Siliziumoxidschicht vom
offenporigen Typ gebildet.
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Dann
wird der Wafer, auf dem die poröse
Siliziumoxidschicht gebildet worden ist, geformt, damit er zur Beobachtung
und Messung durch das TEM 20 geeignet ist. Genauer gesagt,
es wird der Wafer, auf dem die poröse Siliziumoxidschicht gebildet
ist, durch eine Säge
(Dicing Saw) in Bereiche bzw. Chips unterteilt („gediced"), und ein gebündelter Ionenstrahl wird zur
Feinbearbeitung des Bereichs bzw. oder Chips (Dice) angelegt, um
die Probe 11 mit der in 3 gezeigten
Form zu bilden (Schritt S2).
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In 3 wird
eine Ausbuchtung 11a der Probe 11 aus der porösen Siliziumoxidschicht
hergestellt und eine Basis 11b der Probe 11 wird
aus einer Halbleiterschicht hergestellt. Die Ausbuchtung 11a weist einen
Messungszielbereich 11c auf, der verjüngt ist, damit ein Elektronenstrahl
beim Messen hindurchtritt.
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Die
auf diese Weise gebildete Probe 11 wird in den Anschlußabschnitt 5,
der den normalen Druck aufweist, geladen. Der Regler 14 schließt das Tor 9, und
der Druckregler 6 setzt den Anschlußabschnitt 5 unter
Vakuum. Dann regelt der Regler 14 den Arm 13,
um die Probe 11 in den Anschlußabschnitt 5 zu holen
und überführt sie
zu dem Träger 15 in
der Prozeßkammer 2 durch
das Tor 10, den Beförderungsraum 4 und
das Tor 7. Nach Befestigen der Probe 11 auf dem
Träger 15 schließt der Regler 14 das
Tor 7, wodurch die Prozeßkammern 2 zu einem
luftdicht abgeschlossenen Raum wird (Schritt S3).
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Kristalline
dünne Schichten
werden auf inneren Oberflächen
von Hohlräumen
in der porösen
Siliziumoxidschicht durch die folgenden Schritte gebildet. 5 bis 7 sind
schematische Diagramme zum Erklären
der Schritte zum Bilden einer kristallinen dünnen Schicht.
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Nachdem
das Tor 7 geschlossen ist, wird die Heizung 16 aktiviert,
damit zur Bildung einer kristallinen dünnen Schicht die Temperatur
der Probe 11 eine vorgegebene Temperatur erreicht, die
niedriger ist als die Abscheidungstemperatur eines gasförmigen Reaktionspartners.
In dieser Ausführung
wird Silangas (SiH4), dessen Abscheidungstemperatur 400°C beträgt, als
der gasförmige
Reaktionspartner verwendet.
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Die
Heizung 16 regelt die Temperatur der Probe 11,
damit diese 400°C
nicht erreicht. 5 zeigt schematisch die poröse amorphe
Isolierschicht an diesem Punkt. Um ein umfassendes Diagramm darzustellen,
zeigt 5 einfach Isolierbereiche 23, die Siliziumoxid-Partikel
sind, und einen Hohlraum 24, der einen Bereich darstellt,
der nicht den Isolierabschnitten 23 entspricht.
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Der
Regler 14 öffnet
das Gasventil 18, um den gasförmigen Reaktionspartner zur
Bildung einer kristallinen dünnen
Schicht in die Prozeßkammer 2 durch
die Gaseinlaßöffnung 17 einzuführen, bis
das Gas einen Druck erreicht, beispielsweise 27 Pa. Gleichzeitig
regelt der Regler 14 auch die Heizung 16, um die
Temperatur der Probe 11 aufrechtzuerhalten, damit sie nicht
die Abscheidungstemperatur von Silangas von 400°C erreicht (Schritt S4).
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Das
eingeführte
Silangas dringt in die poröse Siliziumoxidschicht
durch die Hohlräume 24,
die miteinander in Verbindung stehen, ein. Demnach werden alle Bereiche
mit Ausnahme der Isolierbereiche 23 in der porösen amorphen
Isolierschicht 22 mit dem Silangas versorgt, wie durch
das Bezugszeichen 25 angegeben.
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Da
die poröse
Siliziumoxidschicht, die in dieser Ausführung verwendet wird, vom offenporigen Typ
ist, dringt das Silangas leicht in die Hohlräume 24 ein, weshalb
die Hohlräume 24 mit
Silangas 25 fast vollständig
gefüllt
werden (Schritt S5).
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Wenn
der Druck in der Prozeßkammer 2 27 Pa
erreicht, schließt
der Regler 14 das Durchflußregelventil 18, so
daß kein
weiteres Silangas in die Prozeßkammer 2 eingeführt wird,
da die Probe mit ausreichend Silangas 25 unter dem Druck
von 27 Pa gefüllt
worden ist. Weiterhin regelt der Regler 14 die Heizung 16,
um die Probe zu erhitzen, damit die Temperatur die Kristallisationstemperatur
des gasförmigen
Reaktionspartners (620°C
oder darüber) übersteigt,
beispielsweise 650°C,
und hält
diese Temperatur während
der vorgegebenen Zeitdauer aufrecht. Bei dieser Temperatur wird
das Silangas 25 in den Hohlräumen 24 in eine polykristalline
Schicht durch eine Abscheidungsreaktion, die durch die chemische Formel
1 dargestellt wird, umgewandelt. Demnach wird eine kristalline dünne Schicht 26 gebildet,
wie in 7 gezeigt (Schritt S6). In 7 sind die
Isolierbereiche 23 durch Punkte schraffiert, und die kristalline dünne Schicht 26 ist
durch Linien schraffiert, um das unter Verwendung eines TEMs erhaltene
Bild von amorphem Siliziumoxid bzw. polykristallinem Silizium schematisch
darzustellen. SiH4 → Si + 2H2↑ Chemische Formel
1
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Nachdem
der kristalline dünne
Film 26 gebildet ist, bringt der Arm 13 die Probe 11 zu
der Beobachtungskammer 3 durch das Tor 7, den
Beförderungsraum 4 und
das Tor 8 und befestigt sie auf dem Träger 21 (Schritt S7).
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Das
TEM 20 strahlt einen Elektronenstrahl auf den Zielbereich 11c der
Probe 11 und erhält
Bilddaten auf der Grundlage des Elektronenstrahls, der durch den
Zielbereich 11c geschickt wird. Die Form der amorphen Siliziumoxidschicht
wird unter Bezugnahme auf die Bilddaten beobachtet (Schritt S8).
Genauer gesagt, das TEM 20 bestrahlt den Zielbereich 11c der
Probe 11 mit Elektronen, die durch Spannung beschleunigt
sind, und erzeugt erweiterte Bilddaten unter Verwendung der Elektronen,
die durch die Probe 11 geschickt werden.
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Schließlich verarbeitet
der Bilddatenprozessor des TEMs 20 die Bilddaten der Siliziumoxidschicht,
um topographische Eigenschaften der amorphen Siliziumoxidschicht
zu berechnen (zu messen), d.h. die Hohlraumgröße, Porosität und derartiges (Schritt S9).
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In
der Siliziumoxidschicht der Probe 11 wird die kristalline
dünne Schicht 16 aus
polykristallinem Silizium an randständigen Bereichen zwischen amorphen
Siliziumisolatorpartikeln 23 und den Hohlräumen 24 gebildet.
Da die randständige
kristalline dünne
Schicht 26 in eindeutigem Kontrast zu den Isolierbereichen 23 und
den Hohlräumen 24 in
den durch das TEM 20 erhaltenen Bilddaten steht, ist es
einfach, die Hohlräume 24 von
den Isolierbereichen 23 zu unterscheiden. Ein derart gut
kontrastiertes Bild ist hilfreich, um Formen der Hohlräume 24 in
der porösen
Siliziumoxidschicht 22 zu beobachten. Weiterhin können die
Bilddaten einer Bilddatenverarbeitung durch beispielsweise eine
Bildanalyseeinrichtung, Bildanalyse-Software oder derartiges unterzogen werden,
um die Größe jedes
Hohlraums 24 (einschließlich seines Durchmessers),
die Porosität (Querschnitt
von Hohlräumen/Querschnitt
von Hohlräumen
und Isolierbereichen = Anzahl von Pixel im Querschnitt des Hohlraums/Anzahl
von Pixel im Querschnitt von Hohlräumen und den Isolierbereichen)
zu messen.
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Da
die Prozeßkammer 2,
die Beobachtungskammer 3 und der Beförderungsraum 4 nahezu
unter Vakuum stehen, während
die Probe 11 verarbeitet wird, kommt die kristalline dünne Schicht
nicht mit der Atmosphäre
in Kontakt. Unter diesen Umständen wird
die kristalline dünne
Schicht nicht in eine amorphe Schicht umgewandelt. Diese Eigenschaft
ist hilfreich, um eine hervorragende Meßgenauigkeit aufrechtzuerhalten.
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Die
vorliegende Erfindung ist nicht auf die oben beschriebene Ausführung beschränkt, sondern ist
auf verschiedene Modifikationen anwendbar. Eine weitere Ausführung, auf
die die vorliegende Erfindung anwendbar ist, wird jetzt beschrieben.
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In
der oben beschriebenen Ausführung
wird eine Reaktionszusammensetzung von kristallinem Silizium unter
Verwendung der Abscheidungsreaktion von Silangas zur Bildung der
kristallinen dünnen Schicht
auf den inneren Oberflächen
des Hohlraums in der porösen
amorphen Schicht verwendet. Die vorliegende Erfindung setzt jedes
Verfahren zur Bildung der kristallinen dünnen Schicht ein.
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Beispielsweise
kann eine kristalline dünne Schicht
durch Reagierenlassen einer Vielzahl von Gasen anstelle einer Abscheidungsreaktion
von Gas gebildet werden. In diesem Fall sind Wolframhexafluorid
(WF6) und Wasserstoff geeignete Gase. Die
Reaktion dieser Gase wird durch die chemische Formel 2 unten dargestellt.
Speziell nach Einführen
der Gase in die Kammer unterhalb der Temperatur von 200°C in einer
Menge, die ausreicht, um die Hohlräume in der porösen amorphen
Schicht zu füllen,
wird die Schicht auf 390 bis 450°C
erhitzt, um eine kristalline Schicht aus Wolfram auf den inneren
Oberflächen des
Hohlraums in dem Film zu bilden. WF6 + 3H2 → W + 6HF↑ Chemische Formel
2
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Eine
Kombination aus Wolframhexafluorid und Silan ist ebenfalls eine
geeignete. Die Reaktion jener Gase wird durch die chemische Formel
3 unten dargestellt. Speziell nachdem die Gase in die Kammer unterhalb
der Temperatur von 100°C
in einer Menge, die ausreicht, um die Hohlräume in der porösen amorphen
Schicht zu füllen,
eingeführt
worden sind, wird die Schicht auf 390 bis 450°C erhitzt, um eine kristalline
Schicht aus Wolfram auf der inneren Oberfläche des Hohlraums in dem Film
zu bilden. WF6 +
SiH4 → W
+ SiF6↑ +
2H2↑ Chemische Formel
3
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Die
poröse
amorphe Isolierschicht verwendet auch jedes Material anstelle der
Siliziumoxidschicht, beispielsweise eine Fluoridsiliziumoxidschicht,
eine Siliziumnitridschicht etc., was immer die Bildung einer kristallinen
dünnen
Schicht durch eingeführte
gasförmige
Reaktionspartner erlaubt. Die vorliegende Erfindung ist anwendbar
auf jede poröse amorphe
Schicht, die für
verschiedene andere Anwendungen als eine Isolierschicht entworfen
wurden.
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In
der oben beschriebenen Ausführung
wurde Silangas in die Hohlräume 24 in
der porösen amorphen
Isolierschicht mit einem Druck von 27 Pa eingeführt, allerdings ist ein zufälliger Druck
anwendbar, sofern wenn er in der Lage ist, das Silangas in die Hohlräume 24 einzuführen, um
eine kristalline dünne
Schicht zu bilden. Für
eine wirksame Einführung
von Gas kann der Druck des Silangases in der Prozeßkammer 2 beispielsweise
moduliert werden.
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Das
Material zum Bilden der kristallinen dünnen Schicht ist nicht auf
einen gasförmigen
Körper beschränkt, sondern
kann ein flüssiger
oder kolloidaler Körper
sein. Nachdem beispielsweise die Hohlräume 24 einer porösen amorphen
Isolierschicht 22 mit einem kolloidalen Material gefüllt wurden,
kann die poröse
amorphe Isolierschicht 22 erhitzt werden, damit das Lösungsmittel
des kolloidalen Materials entfernt (verdampft) wird, um ein kristallines
Material auf den inneren Oberflächen
der Hohlräume 24 zu bilden.
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Als
das kolloidale Material dient eine kolloidale Suspension, worin
anorganisches Pigment in einem Lösungsmittel
(Dispergiermittel) dispergiert ist. In diesem Fall kann das anorganische
Pigment beispielsweise Kobaltpigment, Eisenpigment, Chrompigment,
Manganpigment etc. sein, dessen Partikel eine Größe von einigen nm aufweisen,
und das Lösungsmittel
kann Natriumnaphthalinsulfonsäure-Formalin-Kondensat,
Natriummetacresolfonsäure-Formalin-Kondensat
etc. sein. In diesem Fall wird eine Probe in eine kolloidale Suspension
eingetaucht, die auf eine Temperatur um 120 bis 130°C erhitzt
ist, um Pigmentmoleküle
in Hohlräume
zu dispergieren. Die Probe wird aus der kolloidalen Suspension gezogen, und
die Probe wird bis zu einer Temperatur von beispielsweise um 300°C erhitzt,
um das Lösungsmittel zu
entfernen. Dementsprechend ist die erforderliche Verfahrenstemperatur
niedriger als die Temperatur, die zum Bilden einer kristallinen
dünnen
Schicht durch eine Hochtemperaturdampfreaktion erforderlich ist.
Deshalb ist es einfach, eine Beobachtung und Messung unter Verwendung
einer kolloidalen Substanz durchzuführen.
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Der
Aufbau der in 1 und 2 gezeigten
Beobachtungsvorrichtung 1 ist nur beispielhaft, es sind
verschiedene Aufbauten auf die Beobachtungsvorrichtung anwendbar.
Beispielsweise können zufällige Formen
und Größen auf
die Prozeßkammer 2 und
die Beobachtungskammer 3 anwendbar sein. Weiterhin ist
ein zufällig
geformter Träger
als Mittel zum Überführen einer
Probe zwischen der Prozeßkammer 2 und
der Beobachtungskammer 3 anstelle des bewegbaren Arms 13 anwendbar.
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Die
in der oben dargestellten Ausführung
beschriebene Beobachtungsvorrichtung war eine Einzelzweckvorrichtung
zum Beobachten topographischer Eigenschaften, wie etwa Porosität einer
Probe einer porösen
amorphen Schicht. Die vorliegende Erfindung kann auf eine Multikammerabscheidevorrichtung 30 anwendbar
sein. 8 stellt beispielhaft die Struktur der Multikammerabscheidevorrichtung 30 dar.
Wie in 8 gezeigt, wird die Beobachtungsvorrichtung 1 zum
Beobachten der porösen
amorphen Isolierschicht mit einer Abscheidekammer 27 und
einer Probenvorbereitungskammer 28 kombiniert. In einer
derartigen Multikammerabscheidevorrichtung kann ein Abscheideregler 29 das
Wafer-Abscheideverfahren auf die folgende Weise regeln.
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Bei
dem Abscheideverfahren wird ein Wafer in die Abscheidevorrichtung 30 geladen
und der Wafer wird zu der Abscheidekammer 27 überführt. Nach dem
Abscheiden einer porösen
amorphen Schicht an den Wafer wird der Wafer entladen.
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Die
Schritte während
des Abscheideverfahrens sind im einzelnen wie folgt. Ein Testwafer
wird fortlaufend auf der Grundlage der Anzahl von verarbeiteten
Wafern hergestellt. Eine poröse
amorphe Schicht wird an den Testwafer auf die oben beschriebene
Weise abgeschieden. Der Testwafer, auf dem die poröse amorphe
Schicht gebildet wird, wird zu der Probenvorbereitungskammer 27 überführt, um
eine Probe, die eine angemessene Form zur Beobachtung durch das
TEM aufweist, in Abschnitte bzw. Chips einzuteilen (zu „dicen") (siehe 3).
Diese Probe wird zu der Prozeßkammer 2 überführt, um eine
kristalline dünne
Schicht auf inneren Oberflächen
von Hohlräumen
in der Probe einer porösen amorphen
Schicht unter Verwendung eines vorgegebenen gasförmigen Reaktionspartners zu
bilden. Dann wird die Probe zu der Beobachtungskammer 3 überführt, um
topographische Eigenschaften, wie etwa die Porosität, zu beobachten.
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Der
Abscheideregler 29 speichert topographische Eigenschaften
der porösen
Schichten, die durch die Beobachtungen, die in der Beobachtungskammer 3 durchgeführt wurden,
erhalten wurden. Der Abscheideregler 29 regelt auch die
Brenntemperatur, die Brennzeit etc. auf der Grundlage der gespeicherten
Daten. Demnach regelt der Abscheideregler 29 das Abscheide verfahren,
so daß die
sich ergebenden porösen
Schichten fortlaufend vorgegebene topographische Eigenschaften aufweisen.
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Die
Multikammerabscheidevorrichtung 30 kann auch eine andere
Abscheidekammer zum Abscheiden einer Neutralisierungsschicht etc.
zusätzlich
zu der Beobachtungsvorrichtung gemäß den Ausführungen und der Abscheidekammer
zum Abscheiden der porösen
amorphen Isolierschicht aufweisen. Weiterhin ist offensichtlich,
daß eine
Vorrichtung zum Abscheiden einer porösen amorphen Schicht, ausgerüstet mit
Einheiten zur Spin-Coat-Beschichtung, zum Brennen und Aushärten in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Beobachtungsvorrichtung angeordnet sein kann,
um ähnliche
Abscheidevorgänge,
wie für
das Multikammersystem oben beschrieben, durchzuführen.
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Verschiedene
Ausführungen
und Änderungen
können
vorgenommen werden, ohne den Umfang der Erfindung zu verlassen.
Die oben beschriebenen Ausführungen
beabsichtigen, die vorliegende Erfindung zu veranschaulichen, nicht,
den Umfang der vorliegenden Erfindung zu beschränken. Der Umfang der vorliegenden
Erfindung wird eher durch die beigefügten Ansprüche als durch die Ausführungen
gezeigt. Verschiedene Modifikationen, die innerhalb der Bedeutung
einer Äquivalenz
der Ansprüche der
Erfindung und innerhalb der Ansprüche gemacht werden, sind als
vom Umfang der vorliegenden Erfindung umfaßt zu betrachten.
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Diese
Anmeldung beruht auf der japanischen Patentanmeldung Nr. H11-272077,
angemeldet am 27. September 1999, die eine Beschreibung, Ansprüche, Zeichnungen
und eine Zusammenfassung einschließt.