JP2000088806A - Substance characteristic evaluating method and substance characteristic evaluating device - Google Patents

Substance characteristic evaluating method and substance characteristic evaluating device

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JP2000088806A
JP2000088806A JP10261300A JP26130098A JP2000088806A JP 2000088806 A JP2000088806 A JP 2000088806A JP 10261300 A JP10261300 A JP 10261300A JP 26130098 A JP26130098 A JP 26130098A JP 2000088806 A JP2000088806 A JP 2000088806A
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JP
Japan
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desorption
substance
desorbed
diffusion
temperature dependence
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JP10261300A
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Japanese (ja)
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Atsushi Otake
大嶽  敦
Kinya Kobayashi
金也 小林
Akira Takamatsu
朗 高松
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To rapidly take at high accuracy a diffusion coefficient and a concentration distribution of chemical species in a substance by comparing a temperature dependency of an elimination speed of an elimination substance determined based on a model with an actual data and determining a model parameter so as to correspond both temperature dependencies. SOLUTION: In the case where an SiO2 film formed on an Si substrate is allowed to stand in an air and a substance characteristic of the SiO2 film containing water is evaluated, a temperature-rising elimination spectrum of the SiO2 film is measured to obtain an actual data. Whereas a model representing a process that water is adsorbed on the SiO2 film surface, is diffused and is reacted and a process of a surface elimination of the surface water is previously prepared. A temperature dependency of water-elimination speed introduced based on the model and a temperature dependency of the actual elimination speed are compared and a model parameter is determined so as to correspond both temperature dependencies. Thereby, a diffusion activation energy, a diffusion frequency factor an elimination activation energy, an elimination frequency factor and a concentration distribution of chemical species (water, etc.), in the SiO2 film are determined.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、物質特性評価方法
に関わり、特に、昇温脱離スペクトルの解析方法および
この解析法を用いた物質特性評価方法に関する。また、
この物質特性評価方法を用いて不純物の膜中挙動が制御
された層間膜を有する半導体装置に関する。
The present invention relates to a method for evaluating material properties, and more particularly, to a method for analyzing a thermal desorption spectrum and a method for evaluating material properties using the analysis method. Also,
The present invention relates to a semiconductor device having an interlayer film in which the behavior of an impurity in a film is controlled by using the material property evaluation method.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来法として次のような方法があった。2. Description of the Related Art As a conventional method, there has been the following method.

【0003】(1)物質を加熱し、熱脱離した化学種を
分析する方法。
(1) A method in which a substance is heated and the chemical species thermally desorbed is analyzed.

【0004】固体物質を熱すると、物質内部の化学種、
物質内部での反応により生成した化学種、および物質表
面に吸着した化学種が、気化して物質外部に脱離する。
ここで、加熱時間と温度、脱離した化学種の量と種類を
測定することにより、化学種の脱離量(あるいは脱離速
度)と温度の関係が得られる。従来より、物質を一定の
昇温速度で加熱して、物質から気化した化学種の種類と
量を質量分析により測定する方法が実施されてきた(昇
温脱離スペクトル法。P.A.Redhead,Vacuum 12(19
62)203など)。この方法による化学種の脱離特性
の解析法について以下に説明する。この方法では表面で
の脱離をn次の脱離反応と見なし、脱離反応速度式から
脱離活性化エネルギーおよび脱離頻度因子を見積もる。
脱離反応が1次とみなせる場合には、次の(式1)が成
り立つ。
When a solid substance is heated, the chemical species inside the substance,
The chemical species generated by the reaction inside the substance and the chemical species adsorbed on the surface of the substance are vaporized and desorbed to the outside of the substance.
Here, by measuring the heating time and temperature, and the amount and type of the desorbed chemical species, the relationship between the desorption amount (or desorption rate) of the chemical species and the temperature can be obtained. Conventionally, a method has been practiced in which a substance is heated at a constant heating rate and the type and amount of chemical species vaporized from the substance are measured by mass spectrometry (thermal desorption spectroscopy; PARedhead, Vacuum 12 ( 19
62) 203). A method for analyzing the desorption characteristics of chemical species by this method will be described below. In this method, desorption at the surface is regarded as an n-th desorption reaction, and the desorption activation energy and desorption frequency factor are estimated from the desorption reaction rate equation.
When the elimination reaction can be regarded as primary, the following (Equation 1) holds.

【0005】[0005]

【数1】 Ea/kBm=(A0/α)exp[−Ea/kBm] …(式1) (ただし、A0 :脱離頻度因子,Ea :脱離活性化エネ
ルギー,α:昇温速度,kB :ボルツマン定数,Tm
昇温脱離スペクトルのピーク値) 昇温速度αを様々に変え(通常は2桁程度変化させ
る)、ピークの温度Tm を測定すれば、脱離活性化エネ
ルギーEa と脱離頻度因子A0 が求まる。
E a / k B T m = (A 0 / α) exp [−E a / k B T m ] (Equation 1) (where A 0 : desorption frequency factor, E a : desorption) Activation energy, α: heating rate, k B : Boltzmann constant, T m :
Changing variously the peak value) heating rate α of the Atsushi Nobori spectrum (usually vary about two orders of magnitude), by measuring the temperature T m of a peak, the desorption activation energy E a and desorption frequency factor A 0 is found.

【0006】(2)温度一定の条件で、拡散係数および
脱離反応速度定数を導出する方法。
(2) A method for deriving a diffusion coefficient and a desorption reaction rate constant under a constant temperature condition.

【0007】物質表面の化学種濃度が高い場合、化学種
は表面から脱離するだけでなく、物質の内部にも拡散し
ていく。
When the concentration of a chemical species on the surface of a substance is high, the chemical species not only desorbs from the surface but also diffuses into the substance.

【0008】Moeller らはグラファイト上のセシウムに
ついて様々な温度で表面濃度を調べ、得られた時間と表
面濃度の関係を次のように解析した(K.Moeller and L.
Holmlid,Surface Science,204(1988)98−
112)。
Have examined the surface concentration of cesium on graphite at various temperatures, and analyzed the relationship between the obtained time and the surface concentration as follows (K. Moeller and L. et al., 1993).
Holmlid, Surface Science, 204 (1988) 98-
112).

【0009】まず、表面での化学種の物質収支を考える
(式2)。(式2)は、表面での化学種濃度の変化を示
している。(式2)中のNb(t)は、(式3),(式4)
によって計算する。つぎに、(式2)から表面濃度C
s(t)を求め、実測の表面濃度の時間変化曲線にフィッ
トすることで、拡散および脱離のパラメータを決定し、
拡散係数および脱離速度定数を求める。この方法では、
物質内部での拡散現象と、物質表面での脱離現象をカッ
プリングさせている。従って、解析によって拡散係数と
脱離速度定数を同時に得ることができる。
First, consider the mass balance of chemical species on the surface (Equation 2). (Equation 2) shows the change of the chemical species concentration on the surface. N b (t) in (Equation 2) is expressed by (Equation 3) and (Equation 4)
Calculate by Next, from (Equation 2), the surface concentration C
By determining s (t) and fitting the measured surface concentration over time curve, diffusion and desorption parameters are determined,
Find the diffusion coefficient and desorption rate constant. in this way,
It couples the diffusion phenomenon inside the substance and the desorption phenomenon on the substance surface. Therefore, the diffusion coefficient and the desorption rate constant can be obtained simultaneously by analysis.

【0010】[0010]

【数2】 (Equation 2)

【0011】[0011]

【数3】 (Equation 3)

【0012】[0012]

【数4】 (Equation 4)

【0013】ここでWhere

【0014】[0014]

【数5】 k=A0exp[−Ea/kBT(t)] …(式5) (ただし、A0 :脱離頻度因子、Ea :脱離活性化エネ
ルギー,α:昇温速度,kB :ボルツマン定数,T
(t):時間tでの温度,f:表面への化学種入射flu
x,Cb :物質中の化学種濃度,Cs :表面上の化学種
濃度,D:拡散係数,Nb :物質中の化学種の存在量)
K = A 0 exp [−E a / k B T (t)] (Equation 5) (where, A 0 : desorption frequency factor, E a : desorption activation energy, α: temperature rise Speed, k B : Boltzmann's constant, T
(T): temperature at time t, f: chemical species incidence flu on the surface
x, C b : concentration of chemical species in the substance, C s : concentration of chemical species on the surface, D: diffusion coefficient, N b : abundance of chemical species in the substance)

【0015】[0015]

【発明が解決しようとする課題】上記(1)の方法は、
物質表面での化学種の脱離現象にしか注目していない。
このため、物質中での化学種の拡散係数(拡散活性化エ
ネルギー,拡散頻度因子)および化学種の濃度分布を求
めることはできない。
The method of the above (1) is as follows.
It focuses only on the desorption of species on the surface of a substance.
Therefore, the diffusion coefficient (diffusion activation energy, diffusion frequency factor) and the concentration distribution of the chemical species in the substance cannot be obtained.

【0016】(2)の方法では、次のような問題があ
る。
The method (2) has the following problems.

【0017】(a)等温過程のみで解析するため、短時
間で広範囲の温度領域における拡散係数,脱離速度定数
を決定するのは困難である。昇温過程に(式2)〜(式
4)をそのまま拡張して用いると、拡散および脱離の各
パラメータに対する微分(最小二乗フィットによってパ
ラメータを最適化する際に必要となる)が解析的に得ら
れないため、評価に時間がかかる。
(A) Since the analysis is performed only in the isothermal process, it is difficult to determine the diffusion coefficient and the desorption rate constant in a wide temperature range in a short time. When (Equation 2) to (Equation 4) are used as they are in the heating process, the differentiation for each parameter of diffusion and desorption (necessary when optimizing parameters by least squares fit) is analytically calculated. Since it cannot be obtained, it takes time to evaluate.

【0018】(b)単一の実験結果のみから拡散係数,
脱離速度定数を決定していたため、拡散係数,脱離速度
定数の十分な精度が得られない。
(B) From only a single experimental result, the diffusion coefficient,
Since the desorption rate constant is determined, sufficient accuracy of the diffusion coefficient and the desorption rate constant cannot be obtained.

【0019】(c)物質中の化学種濃度が明らかでない
場合には適用できない。
(C) Not applicable if the concentration of the chemical species in the substance is not clear.

【0020】本発明の目的は、物質中での化学種の拡散
係数(拡散活性化エネルギー,拡散頻度因子)および化
学種の濃度分布を迅速にかつ精度よく求めることにあ
る。
An object of the present invention is to quickly and accurately determine the diffusion coefficient (diffusion activation energy, diffusion frequency factor) and the concentration distribution of a chemical species in a substance.

【0021】[0021]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の特徴は、物質の表面に吸着した脱離物質が物質中で
反応する過程と、物質の表面から脱離物質が気相中に放
出される表面脱離過程とを表したモデルに基づいて求め
られた脱離物質の脱離量の温度依存性又は脱離速度の温
度依存性と、測定された前記脱離物質の脱離量の温度依
存性又は脱離速度の温度依存性とを比較し、両者の温度
依存性が対応するようにモデルパラメータである脱離物
質の拡散活性化エネルギー,拡散頻度因子,脱離活性化
エネルギー,脱離頻度因子(または拡散活性化エネルギ
ー,拡散頻度因子,反応の活性化エネルギー,反応の頻
度因子,反応次数)および物質中での脱離物質の濃度分
布を求めることにある。
The feature of the present invention to achieve the above object is that the desorbed substance adsorbed on the surface of the substance reacts in the substance, and the desorbed substance from the surface of the substance enters the gas phase. The temperature dependence of the desorption amount of the desorbed substance or the temperature dependence of the desorption rate determined based on a model representing the released surface desorption process, and the measured desorption amount of the desorbed substance And the temperature dependence of the desorption rate and the temperature dependence of the desorption rate, so that the temperature dependence of both correspond to the model parameters diffusion activation energy, diffusion frequency factor, desorption activation energy, The purpose is to determine the desorption frequency factor (or diffusion activation energy, diffusion frequency factor, reaction activation energy, reaction frequency factor, reaction order) and the concentration distribution of desorbed substances in a substance.

【0022】ここで、拡散・脱離過程は(式5)〜(式
7)で表される。拡散係数D、および脱離速度定数(ま
たは反応速度定数)ki の温度依存性はアレーニウス式
に従うとしたが、物質の種類によって、最適な温度依存
式に変更することが望ましい。
Here, the diffusion / desorption process is represented by (Equation 5) to (Equation 7). Although the temperature dependence of the diffusion coefficient D and the desorption rate constant (or reaction rate constant) k i conforms to the Arrhenius equation, it is desirable to change to an optimal temperature dependence equation depending on the type of substance.

【0023】[0023]

【数6】 (Equation 6)

【0024】[0024]

【数7】 (Equation 7)

【0025】[0025]

【数8】 (Equation 8)

【0026】ここで、Here,

【0027】[0027]

【数9】 D=D0exp[−Ed/kBT(t)] …(式9)D = D 0 exp [−E d / k B T (t)] (Equation 9)

【0028】[0028]

【数10】 ki=A0,iexp[−Eai/kBT(t)] …(式10) (ただし、A0 :脱離頻度因子,Ea :脱離活性化エネ
ルギー,kB :ボルツマン定数,T(t):時間tでの
温度,Cb :物質中の化学種濃度,Cs :表面上の化学
種濃度,D:拡散係数,ki:脱離速度定数(または反
応速度定数),D0:拡散頻度因子,Ed :拡散活性化
エネルギー,ni :脱離次数,C:分子濃度,δ:最表
面層の厚さ,N:脱離現象の層数,F:環境中からの膜
表面への不純物入射flux,S(T(t)):昇温脱離ス
ペクトル) まず、(式5),(式6)によって物質を放置した環境条
件(物質が製造されてから分析・測定されるまでの温
度,湿度、および時間)から、測定前の物質中化学種の
濃度を計算する。次に、温度を変えながら(式7)左辺
の値をプロットしていけば昇温脱離スペクトルを再現で
きる。ここで、(式5)〜(式7)のパラメータを実測
の昇温脱離スペクトルを再現するように決定すれば、拡
散活性化エネルギー,拡散頻度因子,脱離活性化エネル
ギー,脱離頻度因子を求めることができる。これにより
迅速かつ容易に物質中での化学種の拡散活性化エネルギ
ー,拡散頻度因子,物質表面での化学種の脱離活性化エ
ネルギー,脱離頻度因子および膜中での化学種濃度分布
を広範囲な温度領域において決定可能である。また、測
定・評価が迅速(20分〜2時間程度)に実施可能であ
る。
K i = A 0, i exp [−E ai / k B T (t)] (Equation 10) (where, A 0 : desorption frequency factor, E a : desorption activation energy, k B : Boltzmann's constant, T (t): temperature at time t, C b : concentration of a chemical species in a substance, C s : concentration of a chemical species on a surface, D: diffusion coefficient, k i : desorption rate constant (or Reaction rate constant), D 0 : diffusion frequency factor, E d : diffusion activation energy, ni : desorption order, C: molecular concentration, δ: thickness of the outermost layer, N: number of layers of desorption phenomenon, F: flux of impurities from the environment onto the film surface flux, S (T (t)): thermal desorption spectrum) First, the environmental conditions (substance production) where the substance was left according to (Equation 5) and (Equation 6) Calculate the concentration of the chemical species in the substance before measurement from the temperature, humidity, and time from the time of analysis to the time of analysis and measurement). Next, the temperature rising desorption spectrum can be reproduced by plotting the values on the left side of (Equation 7) while changing the temperature. Here, if the parameters of (Equation 5) to (Equation 7) are determined so as to reproduce the measured thermal desorption spectrum, diffusion activation energy, diffusion frequency factor, desorption activation energy, desorption frequency factor Can be requested. This makes it possible to quickly and easily widen the diffusion activation energy, diffusion frequency factor, desorption activation energy, desorption frequency factor, and chemical species concentration distribution of chemical species in a material over a wide range. It can be determined in a wide temperature range. Also, measurement and evaluation can be performed quickly (about 20 minutes to 2 hours).

【0029】基板に薄膜を成膜するに当たって、求めら
れた前記拡散活性化エネルギー,前記拡散頻度因子,前
記脱離活性化エネルギー,前記脱離頻度因子および前記
濃度分布に基づいて、成膜原料の供給量または前記基板
の温度を変化させることにより、プロセス条件の微妙な
変化に依らず、薄膜の特性を一定に保持することができ
る。
In forming a thin film on a substrate, a film forming raw material is formed based on the obtained diffusion activation energy, the diffusion frequency factor, the desorption activation energy, the desorption frequency factor, and the concentration distribution. By changing the supply amount or the temperature of the substrate, the characteristics of the thin film can be kept constant irrespective of subtle changes in process conditions.

【0030】本発明の他の特徴は、同種の試料を異なる
昇温プロファイルで測定し得られる複数の昇温脱離スペ
クトルを用いることにある。これにより、より精度の高
い評価結果を得ることができる。
Another feature of the present invention resides in the use of a plurality of thermal desorption spectra obtained by measuring the same sample with different heating profiles. Thereby, a more accurate evaluation result can be obtained.

【0031】また、同種かつ膜厚の異なる複数の試料を
測定して得られる昇温脱離スペクトルを用いれば、スペ
クトル中のピークが拡散によるものか、あるいは脱離反
応によるものかをより確実に同定可能となる。
Further, by using a temperature-programmed desorption spectrum obtained by measuring a plurality of samples of the same kind and having different film thicknesses, it is possible to more reliably determine whether the peak in the spectrum is caused by diffusion or desorption reaction. Identification becomes possible.

【0032】また、物質特性評価方法を行うに当たっ
て、脱離物質の脱離量の温度依存性又は脱離速度の温度
依存性の曲率に応じて物質の昇温速度を変化させれば、
スペクトル強度変化の急激な温度領域での測定精度を向
上させることができる。
In performing the material property evaluation method, if the rate of temperature rise of the substance is changed according to the temperature dependence of the amount of desorption of the desorbed substance or the curvature of the temperature dependence of the desorption rate,
It is possible to improve the measurement accuracy in a temperature region where the spectrum intensity changes rapidly.

【0033】また、物質特性評価方法を行うに当たっ
て、求められた脱離物質の脱離量の温度依存性又は脱離
速度の温度依存性および前記モデルパラメータを記憶装
置に記憶し、記憶された脱離物質の脱離量の温度依存性
又は脱離速度の温度依存性と、測定された脱離物質の脱
離量の温度依存性又は脱離速度の温度依存性とを比較し
てモデルパラメータの初期値を決定すれば、モデルパラ
メータの収束までの時間を短縮可能である。特に、記憶
された脱離物質の脱離量の温度依存性又は脱離速度の温
度依存性の試料が、測定下にある試料と同種の場合、ピ
ーク付近での測定誤差を低減することができる。
In performing the material property evaluation method, the obtained temperature dependence of the desorption amount or desorption rate of the desorbed substance and the model parameters are stored in a storage device. By comparing the temperature dependence of the desorption amount or desorption rate of the desorbed substance with the temperature dependence of the desorption quantity or desorption rate of the desorbed substance, the model parameters If the initial value is determined, the time until the convergence of the model parameters can be reduced. In particular, when the sample of the temperature dependence of the desorption amount or the temperature dependence of the desorption rate of the stored desorption substance is the same as the sample under measurement, the measurement error near the peak can be reduced. .

【0034】また、複数の昇温脱離スペクトル測定装置
を連結し、同時に多数の試料の昇温脱離スペクトルを測
定すれば、スループットの向上あるいは測定精度の向上
を達成できる。
Further, by connecting a plurality of thermal desorption spectra measuring devices and simultaneously measuring the thermal desorption spectra of a large number of samples, it is possible to improve the throughput or the measurement accuracy.

【0035】また、本発明の物質特性評価方法を用い
て、CO2 ,CO等の地球温暖化ガスおよびフレオンな
どオゾン層破壊ガスの拡散係数および脱離速度定数を測
定すれば、これらガスに対するシーリング材のシーリン
グ性能を評価可能である。
When the diffusion coefficient and desorption rate constant of global warming gases such as CO 2 and CO and ozone depleting gases such as freon are measured using the material property evaluation method of the present invention, the sealing against these gases is obtained. The sealing performance of the material can be evaluated.

【0036】半導体装置を製造するに当たって、本発明
の物質特性評価方法を用いて、物質中での脱離物質の拡
散活性化エネルギー,拡散頻度因子,脱離活性化エネル
ギー,脱離頻度因子および物質中での脱離物質の濃度分
布を制御することにより、望ましい性質(高耐水性,高
耐熱性など)を持つ半導体装置を製造することができ
る。
In manufacturing a semiconductor device, the method for evaluating material properties according to the present invention is used to determine the diffusion activation energy, diffusion frequency factor, desorption activation energy, desorption frequency factor, and substance of a desorbed substance in a substance. By controlling the concentration distribution of the desorbed substance in the semiconductor device, a semiconductor device having desirable properties (high water resistance, high heat resistance, etc.) can be manufactured.

【0037】本発明によれば、物質が複数の物質が積層
した多層物質であれば、多層物質中の構成物質の界面
で、脱離物質の濃度が上昇あるいは低下する偏析現象の
解明が可能となる。
According to the present invention, if the substance is a multilayer substance in which a plurality of substances are laminated, it is possible to clarify the segregation phenomenon in which the concentration of the desorbed substance increases or decreases at the interface between the constituent substances in the multilayer substance. Become.

【0038】[0038]

【発明の実施の形態】(実施例1)本発明の第1の実施
例である物質特性評価方法を説明する。図1に本実施例
の物質特性評価方法のフロー図を示す。
(Embodiment 1) A method for evaluating material properties according to a first embodiment of the present invention will be described. FIG. 1 shows a flow chart of the material property evaluation method of the present embodiment.

【0039】本実施例では、プラズマCVD法によりS
i基盤上に形成されたSiO2 膜(膜厚100nm)につ
いて物質特性を評価する。SiO2 膜には、水が1wt
%含まれている。水は、SiO2 膜を製造した後、空気
中に放置することにより、膜中に取り込まれたものであ
る(温度27℃,湿度80%で7日間放置)。
In this embodiment, S is formed by plasma CVD.
The material properties of the SiO 2 film (film thickness 100 nm) formed on the i-base are evaluated. Water is 1 wt% on the SiO 2 film.
%include. Water was taken in the film by leaving it in the air after producing the SiO 2 film (leaving at 27 ° C. and 80% humidity for 7 days).

【0040】このSiO2 膜について、昇温脱離スペク
トルを測定する。これにより、水脱離速度の温度依存性
のデータ(昇温脱離スペクトル)が得られる。
The heated desorption spectrum of this SiO 2 film is measured. As a result, data on the temperature dependence of the water desorption rate (thermal desorption spectrum) is obtained.

【0041】この昇温脱離スペクトルを本発明では、図
1に示したモデルに従って解析する。図1のモデルで
は、次の過程を考慮する。
According to the present invention, the thermal desorption spectrum is analyzed in accordance with the model shown in FIG. The following process is considered in the model of FIG.

【0042】(1)SiO2 膜表面に水が吸着しSiO
2 中に拡散する過程 (2)水がSiO2 ネットワーク中で反応する過程(2
SiOH→SiO2 +H2O) (3)SiO2 表面の水が気相中に放出される表面脱離
過程 このモデルに基づいて導出した水脱離速度の温度依存性
と実測脱離量又は脱離速度との温度依存性を比較し、両
者の依存性が対応するようにモデルパラメータを決定す
る。モデルパラメータは、拡散活性化エネルギー,拡散
頻度因子,脱離活性化エネルギー,脱離頻度因子(また
は拡散活性化エネルギー,拡散頻度因子,反応の活性化
エネルギー,反応の頻度因子)および物質A中での物質
Bの濃度分布である。図1のモデルでは、昇温脱離スペ
クトルは(式5)〜(式7)で表される。拡散係数D、
および脱離速度定数(または反応速度定数)ki の温度
依存性はアレーニウス式に従うとしたが、物質の種類に
よって、最適な温度依存式に変更することが望ましい。
(1) Water adsorbs on the SiO 2 film surface and
Process step of diffusing into 2 (2) water is reacted in SiO 2 network (2
(SiOH → SiO 2 + H 2 O) (3) Surface desorption process in which water on the SiO 2 surface is released into the gas phase Temperature dependence of the water desorption rate derived based on this model and the measured desorption amount or desorption The temperature dependence with the separation speed is compared, and the model parameters are determined so that the two dependencies correspond. The model parameters are diffusion activation energy, diffusion frequency factor, desorption activation energy, desorption frequency factor (or diffusion activation energy, diffusion frequency factor, reaction activation energy, reaction frequency factor) and substance A 5 is a concentration distribution of the substance B of FIG. In the model of FIG. 1, the thermal desorption spectrum is represented by (Equation 5) to (Equation 7). Diffusion coefficient D,
Although the temperature dependence of the desorption rate constant (or reaction rate constant) k i conforms to the Arrhenius equation, it is desirable to change to an optimal temperature dependence equation depending on the type of the substance.

【0043】[0043]

【数6】 (Equation 6)

【0044】[0044]

【数7】 (Equation 7)

【0045】[0045]

【数8】 (Equation 8)

【0046】ここで、Here,

【0047】[0047]

【数9】 D=D0exp[−Ed/kBT(t)] …(式9)D = D 0 exp [−E d / k B T (t)] (Equation 9)

【0048】[0048]

【数10】 ki=A0,iexp[−Eai/kBT(t)] …(式10) (ただし、A0 :脱離頻度因子,Ea :脱離活性化エネ
ルギー,kB :ボルツマン定数,T(t):時間tでの
温度,Cb :物質中の化学種濃度,Cs :表面上の化学
種濃度,D:拡散係数,ki:脱離速度定数(または反
応速度定数),D:拡散頻度因子,E:拡散活性
化エネルギー,ni :脱離次数,C:分子濃度,δ:最
表面層の厚さ,N:脱離現象の層数,F:環境中からの
膜表面への不純物入射flux、S(T(t)):昇温脱離
スペクトル) (式5)は、(a)膜表面に環境中の化学種が吸着する
過程、(b)膜表面上の化学種が膜中に拡散する過程、
(c)膜中から拡散してきた化学種が表面に到達する過
程、および(d)表面の化学種が気相中に放出される過
程を表している。(式6)は膜中での拡散過程を表して
いる。また、(式7)における左辺は膜中の化学種の脱
離速度を表している。
K i = A 0, i exp [−E ai / k B T (t)] (Equation 10) (where, A 0 : desorption frequency factor, E a : desorption activation energy, k B : Boltzmann's constant, T (t): temperature at time t, C b : concentration of a chemical species in a substance, C s : concentration of a chemical species on a surface, D: diffusion coefficient, k i : desorption rate constant (or Reaction rate constant), D 0 : diffusion frequency factor, E d : diffusion activation energy, ni : desorption order, C: molecular concentration, δ: thickness of the outermost layer, N: number of layers of desorption phenomenon, F: flux of impurities incident on the film surface from the environment, S (T (t)): thermal desorption spectrum) (Equation 5) is (a) a process in which chemical species in the environment are adsorbed on the film surface; (B) a process in which chemical species on the film surface diffuse into the film,
(C) shows the process in which the chemical species diffused from the film reaches the surface, and (d) the process in which the chemical species on the surface are released into the gas phase. (Equation 6) represents a diffusion process in the film. Further, the left side in (Equation 7) represents the desorption rate of the chemical species in the film.

【0049】ここで、空気中に含まれる化学種(水分な
ど)が膜中に取込まれる過程を考慮する。まず、物質が
放置されていた環境条件(物質が製造されてから分析・
測定されるまでの温度,湿度、および時間)で(式5),
(式6)を解き、膜中の化学種(水など)濃度分布を計
算する。次に、昇温脱離スペクトル測定条件にしたがっ
て温度条件を変えながら(式7)左辺の値をプロットし
ていけば昇温脱離スペクトルを再現できる。ここで、
(式5)〜(式7)中のパラメータを図1中に示した実
測昇温脱離スペクトルを再現するように決定(フィッテ
ィング)すれば、拡散活性化エネルギー,拡散頻度因
子,脱離活性化エネルギー,脱離頻度因子および膜中の
化学種濃度分布を求めることができる。また、測定・評
価が迅速(20分〜2時間程度)に実施可能である。
Here, the process of taking in the chemical species (such as moisture) contained in the air into the film is considered. First, the environmental conditions in which the substance was left untreated (analysis and analysis after the substance was manufactured)
Temperature, humidity, and time until measurement) (Equation 5),
By solving (Equation 6), the concentration distribution of chemical species (such as water) in the film is calculated. Next, the temperature-induced desorption spectrum can be reproduced by plotting the values on the left side of (Equation 7) while changing the temperature condition according to the temperature-induced desorption spectrum measurement conditions. here,
If the parameters in (Equation 5) to (Equation 7) are determined (fitting) so as to reproduce the measured thermal desorption spectrum shown in FIG. 1, the diffusion activation energy, diffusion frequency factor, desorption activation The energy, desorption frequency factor and chemical species concentration distribution in the film can be determined. Also, measurement and evaluation can be performed quickly (about 20 minutes to 2 hours).

【0050】以上のように、本発明により、広い温度範
囲における拡散・脱離特性を評価可能である。
As described above, according to the present invention, the diffusion and desorption characteristics in a wide temperature range can be evaluated.

【0051】(実施例2)第1の実施例における物質特
性評価方法において、パラメータの決定を計算機を用い
て実行する方法について説明する。ここでは、測定対象
として半導体ウェハ上にプラズマCVD法によりSi基
板上に堆積した半導体絶縁膜(SiO2膜)中の水とし、
2種以上の膜厚で測定した昇温脱離スペクトルが存在す
るものとする。図2に、薄膜の評価を行う計算機プログ
ラムのフロー図を示す。まず、昇温脱離スペクトルの実
測データ、すなわち温度および時間と脱離ガス量の関係
を計算機のメモリ中に読み込む。データはノイズフィル
ターによって平滑化し、フィッティングに利用する。
(Embodiment 2) In the material property evaluation method in the first embodiment, a method of executing parameter determination using a computer will be described. Here, the water to be measured is a water in a semiconductor insulating film (SiO 2 film) deposited on a Si substrate by a plasma CVD method on a semiconductor wafer,
It is assumed that there is a thermal desorption spectrum measured at two or more film thicknesses. FIG. 2 shows a flowchart of a computer program for evaluating a thin film. First, the measured data of the thermal desorption spectrum, that is, the relationship between the temperature and the time and the desorbed gas amount is read into the memory of the computer. The data is smoothed by a noise filter and used for fitting.

【0052】次に、各パラメータに関して初期値を設定
する。この初期値は、以前同種の膜もしくは成膜方法が
同様の膜を測定したことがあり、計算機のデータベース
上に収束したパラメータの記録が残っていれば、これを
パラメータの初期値として用いる。同種の膜を測定した
ことがない場合には、考え得るパラメータ値を初期値と
して与える。パラメータ数は基本的には、スペクトル中
に現れるピークの数と同数の活性化エネルギー,頻度因
子のペアで与える。
Next, an initial value is set for each parameter. This initial value is used as the initial value of the parameter if the same type of film or a similar film has been measured before and a converged parameter record remains in the database of the computer. If the same type of film has not been measured, a possible parameter value is given as an initial value. The number of parameters is basically given by the same number of activation energy and frequency factor pairs as the number of peaks appearing in the spectrum.

【0053】ピークが二つ現れる場合では、例えば
(a)脱離活性化エネルギー、脱離頻度因子を二つず
つ、あるいは(b)脱離活性化エネルギーと脱離頻度因
子を一つずつ、拡散活性化エネルギーと拡散頻度因子を
一つずつといった組み合わせが考えられる。ここで、ど
のピークが拡散の影響を強く受け(拡散律速)、どのピ
ークが脱離の影響を強く受けているか(脱離律速)は単
一の昇温脱離スペクトルから判定することは難しい。
In the case where two peaks appear, for example, diffusion of (a) two desorption activation energies and two desorption frequency factors, or (b) one desorption activation energy and one desorption frequency factor, A combination such as one activation energy and one diffusion frequency factor is conceivable. Here, it is difficult to determine which peak is strongly affected by diffusion (diffusion-controlled) and which peak is strongly affected by desorption (desorption-controlled) from a single thermal desorption spectrum.

【0054】一方、同種の膜で膜厚を変えたデータが複
数存在する場合、膜厚とピーク積分強度が相関すれば拡
散律速ピーク、相関しないピークが脱離律速と判定でき
る。これにより正しくパラメータのペアを選ぶことが可
能となる。図3は、実測した拡散および脱離律速のピー
クの積分強度の膜厚依存性である。図3から、拡散律速
のピークは膜厚に対して強度がほぼ比例するが、脱離律
速のピークは強度の変化が小さいことがわかる。
On the other hand, when there are a plurality of data of the same type of film whose thickness is changed, if the thickness and the peak integrated intensity are correlated, it can be determined that the diffusion-limited peak and the non-correlated peak are the desorption-controlled. This makes it possible to correctly select a parameter pair. FIG. 3 shows the thickness dependence of the integrated intensity of the actually measured diffusion and desorption rate-limiting peaks. From FIG. 3, it can be seen that the intensity of the peak of the diffusion controlled is almost proportional to the film thickness, but the change of the intensity of the peak of the desorption controlled is small.

【0055】次に、初期値をパラメータに代入して各温
度,時間に対する(式5)〜(式7)左辺の値を求める。
各温度での計算値と実測値の差の二乗をとり、全点で和
をとる。この和が設定した許容値以下になるまでパラメ
ータを変化させながら計算を繰り返す(最小二乗フィッ
ト)。最終的に誤差の二乗和が許容値以下になり次第、
各パラメータの値は計算機の外部記憶装置に貯えられ
る。
Next, the values on the left side of (Equation 5) to (Equation 7) for each temperature and time are obtained by substituting the initial values for the parameters.
Take the square of the difference between the calculated value and the measured value at each temperature, and take the sum at all points. The calculation is repeated while changing the parameters until the sum falls below the set tolerance (least squares fit). As soon as the sum of squares of the error falls below the allowable value,
The value of each parameter is stored in an external storage device of the computer.

【0056】次に、収束したパラメータについて膜厚に
よってどの程度の相違が現れるかチェックする。ここ
で、パラメータの相違があらかじめ設定した許容範囲以
上(通常5%以上)であったら、パラメータを変更して
フィッティングを繰り返す。以上の方法より、本発明に
おける物質特性評価を自動的に実施でき、単一のスペク
トルを評価した場合より精度の高い結果が得られる。
Next, it is checked how much the converged parameters differ depending on the film thickness. Here, if the difference between the parameters is equal to or greater than a preset allowable range (usually 5% or more), the parameters are changed and the fitting is repeated. According to the above method, the material property evaluation in the present invention can be automatically performed, and a result with higher accuracy than when a single spectrum is evaluated can be obtained.

【0057】また、本実施例において、誤差二乗和を求
める際に、膜厚の異なるスペクトルについての誤差二乗
和すべてを積算し、フィッティングを実施した場合(図
4)、より評価時間を短縮可能である。
In this embodiment, when calculating the sum of error squares, if all the sums of error squares of spectra having different film thicknesses are integrated and fitting is performed (FIG. 4), the evaluation time can be further reduced. is there.

【0058】本実施例において、2種以上の昇温プロフ
ァイル(または昇温速度)で測定した昇温脱離スペクト
ルを同時に評価する方法を図5に示す。この方法では、
複数の昇温プロファイルで測定した昇温脱離スペクトル
から物質特性を評価する。この方法によれば、物質特性
評価を自動的に高い精度で実施することが可能となる。
FIG. 5 shows a method for simultaneously evaluating the thermal desorption spectra measured in two or more kinds of heating profiles (or heating rates) in this embodiment. in this way,
Material properties are evaluated from thermal desorption spectra measured with a plurality of thermal profiles. According to this method, material property evaluation can be automatically performed with high accuracy.

【0059】また、本実施例において、評価対象を窒化
珪素膜中の水素とした場合でも同様の効果が得られる。
In this embodiment, the same effect can be obtained even when the evaluation target is hydrogen in the silicon nitride film.

【0060】また、本実施例において、評価対象をフッ
素含有SiO2 膜,ポリシロキサン類あるいはプラズマ
CVD法によりTEOS(Tetraethylorthosilicate)を
重合させた膜中の水あるいは水素とした場合でも同様の
効果が得られる。
In this embodiment, the same effect can be obtained even when the evaluation target is water or hydrogen in a fluorine-containing SiO 2 film, a polysiloxane or a film obtained by polymerizing TEOS (Tetraethylorthosilicate) by a plasma CVD method. Can be

【0061】(実施例3)本発明の第3の実施例である
物質特性評価装置を説明する。図6に物質特性評価装置
を示す。ここでは、半導体絶縁膜(SiO2)中に含まれ
る水分についての評価事例について説明する。
(Embodiment 3) A material property evaluation apparatus according to a third embodiment of the present invention will be described. FIG. 6 shows a material property evaluation device. Here, an example of evaluating moisture contained in the semiconductor insulating film (SiO 2 ) will be described.

【0062】測定系は温度制御系1,真空容器201〜
203,四重極質量分析計31〜33,データ解析系4
および電源6から構成される。温度制御系1は信号線51
1〜513によって真空容器中の熱電対231〜233
に、また、電力供給系111〜113によりヒーター21
1〜213に接続されている。真空容器201〜203
の内部は、接続された真空ポンプ24により常に1×1
-6Torr以下の低圧状態に保たれている。四重極質量分
析計31〜33は、管311〜313によりそれぞれ真
空容器201〜203と接続されており、試料221〜
223より発生した気体は四重極質量分析計31〜33
に運ばれ種類と量が測定される。データ解析系4は温度
制御系1,四重極質量分析計31〜33およびディスプ
レイ装置43にそれぞれ信号線52,53および54に
よって接続されている。装置にセットされた試料221
〜223について以下説明する。
The measurement system is a temperature control system 1, vacuum vessels 201 to
203, quadrupole mass spectrometers 31 to 33, data analysis system 4
And a power supply 6. The temperature control system 1 has a signal line 51
1 to 513, thermocouples 231 to 233 in the vacuum vessel
And the heaters 21 by the power supply systems 111-113.
1 to 213. Vacuum containers 201 to 203
Is always 1 × 1 by the connected vacuum pump 24.
It is maintained at a low pressure of 0 -6 Torr or less. The quadrupole mass spectrometers 31 to 33 are connected to the vacuum vessels 201 to 203 by tubes 311 to 313, respectively.
The gas generated from 223 is a quadrupole mass spectrometer 31 to 33
The type and amount are measured. The data analysis system 4 is connected to the temperature control system 1, the quadrupole mass spectrometers 31 to 33 and the display device 43 by signal lines 52, 53 and 54, respectively. Sample 221 set in the device
-223 will be described below.

【0063】試料221〜223は次のようにして調製
する。Si基板上にSiO2 膜を220nm堆積させ
る。次に、1週間空気中で放置する。最後に、化学機械
研磨(CMP)処理により厚さをそれぞれ200nm,
100nmおよび50nmとした後1cm角の大きさで切
り出し試料とする。ここで、放置環境の温度,湿度,放
置時間,CMP処理時間およびCMP処理温度などはネ
ットワークを介してデータ解析系4に送られる。データ
解析系はこれらの情報から、外部の環境から膜中に拡散
する水量を(式5)〜(式7)によって予測し、解析の
際の初期水濃度分布として用いる。
Samples 221 to 223 are prepared as follows. A 220 nm SiO 2 film is deposited on a Si substrate. Next, it is left in the air for one week. Finally, the thickness is 200 nm by chemical mechanical polishing (CMP), respectively.
After setting to 100 nm and 50 nm, the sample is cut out in a size of 1 cm square. Here, the temperature, humidity, standing time, CMP processing time, CMP processing temperature, and the like of the leaving environment are sent to the data analysis system 4 via the network. From these information, the data analysis system predicts the amount of water diffusing into the membrane from the external environment according to (Equation 5) to (Equation 7), and uses it as the initial water concentration distribution in the analysis.

【0064】測定時の装置の動作について以下説明す
る。試料221〜223は真空容器中で、ヒーター21
1〜213によって加熱される。試料加熱温度の時間変
化は温度制御系1により調節される。温度の時間変化は
データ解析系の記憶装置42に記録される。また、加熱
により物質から発生した気体は四重極質量分析計3によ
りその種類と量が特定され、記録される。
The operation of the device at the time of measurement will be described below. Samples 221 to 223 are placed in a vacuum
1 to 213. The time change of the sample heating temperature is adjusted by the temperature control system 1. The time change of the temperature is recorded in the storage device 42 of the data analysis system. Further, the kind and amount of the gas generated from the substance by the heating are specified and recorded by the quadrupole mass spectrometer 3.

【0065】データ解析系の計算機41は、温度と気体
発生量の関係について(式5)〜(式7)によるフィッ
ティングを最小二乗法により行う。フィッティングは、
誤差が設定した許容値以下になるまで、繰り返される。
フィッティングパラメータの数は、スペクトルのピーク
の数だけ自動的に用意されるが、データ解析系の計算機
プログラムを変更することで任意に変えることができ
る。
The computer 41 of the data analysis system performs the fitting according to (Equation 5) to (Equation 7) on the relationship between the temperature and the gas generation amount by the least square method. The fitting is
The process is repeated until the error becomes equal to or less than the set tolerance.
The number of fitting parameters is automatically prepared by the number of spectrum peaks, but can be arbitrarily changed by changing the computer program of the data analysis system.

【0066】フィッティングの終了後、データ解析系の
ディスプレイ装置43にパラメータが表示される。さら
に、データ解析系4は、拡散活性化エネルギー,拡散頻
度因子,脱離活性化エネルギーおよび脱離頻度因子を記
憶装置42中のデータと比較して、考え得る拡散,脱離
反応を列記してディスプレイ装置43に表示する。ま
た、測定スペクトルとパラメータを対にして記憶装置4
2に記録する。これらの測定スペクトルおよびパラメー
タは必要に応じて記憶装置42から取り出すことがで
き、ディスプレイ装置43に表示したりネットワーク経
由で他のコンピュータに転送できる。
After the fitting is completed, the parameters are displayed on the display device 43 of the data analysis system. Further, the data analysis system 4 compares the diffusion activation energy, the diffusion frequency factor, the desorption activation energy and the desorption frequency factor with the data in the storage device 42 and lists possible diffusion and desorption reactions. The information is displayed on the display device 43. The storage device 4 stores the measured spectrum and the parameter as a pair.
Record in 2. These measured spectra and parameters can be retrieved from the storage device 42 as needed, and can be displayed on the display device 43 or transferred to another computer via a network.

【0067】以上のように本発明では、複数の測定とス
ペクトル処理を同時に実施することでスループットの高
い物質特性評価が実施できる。
As described above, in the present invention, a material characteristic evaluation with high throughput can be performed by simultaneously performing a plurality of measurements and spectrum processing.

【0068】(実施例4)第2の実施例において、温度
速度を昇温脱離スペクトルの曲率に応じて測定中に変更
する例について説明する。
(Embodiment 4) In the second embodiment, an example will be described in which the temperature rate is changed during measurement according to the curvature of the thermal desorption spectrum.

【0069】昇温脱離スペクトルのフィッティングの際
にはピーク付近を精度よくフィットすることがより正確
な結果につながる。そこで、昇温速度をスペクトルの曲
率に従って変化させ、曲率の大きな部位でサンプリング
点数が多くなるように温度制御装置をコントロールす
る。
In fitting a thermal desorption spectrum, fitting the vicinity of the peak accurately leads to more accurate results. Therefore, the temperature rising rate is changed according to the curvature of the spectrum, and the temperature control device is controlled so that the number of sampling points is increased at a portion having a large curvature.

【0070】以上のような昇温方法をとることにより、
より精度の高い物質特性評価が可能になる。
By adopting the above-described heating method,
It is possible to evaluate material characteristics with higher accuracy.

【0071】(実施例5)第2の実施例において、温度
プロファイルを選択できるようした例について以下に説
明する。温度プロファイルを次の3種類の内から選択可
能とした。
(Embodiment 5) An example in which a temperature profile can be selected in the second embodiment will be described below. The temperature profile can be selected from the following three types.

【0072】(a)一定の昇温速度。昇温速度は測定者
が入力装置44から与える。通常は1K/sに設定され
る。
(A) Constant heating rate. The heating rate is given by the measurer from the input device 44. Usually, it is set to 1 K / s.

【0073】(b)スペクトルの曲率大のときは昇温速
度を大きくとも0.5K/s 以下とし、スペクトルの曲
率小のときは昇温速度を少なくとも2K/sとする。曲
率の大または小の判定値は、測定者が入力装置44から
与える。
(B) When the curvature of the spectrum is large, the heating rate is at most 0.5 K / s or less, and when the curvature of the spectrum is small, the heating rate is at least 2 K / s. The measurer gives the determination value of the large or small curvature from the input device 44.

【0074】(c)同種の膜を測定したことがあり、ス
ペクトルデータが存在する場合、そのスペクトルデータ
におけるピーク付近で、昇温速度を抑制(1K/s→0.
5K/s)する。
(C) In the case where the same type of film has been measured and spectrum data is present, the rate of temperature rise is suppressed near the peak in the spectrum data (1 K / s → 0.2).
5K / s).

【0075】以上により、測定対象によって最適な昇温
プロファイルを選択することが可能となる。
As described above, it is possible to select an optimum heating profile depending on the object to be measured.

【0076】(実施例6)本発明の第6の実施例である
SiO2 膜の物質特性評価装置を用いた半導体絶縁膜の
成膜方法について図7を用いて以下説明する。
(Embodiment 6) A method of forming a semiconductor insulating film using an apparatus for evaluating a material property of an SiO 2 film according to a sixth embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG.

【0077】半導体絶縁膜成膜装置は物質特性評価装置
100,試料搬入系80,半導体絶縁膜堆積装置60か
ら構成される。半導体絶縁膜堆積装置60はガス供給系
65から成膜ガスの供給を受け、ガス排出系64により
ガスが排気される。ガス供給系65は制御装置90とバ
ルブ70による開閉制御を受ける。絶縁膜を成膜された
ウェハの内一部は試料搬入系80により取り出され物質
特性評価装置100に送られる。物質特性評価装置10
0は、評価結果を制御装置90に送り、これに基づいて
バルブ70が開閉される。また、制御装置90は評価結
果に基づいて、ヒーター67を制御し、成膜温度を調整
する。
The semiconductor insulating film forming apparatus includes a material property evaluation device 100, a sample carrying system 80, and a semiconductor insulating film depositing device 60. The semiconductor insulating film deposition apparatus 60 receives the supply of the film forming gas from the gas supply system 65, and the gas is exhausted by the gas exhaust system 64. The gas supply system 65 is controlled to open and close by a control device 90 and a valve 70. A part of the wafer on which the insulating film is formed is taken out by the sample carrying system 80 and sent to the material property evaluation apparatus 100. Material property evaluation device 10
A value of 0 sends the evaluation result to the control device 90, and the valve 70 is opened and closed based on the result. Further, the control device 90 controls the heater 67 based on the evaluation result to adjust the film forming temperature.

【0078】次に、図7における半導体絶縁膜成膜装置
の動作について説明する。
Next, the operation of the semiconductor insulating film forming apparatus shown in FIG. 7 will be described.

【0079】物質特性評価結果は信号線55によりバル
ブ制御装置90に送られる。バルブ制御装置90は、送
信されてきた評価結果および想定条件(何%の水をどの
程度の期間阻止する必要があるか)に基づき、SiO2
保護膜の厚さおよび成膜温度を決定する。この結果に基
づき、制御装置は堆積時間と成膜温度を決定して成膜を
行う。
The result of the material property evaluation is sent to the valve control device 90 via the signal line 55. The valve control device 90 determines the SiO 2 based on the transmitted evaluation results and assumed conditions (how much water should be blocked for how long).
The thickness of the protective film and the film forming temperature are determined. Based on the result, the control device determines the deposition time and the film formation temperature to perform the film formation.

【0080】このような成膜装置を用いることで、プロ
セス条件(圧力,温度,ガス流量など)の微妙な変化に
対して、絶縁膜の性質を一定に保持することができる。
By using such a film forming apparatus, the properties of the insulating film can be kept constant with respect to subtle changes in process conditions (pressure, temperature, gas flow rate, etc.).

【0081】また、第6の実施例で説明した方法を用い
て、生成した層間絶縁膜の拡散係数の製品ばらつきを例
えば10%以内に抑制することで、製造ラインでのウェ
ハ中への水浸入量を正確に管理することができる。
Further, by using the method described in the sixth embodiment to suppress the product variation of the diffusion coefficient of the generated interlayer insulating film to, for example, 10% or less, water infiltration into the wafer in the production line is prevented. The quantity can be controlled accurately.

【0082】また、第2の実施例において、試料として
ガスシーリング材中にCO2 等の地球温暖化ガスを拡散
させたものを用意し、拡散係数および脱離速度定数を測
定すれば、温暖化ガス放出の原因となるシーリング性能
の良否を判定できる。また、フレオンなどオゾン層破壊
の原因となるガスについてのシーリング性能も同様に判
定可能である。
In the second embodiment, if a sample prepared by diffusing a global warming gas such as CO 2 in a gas sealing material is prepared and the diffusion coefficient and the desorption rate constant are measured, warming can be obtained. It is possible to determine whether the sealing performance that causes gas release is good or bad. In addition, the sealing performance of a gas that causes destruction of the ozone layer such as freon can be similarly determined.

【0083】(実施例7)本発明の第7の実施例である
物質特性評価を実施する際に測定試料として多層物質を
用いる場合について説明する。ここで、多層物質は、拡
散係数の異なる2種のSiO2膜1および2である(膜
1は拡散活性化エネルギー=15kcal/mol,拡散頻度
因子=1×10-102/s、膜2は拡散活性化エネルギ
ー=12kcal/mol,拡散頻度因子=1×10-102
s)。次の3つの試料について0.5K/s,1K/s
および2K/sの昇温速度で物質特性評価を実施した。
(Embodiment 7) A case in which a multilayer material is used as a measurement sample when performing material property evaluation according to a seventh embodiment of the present invention will be described. Here, the multilayer material is two kinds of SiO 2 films 1 and 2 having different diffusion coefficients (the film 1 has a diffusion activation energy = 15 kcal / mol, a diffusion frequency factor = 1 × 10 −10 m 2 / s, a film 2 is diffusion activation energy = 12 kcal / mol, diffusion frequency factor = 1 × 10 −10 m 2 /
s). 0.5K / s, 1K / s for the following three samples
The material characteristics were evaluated at a heating rate of 2 K / s.

【0084】(a)膜1の厚さ=100nm,膜2の厚
さ=100nm (b)膜1の厚さ=50nm,膜2の厚さ=100nm (c)膜1の厚さ=100nm,膜2の厚さ=50nm この結果、偏析係数は5であることが判明した。
(A) Thickness of film 1 = 100 nm, thickness of film 2 = 100 nm (b) Thickness of film 1 = 50 nm, thickness of film 2 = 100 nm (c) Thickness of film 1 = 100 nm As a result, the segregation coefficient was found to be 5.

【0085】[0085]

【発明の効果】本発明によれば、昇温脱離スペクトル測
定結果より、物質表面からの化学種の脱離活性化エネル
ギー,脱離頻度因子,物質中での化学種の拡散活性化エ
ネルギー,拡散頻度因子および膜中の化学種濃度を広い
温度範囲において迅速に求めることが可能である。ま
た、複数のスペクトルを同時にフィッティングすること
で、確度の高い評価結果が得られる。
According to the present invention, the desorption activation energy of a chemical species from the surface of a substance, the desorption frequency factor, the diffusion activation energy of a chemical species in a substance, It is possible to quickly determine the diffusion frequency factor and the chemical species concentration in the film over a wide temperature range. Also, by fitting a plurality of spectra simultaneously, a highly accurate evaluation result can be obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明に係る物質特性評価方法のフロー図。FIG. 1 is a flowchart of a material property evaluation method according to the present invention.

【図2】本発明に係る物質特性評価を行う計算機プログ
ラムのフロー図。
FIG. 2 is a flowchart of a computer program for evaluating material properties according to the present invention.

【図3】拡散律速および脱離律速ピーク強度の膜厚依存
性。
FIG. 3 shows the film thickness dependence of diffusion-controlled and desorption-controlled peak intensities.

【図4】本発明に係る物質特性評価装置のフロー図。FIG. 4 is a flowchart of the material property evaluation device according to the present invention.

【図5】本発明に係る物質特性評価装置のフロー図。FIG. 5 is a flowchart of a material property evaluation device according to the present invention.

【図6】本発明に係る半導体絶縁膜成膜装置のフロー
図。
FIG. 6 is a flowchart of a semiconductor insulating film forming apparatus according to the present invention.

【図7】本発明に係る半導体絶縁膜成膜装置のフロー
図。
FIG. 7 is a flowchart of a semiconductor insulating film forming apparatus according to the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…温度制御系、3,31〜33…四重極質量分析計、
4…データ解析系、6…電源、24…真空ポンプ、41
…計算機、42…記憶装置、43…ディスプレイ装置、
44…入力装置、52〜55,511〜513…信号
線、60…半導体絶縁膜堆積装置、64…ガス排出系、
65…ガス供給系、67,211〜213…ヒーター、
70…バルブ、80…試料搬入系、90…制御装置、1
00…物質特性評価装置、111〜113…電力供給
系、201〜203…真空容器、221〜233…試料、
231〜233…熱電対、311〜313…管。
1: temperature control system, 3, 31-33: quadrupole mass spectrometer
4 data analysis system, 6 power supply, 24 vacuum pump, 41
... Calculator, 42 ... Storage device, 43 ... Display device,
44: input device, 52 to 55, 511 to 513, signal line, 60: semiconductor insulating film deposition device, 64: gas exhaust system,
65: gas supply system, 67, 211 to 213: heater,
70 ... valve, 80 ... sample loading system, 90 ... control device, 1
00: Material property evaluation device, 111 to 113: Power supply system, 201 to 203: Vacuum container, 221-233: Sample,
231 to 233: thermocouple, 311 to 313: tube.

─────────────────────────────────────────────────────
────────────────────────────────────────────────── ───

【手続補正書】[Procedure amendment]

【提出日】平成10年10月8日(1998.10.
8)
[Submission date] October 8, 1998 (1998.10.
8)

【手続補正1】[Procedure amendment 1]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0042[Correction target item name] 0042

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【0042】(1)SiO2 膜表面に水が吸着しSiO
2 中に拡散する過程 (2)水がSiO2 ネットワーク中で反応する過程
(1) Water adsorbs on the SiO 2 film surface and
Process process (2) water are reacted in the SiO 2 network to diffuse into 2

【化1】 (3)SiO2 表面の水が気相中に放出される表面脱離
過程 このモデルに基づいて導出した水脱離速度の温度依存性
と実測脱離量又は脱離速度との温度依存性を比較し、両
者の依存性が対応するようにモデルパラメータを決定す
る。モデルパラメータは、拡散活性化エネルギー,拡散
頻度因子,脱離活性化エネルギー,脱離頻度因子(また
は拡散活性化エネルギー,拡散頻度因子,反応の活性化
エネルギー,反応の頻度因子)および物質A中での物質
Bの濃度分布である。図1のモデルでは、昇温脱離スペ
クトルは(式5)〜(式7)で表される。拡散係数D、
および脱離速度定数(または反応速度定数)ki の温度
依存性はアレーニウス式に従うとしたが、物質の種類に
よって、最適な温度依存式に変更することが望ましい。
Embedded image (3) Surface desorption process in which water on the SiO 2 surface is released into the gas phase The temperature dependence of the water desorption rate derived based on this model and the temperature dependence of the measured desorption amount or desorption rate are described below. By comparison, model parameters are determined so that the two dependencies correspond. The model parameters are diffusion activation energy, diffusion frequency factor, desorption activation energy, desorption frequency factor (or diffusion activation energy, diffusion frequency factor, reaction activation energy, reaction frequency factor) and substance A 5 is a concentration distribution of the substance B of FIG. In the model of FIG. 1, the thermal desorption spectra are represented by (Equation 5) to (Equation 7). Diffusion coefficient D,
Although the temperature dependence of the desorption rate constant (or reaction rate constant) k i conforms to the Arrhenius equation, it is desirable to change to an optimal temperature dependence equation depending on the type of the substance.

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】昇温脱離スペクトル法を用いて、物質から
外部に発生する脱離物質の脱離量または脱離速度を分析
する物質特性評価方法において、 前記物質の表面に吸着した前記脱離物質が前記物質中で
反応する過程と、前記物質の表面から前記脱離物質が気
相中に放出される表面脱離過程とを表したモデルに基づ
いて求められた前記脱離物質の脱離量の温度依存性又は
脱離速度の温度依存性と、 測定された前記脱離物質の脱離量の温度依存性又は脱離
速度の温度依存性とを比較し、 両者の温度依存性が対応するようにモデルパラメータで
ある前記脱離物質の拡散活性化エネルギー,拡散頻度因
子,脱離活性化エネルギー,脱離頻度因子および前記物
質中での前記脱離物質の濃度分布を求めることを特徴と
する物質特性評価方法。
1. A material property evaluation method for analyzing a desorption amount or a desorption rate of a desorbed substance generated outside from a substance by using a thermal desorption spectroscopy method, wherein the desorbed substance adsorbed on the surface of the substance is analyzed. Desorption of the desorbed substance determined based on a model representing a process in which the desorbed substance reacts in the substance, and a surface desorption process in which the desorbed substance is released into the gas phase from the surface of the substance. The temperature dependence of the desorption amount or the desorption rate is compared with the temperature dependence of the desorption amount or desorption rate of the desorbed substance measured, and the temperature dependence of both is determined. Correspondingly, a model parameter such as diffusion activation energy, diffusion frequency factor, desorption activation energy, desorption frequency factor of the desorbed substance and concentration distribution of the desorbed substance in the substance are obtained. Material property evaluation method.
【請求項2】昇温脱離スペクトル法を用いて、物質から
外部に発生する脱離物質の脱離量または脱離速度を分析
する物質特性評価方法において、 前記物質の表面に吸着した前記脱離物質が前記物質中で
反応する過程と、前記物質の表面から前記脱離物質が気
相中に放出される表面脱離過程とを表したモデルに基づ
いて求められた前記脱離物質の脱離量の温度依存性又は
脱離速度の温度依存性と、 測定された前記脱離物質の脱離量の温度依存性又は脱離
速度の温度依存性とを比較し、 両者の温度依存性が対応するようにモデルパラメータで
ある前記脱離物質の拡散活性化エネルギー,拡散頻度因
子,反応の活性化エネルギー,反応の頻度因子,反応次
数および前記物質中での前記脱離物質の濃度分布を求め
ることを特徴とする物質特性評価方法。
2. A material property evaluation method for analyzing a desorption amount or a desorption rate of a desorbed substance generated from a substance to the outside by using a thermal desorption spectroscopy method. Desorption of the desorbed substance determined based on a model representing a process in which the desorbed substance reacts in the substance, and a surface desorption process in which the desorbed substance is released into the gas phase from the surface of the substance. The temperature dependence of the desorption amount or the desorption rate is compared with the temperature dependence of the desorption amount or desorption rate of the desorbed substance measured, and the temperature dependence of both is determined. Correspondingly, the diffusion activation energy, diffusion frequency factor, reaction activation energy, reaction frequency factor, reaction order, and reaction order of the desorbed substance, which are model parameters, and the concentration distribution of the desorbed substance in the substance are determined. Material property evaluation method characterized by .
【請求項3】同種の試料を異なる昇温プロファイルで測
定し得られる複数の昇温脱離スペクトルを用いることを
特徴とする請求項1または2の物質特性評価方法。
3. The method according to claim 1, wherein a plurality of thermal desorption spectra obtained by measuring the same kind of sample with different heating profiles are used.
【請求項4】同種かつ膜厚の異なる複数の試料を測定し
て得られる昇温脱離スペクトルを用いることを特徴とす
る請求項1または2の物質特性評価方法。
4. The method according to claim 1, wherein a temperature-programmed desorption spectrum obtained by measuring a plurality of samples of the same kind and having different film thicknesses is used.
【請求項5】求められた前記脱離物質の脱離量の温度依
存性又は脱離速度の温度依存性の曲率に応じて、前記物
質の昇温速度を変化させることを特徴とする請求項1ま
たは2の物質特性評価方法。
5. The method according to claim 1, wherein the rate of temperature rise of the substance is changed in accordance with the determined temperature dependence of the amount of desorption of the desorbed substance or the temperature dependence of the desorption rate. The material property evaluation method of 1 or 2.
【請求項6】基板に薄膜を成膜する薄膜成膜方法におい
て、 前記物質の表面に吸着した前記脱離物質が前記物質中で
反応する過程と、前記物質の表面から前記脱離物質が気
相中に放出される表面脱離過程とを表したモデルに基づ
いて求められた前記脱離物質の脱離量の温度依存性又は
脱離速度の温度依存性と、 測定された前記脱離物質の脱離量の温度依存性又は脱離
速度の温度依存性とを比較するステップと、 両者の温度依存性が対応するようにモデルパラメータで
ある前記脱離物質の拡散活性化エネルギー,拡散頻度因
子,脱離活性化エネルギー,脱離頻度因子および前記物
質中での前記脱離物質の濃度分布を求めるステップと、 求められた前記拡散活性化エネルギー,前記拡散頻度因
子,前記脱離活性化エネルギー,前記脱離頻度因子およ
び前記濃度分布に基づいて、 成膜原料の供給量または前記基板の温度を変化させるス
テップとを備えることを特徴とする薄膜成膜方法。
6. A thin film forming method for forming a thin film on a substrate, wherein the desorbed substance adsorbed on the surface of the substance reacts in the substance, and the desorbed substance is vaporized from the surface of the substance. Temperature dependence of the desorption amount or desorption rate of the desorbed substance determined based on a model representing the surface desorption process released into the phase, and the measured desorption substance Comparing the temperature dependence of the desorption amount or the temperature dependence of the desorption rate, and the diffusion activation energy and the diffusion frequency factor of the desorbed substance, which are model parameters so that the temperature dependence of the two correspond. , Desorption activation energy, desorption frequency factor, and concentration distribution of the desorbed substance in the substance; and the obtained diffusion activation energy, diffusion frequency factor, desorption activation energy, The desorption frequency factor And changing the supply amount of the film forming raw material or the temperature of the substrate based on the concentration distribution.
【請求項7】基板に薄膜を成膜する薄膜成膜方法におい
て、 前記物質の表面に吸着した前記脱離物質が前記物質中で
反応する過程と、前記物質の表面から前記脱離物質が気
相中に放出される表面脱離過程とを表したモデルに基づ
いて求められた前記脱離物質の脱離量の温度依存性又は
脱離速度の温度依存性と、 測定された前記脱離物質の脱離量の温度依存性又は脱離
速度の温度依存性とを比較するステップと、 両者の温度依存性が対応するようにモデルパラメータで
ある前記脱離物質の拡散活性化エネルギー,拡散頻度因
子,反応の活性化エネルギー,反応の頻度因子,反応次
数および前記物質中での前記脱離物質の濃度分布を求め
るステップと、 求められた前記拡散活性化エネルギー,前記拡散頻度因
子,前記反応の活性化エネルギー,前記反応の頻度因
子,前記反応次数および前記濃度分布に基づいて、 成膜原料の供給量または前記基板の温度を変化させるス
テップとを備えることを特徴とする薄膜成膜方法。
7. A thin film forming method for forming a thin film on a substrate, wherein the desorbed substance adsorbed on the surface of the substance reacts in the substance, and the desorbed substance is vaporized from the surface of the substance. Temperature dependence of the desorption amount or desorption rate of the desorbed substance determined based on a model representing the surface desorption process released into the phase, and the measured desorption substance Comparing the temperature dependence of the desorption amount or the temperature dependence of the desorption rate, and the diffusion activation energy and the diffusion frequency factor of the desorbed substance, which are model parameters so that the temperature dependence of the two correspond. Determining the activation energy of the reaction, the frequency factor of the reaction, the order of the reaction, and the concentration distribution of the desorbed substance in the substance. The determined diffusion activation energy, the diffusion frequency factor, and the activity of the reaction. Energy, Changing the supply amount of the film forming raw material or the temperature of the substrate based on the reaction frequency factor, the reaction order, and the concentration distribution.
【請求項8】昇温脱離スペクトル法を用いて、物質から
外部に発生する脱離物質の脱離量または脱離速度を分析
する物質特性評価装置において、 前記物質の表面に吸着した前記脱離物質が前記物質中で
反応する過程と、前記物質の表面から前記脱離物質が気
相中に放出される表面脱離過程とを表したモデルに基づ
いて求められた前記脱離物質の脱離量の温度依存性又は
脱離速度の温度依存性と、 測定された前記脱離物質の脱離量の温度依存性又は脱離
速度の温度依存性とを比較し、 両者の温度依存性が対応するようにモデルパラメータで
ある前記脱離物質の拡散活性化エネルギー,拡散頻度因
子,脱離活性化エネルギー,脱離頻度因子および前記物
質中での前記脱離物質の濃度分布を求める物質特性評価
装置であって、 求められた前記脱離物質の脱離量の温度依存性又は脱離
速度の温度依存性および前記モデルパラメータを記憶す
る記憶装置を有することを特徴とする物質特性評価装
置。
8. A material property evaluation apparatus for analyzing a desorption amount or a desorption rate of a desorbed substance generated from a substance to the outside by using a thermal desorption spectroscopy method. Desorption of the desorbed substance determined based on a model representing a process in which the desorbed substance reacts in the substance, and a surface desorption process in which the desorbed substance is released into the gas phase from the surface of the substance. The temperature dependence of the desorption amount or the desorption rate is compared with the temperature dependence of the desorption amount or desorption rate of the desorbed substance measured, and the temperature dependence of both is determined. Material property evaluation to obtain the model parameters diffusion activation energy, diffusion frequency factor, desorption activation energy, desorption frequency factor, and concentration distribution of the desorbed substance in the substance which are the corresponding model parameters An apparatus, wherein said desorption is determined A material property evaluation device, comprising: a storage device for storing a temperature dependence of a desorption amount of a substance or a temperature dependence of a desorption rate and the model parameter.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101055248B (en) * 2007-04-28 2010-12-15 吉林燃料乙醇有限责任公司 Method for analyzing high moisture corn and freezing corn moisture using near infrared spectrum technology
JP2017009376A (en) * 2015-06-19 2017-01-12 日本電信電話株式会社 Analytic method

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