JP2002289542A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
半導体装置の製造方法Info
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L22/00—Testing or measuring during manufacture or treatment; Reliability measurements, i.e. testing of parts without further processing to modify the parts as such; Structural arrangements therefor
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Abstract
(57)【要約】
【課題】石英チューブ内にＰｏｌｙＳｉ膜を予め堆積し
ておく工程を省略しても、安定して成膜可能な半導体装
置の製造方法を提供することを目的とする。 【解決手段】 Ｈｏｔ Ｗａｌｌ型の減圧ＣＶＤ装置に
おいて、反応容器外部の加熱手段であるヒーター温度の
過渡的変化と、それに対する反応容器内部の温度変化の
対応を測定することにより反応容器内に堆積する膜の厚
さをｉｎ−ｓｉｔｕで正確にモニターする方法を提供す
る。
ておく工程を省略しても、安定して成膜可能な半導体装
置の製造方法を提供することを目的とする。 【解決手段】 Ｈｏｔ Ｗａｌｌ型の減圧ＣＶＤ装置に
おいて、反応容器外部の加熱手段であるヒーター温度の
過渡的変化と、それに対する反応容器内部の温度変化の
対応を測定することにより反応容器内に堆積する膜の厚
さをｉｎ−ｓｉｔｕで正確にモニターする方法を提供す
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は材料ガスを熱分解し
て半導体基板上に所定の膜を成膜する半導体装置の製造
方法に関し、特に、ＣＶＤ装置を用いて行われる成膜方
法に関する。
て半導体基板上に所定の膜を成膜する半導体装置の製造
方法に関し、特に、ＣＶＤ装置を用いて行われる成膜方
法に関する。
【０００２】
【従来の技術】ＩＣやＬＳＩなどの半導体装置の製造に
おいてＰｏｌｙＳｉ（ポリシリコン）膜やＷ（タングス
テン）等の導電膜は、減圧ＣＶＤ法で形成されている。
例として、図１にＰｏｌｙＳｉを成膜する減圧ＣＶＤ装
置の概略を示す。５０枚から１５０枚の半導体ウェーハ
（以下、ウェーハという）１１がボート１２にセットさ
れ、石英チューブ１３内に導入される。石英チューブ１
３外にはウェーハ１１を加熱するヒーター１４が置か
れ、石英チューブ１３の壁を通してウェーハ１１が６０
０℃に加熱される。石英チューブ内は、ポンプ１５によ
り引かれ減圧状態になり、成膜ガスのＳｉＨ4 がノズル
１６からマスフローコントローラ（以下、ＭＦＣとい
う）１７やバルブ１８を通して管内に導入される。石英
チューブ１３は、内部に石英インナーチューブ１１３が
設置されており、ガスは、インナーチューブ１１３の内
側を通り、その後インナーチューブ１１３と石英チュー
ブ１３の隙間を通って排気される。石英チューブ１３内
は、圧力計１９の指示値に基づきメインバルブ（以下、
ＭＶという）１１０の開度の調整により０．５ｔｏｒｒ
に保たれる。ウェーハ１１の温度はヒーター１４の内側
に設置された外部熱電対１１１（図中では測定点３点）
と石英チューブ１３内に設置された内部熱電対１１２
（図中では測定点３点）により測定された温度に基づい
てコントロールされる。これにより、ＳｉＨ4 がウェー
ハ１１上で熱分解し、ウェーハ１１上にＰｏｌｙＳｉが
堆積される。
おいてＰｏｌｙＳｉ（ポリシリコン）膜やＷ（タングス
テン）等の導電膜は、減圧ＣＶＤ法で形成されている。
例として、図１にＰｏｌｙＳｉを成膜する減圧ＣＶＤ装
置の概略を示す。５０枚から１５０枚の半導体ウェーハ
（以下、ウェーハという）１１がボート１２にセットさ
れ、石英チューブ１３内に導入される。石英チューブ１
３外にはウェーハ１１を加熱するヒーター１４が置か
れ、石英チューブ１３の壁を通してウェーハ１１が６０
０℃に加熱される。石英チューブ内は、ポンプ１５によ
り引かれ減圧状態になり、成膜ガスのＳｉＨ4 がノズル
１６からマスフローコントローラ（以下、ＭＦＣとい
う）１７やバルブ１８を通して管内に導入される。石英
チューブ１３は、内部に石英インナーチューブ１１３が
設置されており、ガスは、インナーチューブ１１３の内
側を通り、その後インナーチューブ１１３と石英チュー
ブ１３の隙間を通って排気される。石英チューブ１３内
は、圧力計１９の指示値に基づきメインバルブ（以下、
ＭＶという）１１０の開度の調整により０．５ｔｏｒｒ
に保たれる。ウェーハ１１の温度はヒーター１４の内側
に設置された外部熱電対１１１（図中では測定点３点）
と石英チューブ１３内に設置された内部熱電対１１２
（図中では測定点３点）により測定された温度に基づい
てコントロールされる。これにより、ＳｉＨ4 がウェー
ハ１１上で熱分解し、ウェーハ１１上にＰｏｌｙＳｉが
堆積される。
【０００３】このとき石英チューブ１３の内壁は、ウェ
ーハ１１と同様に温度が上がっており、内壁上にＰｏｌ
ｙＳｉ膜が堆積する。しかしながら石英チューブ１３の
内壁の温度は、石英がヒーター１４からの輻射熱に対し
半透明であるため正確に測定できない。このためＰｏｌ
ｙＳｉ膜がどの程度堆積したかは明確には判らない。ま
た、ＰｏｌｙＳｉ膜は１μｍ以下の場合半透明であり赤
外線を透過する特性を有する。従って、石英チューブ１
３の内壁に堆積したＰｏｌｙＳｉの膜厚が増加すると、
ウェーハ１１の受ける輻射熱が変化し、これに伴ってウ
ェーハ１１の温度も変化する。この状態では製品への均
一な成膜を行うことができない。従来は、この現象を避
けるため、石英チューブ１３に堆積したＰｏｌｙＳｉを
ガスまたは薬液でエッチングして除去した後、石英チュ
ーブ１３の内壁にあらかじめ０．３μｍ以上、典型的に
は０．５μｍ程度のＰｏｌｙＳｉ膜を堆積し、その後成
膜条件の確認のための試験成膜を行い、その後に製品の
処理を開始している。このため製品を処理する前にＰｏ
ｌｙＳｉを堆積する工程が必要であり装置の稼働率が低
下する。
ーハ１１と同様に温度が上がっており、内壁上にＰｏｌ
ｙＳｉ膜が堆積する。しかしながら石英チューブ１３の
内壁の温度は、石英がヒーター１４からの輻射熱に対し
半透明であるため正確に測定できない。このためＰｏｌ
ｙＳｉ膜がどの程度堆積したかは明確には判らない。ま
た、ＰｏｌｙＳｉ膜は１μｍ以下の場合半透明であり赤
外線を透過する特性を有する。従って、石英チューブ１
３の内壁に堆積したＰｏｌｙＳｉの膜厚が増加すると、
ウェーハ１１の受ける輻射熱が変化し、これに伴ってウ
ェーハ１１の温度も変化する。この状態では製品への均
一な成膜を行うことができない。従来は、この現象を避
けるため、石英チューブ１３に堆積したＰｏｌｙＳｉを
ガスまたは薬液でエッチングして除去した後、石英チュ
ーブ１３の内壁にあらかじめ０．３μｍ以上、典型的に
は０．５μｍ程度のＰｏｌｙＳｉ膜を堆積し、その後成
膜条件の確認のための試験成膜を行い、その後に製品の
処理を開始している。このため製品を処理する前にＰｏ
ｌｙＳｉを堆積する工程が必要であり装置の稼働率が低
下する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上述のように、従来の
半導体装置の製造方法は、成膜の安定性を確保するため
に、石英チューブ１３内に堆積されるＰｏｌｙＳｉ膜の
厚さが、成膜時に１μｍ以上となるよう予め石英チュー
ブ１３内に所定厚さのＰｏｌｙＳｉ膜を堆積する工程を
実施しなければならず、装置の稼働率が低下していた。
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、予
め石英チューブ１３内にＰｏｌｙＳｉ膜を堆積する工程
を省略しても成膜の安定性が確保される半導体装置の製
造方法を提供することを目的とする。
半導体装置の製造方法は、成膜の安定性を確保するため
に、石英チューブ１３内に堆積されるＰｏｌｙＳｉ膜の
厚さが、成膜時に１μｍ以上となるよう予め石英チュー
ブ１３内に所定厚さのＰｏｌｙＳｉ膜を堆積する工程を
実施しなければならず、装置の稼働率が低下していた。
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、予
め石英チューブ１３内にＰｏｌｙＳｉ膜を堆積する工程
を省略しても成膜の安定性が確保される半導体装置の製
造方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、半導体ウェーハが収納される反応容器の
外部の温度変化と、この温度変化に応答した前記反応容
器の内部の温度変化を比較し、前記反応容器の内壁また
は前記半導体ウェハ上の膜の厚さを求める工程を有する
ことを特徴としている。石英チューブ外部のヒータ温度
の過渡的変化と、それに対する容器内部の温度変化の対
応を測定し、石英チューブ内に堆積する膜の厚さをｉｎ
−ｓｉｔｕでモニターするので、石英チューブ内に予め
ＰｏｌｙＳｉ膜を堆積する工程を省略できるとともに成
膜の安定性も向上する。
成するために、半導体ウェーハが収納される反応容器の
外部の温度変化と、この温度変化に応答した前記反応容
器の内部の温度変化を比較し、前記反応容器の内壁また
は前記半導体ウェハ上の膜の厚さを求める工程を有する
ことを特徴としている。石英チューブ外部のヒータ温度
の過渡的変化と、それに対する容器内部の温度変化の対
応を測定し、石英チューブ内に堆積する膜の厚さをｉｎ
−ｓｉｔｕでモニターするので、石英チューブ内に予め
ＰｏｌｙＳｉ膜を堆積する工程を省略できるとともに成
膜の安定性も向上する。
【０００６】すなわち、本発明の装置の製造方法は、半
導体ウェーハが収納される反応容器の外部の温度変化
と、この温度変化に応答した前記反応容器の内部の温度
変化を比較し、前記反応容器の内壁又は前記半導体ウェ
ーハ上の膜の厚さを求める工程を有することを特徴とし
ている。前記反応容器の外部の温度変化が１０℃／分以
上であるようにしても良い。前記膜の厚さに応じて、前
記反応容器への成膜ガスの導入又は前記反応容器の加熱
を停止する工程を有するようにしても良い。前記膜の厚
さに応じて、前記反応容器の内壁に堆積した膜を除去す
る工程を有するようにしても良い。前記膜の厚さを求め
る工程は、前記温度変化をオンラインによってシステム
に送信する工程と、前記システムが前記温度変化を用い
て演算する工程とを有するようにしても良い。前記膜が
半導体であるようにしても良い。
導体ウェーハが収納される反応容器の外部の温度変化
と、この温度変化に応答した前記反応容器の内部の温度
変化を比較し、前記反応容器の内壁又は前記半導体ウェ
ーハ上の膜の厚さを求める工程を有することを特徴とし
ている。前記反応容器の外部の温度変化が１０℃／分以
上であるようにしても良い。前記膜の厚さに応じて、前
記反応容器への成膜ガスの導入又は前記反応容器の加熱
を停止する工程を有するようにしても良い。前記膜の厚
さに応じて、前記反応容器の内壁に堆積した膜を除去す
る工程を有するようにしても良い。前記膜の厚さを求め
る工程は、前記温度変化をオンラインによってシステム
に送信する工程と、前記システムが前記温度変化を用い
て演算する工程とを有するようにしても良い。前記膜が
半導体であるようにしても良い。
【０００７】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して発明の実施
の形態を説明する。尚、説明に際しては、従来技術とし
て説明した図１の減圧ＣＶＤ装置を用いた場合を実施例
にしてるので減圧ＣＶＤ装置の説明として重複するもの
は説明を省略する。まず、図１乃至図７を参照して第１
の実施例を説明する。図１の減圧ＣＶＤ装置を用いて本
実施例を行う場合を簡単なモデルで説明するために、図
１のヒータ１４とウェハ１１間の構成のみを図２の通り
抽出する。図２は、石英チューブの外側、内側の温度考
察のための減圧ＣＶＤ装置の拡大図である。ヒーター２
１から出た輻射熱は、石英チューブの壁２３と壁の内壁
に堆積したＰｏｌｙＳｉ膜２４を通過して、ウェーハ２
６を加熱する。この時ヒーター２１の近傍の温度は、外
側熱電対２２によって測定される。また、ウェーハ２６
の近傍の温度は、内側熱電対２５によって測定される。
ヒーター２１から出た輻射熱は、石英チューブ２３の表
面で若干反射されることと、内壁に堆積しているＰｏｌ
ｙＳｉ膜２４に吸収されるためウェーハ２６に到達する
輻射熱は減少する。図３に石英チューブ２３の厚さが１
ｃｍの場合、ＰｏｌｙＳｉ膜２４の厚さによって光の透
過率がどのようになるか計算した結果を示す。
の形態を説明する。尚、説明に際しては、従来技術とし
て説明した図１の減圧ＣＶＤ装置を用いた場合を実施例
にしてるので減圧ＣＶＤ装置の説明として重複するもの
は説明を省略する。まず、図１乃至図７を参照して第１
の実施例を説明する。図１の減圧ＣＶＤ装置を用いて本
実施例を行う場合を簡単なモデルで説明するために、図
１のヒータ１４とウェハ１１間の構成のみを図２の通り
抽出する。図２は、石英チューブの外側、内側の温度考
察のための減圧ＣＶＤ装置の拡大図である。ヒーター２
１から出た輻射熱は、石英チューブの壁２３と壁の内壁
に堆積したＰｏｌｙＳｉ膜２４を通過して、ウェーハ２
６を加熱する。この時ヒーター２１の近傍の温度は、外
側熱電対２２によって測定される。また、ウェーハ２６
の近傍の温度は、内側熱電対２５によって測定される。
ヒーター２１から出た輻射熱は、石英チューブ２３の表
面で若干反射されることと、内壁に堆積しているＰｏｌ
ｙＳｉ膜２４に吸収されるためウェーハ２６に到達する
輻射熱は減少する。図３に石英チューブ２３の厚さが１
ｃｍの場合、ＰｏｌｙＳｉ膜２４の厚さによって光の透
過率がどのようになるか計算した結果を示す。
【０００８】ＰｏｌｙＳｉ膜２４の厚さが１００ｎｍま
では急激に透過率は低下し、それより厚くなると透過率
は、干渉によって振動しながら減少してゆく。膜厚が１
０００ｎｍ以上では透過率は０．１以下になりＰｏｌｙ
Ｓｉ膜２４で反射される部分と吸収される部分の量が多
くなる。実際の減圧ＣＶＤ装置ではＰｏｌｙＳｉ膜の温
度が徐々に上がるため、そこからの２次輻射熱でウェー
ハが加熱される。ところがＰｏｌｙＳｉ膜の温度が上が
り２次輻射でウェーハ２６が加熱される過程で時間的な
遅れが生じるため、図２の構成ではヒーター２１の温度
を急激に上げた場合にはウェーハ２６の温度はそれに追
随せず、ヒーター２１近傍での温度変化率（昇温速度ま
たは降温速度）に比べ、ウェーハ２６近傍での温度変化
率は小さくなり、特に温度変化率が大きい場合にこの差
が大きくなる。図４に実際に減圧ＣＶＤ装置で実験した
結果を示す。図４は、図２の構成に示す石英チューブ２
３の壁にＰｏｌｙＳｉ膜２４が堆積していない場合であ
るが、ヒーター２１の入力電力を２０秒のところで大き
くし、すぐに元の入力電力にもどした場合の外側熱電対
２２の指示温度と内側熱電対２５の指示温度を示してい
る。内側熱電対２５の温度変化はほぼ外側熱電対２２の
温度変化と同じである。
では急激に透過率は低下し、それより厚くなると透過率
は、干渉によって振動しながら減少してゆく。膜厚が１
０００ｎｍ以上では透過率は０．１以下になりＰｏｌｙ
Ｓｉ膜２４で反射される部分と吸収される部分の量が多
くなる。実際の減圧ＣＶＤ装置ではＰｏｌｙＳｉ膜の温
度が徐々に上がるため、そこからの２次輻射熱でウェー
ハが加熱される。ところがＰｏｌｙＳｉ膜の温度が上が
り２次輻射でウェーハ２６が加熱される過程で時間的な
遅れが生じるため、図２の構成ではヒーター２１の温度
を急激に上げた場合にはウェーハ２６の温度はそれに追
随せず、ヒーター２１近傍での温度変化率（昇温速度ま
たは降温速度）に比べ、ウェーハ２６近傍での温度変化
率は小さくなり、特に温度変化率が大きい場合にこの差
が大きくなる。図４に実際に減圧ＣＶＤ装置で実験した
結果を示す。図４は、図２の構成に示す石英チューブ２
３の壁にＰｏｌｙＳｉ膜２４が堆積していない場合であ
るが、ヒーター２１の入力電力を２０秒のところで大き
くし、すぐに元の入力電力にもどした場合の外側熱電対
２２の指示温度と内側熱電対２５の指示温度を示してい
る。内側熱電対２５の温度変化はほぼ外側熱電対２２の
温度変化と同じである。
【０００９】次に、石英チューブ２３の内壁にＰｏｌｙ
Ｓｉ膜２４が１０００ｎｍ堆積した場合の外側熱電対２
２の指示温度と内側熱電対２５の指示温度を図５に示
す。ヒーターの入力電力をやはり２０秒のところで２秒
間大きくしている。この時の温度変化率は、約１００℃
／ｍｉｎである。このため外側熱電対２２の温度は大き
く変化しているが、内側熱電対２５の温度変化は小さ
い。これは、ＰｏｌｙＳｉ膜２４によるヒーターの輻射
熱の遮蔽効果による。このような実験の結果をまとめた
ものを図６に示す。石英チューブ２３の外側の温度変化
率が大きいほど内側の温度変化率のＰｏｌｙＳｉ膜２４
の膜厚依存性が大きいことがわかる。外側の温度変化率
に対する内側の温度変化率の割合とＰｏｌｙＳｉ膜２４
の厚さの関係を外側の温度変化率が１００℃／ｍｉｎの
場合について図７に示す。図３に示した結果と同じ様な
結果が得られた。あらかじめこの結果を求めておき、そ
の関係を用いると、ＰｏｌｙＳｉ膜２４の厚さが１００
０ｎｍ以下では外部の温度を短時間変動した場合の内部
温度の応答を測定することにより、ＰｏｌｙＳｉ膜２４
の厚さがわかる。
Ｓｉ膜２４が１０００ｎｍ堆積した場合の外側熱電対２
２の指示温度と内側熱電対２５の指示温度を図５に示
す。ヒーターの入力電力をやはり２０秒のところで２秒
間大きくしている。この時の温度変化率は、約１００℃
／ｍｉｎである。このため外側熱電対２２の温度は大き
く変化しているが、内側熱電対２５の温度変化は小さ
い。これは、ＰｏｌｙＳｉ膜２４によるヒーターの輻射
熱の遮蔽効果による。このような実験の結果をまとめた
ものを図６に示す。石英チューブ２３の外側の温度変化
率が大きいほど内側の温度変化率のＰｏｌｙＳｉ膜２４
の膜厚依存性が大きいことがわかる。外側の温度変化率
に対する内側の温度変化率の割合とＰｏｌｙＳｉ膜２４
の厚さの関係を外側の温度変化率が１００℃／ｍｉｎの
場合について図７に示す。図３に示した結果と同じ様な
結果が得られた。あらかじめこの結果を求めておき、そ
の関係を用いると、ＰｏｌｙＳｉ膜２４の厚さが１００
０ｎｍ以下では外部の温度を短時間変動した場合の内部
温度の応答を測定することにより、ＰｏｌｙＳｉ膜２４
の厚さがわかる。
【００１０】さらに、あらかじめ石英チューブ２３に堆
積するＰｏｌｙＳｉ膜厚とウェーハ上に堆積するＰｏｌ
ｙＳｉ膜厚の関係を調べておくことにより、ウェーハ上
に堆積したＰｏｌｙＳｉ膜厚もわかる。従って製品の成
膜を行った場合でもウェーハ上に堆積する膜厚がわかる
ため製品の処理時のモニターとして使うことができ、石
英チューブ２３を洗浄した後に、余計な成膜工程を必要
とせずに製品の成膜を行うことができるため、減圧ＣＶ
Ｄ装置の稼働率が向上する。この実施例では内側熱電対
２２は、石英チューブ２３の中で露出した状態で説明し
たが、細い石英管の中に内側熱電対２２を挿入する形態
では、２層の石英で囲まれていることになり、この場合
の透過率はそれぞれの透過率を乗算することで求まる。
また、図１に示したような石英インナーチューブ１１３
を有する２重管の場合は、ＰｏｌｙＳｉ層の厚さが約３
倍になると考えて良い。
積するＰｏｌｙＳｉ膜厚とウェーハ上に堆積するＰｏｌ
ｙＳｉ膜厚の関係を調べておくことにより、ウェーハ上
に堆積したＰｏｌｙＳｉ膜厚もわかる。従って製品の成
膜を行った場合でもウェーハ上に堆積する膜厚がわかる
ため製品の処理時のモニターとして使うことができ、石
英チューブ２３を洗浄した後に、余計な成膜工程を必要
とせずに製品の成膜を行うことができるため、減圧ＣＶ
Ｄ装置の稼働率が向上する。この実施例では内側熱電対
２２は、石英チューブ２３の中で露出した状態で説明し
たが、細い石英管の中に内側熱電対２２を挿入する形態
では、２層の石英で囲まれていることになり、この場合
の透過率はそれぞれの透過率を乗算することで求まる。
また、図１に示したような石英インナーチューブ１１３
を有する２重管の場合は、ＰｏｌｙＳｉ層の厚さが約３
倍になると考えて良い。
【００１１】図１の構造において、内側熱電対１１２の
応答が小さくなる場合は内側熱電対１１２の設置位置を
石英チューブ１３と石英インナーチューブ１１３の間に
変更しても良い。また、温度は６００℃で説明したが、
他の温度でも同じことが成り立つため、予め石英チュー
ブ１３の外側の温度変化率に対する内側の温度変化率の
関係と、石英チューブ１３内壁上とウェーハ１１上のＰ
ｏｌｙＳｉ膜の膜厚の関係を把握しておけば、所望の熱
処理温度においても、温度変化率からＰｏｌｙＳｉ膜の
膜厚を導き出すことができる。また、この実施例では成
膜中に温度の変化率の測定を行ったが、成膜後同様のこ
とを行っても堆積したＰｏｌｙＳｉ膜厚がわかる。
応答が小さくなる場合は内側熱電対１１２の設置位置を
石英チューブ１３と石英インナーチューブ１１３の間に
変更しても良い。また、温度は６００℃で説明したが、
他の温度でも同じことが成り立つため、予め石英チュー
ブ１３の外側の温度変化率に対する内側の温度変化率の
関係と、石英チューブ１３内壁上とウェーハ１１上のＰ
ｏｌｙＳｉ膜の膜厚の関係を把握しておけば、所望の熱
処理温度においても、温度変化率からＰｏｌｙＳｉ膜の
膜厚を導き出すことができる。また、この実施例では成
膜中に温度の変化率の測定を行ったが、成膜後同様のこ
とを行っても堆積したＰｏｌｙＳｉ膜厚がわかる。
【００１２】次に、図１、図２及び図７を参照して第２
の実施例を説明する。前述した第１の実施例では、図２
において、石英チューブ２３外側の温度変化率に対する
内側の温度変化率の割合とＰｏｌｙＳｉ２４膜の膜厚と
の関係をあらかじめ求めた石英チューブ２３上のＰｏｌ
ｙＳｉ膜２４の膜厚とウェーハ上のＰｏｌｙＳｉ膜の厚
さの関係からウェーハ上に成膜されるＰｏｌｙＳｉ膜の
膜厚を求める方法を説明した。この実施例ではＰｏｌｙ
Ｓｉ膜２４が石英チューブ２３上に堆積して無い状態か
ら成膜を開始する場合について述べる。石英チューブ２
３外側の温度変化率と内側の温度変化率の割合は図７に
示すように振動しており、ある割合でのＰｏｌｙＳｉ膜
の膜厚は一義的には決められない。しかし、ＰｏｌｙＳ
ｉ膜２４の堆積が無い状態から成膜を開始し、定期的に
外側の温度変化に対する内側の温度変化を測定すること
によって膜厚がどの程度変化したのかを把握することが
できる。具体的にはＰｏｌｙＳｉ膜２４の成膜速度は１
分間に約５ｎｍから１０ｎｍであるので１分毎に外側の
温度変化に対する内側の温度変化を測定することによ
り、あらかじめ求めておいた石英チューブ１３の外側の
温度変化率に対する内側の温度変化率の関係と、石英チ
ューブ１３の内壁上とウェーハ１１上のＰｏｌｙＳｉ膜
の膜厚の関係を把握しておけば、約１０ｎｍステップで
の膜厚の変化がわかる。
の実施例を説明する。前述した第１の実施例では、図２
において、石英チューブ２３外側の温度変化率に対する
内側の温度変化率の割合とＰｏｌｙＳｉ２４膜の膜厚と
の関係をあらかじめ求めた石英チューブ２３上のＰｏｌ
ｙＳｉ膜２４の膜厚とウェーハ上のＰｏｌｙＳｉ膜の厚
さの関係からウェーハ上に成膜されるＰｏｌｙＳｉ膜の
膜厚を求める方法を説明した。この実施例ではＰｏｌｙ
Ｓｉ膜２４が石英チューブ２３上に堆積して無い状態か
ら成膜を開始する場合について述べる。石英チューブ２
３外側の温度変化率と内側の温度変化率の割合は図７に
示すように振動しており、ある割合でのＰｏｌｙＳｉ膜
の膜厚は一義的には決められない。しかし、ＰｏｌｙＳ
ｉ膜２４の堆積が無い状態から成膜を開始し、定期的に
外側の温度変化に対する内側の温度変化を測定すること
によって膜厚がどの程度変化したのかを把握することが
できる。具体的にはＰｏｌｙＳｉ膜２４の成膜速度は１
分間に約５ｎｍから１０ｎｍであるので１分毎に外側の
温度変化に対する内側の温度変化を測定することによ
り、あらかじめ求めておいた石英チューブ１３の外側の
温度変化率に対する内側の温度変化率の関係と、石英チ
ューブ１３の内壁上とウェーハ１１上のＰｏｌｙＳｉ膜
の膜厚の関係を把握しておけば、約１０ｎｍステップで
の膜厚の変化がわかる。
【００１３】この情報を工場の情報システムに取り込
み、システムでＰｏｌｙＳｉ膜２４の膜厚を把握する。
これによって膜厚は一義的に決定することができるた
め、システムでその工程での所望の膜厚に達したと判定
ができる。そして、システム側から成膜を停止させる信
号を発生して成膜装置での成膜を停止することができ
る。図１を用いて手順を説明する。まず減圧ＣＶＤ装置
を初期化するためその前の成膜処理のウェーハを取り出
し、ウェーハの載っていないボート１２を石英チューブ
１３内に導入する。石英チューブ１３内が６００℃、１
Ｔｏｒｒの条件でＣｌＦ3 ガスを２ＳＬＭ導入し、石英
チューブ１３内壁上やボート１２に堆積したＰｏｌｙＳ
ｉ膜をガスでエッチングする。ＰｏｌｙＳｉ膜が無くな
った後石英チューブ１３内をパージし、Ｎ2 を挿入して
大気圧に戻し、ボート１２を取り出す。その後製品ウェ
ーハをボート１２にセットし、石英チューブ１３内に導
入して減圧に引いてから成膜を行う。成膜の初期から１
分間隔で外側の温度変化率に対する内側の温度変化率の
割合を測定し、減圧ＣＶＤ装置からオンラインで工場の
コンピューターシステムに情報を吸い上げ蓄積する。
み、システムでＰｏｌｙＳｉ膜２４の膜厚を把握する。
これによって膜厚は一義的に決定することができるた
め、システムでその工程での所望の膜厚に達したと判定
ができる。そして、システム側から成膜を停止させる信
号を発生して成膜装置での成膜を停止することができ
る。図１を用いて手順を説明する。まず減圧ＣＶＤ装置
を初期化するためその前の成膜処理のウェーハを取り出
し、ウェーハの載っていないボート１２を石英チューブ
１３内に導入する。石英チューブ１３内が６００℃、１
Ｔｏｒｒの条件でＣｌＦ3 ガスを２ＳＬＭ導入し、石英
チューブ１３内壁上やボート１２に堆積したＰｏｌｙＳ
ｉ膜をガスでエッチングする。ＰｏｌｙＳｉ膜が無くな
った後石英チューブ１３内をパージし、Ｎ2 を挿入して
大気圧に戻し、ボート１２を取り出す。その後製品ウェ
ーハをボート１２にセットし、石英チューブ１３内に導
入して減圧に引いてから成膜を行う。成膜の初期から１
分間隔で外側の温度変化率に対する内側の温度変化率の
割合を測定し、減圧ＣＶＤ装置からオンラインで工場の
コンピューターシステムに情報を吸い上げ蓄積する。
【００１４】システムでは外側の温度変化率に対する内
側の温度変化率の割合と設定条件での予め求められた関
係のデーターベースがあり、このデーターベースに基づ
いてウェーハ上の膜厚を計算し、堆積膜厚をシステムが
把握する。目標の膜厚に近づいたら後何秒で目標の膜厚
になるかシステムが計算を行って成膜を停止する時刻を
決め、所定の時刻になったら成膜の停止信号をシステム
から装置に出し、装置は成膜を停止する。そして、また
堆積したＰｏｌｙＳｉ膜をＣｌＦ3 でエッチングし、こ
の成膜とクリーニングのサイクルを繰り返すことで常に
ウェーハ上のＰｏｌｙＳｉ膜厚を管理して成膜ができ
る。
側の温度変化率の割合と設定条件での予め求められた関
係のデーターベースがあり、このデーターベースに基づ
いてウェーハ上の膜厚を計算し、堆積膜厚をシステムが
把握する。目標の膜厚に近づいたら後何秒で目標の膜厚
になるかシステムが計算を行って成膜を停止する時刻を
決め、所定の時刻になったら成膜の停止信号をシステム
から装置に出し、装置は成膜を停止する。そして、また
堆積したＰｏｌｙＳｉ膜をＣｌＦ3 でエッチングし、こ
の成膜とクリーニングのサイクルを繰り返すことで常に
ウェーハ上のＰｏｌｙＳｉ膜厚を管理して成膜ができ
る。
【００１５】次に、図７を参照して第３の実施例を説明
する。これまでの実施例では主にｐｏｌｙＳｉ膜２４の
成膜について説明した。この実施例では第２の実施例で
述べたＰｏｌｙＳｉ膜２４のエッチングへの応用につい
て説明する。ＰｏｌｙＳｉ膜２４は、エッチングにより
薄くなるが図７からわかるように１０ｎｍ以下の厚さで
は一義的に外側の温度変化率に対する内側の温度変化率
の割合（縦軸）から石英チューブ上のｐｏｌｙＳｉ膜２
３の厚さ（横軸）がわかる。従ってＣｌＦ3 ガスにより
石英チューブ壁上のＰｏｌｙ膜がエッチングされ、膜厚
が薄くなる過程で石英チューブ壁上のＰｏｌｙＳｉ膜厚
を把握することができる。最終的にエッチングが終了し
たかどうか判定することが可能である。さらに第２の実
施例に示したように工場システムでＰｏｌｙＳｉ膜２３
がその装置でどれだけ膜が堆積しているかを把握するこ
とが可能であり、エッチングスタート時の膜厚がわかる
ことにより、一義的にエッチング時の膜厚を決めること
が可能である。システムではエッチングが終了したと判
定した時点からオーバーエッチングの時間をとってその
後装置にエッチングの停止指令を出せばよい。
する。これまでの実施例では主にｐｏｌｙＳｉ膜２４の
成膜について説明した。この実施例では第２の実施例で
述べたＰｏｌｙＳｉ膜２４のエッチングへの応用につい
て説明する。ＰｏｌｙＳｉ膜２４は、エッチングにより
薄くなるが図７からわかるように１０ｎｍ以下の厚さで
は一義的に外側の温度変化率に対する内側の温度変化率
の割合（縦軸）から石英チューブ上のｐｏｌｙＳｉ膜２
３の厚さ（横軸）がわかる。従ってＣｌＦ3 ガスにより
石英チューブ壁上のＰｏｌｙ膜がエッチングされ、膜厚
が薄くなる過程で石英チューブ壁上のＰｏｌｙＳｉ膜厚
を把握することができる。最終的にエッチングが終了し
たかどうか判定することが可能である。さらに第２の実
施例に示したように工場システムでＰｏｌｙＳｉ膜２３
がその装置でどれだけ膜が堆積しているかを把握するこ
とが可能であり、エッチングスタート時の膜厚がわかる
ことにより、一義的にエッチング時の膜厚を決めること
が可能である。システムではエッチングが終了したと判
定した時点からオーバーエッチングの時間をとってその
後装置にエッチングの停止指令を出せばよい。
【００１６】次に、図８を参照して第４の実施例を説明
する。これまでの実施形態では成膜としてＰｏｌｙＳｉ
膜を扱ったが、ＰｏｌｙＳｉ膜に限らず半透明膜で有れ
ばこの方法を適用することができる。この実施例ではＲ
ｕの減圧ＣＶＤを考える。Ｒｕは金属であり、ＤＲＡＭ
のキャパシタの電極として検討が活発に行われている。
図８にＲｕが石英チューブ内壁に堆積した場合の赤外線
透過特性を示す。図８は、縦軸が透過率(Transmissivit
y(I/I0) 、横軸がＲｕの堆積膜厚(Thickness of Surfac
e Layer(nm))を表す。Ｒｕの場合は金属であるため、膜
厚が１５０ｎｍ以上になるとほとんど光を通さなくな
る。従って１５０ｎｍまでは外側の温度変化率に対する
内側の温度変化率の割合から石英チューブ上に堆積した
Ｒｕの膜厚を知ることができる。またＲｕのガスエッチ
ングの際にはＰｏｌｙＳｉ膜と同様にエッチングの終了
時点がわかるためエンドポイントのモニタとしては問題
なく使うことができる。
する。これまでの実施形態では成膜としてＰｏｌｙＳｉ
膜を扱ったが、ＰｏｌｙＳｉ膜に限らず半透明膜で有れ
ばこの方法を適用することができる。この実施例ではＲ
ｕの減圧ＣＶＤを考える。Ｒｕは金属であり、ＤＲＡＭ
のキャパシタの電極として検討が活発に行われている。
図８にＲｕが石英チューブ内壁に堆積した場合の赤外線
透過特性を示す。図８は、縦軸が透過率(Transmissivit
y(I/I0) 、横軸がＲｕの堆積膜厚(Thickness of Surfac
e Layer(nm))を表す。Ｒｕの場合は金属であるため、膜
厚が１５０ｎｍ以上になるとほとんど光を通さなくな
る。従って１５０ｎｍまでは外側の温度変化率に対する
内側の温度変化率の割合から石英チューブ上に堆積した
Ｒｕの膜厚を知ることができる。またＲｕのガスエッチ
ングの際にはＰｏｌｙＳｉ膜と同様にエッチングの終了
時点がわかるためエンドポイントのモニタとしては問題
なく使うことができる。
【００１７】
【発明の効果】以上のように、本発明の製造方法は、石
英チューブ外部のヒータ温度の過渡的変化と、それに対
する容器内部の温度変化の対応を測定し、石英チューブ
内に堆積する膜の厚さをｉｎ−ｓｉｔｕでモニターする
工程を有するため、石英チューブ内に予めＰｏｌｙＳｉ
膜を堆積する工程を省略することができると共に成膜の
安定性も向上する。
英チューブ外部のヒータ温度の過渡的変化と、それに対
する容器内部の温度変化の対応を測定し、石英チューブ
内に堆積する膜の厚さをｉｎ−ｓｉｔｕでモニターする
工程を有するため、石英チューブ内に予めＰｏｌｙＳｉ
膜を堆積する工程を省略することができると共に成膜の
安定性も向上する。
【図１】本発明及び従来に用いる減圧ＣＶＤ装置の断面
図。
図。
【図２】本発明を説明するための減圧ＣＶＤ装置の拡大
図。
図。
【図３】ＰｏｌｙＳｉ膜が石英チューブに堆積した時の
赤外線透過特性図。
赤外線透過特性図。
【図４】ＰｏｌｙＳｉ膜が無い場合の石英チューブ外側
温度の変化と内側温度の変化を示す特性図。
温度の変化と内側温度の変化を示す特性図。
【図５】ＰｏｌｙＳｉ膜を１０００ｎｍ堆積した時の外
側温度の変化と内側温度の変化を示す特性図。
側温度の変化と内側温度の変化を示す特性図。
【図６】石英チューブ外側の温度変化に対する内側の温
度変化のＰｏｌｙＳｉ膜厚依存性を示す特性図。
度変化のＰｏｌｙＳｉ膜厚依存性を示す特性図。
【図７】外側温度変化率に対する内側温度変化率の割合
のＰｏｌｙＳｉ膜厚依存性を示す特性図。
のＰｏｌｙＳｉ膜厚依存性を示す特性図。
【図８】Ｒｕが石英チューブに堆積したときの赤外線透
過特性を説明する特性図。
過特性を説明する特性図。
１１、２６・・・ウェーハ、 １２・・・ボー
ト、１３、２３・・・石英チューブ、 １４、２１・
・・ヒーター、１５・・・ポンプ、 １
６・・・ノズル、１７・・・マスフローコントローラ
（ＭＦＣ）、１８・・・バルブ、 １９
・・・圧力計、２４・・・ＰｏｌｙＳｉ膜、 １
１０・・・メインバルブ（ＭＶ）、２２、１１１・・・
外部熱電対、 ２５、１１２・・・内部熱電対、１１
３・・・石英インナーチューブ。
ト、１３、２３・・・石英チューブ、 １４、２１・
・・ヒーター、１５・・・ポンプ、 １
６・・・ノズル、１７・・・マスフローコントローラ
（ＭＦＣ）、１８・・・バルブ、 １９
・・・圧力計、２４・・・ＰｏｌｙＳｉ膜、 １
１０・・・メインバルブ（ＭＶ）、２２、１１１・・・
外部熱電対、 ２５、１１２・・・内部熱電対、１１
３・・・石英インナーチューブ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4K030 BA20 BA29 BB03 CA04 CA12 DA06 EA03 FA10 HA12 HA14 JA01 JA10 KA08 KA22 KA39 KA41 LA15 5F004 AA15 BD04 DA00 DB02 5F045 AA06 AB03 BB08 DP19 DQ05 EB06 GB05 GB13
Claims (6)
- 【請求項１】 半導体ウェーハが収納される反応容器の
外部の温度変化と、この温度変化に応答した前記反応容
器の内部の温度変化を比較し、前記反応容器の内壁又は
前記半導体ウェーハ上の膜の厚さを求める工程を有する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 【請求項２】 前記反応容器の外部の温度変化が１０℃
／分以上であることを特徴とする請求項１に記載の半導
体装置の製造方法。 - 【請求項３】 前記膜の厚さに応じて、前記反応容器へ
の成膜ガスの導入又は前記反応容器の加熱を停止する工
程を有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記
載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項４】 前記膜の厚さに応じて、前記反応容器の
内壁に堆積した膜を除去する工程を有することを特徴と
する請求項１乃至請求項３のいずれか記載の半導体装置
製造方法。 - 【請求項５】 前記膜の厚さを求める工程は、前記温度
変化をオンラインによってシステムに送信する工程と、
前記システムが前記温度変化を用いて演算する工程とを
有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の
半導体装置の製造方法。 - 【請求項６】 前記膜が半導体であることを特徴とする
請求項１乃至請求項５のいずれか記載の半導体装置の製
造方法。
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|---|---|---|---|
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| TW091106157A TW550656B (en) | 2001-03-28 | 2002-03-28 | Method for producing semiconductor device |
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|---|---|---|---|
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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| CN (1) | CN1194386C (ja) |
| TW (1) | TW550656B (ja) |
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| WO2020194414A1 (ja) * | 2019-03-22 | 2020-10-01 | 株式会社Ｋｏｋｕｓａｉ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ | 基板処理装置、半導体装置の製造方法および記録媒体 |
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|---|---|---|---|---|
| CN102095395B (zh) * | 2010-11-29 | 2012-10-03 | 沈阳工业大学 | 大块金属玻璃形成厚度预测方法 |
| CN102560681B (zh) * | 2010-12-16 | 2016-05-25 | 中芯国际集成电路制造(北京)有限公司 | 测温装置及扩散炉 |
| JP2014185363A (ja) * | 2013-03-22 | 2014-10-02 | Hitachi Kokusai Electric Inc | 基板処理装置、処理容器および半導体装置の製造方法 |
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|---|---|---|---|---|
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| JPH04239742A (ja) * | 1991-01-23 | 1992-08-27 | Oki Electric Ind Co Ltd | 半導体装置製造における膜厚測定方法 |
| JP3140068B2 (ja) * | 1991-01-31 | 2001-03-05 | 東京エレクトロン株式会社 | クリーニング方法 |
| JP3415491B2 (ja) * | 1999-06-24 | 2003-06-09 | Ｎｅｃエレクトロニクス株式会社 | シリコン窒化膜の成膜方法 |
| US6328221B1 (en) * | 2000-02-09 | 2001-12-11 | Moore Epitaxial, Inc. | Method for controlling a gas injector in a semiconductor processing reactor |
-
2001
- 2001-03-28 JP JP2001093787A patent/JP3836329B2/ja not_active Expired - Fee Related
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2002
- 2002-03-27 KR KR10-2002-0016639A patent/KR100515864B1/ko not_active IP Right Cessation
- 2002-03-28 US US10/107,299 patent/US6867054B2/en not_active Expired - Fee Related
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| WO2020194414A1 (ja) * | 2019-03-22 | 2020-10-01 | 株式会社Ｋｏｋｕｓａｉ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ | 基板処理装置、半導体装置の製造方法および記録媒体 |
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| JP7189326B2 (ja) | 2019-03-22 | 2022-12-13 | 株式会社Kokusai Electric | 基板処理装置、半導体装置の製造方法およびプログラム |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US20020142497A1 (en) | 2002-10-03 |
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