JP4031174B2

JP4031174B2 - Film formation process evaluation apparatus, film formation process evaluation method, and computer readable recording medium storing film formation process evaluation program

Info

Publication number: JP4031174B2
Application number: JP2000085032A
Authority: JP
Inventors: 繁木下
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2000-03-24
Filing date: 2000-03-24
Publication date: 2008-01-09
Anticipated expiration: 2020-03-24
Also published as: JP2001274152A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体素子や液晶等の成膜プロセスにおいて形成される堆積膜の膜質を評価するための成膜プロセス評価装置、成膜プロセス評価方法、および成膜プロセス評価プログラムを格納したコンピュータ読取り可能な記録媒体に関し、特に、成膜プロセスに係る複数の物理現象の堆積膜形成に対する寄与率を現象毎に抽出、抽出した寄与率に基づいて堆積膜の膜質を評価することにより、半導体素子の製造プロセス条件を精度良く決定し、半導体素子製造プロ
セスの歩留まりを向上させる技術に係る。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition：化学気相成長）成膜プロセスにおいてはイオンやラジカル（中性活性種）等の複数の成膜種、ＨＤＰ−ＣＶＤ（High Density Plasma−ＣＶＤ、高密度プラズマＣＶＤ）成膜プロセスにおいてはアルゴンイオンによるスパッタエッチング現象等、成膜プロセスにおいては複数の現象が堆積膜の形成に寄与することが知られている。
【０００３】
このような背景から、近年、成膜プロセスに係る複数の物理現象をモデル化し、物理モデルに基づいて成膜プロセスにより形成される堆積膜の形状を評価する成膜形状シミュレーション（以下、成膜プロセス評価装置と表記）が積極的に利用されるようになってきた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来までの成膜プロセス評価装置においては、成膜プロセスにより形成される堆積膜は、基板の位置に関係なく均一な性質であるとして扱われるために、膜質の不均一性等、堆積膜の膜質までは評価することができない。
【０００５】
一般に、成膜プロセスにおいては、成膜種の気相中での振る舞いや基板表面における反応確率は現象毎に異なるために、トレンチ等の凹凸がある基板に対する成膜プロセス等の場合、堆積膜の形成に寄与する現象毎の割合（以下、寄与率と表記）は場所によって異なり、堆積膜の膜質が場所によって変化する。このような膜質の変化は、堆積膜が絶縁膜である場合には誘電率が変化する等、半導体素子の電気特性に影響を与えることもあるので、半導体素子製造プロセスの一層の歩留まり向上を実現していくためには、堆積膜の膜質評価が欠くことができない。
【０００６】
本発明は、このような問題点を鑑みてなされたものであり、その目的は、半導体素子製造プロセスの歩留まりを向上させる成膜プロセス評価装置、成膜プロセス評価方法、および成膜プロセス評価プログラムを格納したコンピュータ読み取り可能な記録媒体を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の技術的課題を解決する手段として、本発明は以下の特徴を有する。
【０００８】
本発明の第１の特徴は、成膜プロセスにより形成される堆積膜の膜質を評価するための成膜プロセス評価装置において、堆積膜の形成に寄与する複数の物理現象毎の成膜速度を示す数式を用いて、堆積膜の表面上の複数の点の各点において、堆積膜の形成に寄与する複数の物理現象毎の成膜速度を算出する速度ベクトル抽出部と、前記複数の物理現象又は当該複数の物理現象から選択された物理現象の成膜速度の総和を算出し、各物理現象の成膜速度を算出された総和で除算することにより、堆積膜の形成に寄与する割合を寄与率として物理現象毎に抽出する寄与率抽出部と、前記寄与率抽出部により抽出された寄与率に基づいて、堆積膜の膜質を評価するための寄与率の分布状態を物理現象毎に出力する制御部とを具備する成膜プロセス評価装置であることにある。
【０００９】
これにより、堆積膜内部の情報を収集し、堆積膜の膜質を評価するための情報を得ることができる。
【００１０】
本発明の第２の特徴は、成膜プロセスにより形成される堆積膜の膜質を評価する成膜プロセス評価方法において、堆積膜の形成に寄与する複数の物理現象毎の成膜速度を示す数式を用いて、堆積膜の表面上の複数の点の各点において、堆積膜の形成に寄与する複数の物理現象毎の成膜速度を算出するステップと、前記複数の物理現象又は当該複数の物理現象から選択された物理現象の成膜速度の総和を算出し、各物理現象の成膜速度を算出された総和で除算することにより、堆積膜の形成に寄与する割合を寄与率として物理現象毎に抽出するステップと、抽出された寄与率に基づいて寄与率の分布状態を物理現象毎に出力するステップと、出力された物理現象毎の寄与率の分布状態を参照して堆積膜の膜質を評価するステップとを有する成膜プロセス評価方法であることにある。
【００１１】
これにより、堆積膜内部の情報を収集し、堆積膜の膜質を評価するための情報を得ることができる。
【００１２】
本発明の第３の特徴は、成膜プロセスにより形成される堆積膜の膜質を評価するための成膜プロセス評価プログラムを格納したコンピュータ読取り可能な記録媒体において、堆積膜の形成に寄与する複数の物理現象毎の成膜速度を示す数式を用いて、堆積膜の表面上の複数の点の各点において、堆積膜の形成に寄与する複数の物理現象毎の成膜速度を算出する処理と、前記複数の物理現象又は当該複数の物理現象から選択された物理現象の成膜速度の総和を算出し、各物理現象の成膜速度を算出された総和で除算することにより、堆積膜の形成に寄与する割合を寄与率として物理現象毎に抽出する処理と、抽出された寄与率に基づいて、堆積膜の膜質を評価するための寄与率の分布状態を物理現象毎に出力する処理とを含み、これらの処理をコンピュータに実行させる成膜プロセス評価プログラムを格納したコンピュータ読取り可能な記録媒体であることにある。
【００１３】
これにより、堆積膜内部の情報を収集し、堆積膜の膜質を評価するための情報を得ることができる。
【００１６】
ここで、記録媒体とは、例えば、半導体メモリ、磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、磁気テープ、デジタルビデオディスク等、プログラムを記録することができるコンピュータ読み取り可能な媒体や信号等の通信媒体を意味するものとする。
【００１７】
なお、複数の物理現象の中には、異なる２種類以上の成膜種による成膜現象や、１種類以上の成膜種による成膜現象と少なくとも１種類以上のエッチング現象とがモデル化されていることが望ましく、エッチング現象としては、スパッタエッチング、ケミカルエッチング、ＲＩＥ等が考えられる。
【００１８】
また、各物理現象の成膜への寄与率（割合）は、現象毎の成膜レートの総和に対する各物理現象のレートの比率として抽出しても良いし、複数の物理現象の中から選択された現象の成膜レートに対する各物理現象の成膜レートの比率として抽出しても良い。また、この際、物理現象がエッチング現象である時には、エッチング現象は堆積膜の形成方向に対して負の方向に寄与するとして割合を抽出することが望ましい。
【００１９】
これにより、割合に関する情報を容易に抽出することができる。
【００２０】
さらに、堆積膜の表面上の点毎に点の座標値および物理現象毎の割合を保存するようにすると良い。
【００２１】
これにより、評価終了後も割合に関する情報を有効的に活用することができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、図１乃至図８を参照して、本発明の実施形態に係わる成膜プロセス評価装置、成膜プロセス評価方法、成膜プロセス評価プログラムを格納したコンピュータ読取り可能な記録媒体および半導体素子製造方法の構成および作用について詳しく説明する。なお、以下の説明においては、堆積膜の形状変化点を導出するための速度ベクトルはストリングモデルに基づいて抽出するものとするが、本発明の技術的範囲はこれに限られることはなく、速度ベクトルを抽出することができるのであらばどのようなモデルを用いても良く、例えば、レベルセット法を利用したモデルに対しても適用することができる。
【００２３】
（成膜プロセス評価装置）
図１は、本発明の実施形態に係る成膜プロセス評価装置の構成を示すブロック図である。
【００２４】
本発明の実施形態に係る成膜プロセス評価装置１１０は、図１に示すように、外部から信号の入出力を制御する入出力インタフェイス部１１１、装置１１０内の構成要素の各種処理を制御する制御部１１２、成膜プロセスにより形成される堆積膜表面上の点における速度ベクトルを抽出する速度ベクトル抽出部１１３、成膜プロセスに伴う堆積膜表面の形状変化を抽出する表面形状抽出部１１４、堆積膜中の各メッシュポイントにおける成膜プロセスに係る物理現象毎の寄与率を抽出する物理現象寄与率抽出部１１５、堆積膜中の各メッシュポイント毎に座標値と物理現象毎の寄与率を記憶する記憶部１１６、成膜処理後の最終形状および物理現象毎の寄与率を参照して半導体素子の製造条件を決定する製造条件決定部１１７を備える。
【００２５】
ここで、成膜プロセス評価装置１１０は、決定した半導体素子の成膜プロセス条件に基づいて半導体素子を製造する半導体素子製造装置１２３と接続し、半導体素子製造システムを構成しており、また、装置１１０は、成膜時間等、成膜プロセス評価装置１１０に係る制御パラメータ等を入力する入力部１２１、寄与率情報等、成膜プロセス評価装置１１０からの出力情報やエラー情報を出力する出力部１２２と接続されている。なお、入力部１２１としてはキーボードやマウスポインタ、出力部１２２としてはディスプレイやプリンタを用いることが考えられる。
【００２６】
また、入出力インタフェイス部１１１は、出力部２１に表示された情報を通じてユーザが成膜プロセス評価装置１１０内の構成要素の制御が可能なように、グラフィカルユーザインタフェイスであることが望ましい。
【００２７】
（成膜プロセス評価方法、半導体素子製造方法）
図２は、本発明の実施形態に係る半導体素子製造方法を示すフローチャート図である。
【００２８】
本発明の実施形態に係る半導体素子製造方法により半導体素子製造処理を行う場合には以下の処理ステップを実行する。
【００２９】
（１）成膜処理を施す基板表面の形状を表す表面形状情報Φ（ｔ）を入力部１２１を介して速度ベクトル抽出部１１３に入力する（表面形状情報入力ステップ、Ｓ２０１）。
【００３０】
（２）成膜プロセス時間Ｔ＿ｄｅｐｏ、成膜形状シミュレーションの時間ステップΔｔ等の設定情報を入力部１２１を介して速度ベクトル抽出部１１３に入力する（設定情報入力ステップ、Ｓ２０２）。
【００３１】
（３）速度ベクトル抽出部１１３が、入力された表面形状情報Φ（ｔ）の端点を点Ｐに設定する（設定ステップ（Ｉ）、Ｓ２０３）。
【００３２】
（４）速度ベクトル抽出部１１３が、時刻ｔにおける点Ｐの速度ベクトルを抽出する（速度ベクトル抽出ステップ、Ｓ２０４）。
【００３３】
ここで、速度ベクトルとは、図４（ａ）に示すように、点Ｐから形状変化後の点Ｐ’へと伸びるベクトルを意味し、その大きさは点Ｐにおける成膜プロセスに係る各物理現象の成膜レートを算出、成膜レートの総和を求めることにより決定される。
【００３４】
（５）表面形状抽出部１１４が、抽出された速度ベクトルを用いて、時刻ｔ＋Δｔにおける堆積膜表面の点Ｐ’を抽出する（形状変化点抽出ステップ、Ｓ２０５）。
【００３５】
（６）成膜現象寄与率抽出部１１５が、点Ｐにおける成膜プロセスに係る各現象の寄与率を抽出し、記憶部１１６に点Ｐの座標値と各現象の寄与率を保存する（寄与率抽出、保存ステップ、Ｓ２０６）。一般にストリングモデルを用いた計算手法では堆積膜の表面形状が変化すると前の堆積膜の表面形状に関する情報は失われてしまうが、この処理によれば、形状変化前の座標値および各現象の寄与率が保存されているので、形状変化後も、ユーザは、図４（ｂ）に示すように、堆積膜内の各メッシュポイント４０において、成膜現象の寄与率を知ることができるのである。
【００３６】
なお、本実施形態においては、各現象の寄与率を、図５に示すように、成膜プロセスの物理現象毎のレートを用いて抽出する。すなわち、成膜レートの総和に対する各物理現象のレートの比率を抽出し、その値を各物理現象の成膜プロセスに対する寄与率とするのである。ここでは、表面上の任意の点における各現象のモデルから算出された成膜速度の大きさを、単に成膜レートと表現している。成膜レートの代わりに成膜速度、成長速度、速度関数、速度ベクトル、速度など別の表現を用いても、その大きさの比率から各現象の寄与率を抽出するのであれば、その意味するところは本実施形態と同じである。
【００３７】
ここで、図５（ａ）、（ｂ）に示す式において、Ｒ（Ｄｉ）、Ｒ（Ｅｊ）はそれぞれ、物理現象の一つである、成膜現象Ｄｉ、エッチング現象Ｅｊのレートを示し、いづれも正の値である。また、添字ｉ、ｊはそれぞれ、成膜種、エッチング種を示す。さらに、エッチング現象としては、スパッタエッチング、ケミカルドライエッチング、ＲＩＥ等の現象が考えられ、エッチング現象の場合には、エッチング現象は堆積膜の膜厚を減らす方向（逆方向）に寄与するので、負の符号を付与して寄与率とする。
【００３８】
なお、各現象の寄与率を、複数の物理現象の中から選択された現象の成膜レートに対する各物理現象の成膜レートの比率として抽出するようにしても良い。
【００３９】
（７）制御部１１２が、表面形状情報Φ（ｔ）上の全ての点について寄与率を抽出したか否か判別する（判別ステップ（Ｉ）、Ｓ２０７）。
【００４０】
判別の結果、表面形状情報Φ（ｔ）上の全ての点について寄与率を抽出した場合には（表面形状作成ステップ、Ｓ２０９）へ、一方、抽出していない場合には（設定ステップ（ＩＩ）、Ｓ２０８）へ移行する。
【００４１】
（８）寄与率を抽出していない点Ｐに隣接する点を次の点Ｐに設定し（設定ステップ（ＩＩ）、Ｓ２０８）、（速度ベクトル抽出ステップ、Ｓ２０５）に再び戻る。
【００４２】
（９）表面形状抽出部１１４が、抽出した点Ｐ’の集合を用いて時刻ｔ＋Δｔにおける表面形状Φ（ｔ＋Δｔ）を作成する（表面形状作成ステップ、Ｓ２０９）。
【００４３】
（１０）制御部１１２が、時刻ｔ＋Δｔが設定された成膜プロセス時間Ｔ＿ｄｅｐｏ以上であるか否か判別する（判別ステップ（ＩＩ）、Ｓ２１０）。
【００４４】
判別の結果、成膜プロセス時間Ｔ＿ｄｅｐｏ以上である場合には（最終形状、寄与率情報出力ステップ、Ｓ２１２）へ、一方、成膜プロセス時間Ｔ＿ｄｅｐｏ以下である場合には（時間インクリメントステップ、Ｓ２１１）へ移行する。
【００４５】
（１１）制御部１１２が、時刻ｔ＋Δｔをｔに設定し（時間インクリメントステップ、Ｓ２１１）、再び（設定ステップ（Ｉ）、Ｓ２０３）へ戻る。
【００４６】
（１２）制御部１１２が、記憶部１１６に記憶された成膜プロセス終了後の最終形状Φ（Ｔ＿ｄｅｐｏ）および寄与率情報を出力部１２２に出力する（最終形状、寄与率情報出力ステップ、Ｓ２１２）。
【００４７】
（１３）ユーザが出力された最終形状Φ（Ｔ＿ｄｅｐｏ）および寄与率情報を参照して、半導体素子の成膜プロセス条件を決定する（製造条件決定ステップ、Ｓ２１３）。
【００４８】
（１４）製造条件決定部１１７が、決定された成膜プロセス条件を半導体素子製造装置１２３に送り、半導体素子製造装置１２３がその製造プロセス条件に基づいて半導体素子を製造する（製造処理ステップ、Ｓ２１４）。
【００４９】
ここで、寄与率情報の出力処理は、例えば、図３に示す処理により行うことが考えられる。以下、図３を参照して、寄与率情報の出力処理について説明する。
【００５０】
本発明の実施形態に係る出力処理により寄与率情報を出力する際は以下の処理ステップを実行する。
【００５１】
（１）ユーザが、入力部１２１を介して、制御部１１２に記憶部１１６から出力する所望の現象を選択する（現象選択ステップ、Ｓ３０１）。
【００５２】
（２）ユーザが、入力部１２１を介して、制御部１１２に記憶部１１６から出力する物理現象の寄与率Ｃの刻み幅ｄを入力する（刻み幅設定ステップ、Ｓ３０２）。
【００５３】
（３）制御部１１２が記憶部１１６内の座標情報に基づいてメッシュポイントを発生する（メッシュ発生ステップ、Ｓ３０３）。
【００５４】
（４）制御部１１２が寄与率Ｃのカウンタを０に設定する（カウンタ設定ステップ、Ｓ３０４）。
【００５５】
（５）制御部１１２が、寄与率がＣである座標点を抽出する（座標抽出ステップ、Ｓ３０５）。
【００５６】
ここで、抽出する寄与率Ｃが記憶部１１６内に保存されている値の間にある場合は、例えば図５に示すように、線形補間処理等によりその座標値を抽出すると良い。
【００５７】
（６）制御部１１２が、抽出された寄与率がＣである点を結び、図７（ａ）に示すように、境界線を作成、出力部１２２に出力する（境界線作成・表示ステップ、Ｓ３０６）。
【００５８】
（７）制御部１１２が、寄与率Ｃの値を刻み幅ｄだけインクリメントする（インクリメントステップ、Ｓ３０７）。
【００５９】
（８）制御部１１２が、寄与率Ｃの値が１００以上であるか否か判別する（判別ステップ、Ｓ３０８）。
【００６０】
判別の結果、１００以上である場合には寄与率情報出力処理を終了し、一方、１００以下である場合には（座標抽出ステップ、Ｓ３０５）へ移行する。
【００６１】
このように、この出力処理によれば、寄与率Ｃの刻み幅ｄに応じて寄与率の境界線を求める処理を繰り返すことにより、寄与率の分布状態（等高線図等）を出力することが可能となり、図７（ｂ）に示すような、成膜プロセスに係る物理現象の一つである、イオンによる成膜現象の寄与率の分布状態を簡単に知ることができるのである。プラズマＣＶＤによる酸化膜の成膜プロセスにおいては、トレンチ内部に膜密度の低い領域ができることがあるが、この膜密度の低い領域はイオンの寄与率が低い領域と相関を持つと考えられ、図７（ｂ）に示したような情報からプロセス改善の指針を得ることができる。
【００６２】
なお、本発明の実施形態に係わる成膜プロセス評価装置およびその方法は、ＨＤＰ−ＣＶＤを用いた酸化膜のトレンチ内部への埋め込みプロセスにも応用することが可能である。すなわち、ＨＤＰ−ＣＶＤプロセスの際、Ａｒイオンによるエッチングレートの酸化膜成膜レートに対する比率（E/D ratio）が高くなると、埋め込み性が悪くなるとの報告があるが、本発明の実施形態に係わる成膜プロセス評価装置およびその方法によれば、様々なトレンチ形状やプロセス条件に対して、E/D ratioの分布をを求めることにより、インテグレーションの立場からのプロセス最適化への指針を得ることができる。
【００６３】
また、本発明の実施形態に係わる成膜プロセス評価装置は、例えば、図８に示すような概観を有する。つまり、本発明の実施形態に係わ成膜プロセス評価装置は、コンピュータシステム８０内に成膜プロセス評価装置の各要素を内蔵することにより構成される。コンピュータシステム８０は、フロッピーディスクドライブ８２および光ディスクドライブ８４を備えている。そして、フロッピーディスクドライブ８２に対してはフロッピーディスク８３、光ディスクドライブ８４に対しては光ディスク８６をそれぞれ挿入し、所定の読み出し操作を行うことにより、これらの記録媒体に格納された成膜プロセス評価プログラムをコンピュータシステム８０内にインストールすることができる。また、適当なドライブ装置をコンピュータシステム８０に接続することにより、例えば、メモリ装置の役割を担うＲＯＭ８５や、磁気テープ装置の役割を担うカートリッジ８６を用いて、成膜プロセス評価プログラムのインストールを実行することも可能である。
【００６４】
また、本発明の実施形態に係わる成膜プロセス評価方法は、プログラム化しコンピュータ読み取り可能な記録媒体内に格納しても良い。そして、成膜プロセス評価プログラムを実行する際は、この記録媒体をコンピュータシステムに読み込ませ、コンピュータシステム内のメモリ等の記録部に成膜プロセス評価プログラムを格納し、成膜プロセス評価プログラム中の処理を実行させることにより、本発明の実施形態に係わる成膜プロセス評価方法およびその装置をコンピュータシステム上で実現することができる。ここで、記録媒体とは、例えば、半導体メモリ、磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、磁気テープ、デジタルビデオディスク等、プログラムを記録することができるコンピュータ読み取り可能な媒体や信号等の通信媒体を意味する。
【００６５】
このように、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態を包含するということは十分に理解すべきである。したがって、本発明はこの開示から妥当な特許請求の範囲に係わる発明特定事項によってのみ限定されるものでなければならない。
【００６６】
【発明の効果】
以上述べてきたように、本発明の成膜プロセス評価装置、成膜プロセス評価方法、成膜プロセス評価プログラムを格納したコンピュータ読み取り可能な記録媒体によれば、堆積膜の形成に寄与する物理現象毎の割合（寄与率）を抽出することができるので、堆積膜の膜質を評価することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係わる半導体素子製造システムの構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施形態に係わる半導体素子製造方法を示すフローチャート図である。
【図３】本発明の実施形態に係わる寄与率情報出力処理を示すフローチャート図である。
【図４】本発明の実施形態に係る成膜プロセス評価方法を説明するための図である。
【図５】本発明の実施形態に係る成膜プロセス評価方法を説明するための図である。
【図６】本発明の実施形態に係る成膜プロセス評価方法を説明するための図である。
【図７】本発明の実施形態に係る成膜プロセス評価方法を説明するための図である。
【図８】本発明の実施形態に係わる成膜プロセス評価装置の概観を示す図である。
【符号の説明】
４０、６０、７０メッシュポイント
８０コンピュータシステム
８１ディスプレイ
８２フロッピーディスクドライブ
８３フロッピーディスク
８４光ディスクドライブ
８５キーボード
８６光ディスク
８７ＲＯＭ
８８カートリッジ
１００半導体素子製造システム
１１０成膜プロセス評価装置
１１１入出力インタフェイス部
１１２制御部
１１３速度ベクトル抽出部
１１４表面形状抽出部
１１５物理現象抽出部
１１６記憶部
１１７製造条件決定部
１２１入力部
１２２出力部
１２３半導体素子製造装置[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a film formation process evaluation apparatus, a film formation process evaluation method, and a computer readable computer storing a film formation process evaluation program for evaluating the film quality of a deposited film formed in a film formation process such as a semiconductor element or a liquid crystal. related to Do recording medium, in particular, by evaluating the quality of the deposited film on the basis of the contribution to the deposited film forming a plurality of physical phenomena relating to the deposition process extracted for each behavior, extracted contribution ratio, the semiconductor element The present invention relates to a technique for accurately determining manufacturing process conditions and improving the yield of a semiconductor element manufacturing process.
[0002]
[Prior art]
In general, in a CVD (Chemical Vapor Deposition) film forming process, a plurality of film forming species such as ions and radicals (neutral active species), HDP-CVD (High Density Plasma-CVD) It is known that a plurality of phenomena contribute to the formation of a deposited film in the film formation process, such as a sputter etching phenomenon caused by argon ions in the film formation process.
[0003]
Against this background, in recent years, a film-forming shape simulation (hereinafter referred to as a film-forming process) that models a plurality of physical phenomena related to the film-forming process and evaluates the shape of the deposited film formed by the film-forming process based on the physical model. The evaluation device) has been actively used.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, in conventional film forming process evaluation apparatuses, the deposited film formed by the film forming process is treated as having a uniform property regardless of the position of the substrate. The quality of the film cannot be evaluated.
[0005]
In general, in the film forming process, the behavior of the film forming species in the gas phase and the reaction probability on the substrate surface vary depending on the phenomenon. The ratio of each phenomenon that contributes to formation (hereinafter referred to as contribution rate) varies depending on the location, and the film quality of the deposited film varies depending on the location. Such a change in film quality may affect the electrical characteristics of the semiconductor element, such as a change in dielectric constant when the deposited film is an insulating film, thus further improving the yield of the semiconductor element manufacturing process. In order to do so, evaluation of the film quality of the deposited film is indispensable.
[0006]
The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to provide a film formation process evaluation apparatus, a film formation process evaluation method, and a film formation process evaluation program for improving the yield of a semiconductor element manufacturing process. An object of the present invention is to provide a stored computer-readable recording medium.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
As means for solving the above technical problem, the present invention has the following features.
[0008]
A first feature of the present invention is a film formation process evaluation apparatus for evaluating film quality of a deposited film formed by a film formation process, and shows film formation speeds for each of a plurality of physical phenomena that contribute to the formation of the deposited film. Using a mathematical formula, at each of a plurality of points on the surface of the deposited film, a velocity vector extracting unit that calculates a film forming speed for each of the plurality of physical phenomena contributing to the formation of the deposited film, and the plurality of physical phenomena or Calculate the sum of the film formation rates of the physical phenomena selected from the plurality of physical phenomena, and divide the film formation rate of each physical phenomenon by the calculated sum to determine the contribution ratio of the deposited film formation. A contribution rate extraction unit for each physical phenomenon and a control for outputting the distribution state of the contribution rate for each physical phenomenon based on the contribution rate extracted by the contribution rate extraction unit. deposition process Review of and a part It lies in a device.
[0009]
As a result, information inside the deposited film can be collected and information for evaluating the film quality of the deposited film can be obtained.
[0010]
A second feature of the present invention is a film formation process evaluation method for evaluating the film quality of a deposited film formed by a film formation process, wherein a mathematical expression indicating a film formation speed for each of a plurality of physical phenomena contributing to the formation of the deposited film is provided. A step of calculating a deposition rate for each of a plurality of physical phenomena contributing to the formation of the deposited film at each of a plurality of points on the surface of the deposited film, and the plurality of physical phenomena or the plurality of physical phenomena Calculate the sum of the film formation rates of the physical phenomena selected from the above, and divide the film formation rate of each physical phenomenon by the calculated sum to determine the contribution rate of the deposited film as a contribution rate for each physical phenomenon. The step of extracting, the step of outputting the distribution state of the contribution rate for each physical phenomenon based on the extracted contribution rate, and evaluating the film quality of the deposited film with reference to the distribution state of the contribution rate for each output physical phenomenon Film forming step There to be a process evaluation method.
[0011]
As a result, information inside the deposited film can be collected and information for evaluating the film quality of the deposited film can be obtained.
[0012]
According to a third aspect of the present invention, there is provided a computer-readable recording medium storing a film formation process evaluation program for evaluating film quality of a deposited film formed by a film formation process. A process for calculating a film formation rate for each of a plurality of physical phenomena that contributes to the formation of the deposited film at each of a plurality of points on the surface of the deposited film using a mathematical formula indicating a film formation rate for each physical phenomenon; By calculating the sum of the film formation rates of the plurality of physical phenomena or a physical phenomenon selected from the plurality of physical phenomena, and dividing the film formation rate of each physical phenomenon by the calculated sum, it is possible to form a deposited film. Including a process for extracting the contribution ratio for each physical phenomenon as a contribution ratio, and a process for outputting the distribution state of the contribution ratio for each physical phenomenon based on the extracted contribution ratio to evaluate the film quality of the deposited film. , These processes It lies in a computer-readable recording medium which stores a deposition process evaluation program executed by a computer.
[0013]
As a result, information inside the deposited film can be collected and information for evaluating the film quality of the deposited film can be obtained.
[0016]
Here, the recording medium means a computer-readable medium capable of recording a program, such as a semiconductor memory, a magnetic disk, an optical disk, a magneto-optical disk, a magnetic tape, a digital video disk, or a communication medium such as a signal. It shall be.
[0017]
In addition, among a plurality of physical phenomena, a film forming phenomenon caused by two or more different film forming species, a film forming phenomenon caused by one or more kinds of film forming species, and at least one kind of etching phenomenon are modeled. It is desirable that the etching phenomenon includes sputter etching, chemical etching, RIE, and the like.
[0018]
Further, the contribution rate (ratio) of each physical phenomenon to the film formation may be extracted as a ratio of the rate of each physical phenomenon to the total film formation rate for each phenomenon, or selected from a plurality of physical phenomena. Alternatively, it may be extracted as a ratio of the film formation rate of each physical phenomenon to the film formation rate of the above phenomenon. At this time, when the physical phenomenon is an etching phenomenon, it is desirable to extract the ratio because the etching phenomenon contributes to a negative direction with respect to the formation direction of the deposited film.
[0019]
Thereby, the information regarding a ratio can be extracted easily.
[0020]
Furthermore, it is preferable to store the coordinate value of each point and the ratio for each physical phenomenon for each point on the surface of the deposited film.
[0021]
Thereby, the information regarding the ratio can be effectively utilized even after the evaluation is completed.
[0022]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
1 to 8, a film formation process evaluation apparatus, a film formation process evaluation method, a computer-readable recording medium storing a film formation process evaluation program, and a semiconductor element manufacturing method according to an embodiment of the present invention will be described below. The configuration and operation of the will be described in detail. In the following description, the velocity vector for deriving the shape change point of the deposited film is extracted based on the string model, but the technical scope of the present invention is not limited to this, and the velocity vector Any model can be used as long as the vector can be extracted. For example, the present invention can be applied to a model using the level set method.
[0023]
(Deposition process evaluation equipment)
FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of a film formation process evaluation apparatus according to an embodiment of the present invention.
[0024]
As shown in FIG. 1, a film formation process evaluation apparatus 110 according to an embodiment of the present invention controls an input / output interface unit 111 that controls input / output of signals from the outside, and various processes of components in the apparatus 110. Control unit 112, speed vector extraction unit 113 for extracting a velocity vector at a point on the surface of the deposited film formed by the film formation process, surface shape extraction unit 114 for extracting a shape change of the deposited film surface accompanying the film formation process, deposition A physical phenomenon contribution rate extraction unit 115 that extracts a contribution rate for each physical phenomenon related to a film formation process at each mesh point in the film, and stores a coordinate value and a contribution rate for each physical phenomenon for each mesh point in the deposited film. The storage unit 116 includes a manufacturing condition determination unit 117 that determines the manufacturing conditions of the semiconductor element with reference to the final shape after the film forming process and the contribution rate for each physical phenomenon.
[0025]
Here, the film formation process evaluation apparatus 110 is connected to the semiconductor element manufacturing apparatus 123 that manufactures a semiconductor element based on the determined film formation process conditions of the semiconductor element, and constitutes a semiconductor element manufacturing system. Reference numeral 110 denotes an input unit 121 that inputs control parameters and the like related to the film formation process evaluation apparatus 110 such as film formation time, and an output unit 122 that outputs output information and error information from the film formation process evaluation apparatus 110 such as contribution rate information. Connected with. Note that a keyboard or mouse pointer may be used as the input unit 121, and a display or printer may be used as the output unit 122.
[0026]
The input / output interface unit 111 is preferably a graphical user interface so that the user can control the components in the film formation process evaluation apparatus 110 through information displayed on the output unit 21.
[0027]
(Film formation process evaluation method, semiconductor element manufacturing method)
FIG. 2 is a flowchart showing a semiconductor device manufacturing method according to the embodiment of the present invention.
[0028]
When performing the semiconductor element manufacturing process by the semiconductor element manufacturing method according to the embodiment of the present invention, the following processing steps are executed.
[0029]
(1) Surface shape information Φ (t) representing the shape of the substrate surface to be subjected to the film formation process is input to the velocity vector extraction unit 113 via the input unit 121 (surface shape information input step, S201).
[0030]
(2) Setting information such as a film forming process time T_depo and a time step Δt of film forming shape simulation is input to the velocity vector extracting unit 113 through the input unit 121 (setting information input step, S202).
[0031]
(3) The velocity vector extraction unit 113 sets the end point of the input surface shape information Φ (t) as the point P (setting step (I), S203).
[0032]
(4) The speed vector extraction unit 113 extracts the speed vector at the point P at time t (speed vector extraction step, S204).
[0033]
Here, the velocity vector means a vector extending from the point P to the point P ′ after the shape change, as shown in FIG. 4A, and the magnitude thereof is each physical property related to the film forming process at the point P. It is determined by calculating the film formation rate of the phenomenon and calculating the sum of the film formation rates.
[0034]
(5) The surface shape extraction unit 114 extracts the point P ′ on the surface of the deposited film at time t + Δt using the extracted velocity vector (shape change point extraction step, S205).
[0035]
(6) The film formation phenomenon contribution rate extraction unit 115 extracts the contribution rate of each phenomenon related to the film formation process at the point P, and stores the coordinate value of the point P and the contribution rate of each phenomenon in the storage unit 116 (contribution Rate extraction and storage step, S206). In general, when the surface shape of a deposited film changes in a calculation method using a string model, information on the surface shape of the previous deposited film is lost, but this process contributes to the coordinate values before the shape change and the contribution of each phenomenon. Since the rate is stored, the user can know the contribution rate of the film formation phenomenon at each mesh point 40 in the deposited film as shown in FIG. 4B even after the shape change.
[0036]
In the present embodiment, the contribution rate of each phenomenon is extracted using the rate for each physical phenomenon of the film forming process as shown in FIG. That is, the ratio of the rate of each physical phenomenon to the sum of the film formation rates is extracted, and the value is used as the contribution rate of each physical phenomenon to the film formation process. Here, the magnitude of the deposition rate calculated from the model of each phenomenon at an arbitrary point on the surface is simply expressed as the deposition rate. Even if another expression such as film formation speed, growth speed, speed function, speed vector, speed, etc. is used instead of the film formation rate, it means that if the contribution ratio of each phenomenon is extracted from the ratio of the size. However, this is the same as this embodiment.
[0037]
Here, in the equations shown in FIGS. 5A and 5B, R (Di) and R (Ej) represent rates of the film formation phenomenon Di and the etching phenomenon Ej, which are one of the physical phenomena, Both are positive values. Subscripts i and j indicate a film formation type and an etching type, respectively. Furthermore, the etching phenomenon may be a phenomenon such as sputter etching, chemical dry etching, RIE, etc. In the case of the etching phenomenon, the etching phenomenon contributes to the direction of reducing the film thickness of the deposited film (reverse direction). Is given as a contribution rate.
[0038]
The contribution rate of each phenomenon may be extracted as the ratio of the film formation rate of each physical phenomenon to the film formation rate of the phenomenon selected from a plurality of physical phenomena.
[0039]
(7) The control unit 112 determines whether or not contribution rates have been extracted for all points on the surface shape information Φ (t) (determination step (I), S207).
[0040]
As a result of the discrimination, if contribution ratios are extracted for all points on the surface shape information Φ (t), the process proceeds to (surface shape creation step, S209), whereas if not extracted (set step (II)). , S208).
[0041]
(8) The point adjacent to the point P from which the contribution rate is not extracted is set as the next point P (setting step (II), S208), and the process returns to the (speed vector extracting step, S205) again.
[0042]
(9) The surface shape extraction unit 114 creates a surface shape Φ (t + Δt) at time t + Δt using the set of extracted points P ′ (surface shape creation step, S209).
[0043]
(10) The control unit 112 determines whether or not the time t + Δt is equal to or longer than the set film formation process time T_depo (determination step (II), S210).
[0044]
If it is determined that the film formation process time is T_depo or more (final shape, contribution rate information output step, S212), on the other hand, if it is less than the film formation process time T_depo (time increment step, S211). Transition.
[0045]
(11) The control unit 112 sets time t + Δt to t (time increment step, S211), and returns to (setting step (I), S203) again.
[0046]
(12) The control unit 112 outputs the final shape Φ (T_depo) and contribution rate information after the film formation process stored in the storage unit 116 to the output unit 122 (final shape and contribution rate information output step, S212). .
[0047]
(13) With reference to the final shape Φ (T_depo) and contribution rate information output by the user, the film formation process conditions of the semiconductor element are determined (manufacturing condition determination step, S213).
[0048]
(14) The manufacturing condition determining unit 117 sends the determined film forming process condition to the semiconductor element manufacturing apparatus 123, and the semiconductor element manufacturing apparatus 123 manufactures the semiconductor element based on the manufacturing process condition (manufacturing process step, S214). ).
[0049]
Here, it is conceivable that the contribution rate information output process is performed by the process shown in FIG. 3, for example. Hereinafter, the contribution rate information output processing will be described with reference to FIG.
[0050]
When the contribution rate information is output by the output processing according to the embodiment of the present invention, the following processing steps are executed.
[0051]
(1) The user selects a desired phenomenon to be output from the storage unit 116 to the control unit 112 via the input unit 121 (phenomenon selection step, S301).
[0052]
(2) The user inputs the step size d of the contribution rate C of the physical phenomenon output from the storage unit 116 to the control unit 112 via the input unit 121 (step size setting step, S302).
[0053]
(3) The control unit 112 generates a mesh point based on the coordinate information in the storage unit 116 (mesh generation step, S303).
[0054]
(4) The control unit 112 sets the contribution rate C counter to 0 (counter setting step, S304).
[0055]
(5) The control part 112 extracts the coordinate point whose contribution rate is C (coordinate extraction step, S305).
[0056]
Here, when the contribution rate C to be extracted is between the values stored in the storage unit 116, the coordinate values may be extracted by linear interpolation processing or the like, for example, as shown in FIG.
[0057]
(6) The control unit 112 connects the points where the extracted contribution rate is C, and creates a boundary line and outputs it to the output unit 122 as shown in FIG. 7A (boundary line creation / display step, S306).
[0058]
(7) The control unit 112 increments the value of the contribution rate C by the increment d (increment step, S307).
[0059]
(8) The control unit 112 determines whether or not the value of the contribution rate C is 100 or more (determination step, S308).
[0060]
As a result of the determination, if it is 100 or more, the contribution rate information output process is terminated, whereas if it is 100 or less, the process proceeds to (coordinate extraction step, S305).
[0061]
As described above, according to this output process, it is possible to output the distribution state of the contribution rate (such as a contour map) by repeating the process of obtaining the boundary line of the contribution rate according to the step size d of the contribution rate C. Thus, as shown in FIG. 7B, it is possible to easily know the distribution state of the contribution rate of the film formation phenomenon by ions, which is one of the physical phenomena related to the film formation process. In the process of forming an oxide film by plasma CVD, a region having a low film density may be formed inside the trench, and the region having a low film density is considered to have a correlation with a region having a low contribution ratio of ions. Guidelines for process improvement can be obtained from the information shown in (b).
[0062]
The film formation process evaluation apparatus and method according to the embodiment of the present invention can also be applied to a process of filling an oxide film into the trench using HDP-CVD. That is, in the HDP-CVD process, there is a report that the embeddability deteriorates when the ratio (E / D ratio) of the etching rate by Ar ions to the oxide film formation rate is high. According to the deposition process evaluation apparatus and method, it is possible to obtain guidelines for process optimization from the standpoint of integration by obtaining the E / D ratio distribution for various trench shapes and process conditions. it can.
[0063]
Further, the film formation process evaluation apparatus according to the embodiment of the present invention has, for example, an overview as shown in FIG. That is, the film formation process evaluation apparatus according to the embodiment of the present invention is configured by incorporating each element of the film formation process evaluation apparatus in the computer system 80. The computer system 80 includes a floppy disk drive 82 and an optical disk drive 84. Then, a floppy disk 83 is inserted into the floppy disk drive 82 and an optical disk 86 is inserted into the optical disk drive 84, and a predetermined read operation is performed, so that a film formation process evaluation program stored in these recording media is stored. Can be installed in the computer system 80. Further, by connecting an appropriate drive device to the computer system 80, for example, the installation of the film forming process evaluation program is executed using the ROM 85 serving as the memory device and the cartridge 86 serving as the magnetic tape device. It is also possible.
[0064]
The film formation process evaluation method according to the embodiment of the present invention may be programmed and stored in a computer-readable recording medium. When executing the film formation process evaluation program, the recording system is read into a computer system, the film formation process evaluation program is stored in a recording unit such as a memory in the computer system, and the processing in the film formation process evaluation program is performed. By executing the above, the film forming process evaluation method and apparatus according to the embodiment of the present invention can be realized on a computer system. Here, the recording medium means a computer-readable medium capable of recording a program, such as a semiconductor memory, a magnetic disk, an optical disk, a magneto-optical disk, a magnetic tape, a digital video disk, or a communication medium such as a signal. To do.
[0065]
Thus, it should be fully understood that the present invention includes various embodiments not described herein. Therefore, the present invention should be limited only by the matters specifying the invention according to the scope of claims reasonable from this disclosure.
[0066]
【The invention's effect】
As described above, according to the computer-readable recording medium storing the film formation process evaluation apparatus, film formation process evaluation method, and film formation process evaluation program of the present invention, each physical phenomenon contributing to the formation of the deposited film is determined. Therefore, the film quality of the deposited film can be evaluated.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a semiconductor device manufacturing system according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a flow chart showing a semiconductor device manufacturing method according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a flowchart showing contribution rate information output processing according to the embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a diagram for explaining a film formation process evaluation method according to an embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a diagram for explaining a film formation process evaluation method according to an embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a diagram for explaining a film formation process evaluation method according to an embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a diagram for explaining a film formation process evaluation method according to an embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a diagram showing an overview of a film formation process evaluation apparatus according to an embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
40, 60, 70 Mesh point 80 Computer system 81 Display 82 Floppy disk drive 83 Floppy disk 84 Optical disk drive 85 Keyboard 86 Optical disk 87 ROM
88 Cartridge 100 Semiconductor Device Manufacturing System 110 Film Formation Process Evaluation Device 111 Input / Output Interface Unit 112 Control Unit 113 Speed Vector Extraction Unit 114 Surface Shape Extraction Unit 115 Physical Phenomenon Extraction Unit 116 Storage Unit 117 Manufacturing Condition Determination Unit 121 Input Unit 122 Output Part 123 Semiconductor device manufacturing apparatus

Claims

In the film formation process evaluation apparatus for evaluating the film quality of the deposited film formed by the film formation process,
Using a formula indicating the deposition rate for each of the plurality of physical phenomena contributing to the formation of the deposited film, at each point of the plurality of points on the surface of the deposited film, for each of the plurality of physical phenomena contributing to the formation of the deposited film. A velocity vector extraction unit for calculating a deposition rate;
By calculating the sum of the film formation rates of the plurality of physical phenomena or a physical phenomenon selected from the plurality of physical phenomena, and dividing the film formation rate of each physical phenomenon by the calculated sum, it is possible to form a deposited film. A contribution rate extraction unit that extracts the contribution rate for each physical phenomenon as a contribution rate ;
A control unit that outputs, for each physical phenomenon, a distribution state of a contribution rate for evaluating the film quality of the deposited film based on the contribution rate extracted by the contribution rate extraction unit. A film forming process evaluation apparatus.

2. The ratio according to claim 1, wherein when the etching phenomenon is included in the plurality of physical phenomena, the ratio is extracted on the assumption that the etching phenomenon contributes to a negative direction with respect to a formation direction of the deposited film. Film formation process evaluation equipment.

The film formation process evaluation apparatus according to claim 1, further comprising a storage unit that stores a coordinate value of each point and a ratio for each physical phenomenon for each point on the surface of the deposited film.

In the film formation process evaluation method for evaluating the film quality of the deposited film formed by the film formation process,
Using a formula indicating the deposition rate for each of the plurality of physical phenomena contributing to the formation of the deposited film, at each point of the plurality of points on the surface of the deposited film, for each of the plurality of physical phenomena contributing to the formation of the deposited film. Calculating a deposition rate;
By calculating the sum of the film formation rates of the plurality of physical phenomena or a physical phenomenon selected from the plurality of physical phenomena, and dividing the film formation rate of each physical phenomenon by the calculated sum, it is possible to form a deposited film. Extracting a contribution ratio for each physical phenomenon as a contribution ratio;
Outputting a contribution rate distribution state for each physical phenomenon based on the extracted contribution rate;
And a step of evaluating the film quality of the deposited film based on the distribution state of the contribution ratio for each physical phenomenon that is output .

5. The etching method according to claim 4, wherein when the plurality of physical phenomena include an etching phenomenon, the ratio is extracted assuming that the etching phenomenon contributes to a negative direction with respect to a formation direction of the deposited film. Film forming process evaluation method.

6. The film forming process evaluation method according to claim 4, further comprising a step of storing a point coordinate value and a ratio for each physical phenomenon for each point on the surface of the deposited film.

In a computer-readable recording medium storing a film formation process evaluation program for evaluating the film quality of a deposited film formed by the film formation process,
Using a formula indicating the deposition rate for each of the plurality of physical phenomena contributing to the formation of the deposited film, at each point of the plurality of points on the surface of the deposited film, for each of the plurality of physical phenomena contributing to the formation of the deposited film. A process for calculating the deposition rate;
By calculating the sum of the film formation rates of the plurality of physical phenomena or a physical phenomenon selected from the plurality of physical phenomena, and dividing the film formation rate of each physical phenomenon by the calculated sum, it is possible to form a deposited film. A process of extracting the contribution ratio as a contribution ratio for each physical phenomenon ;
A process for outputting a distribution state of the contribution rate for evaluating the film quality of the deposited film for each physical phenomenon based on the extracted contribution rate, and causing the computer to execute these processes. A computer-readable recording medium storing a process evaluation program.

8. The ratio is extracted when an etching phenomenon is included in the plurality of physical phenomena, the etching phenomenon contributing to a negative direction with respect to a formation direction of the deposited film. A computer-readable recording medium storing a film formation process evaluation program.

9. The method according to claim 7, further comprising: storing a point coordinate value and a ratio for each physical phenomenon for each point on the surface of the deposited film, and causing the computer to execute the process. A computer-readable recording medium storing a film formation process evaluation program.