TW506007B - Structure evaluation method, semiconductor device manufacturing and recording medium - Google Patents

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Katsuya Nozawa
Tohru Saitoh
Minoru Kubo
Yoshihiko Kanzawa
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Matsushita Electric Ind Co Ltd
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506007 A7 B7 五、發明説明（1 ) 〔發明之技術領域〕 本發明係關於用以管理半導體裝置要素的製造程序之結 構評估方法、半導體裝置之製造方法及記錄媒體。 〔以往之技術〕 近年來，在基板上形成氧化膜、氮化膜、多晶矽膜等薄 膜之程序，頻繁地被採用於半導體裝置之製造上。惟如欲 製作利用這些薄膜當做要素的裝置並獲得所希望之特性， 則必須使其薄膜之膜厚及物理性質全都控制在一定範圍内 。一般而言，薄膜之物理性質或膜厚係依形成其薄膜的工 序（以下簡稱爲薄膜程序）之條件與實施程序之時間而變， 因而經實施薄膜程序後，仍需加以評估所形成之薄膜是否 擁有預期之膜厚或物理性質。並且在裝置之量產工序中若 由其評估結果得知經形成之薄膜並未擁有預期之膜厚或物 理性質時，則需要改變其程序條件。 按以往之薄膜程序，其以一次過程所形成薄膜係大致爲 均質之膜，基本上在深度方向之組成或其他物理性質不會 有大幅度變化。另方面，如Si-MOS (金屬氧半導體）電晶體 之閘部分，在閘絕緣膜之矽氧化膜上再疊上當做閘極之多 晶石夕膜之例子也不少，惟在這些情形下，其在各層内之組 成多半也是大致爲均勻且呈各層間之界面明碓者。 另方面，基板上之單層膜及多層膜的各層之膜厚及組成 之評估技術，有光學評估方法，該光學評估方法中光譜橢 圓計法（spectral ellipsometry method)及光譜反射率測定法 (spectral reflectivity measuring method)係爲一般所廣泛地使用0 -4- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐） 506007
光譜反射率測定法係一種對樣本（sample)照射光而就其 光譜之各波長區域求出照射於樣本之光強度與由樣本反射 之光強度的比（反射率）之評估方法。 光譜擴圓計法係一種對樣本照射經施予直線偏振光而由 反射光的偏振光狀態之變化獲取有關樣本資訊之評估技術 。假設經直線偏振光的光之中，電場矢量（electric fidd vector)與入射面成平行的直線偏振光爲p偏振光成分，成 垂直的直線偏振光爲s偏振光成分，各自的複素反射率爲 Rp、Rs時’則ρ Ξ Rp/以仍然爲複素數。因此，p可用兩 個實數Ψ、△表示爲ρ Ξ tan^ei △。將此氺、Α之兩物理 量分別就各波長之光加以測定以獲取光譜之方法就是光譜 橢圓計法。 這些光學評估方法之共同特徵乃在於由於光之相位或反 射率係依光要通過的物質之光學常數（折射率η、消光係數 (extinction co efficiency)k)之組合方式而變，以致物質之光 學常數資訊將涵蓋在測定結果中。另外，由於光之干擾效 果會明顯出現於由被測定對象取出之光資訊中，故測定結 果多半會因薄膜膜厚等因素而起大幅度變化，因此由上述 任一種方法均可測得薄膜之膜厚等資訊。 然而，由反射率測定法或光譜橢圓計法所測得物理量（ 使用反射率測定法時爲反射率，使用光譜橢圓計法時則爲 Ψ、△)中仍涵蓋著光所通過的路徑上之所有物質之影響 ，且不能直接將這些影響部分作爲個別分離的資訊而取出 來0 - 5- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 506007 A7 B7 五、發明説明（3 ) 是以，如欲在使用光譜反射率測定法或光譜橢圓計法下 測定樣本以評估薄膜之膜厚或特性時，則不得不實施如以 下之比較實測値與測定値的預測値之步驟。 圖10係顯示傳統樣本評估及薄膜製造程序中之管理步驟 流程圖。 首先，在步驟ST201，以評估方法Μ測定由某一程序P製 得之樣本A，以獲取物理量實測値（例如△、Ψ )。 另方面，在步驟ST202，設定樣本結構之幾何模型，並 在步驟ST203設定用以規定樣本結構之初始推定値後，在 步驟ST204計算物理量測定値之理論預測値。也就是説使 用光學評估方法時，則須先假設測定樣本之結構（η、k輪 廓（profile))，並計算以評估方法Μ評估該η、k輪廓時有可 能得到之物理量測定値之理論預測値。 然後在步驟ST205互相比較物理量的實測値與理論預測 値。此時，則給用以評估實測値與理論預測値間之差的程 度所需評估値下定義。 接著，在步驟ST206辨別評估値是否爲極小値，評估値 若非爲極小，則經在步驟ST207設定新推測値後，返回至 步驟ST204之處理，重復步驟ST204〜步驟ST206之處理。 然後，評估値若經在步驟ST206辨別爲極小，則進入步 驟ST208，決定樣本結構推測値後，在步骤ST209辨別樣本 結構是否在於適當範圍内。辨別結果，樣本結構若在於適 當範圍内，則進入步驟ST210，仍舊以經設定之程序條件 .下進行下一步處理。 -6- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐） 506007 第090114582號專利申請案 修正 中文說明書修正頁(91年7月） g 補充 五、發明説明（4 ) 反之，經在步驟ST209之辨別結果，若樣本結構並非在 於適當範圍内，則移至步驟ST211，加以辨別樣本結構之 幾何模型是否為適當。樣本結構之幾何模型若為適當，則 進入步驟ST212，推測結構變成異常之原因，並採取加以 變更例如溫度、時間、氣體流量等對策。 另外，在步驟ST211的辨別結果，若被判斷為樣本結構 之幾何模型並非適當時，則移至步驟ST213，重新設定新 幾何模型後，返回步騾ST203，再執行步驟ST203以下之處 理0 另方面，在步驟ST205使用之評估值，通常其係使用正 的實數，且實測值與理輪預測值之差愈小即將變得愈小， 兩者完全一致時將成為零之函數。一般而言，評估值係使 用偏差平方和σ之情形較多，其係如下式（1)所示將各波 長之實測值與理輪預測值之差的平方，就全波長各值相加 在一起而得。 σ = Σ { aj (Sj-Smodj)2} (1) 式中Sj為物理量實測值，Smodj為物理量之理論預測值。 另外，aj為加權係數aj，該加權係數aj若全部為1時各波長 資訊即可以同等份量參與評估，惟也有不以1為加權係數 aj值之場合，俾加大易於顯現出樣本結構特徵的波長之貢 獻。 並且，在最小平方法（Least-Square Method)則以該評估值會 變得最小而假設之樣本結構作為測定值。就是說找出可擁 有與實測相同Ψ、△之樣本結構（II、k之深度方向輪廓）， 而以能提供最接近的Ψ、△之樣本結構做為測定值使用。 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 506007 A7 B7 五、發明説明（5 ) 然在使用光譜橢圓計法之情形時，由於即使爲樣本之微小
變化，例如表面之原子層階之光學常數變化，也會使Ψ A 之測定結果發生變化，因此不能就所有樣本結構計算出其 理論預測値，俾與實測値進行比較。 因而在實際評估上，不得不採取以少數參數表示樣本結 構，並在假想値範圍内求出評估値會成爲極小的參數組合 之作業。另外，評估値固爲當倣這些參數之函數，惟該函 數一般會變得相當複雜，因而如欲求其最小値，實際上則 極其困難。於是，利用極小値以替代最小値。若用極小値 ，即可以快速下降法等算法（algorithm)求得。在這些算法 係對參數設定適當的初始値，並對參數値施予朝評估値會 變小方向之微小變化，以求出在什麼樣之微小變化也能使 評估値增大之點，亦即極小點。但是採取使用該極小點之 方法時，經求得之極小點並不一定爲能獲得最小値之點。 若只要係屬由以往之薄膜程序所形成界面明確的單一組 成膜彼此形成之疊層結構，上述方法也可在較佳再現性下 完成薄膜評估。其理由乃在於由於製程上所能製得之結構 係單純，可以較少參數數表示薄膜結構，以及除能獲得最 接近於實際薄膜結構的薄膜之模型構造參數値組合外，評 估値之極小點不容易發生之故。 以下就以上述以往之光學評估方法利用於評估含有複數 個元素的結晶膜之膜厚或特性之情形加以説明。 近年來，一種具有與以往之薄膜程序迥然不同性質之結 晶層外延生長（epitaxial growth)技術，已以HBT(異質雙極電 -8- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐） 506007 A7 B7 五、發明説明（6 ) 晶體）等之製作爲中心而開始受到利用。該外延生長技術 係一種在基板等作爲底質的結晶上生長新結晶之技術，該 新結晶具有相倣構成底質結晶的原子結構之結構。該技術 可在極高的精度下控制膜厚（一般可控制於〗nm左右，特殊 條件下則可控制至-原子層）。而且欲生長之結晶若係由可 在廣泛組成率範圍下形成混晶的SiGe等材料構成時，也可 控制其組成率。因而如善加以利用這些特性，便可在任意 輪廓下建立出使組成以近似連續地向深度方向變化之狀態 。傾斜組成（graded composition) SiGe-HBT就是利用該特性的 裝置之一例子。在採取傾斜組成SiGe-HBT之情形時，則將 Ge組成設定爲在射極區爲零’在基極區内則使Ge組成缓缓 地予以增大。此時，Ge組成率一高，帶隙（band gap)即將變 窄，因而電場會朝加速内邵載子（carrier)之方向產生，以縮 短載子之基極移動時間，使得電晶體可在高速下運作。 採取像這樣的SiGe斜組成HBT之情形時，也有在基極區 内使組成接連不斷的變化，以使其呈三角形輪廓之作法， 惟一般仍以採用附加均等Ge組成率的緩衝層之梯形輪廓之 情形爲多。 圖11(a)係顯示在具有均等組成之SiGe緩衝層上沉積SiGe 傾斜組成層與Si表面保護層所構成疊層結構之深度方向Ge 組成率輪廓圖。 如上述，由於利用外延生長技術而製作一種組成以近似 連續地向深度方向變化的結構開始盛行起來，因此被認爲 有必要採取加以評估以近似連續地變化的輪廓，同時其輪 -9- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐） 506007 A7 B7 五、發明説明（7 ) 廓若偏離特定範圍時則可加以補正之方法。 於是，對於如上述組成會以近似連續地向深度方向變化 的樣本，也曾有以光譜橢圓計法加以評估之嘗試。在利用 光譜橢圓計法之評估過程中，具有任意组成輪廓之樣本也 可加以測定其Ψ、△。另外，若將以近似連續地變化的組 成之輪廓，視爲相當薄的薄膜之疊層而進行近似計算時， 也可計算出Ψ、A之理論預測値。 〔發明所欲解決之課題〕 然在含有SiGe膜等複數個元素的混晶之外延生長方面， 卻有如以下之缺點。 就與具有均等組成之薄膜不同而可使Ge組成率向深度方 向以原子層階下使之變化之SiGe外延生長膜而言，其可供 採取之樣本結構雖然會極端地增多，但只要經予設定之程 序條件能使之正確的實現，則所製得之薄膜結構理應與所 意圖之薄膜結構大致一致。 然而，實際上例如打算製作如圖11 (a)所示梯形的傾斜組 成輪廓之薄膜而實施外延生長結果，假如結晶係在與設定 溫度不同的溫度下生長時，所製得薄膜之組成輪廓即不可 能如願製成爲正確的梯形輪廓。 其理由不外乎是結晶生長速率係依存於基板溫度且其依 存方式卻以依Ge組成率而變化的結果。在SiGe膜之生長過 程中，生長中的SiGe結晶之Ge組成率一增加，結晶生長中 的活化能量將變小，因而相對於基板溫度變化的生長速率 變化就變得比Si爲小。結果以基準溫度且Ge組成率爲可供 -10- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 裝 訂
k
506007 A7 B7 五、發明説明（8 ) 製成梯形輪廓之條件下進行結晶生長時，比基準溫度爲高 的溫度下生長的傾斜組成SiGe結晶之Ge組成率，則將呈向 下凸出的輪廓，而比基準溫度爲低的溫度下生長之傾斜組 成SiGe結晶之Ge組成率，則將呈向上凸出的輪廓。 圖11(b)係顯示疊層結構之深度方向Ge組成率之輪廓圖， 該疊層結構具有比基準溫度爲高的溫度下所生長的傾斜組 成SiGe膜。 圖11(c)係顯示雖係屬具有圖11(b)所示Ge組成率的疊層 結構，但經施予梯形近似計算後的Ge組成率之輪廓圖。也 就是説對於具有圖11(b)所示Ge組成率之輪廓的疊層膜結構 ，使用光譜橢圓計法以採用各層膜厚與Ge組成率作爲參數 之梯形模型進行鑒定擬合（fit)的程度時，由於無法表達實 際輪廓的曲線部分，結果所得到之推測値必定是呈具有總 膜厚雖與實際輪廓大致相同，但傾斜部分之形狀卻與實際 不符的輪廓之結構。因而會把Si表面保護層與SiGe緩衝層 之厚度誤判爲較之實際爲薄，將SiGe傾斜組成層之厚度誤 判爲較之實際爲非常厚，進而將生長時間評估成比實際爲 由於並無可簡便地記述圖11(b)所示Ge組成率的輪廓之幾 何模型，因而對於以往之程序條件補正方法來説，只得採 取單純地補正疊層膜各層的生長時間之方法。 圖11(d)係顯示疊層膜之深度方向Ge組成率輪廓圖，該疊 層膜係根據梯形近似計算結果，經藉由縮短生長時間補正 疊層膜各層厚度所形成。如該圖所示，當以圖11(c)所示經 -11 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公釐） 五、發明説明（9 由梯形近似計算所得疊層膜輪廓爲推測値，補正程序條件 時，會把SiGe傾斜組成層評估爲較之實際爲厚，並將之加 以補正，因此必然會形成出具有比設計値爲薄的傾斜 組成層之疊層膜。 亦即，就先如採用之補正方法而言，由於不能以幾何模 型恰當地表達Ge輪廓，致無法做正確評估，結果必定會做 出錯誤補正。 裝 一如上述，只有在基準溫度下生長之膜才能用如圖n⑷所 y取決於si表面保護層、傾斜組成層、SiGe緩衝層之各層 1度、與各層之Ge組成率之四項的梯形來表達&組成率之 輪廓結構。因此即使根據所生長驗膜等之厚度實測値而 f正生長條件，但Ge組成率輪廓只要仍以必須爲梯形爲其 前提條件，就難於達成正確的補正。 疋若予以增加用於規定膜的Ge組成率輪廓之參數數 而以頂點數較（梯形爲多的多角形表達^组成率輪廊時， T應可表達出任意溫度T$Ge組成率輪靡。然而，用於規 2膜的Ge組成率輪廓之參數數一增加，必然將使得用來指 疋上述偏差平方和σ的極小値之參數組合變得非常多，因 而以現實的計算量下欲求得正確推測値則有困難。理論上 =予以增加用於規定如Ge組成率輪廓的幾何模型結構之參 一數’當然應可表達出更接近實際的樣本結構。然參數數 ^ 用万；扣疋坪估値的極小値之參數値組合，就並非 =於：個。結果雖然樣本結構幾乎均爲相同，但即將因 …橢圓計法測定時之雜訊所嫩、△測定之微妙的 -12- I297公釐） ^尺度適用中國 506007 A7 B7 五、發明説明（10 ) 偏差，或因未含在結構模型之結構例如介面組成之變動等 微妙的樣本結構之差異，而造成測定結果大幅度地變化之 缺點。 本發明之目的乃在於由樣本測定値經由樣本結構而掌握 程序條件，並利用其結果而實施程序條件之補正，藉此以 提供一種可獲得大致按照設計的結構評估方法、半導體裝 置之製造方法及記錄媒體。 〔課題之解決手段〕 本發明之結構評估方法，係包括以下之步驟：步驟（a)， 其係以光學評估方法取得半導體裝置要素之物理量的複數 個實測値；步驟（b)，其係先假設爲形成該要素所需之程序 (process)條件，然後以計算求出經使用該假設程序條件之 程序下所形成的該要素之結構；步驟（c)，其係計算經以上 述光學評估方法評估由上述步驟（b)所求得該要素之結構時 所能得物理量的複數個測定値之預測値；以及步驟（d)，其 係根據該要素之物理量的上述複數個實測値與上述複數個 預測値之預測値，推測該要素之結構。 依照該方法，在步驟（d)則可根據由步驟（b)所得實際可 採取之要素結構的要素之物理量的測定値之預測値，與根 據物理量的實測値，便可推測要素之最像正確似的結構。 也就是説，與如傳統以一律結構爲前提的結構評估方式不 同，可實施反映了隨著程序條件變化而變的物理量結構之 正確結構評估。 在上述步驟（d)，則計算用以評估上述複數個物理量的 -13- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐)
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506007 A7 B7 五、發明説明（11 ) 實測値與上述複數個測定値之預測値間之差的數値，並且 直至該値成爲閾値以下爲止繼續經由上述步驟（b)、（C)推 測上述要素之結構，藉此便可容易利用例如藉由最小平方 法的快速下降法等算法而實施結構評估。 在上述步驟（b)則使用程序模擬器執行上述計算，藉此 便可簡便且迅速地實施結構評估。 預先以使用複數個程序條件之程序形成要素，並以上述 光學評估方法預先求出該要素之結構，且預先將上述複數 個程序條件與經由該程序條件所形成要素之結構間相關關 係予以資料庫化後，在上述步驟（b)則根據上述相關關係以 計算求出上述要素之結構，藉此便可簡便且迅速地實施結 構評估。 上述程序若係屬結晶膜之外延生長程序，特別是上述結 晶膜爲含有複數個元素之結晶膜時，適用本發明之結構評 估方法便可發揮顯著效果。 上述結晶膜若係屬包含含有Si及Ge且帶隙（band gap)係呈 傾斜而變化的結構之結晶膜時，便可實施可供作控制Ge組 成率輪廓之用的構造評估。也就是説，因結晶生長速率係 按照Ge組成率而變化，即使Ge組成率之輪廓不能達成按照 設計的傾斜結構之情況下，實際可產生的Ge組成率輪廓仍 得以作爲物理量的測定値之預測値而運算出來，因此利用 該物理量的測定値之預測値，便可得經取得實測値的結晶 膜之正確Ge組成率輪廓。 上述光學評估方法以使用光譜橢圓計法及光譜反射率測 -14- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公釐)
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定法中任一種爲宜。 本發明之半導體裝置之製造方法，係包括以下之步驟： 步驟⑷’其係料包含半導體裝置的要素之複數個晶圓中 -個評估用晶圓，以光學評估方法取得上述要素之物理量 的複數個實測値；步驟(b)，其係先假設爲形成上述評估用 晶圓的要素所需程序條件，然後以計算求出經由使用該假 設程序條件的程序下所形成上述要素之結構；步驟⑷，其 係計算以上述光學評估方法評㈣由上述㈣⑻所求得上 述要素之結構的物理量的複數個測定値之制値；步驟⑷ ，其：根據上述評估用晶圓的要素之物理量的複數個測定 値之實測値與上述複數制定値之制値 '推測上述要素 之結構；以及步驟⑷，其係根據上述評估用晶圓之經予推 測的上述要素之結構與上述複數個晶圓之設計結構間之差 異，在上述複數個晶圓中至少對於上述評估用晶圓以外ς 晶圓，決定是否加以修正上述程序之程序條件。 依照該方法，使用上述結構評估方法便可在先正確地掌 握評估用晶圓的要素結構後，就其他晶圓之程序條件加以 變更.設定，因而可望提高半導體裝置之特性及減少特性 偏差。 上述程序若係屬結晶膜之外延生長程序，特別是上述結 晶膜爲含有複數個元素之結晶膜時，適用本發明之結構評 估方法便可發揮顯著效果。 上述結晶膜若係屬包含含有^及Ge且帶隙係呈傾斜而變 化的結構之結晶膜時，便可正確地實施Ge組成率輪廓之控
506007 A7 B7 五、發明説明（13 ) 制。也就是説，因結晶生長速率係按照Ge組成率而變化， 即使Ge組成率之輪廓不能達成按照設計的傾斜結構之情況 下，實際可產生的Ge組成率輪廓仍得以作爲物理量的測定 値之預測値而運算出來，因此利用該物理量的測定値之預 測値，便可得經取得實測値的結晶膜之正確Ge組成率輪廓。 本發明之記錄媒體，係可供組配於爲以光學評估方法執 行半導體裝置的要素之特性評估所使用之電腦，其記錄著 電腦可讀之供電腦執行的以下之步驟：步驟（a)，其係用於 取入上述半導體裝置的要素之物理量的複數個實測値；步 驟（b)，其係用於先假設爲形成上述評估用晶圓的要素所需 程序條件，然後以計算求出經由使用該假設程序條件的程 序下所形成上述要素之結構；步驟（c)，其係用於計算以上 述光學評估方法評估經由上述步驟（b)所求得上述要素之結 構的物理量的複數個測定値之預測値；以及步驟（d)，其係 用於根據上述要素之物理量的複數個測定値之實測値與上 述複數個測定値之預測値，推測上述要素之結構。 由於此，便可使用電腦自動執行上述結構評估。 在上述步驟（d)，則以計算用以評估上述複數個物理量 的實測値與上述複數個測定値的預測値間之差的數値，並 且直至該値成爲閾値以下爲止繼續經由上述步驟（b)、（c) 推測上述要素之結構爲宜。 〔發明之實施形態〕 -本發明之結構評估方法之基本概念_ 在本實施形態，由於利用程序模擬器以計算由程序條件 -16- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐)
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506007 A7 B7 五、發明説明（14 ) 實際可形成之Ge組成率輪廓，因而有必要事先瞭解程序條 件與生長速率，與SiGe層中之Ge组成率間之關係。下面係 以使用UHV-CVD法（超高眞空化學汽相沉積法）的結晶外延 生長程序之情況爲例加以説明。 按外延生長技術係指一種將新的結晶生長於現有的結晶 體面上之技術。尤其在本實施形態所採用UHV-CVD法乃係 屬外延生長程序之一種，其係經將結晶生長裝置内眞空度 提高至l(T6Pa〜10_7Pa左右後，將原料氣體引進於結晶生長 裝置内，而以經予加熱的基板表面與原料氣體間之化學反 應下使結晶生長之技術。 當該結晶在生長時，若使用含矽的矽烷（SiH4)或乙矽烷 (Si2H6)等氣体爲原料氣體時，便可生長秒。另外若與該含 矽氣體一起將含鍺的鍺烷（GeH4)等氣體引進於結晶生長裝 置内時，便可生長矽與鍺的混晶之SiGe結晶。另外，若加 上於含矽氣體與含鍺氣體而將SiH3CH3等含碳氣體引進於結 晶生長裝置内時，便可生長SiGeC結晶。 在SiGe結晶之情況下，原理上含在混晶之各元素比率（ 組成率），乃可採取任意値。該SiGe結晶之各元素組成率係 依生長結晶時之程序條件而定。惟在UHV-CVD法之情況下 ，組成率卻幾乎不會依存於基板溫度或結晶生長裝置内壓 力（總壓力），而係僅依結晶生長裝置内之矽源氣體分壓與 錯源氣體之分壓比而定。 通常一旦生長之結晶部分，直至其後再施加高溫熱處理 等結晶生長以外之程序爲止之期間，不致發生變化。例如 -17- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐)
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•4 506007 第090114582號專利申請案 中文說明書修正頁(91年7月） A? R7 五、發明説明（15 ) ，若最初經在結晶生長裝置内同時引進乙矽烷與鍺烷以使 SiGe層生長後，只引進乙矽烷而使Si層生長時，即可在基 板表面上形成具有SiGe層與Si層的雙重結構之膜。而且在 時間上以近似連續地使乙矽烷與鍺烷之流量比變化時，便 可建立在深度方向Ge組成率會近似連續地變化的SiGe層。 也就是說，經由外延生長程序生長的Ge組成率之輪廓， 係依宛如年輪般使各層生長時之程序條件經歷而定。因而 如欲獲得所希望的組成率輪廓，則必須以近似連續地使結 晶生長自開始至結束之生長條件予以變化。 經施予外延生長的膜之某一深度位置之組成率，雖係 依該膜的該深度位置部分正在生長時之源氣體分壓比而 定，惟若不知道生長該深度位置部分之前到底一共生長多 少厚度之膜，則不能掌握究竟何時之氣體流量比係對應於 該膜的該深度位置部分。 亦即，在SiGe膜，以原先之基板表面做為原點，而距自 膜之原點位於距離d之部分的Ge組成比X (d)，設使該部分 之結晶生長時之時刻為t(d)時，剛可以下式（2)表示之 X⑷=
Cm (Psi(t(d))，PGe(t(d))，T(d)} (2) 式中Cm係表示乙矽烷分壓Psi、鍺烷分壓PGe及基板溫度 T、與組成比間的關係之函數。 另外，假設結晶生長之開始時刻t為零，則式（2)中變數 t(d)可由下式（3)求得 d⑴= -18- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐） 506007 第090114582號專利申請案 中文說明書修正頁(91年7月） 五、發明説明（16 ) S ( r = 0~t)gr { Psi( r ) , pGe( r } , T( r } } d r (3) 、式中gi:係表示氣體分壓及基板溫度與生長速率間的關係 之函數。 因而關數Cm及gr*為既知，只要知道結晶生長自開始至 結束的任一時刻之乙矽烷及鍺烷之分壓及基板溫度，即可 求出用以決定Ge組成比（組成率）的深度方向輪廓之值χ (d)。也就是說，由程序條件便可推測樣本結構。具體而 a，這些關係式(2)、（3)係改變生長條件而製作樣本即可求 得。 另外，關係式（2)、（3)可藉由累積生長機構等之資訊而 置換為更具高精度者。至於結構方面，並非針對於作為對 象的要素之結構全部，而只是能得評估例如以組成率輪 廓等特定的結構所必要之精度便可，因此也可使用比式 (2)、（3)更為簡化之近似式。 另外，也不妨使用上述式（2)、（3)求解聯立方程式而以 解折方式由Psi( Γ )、PGe( Ο、丁（ I* )求出X⑷之方法，但 因式（2)、（3)本身就已為相當複雜，致也有無法求解之 況存在。 於是’也可採用由關係式（2)，（3)求出各變數值的數值計 算方式，而採取該數值計算方式才算是簡便的方法。亦 即，如果採用解折方式操作，便可計算出任意深度的膜組 成比（組成率），但實用上在計算由組成的深度方向輪廓使 用光譖橢圓計法所得△、ψ之光譜理論預測值之過程中， 只要在為獲得可靠的預測值所必要的精度下，能求得組成 的深度方向輪廓即可。 -19 ~ t a ® X 297^W) 506007 A7 B7 五、發明説明（17 ) 因此，爲簡化計算，則將自結晶生長程序之開始至結束 ’視爲在步驟内生長條件不至於變化的基本步驟之連續， 而指定各步驟之氣體壓力與基板溫度與各步驟之時間長短 時，則從函數Cm及gr之關係式便可求得經在各步驟生長的 膜t組成與厚度（在此情況下就是實施步驟的時間與生長 速率之單純的乘積），而求出組成之輪廓。 貝際上，以外延生長如同具有傾斜組成層的Hbt結 構般具有組成會近似連續地變化的輪廓之膜時，如欲使源 氣體分壓以近似連續地使之變化，則也同樣地有困難，因 而大都採用以按每短的階段使氣體分壓變化之方法。在此 種情況下，由於在各階段内程序條件通常可視爲一定，因 此，仍以採取按各階段計算組成與生長速率·膜厚之方法 才合乎實用。 如上述，只要知道自結晶層之生長開始至生長結束之程 序條件（氣體分壓、基板溫度），便能推測樣本結構。如此 由私序條件推測樣本結構之程式，_般稱此爲程序模擬 ，。因而在本説明書中也以該程式之語義下使用程序模擬 器0 -製造程序之基本步驟- 圖1係顯示本發明實施形態之樣本評估及薄膜製造程序 之管理步驟流程圖。 首先，在步驟STHH，假定要實施一批50片晶圓之製造 程序（程序P)時，則將最初之一片（評估用晶圓）以評估方 法（例如光譜橢圓計法）加以測定，以取得物理量的實 \__ ••么 υ - 本紙張尺度織格(贏297@ -20 - ^ 506007 A7 B7 五、發明説明（18 ) (例如△、Ψ光譜）。 另方面.，在步驟ST102設定程序條件之初始推測値，在 步驟ST103經依程序模擬器推測樣本結構後，在步驟ST104 計算物理量的測定値之理論預測値。
裝 然後，在步驟ST105互相比較物理量的實測値與理論計 算値。此時，即計算用以評估實測値與理論預測値間的差 所需評估値。 接著，在步驟ST106辨別評估値是否爲極小値，評估値 若非極小値則在步驟ST107重新設定新的推測値後回到步 驟ST103之處理，以重復步驟ST104〜步驟ST106之處理。
然後，評估値若經步驟ST106之辨別被判別爲極小値時 ，則進入步驟ST108，決定樣本結構之推測値後，在步驟 ST109辨別樣本結構是否在於適當範圍内。辨別結果，樣 本結構若在於適當範圍内，則進入步驟ST110，仍舊以經 予設定之程序條件下執行下一個處理。 惟經由步驟ST109的辨別結果，若樣本結構並非在於適 當範圍内時，則移至步驟ST111，針對於經在步驟ST108推 測的程序條件中偏離適當範圍之部分加以補正後，執行評 估用晶圓以外之其他晶圓之程序。惟也可對於評估用晶圓 再度實施程序。 -流程圖各步驟之説明- 茲將以上處理的具體内容，以評估傾斜組成SiGe-HBT結 構時之情形爲例説明如下。 步驟ST101之物理量的實測値，係以使用光學評估方法 -21 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公釐) 506007 A7 B7 五、發明説明（19 ) 爲準，在本實施形態中則使用光譜橢圓計法。惟本發明也 可使用例如光譜反射率測定法等其他光學評估方法。特別 是物理量，若以光波長作爲變數時變數應以能取得複數個 實數者爲宜。其理由乃在於若不能取得複數個實測値，則 不能以高精度下執行使用最小平方法等實測値與推測値的 擬合（fitting)處理之故。 在本實施形態，則預先以光譜橢圓計法測定具有經由外 延生長所得SiGe膜之樣本，以求得在複數個波長下的Ψ、 △之光譜。SiGe膜的光學常數之Ge組成率依存性，雖在短 波長領域爲特別顯著，但由於波長短的光易爲Si所吸收， 因而爲執行Ge組成率之輪廓評估，則以就自紫外光至可見 光領域範圍全部加以測定爲宜。 圖2係顯示經依光譜橢圓計法測定結果所得A、Ψ光譜 之例子圖。如上述，在對於光譜之樣本照射直線偏振光之 光所得反射光中，假設電場矢量（vector)與入射面成平行之 邵分爲p偏振光成分’成垂直之部分爲s偏振光成分，且各 自之複素反射率爲Rp、Rs時，p = RP/Rs仍然是複素數。因 而P可使用兩個實數市、△而表示爲/} e tan^ ei △。圖2 係就各波長之光測定該Ψ、△之兩物理量所得之光譜。 接著，在步驟ST102則推測程序條件之初始値。在此設 定程序條件時，由於只要指定基準溫度，與乙矽烷及鍺烷 的流量之三値，便可求出生長速率與Ge組成率，因而以能 獲得如同具有傾斜組成SiGe膜的疊層膜般所希望的Ge組成 率之梯形輪廓之方式，決定基準溫度及氣體引進方法。因 -22- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐)
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506007 A7 B7 五、發明説明（20 ) 此需要先設定所希望的Ge組成率之輪廓結構，然後指定能 獲得該輪廓結構所需之程序條件。 圖3(a)〜（d)各自係依序顯示在傾斜組成SiGe-HBT疊層膜 之經予設計的Ge組成率輪廓，條件偏離時之輪廓，使用程序 模擬器的條件推測用輪廓，經補正後的樣本結構之輪廓。 如圖3 (a)所示，在傾斜組成SiGe-HBT之情況下，如在前 面已加以説明，爲在基極層產生用以加速載子之内部電場 ，則需設計梯形之Ge組成率輪廓。在本實施形態，則將 SiGe缓衝層之厚度設定爲40 nm，SiGe傾斜組成層之厚度設 定爲40 nm，Si表面保護層之厚度設定爲50 nm，總計爲130 nm之疊層膜以外延生長在Si基板上。並且將SiGe缓衝層之 Ge組成率設定爲均等的15%。SiGe傾斜組成層之Ge組成率 則將鄰接於SiGe緩衝層之部分設定爲15%，鄰接於SiGe層 之部分則設定爲0 %，而在SiGe傾斜組成層中則使Ge組成 率以近似直線（正確而言是以階段方式）狀使其變化。 圖4係顯示爲獲得圖3 (a)所示梯形輪廓結構所需程序條 件。爲使控制容易進行，通常在生長中則使基板溫度T 一 定，使乙矽烷（Si2H6)流量一定，而只調制鍺烷（GeH4)流量 ，藉此以拉制流量比。也就是説，以階段方式使鍺燒流量 減少，藉此以使SiGe膜的Ge組成率呈階段性變化。此時， 若予以減少鍺烷流量，固可使Ge組成率下降，但生長速率 也會跟著下降，因而需加以調制鍺烷流量俾能獲得所要求 之輪廓。 圖5係顯示在步驟ST103中使用程序模擬器的樣本結構之 -23- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公釐)
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506007 A7 B7 五、發明説明（21 ) 推測步驟流程圖。 其係首先在步驟ST150則將自開始外延生長程序至結束 ，作爲在各步驟内則可將程序條件視爲一定的基本步驟之 流程而表示，在步驟ST151則指定各步驟之氣體壓力（或流 量）、基板溫度及步驟之時間長短。具體而言，沿著如圖4 所示程序條件之流程，以構成程序條件之參數（在本例則 僅爲鍺燒流量）將變化的時刻t0、11、12、t 3、…爲界而決 定複數個基本步骤。 接著，在步驟ST152則由原料氣體之壓力比（或流量比） 計算在其步驟中生長的結晶層之組成（Ge組成率）。組成若 具有基板溫度依存性，也應參酌其而計算。也就是説，應 對應於根據上述式（2)而求出各步驟的Ge組成率d⑴之方法。 然後，在步驟ST152則由原料氣體之壓力及基板溫度計 算可能在該步驟生長之結晶層厚度（生長速率與時間之乘 積），在步驟ST154則由所有步骤的層組成、厚度計算結果 ，計算最後可能製得之結構。 圖6係顯示經由程序模擬器推測之Ge組成率的外延層厚 度方向輪靡圖。於該圖所示輪廓，看其輪廓即可知其係具 有呈稍向上的凸之形狀。 圖7係顯示SiGe層的Ge組成率之鍺烷流量比依存性圖。
Ge流量比係指相對於乙矽烷（Si2H6)與鍺烷（GeH4)的總計之 鍺烷流量比。但是SiGe層之生長速率係依存於基板溫度及 氣體流量。採用UHV-CVD法時，由於基板溫度較低，致即 使引進某一定量以上之原料氣體，在基板表面之反應也無 - 24- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐)
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第090114582號專利申請案 中文說明書修正頁(91年7月) A7 R7 補充 五、發明説明（22 ) 法趕上而容易沖入於生長速率不會再依存於氣體流量之反 應速率決定領域。通常，過程係僅在該反應速率決定領域 下進行。 在反應速率決定領域下，生長速率之溫度依存性係呈一 般所謂的熱激勵述程型，設生長速率為g、基板溫度為τ、 活化能量為Ea時，其與反應速率g及溫度T之間，則有 gocexp (-Ea/T * k) 之關係存在。式中k為波耳玆曼常數。 惟在SiGe層之外延生長中，則有活化能量Ea具有Ge組成 率依存性之特徵使得Ge組成率愈高活化能量Ea之值就愈 小。因而在同一溫度下Ge組成率愈高SiGe層之生長速率愈 增大，以致生長速率之基板溫度依存性愈小。 圖8係顯示SiGe層生長速率（nm/min)之鍺燒流量比依存 性。在該圖8中係顯示基板溫度為587°C時之生長速率與鍺 烷流量比間之關係。如該圖所示，鍺烷（GeH4)之流量比愈 高生長速率變得愈大。另外，已知在600°C附近，基板溫 度若變化1 °C (1 degree)，相對於在Si層（Ge流量比為0之部 分）之惰況下會引起3 %左右之生長速率變化，在Ge組成 率15%的SiGe層之情況下生長速率變化則會止於大約為2 %左右。 如上述，程序條件只要設定基板溫度、乙矽烷流量、 鍺烷流量之三種，並指定這些三種量在製膜程序中任意時 間之值，便可計算出可能製得之結構。但在實際工序中程 序條件偏離設定條件時，氣體流量偏離設計值之情況很少， -25- 本紙張尺度適用中國國家標準(CMS) A4規格(210X 297公釐) 506007 A7 B7 五、發明説明（23 ) 幾乎所有的情況都是基板溫度偏離設計値。另外，由於基 板溫度大體上均不會隨著時間而變，因而用以推測結構之 參數，多半只要設定將基板溫度當做一定値的變數之一個 變數即夠用。當然有時也有氣體流量偏離之情況，或基板 溫度會隨著時間而變之情況，惟在此種情況下，該等値也 可當做擬合參數處理。如上述，只要使用由程序條件推測 結構之方法，便可用參數表達所有實際可能製得的結構。 另外’由程序條件推測結構之方法，雖也可採取一種如 上述預先掌握一定的生長溫度、一定的氣體流量比、生長 速率、與Ge組成率間之相關關係後，計算在任意生長條件 下的結構之方法，惟也可與此法分開而採取一種預先將程 序條件分成幾種方式而製作樣本，並預先求出其時所能製 得之結構與程序條件値間之關係，然後以内插法 (interpolation)求出在製作樣本以外條件下之樣本結構之方 法。程序參數之數目較少時此法爲簡便的方法。 接著，在步驟ST104，則根據圖8所示Ge組成率之輪廓結 構，以光譜橢圓計法計算若實施具有像這樣的結構的疊層 膜之光學評估時可能獲得的△、Ψ之光譜（物理量的理論 預測値）。也就是説，可按照Ge組成率輪廓計算光學常數 之深度方向輪廓，並按照該光學常數輪廓即可計算出該疊 層膜使用光譜橢圓計法或光譜反射率測定法時之測定値的 理論預測値。 該理論預測値之具體計算方法曾由Azzam et. al詳述於 MEllipsometry and Polarized Light (Elsevier Science Ltd Published -26- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐） 506007 A7 B7 五、發明説明（24 ) 1987)”。其計算原理乃在於將樣本視爲在層内則由光學常 數一定的多數之層所構成之疊層膜，而由各層之光學常數 求出各層的光之傳播及在各介面之反射率及透過率。也就 是説，各層組成與光學常數（折射率η、消光係數k)間之關 係若已知，則可預測將由程序模擬器推測的疊層膜結構以 光學方式加以評估時之物理量測定値。
SiGe或SiGeC之組成與光學常數間之關係，曾記載於例如 論文"R.T.Carline et.al. Appl· Phys. Lett· 64 No· 9 p( 1114-1116, 1994"，關於由任意組成計算光學常數之算法，則曾記載 於例如論文"Snyder et.al. Appl. Phys. 68 No. 11 ρί 5925-5926, 1990” 〇 因此，只要對程序模擬器輸入程序條件値，便能計算出 樣本結構，並計算出由其樣本結構所得依光譜橢圓計法之 測定値的理論預測値。 圖9係經由本發明人等由具有圖6所示Ge組成率輪廓之 疊層膜進行模擬的△、Ψ之光譜（理論預測値）。另外，在 圖9所示光譜之模擬操作中，曾加以考慮所使用光譜橢圓 計裝置固有之裝置常數。因而就同一結構之疊層膜使用其 他之光譜橢圓計裝置測定時，並不一定能獲得相同光譜。 接著，在步驟ST105，則將圖2所示實際測値與圖9所示 理論預測値加以比較。並且例如將式（1)所示偏差平方和σ 作爲許估値而求出，然後，在步驟ST106辨別評估値是否 爲極小，並直至評估値變成極小爲止重複執行自步驟 ST107返回至步驟ST103之處理。此時，在步驟ST107之處理 -27- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) Α4規格(210X 297公釐）
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506007 A7 B7 五、發明説明（25 ) ，則予以設定只將基板溫度T自圖4所示60CTC只變化例如1°C 之程序條件，並根據該程序條件執行在步驟ST103的樣本 結構之推測。 程序條件由於設定了基板溫度、乙矽烷流量、鍺烷流量 之三種，因而在步驟ST107也可重新設定在這些三種量的 製膜程序中任意時間的新値。惟如上述在實際製程中，在 程序條件中會偏離設定之部分幾乎都爲基板溫度T，因此 在本例子中，結構推測用參數則僅使用基板溫度T之一個 變數。 另外，若使用快速下降法，則在步驟ST107就根據使基 板溫度T變化時的評估値之微分係數，朝向評估値會達到 極小之機率可能成爲最大的方向，而補正基板溫度T，使 得評估値收束於極小。 接著，在步驟ST108則根據在步驟ST101所求出物理量（圖 2所示△、Ψ之光譜），即可求得最像正確似的程序條件推 測値。然後，經由步驟ST109之辨別結果，程序條件若偏 離適當範圍（例如600°C ± 0.5°C )，則在步驟ST111補正其條 件。也就是説，藉著自步驟ST109進入步驟ST11之處理，決 定程序條件是否應加以修正。 例如圖2所示之物理量實測値，若被推測爲其係在基板 溫度T比600°C低2 °C之條件下經由外延生長的疊層膜所得 時，則將用以規定基板溫度T之參數加以變更，以使基板 溫度T增加2 °C，以便對於以後之晶圓實施程序。由於此， 可針對於異常原因採取適當措施，因而自下次起便可形成 -28- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐)
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506007 A7 B7 五、發明説明（26 ) 具有所期望的輪廓之結構。 -實施形態之效果- 在實際用以製作電晶體之結晶生長程序時，通常在結晶 生長之前已在基板内形成妥絕緣膜或多晶矽膜等。在如此 已形成有圖案（pattern)的基板之情況下，由於熱輻射率等 之差異，即使施加與尚未形成圖案之Si基板同樣的加熱方 法，也不可能成爲相同溫度。而且即使爲具有相同種類的 圖案之基板，因絕緣膜層厚度的工序偏差之故，生長溫度 仍會變化。因此，實際待加以評估之樣本，多半均已變成 經在溫度偏離狀態下所形成Ge組成率輪廓具有曲線部分者 。另方面，欲在面内使基板溫度維持成均勻狀態乃是極其 困難之事，致必不可免形成出在基板面内各自以不同溫度 狀態下所沉積之部分。在此種情況下，傳統方法則以如圖 11(c)所示像是實際上疊層膜不可能擁有的構造爲前提，以 光譜橢圓計法等方法推測物理量的測定値之理論預測値。 因而如圖11(d)所示只能獲得偏離設定的物理性結構（例如 Ge組成率之輪廓結構）。 與此相對，如依本實施形態，則如下面所示，預測實際 可能產生之結構，並掌握著溫度會偏離標準條件，便可根 據其而施予條件補正。 例如，以如圖3 (a)所示梯形輪廓結構作爲設計値而設定 程序條件的結果，若得到如圖3 (b)所示輪廓結構時，則在 自步驟STl〇7返回步驟ST103而重複步驟ST103〜步驟ST106 之處理的階段，便可獲得實際上疊層膜可能具有之最像正 -29- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公釐）
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'4 506007 A7 B7 五、發明説明（27 ) 確似的輪靡結構。 亦即，如圖3 (c)所示，包括基板溫度T比設定値爲高時 所產生的向上方呈凸之形狀，或是基板溫度T比設定値爲 低所產生的向下方呈凸之形狀之資訊在内，可獲得有關疊 層膜中各層（SiGe緩衝層、SiGe傾斜組成層及Si表面保護層） 之組成及膜厚之資訊。並且根據其資訊而補正程序條件， 因而在以後之程序中便可形成如圖3 (d)所示具有呈大致爲 按照設計値的梯形輪廓之疊層膜。 換言之，在本實施形態，則以可推測爲疊層膜所實際具 有的輪廓結構爲前提，推測依光譜橢圓計法等之物理量的 測定値之預測値。因此可獲得按照設計値之結構（在此係 指Ge組成率之梯形輪廓結構）。 也就是説，可望提高半導體裝置之特性及特性之偏差。 (其他實施形態） 另外，計算評估値之算法，基本上仍可使用傳統方法之 算法，而且也可使用式（1)所示偏差平方和値以外之評估値 。另方面，極小値之判定算法也可替代快速下降法而使用 其他現有之用以判定極小値之算法。 此外，步驟ST109之辨別處理，也可替代以用以判斷裝 置結構之推測値是否在於容許範圍内之處理。 再者，也可採取使評估裝置與執行製膜處理的製造裝置 間具有通信功能，俾根據評估結果，自動補正後續工序之 方式。此爲在採取將評估裝置與製造裝置一併收納於共同 盒體内之構成時，特別有效。 -30- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐）
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506007 A7 B7 五、發明説明（28 ) 像這樣的程序模擬器之結構推測，與執行物理量的理論 預測値與實測値之比較的擬合處理步驟，固也可在與測定 物理量實測値之裝置另一個裝置執行，但較佳爲予以配備 内裝有在測定器内内建了執行該擬合處理步驟算法的硬碟 之電腦，以便實施自物理量之測定起至推測最後樣本結構 爲止之一貫作業。 另外’於圖1所TF流程圖所不之處理’若預先在己錄媒 體記錄其步驟便可使其自動執行。例如預先在可供電腦讀 取之記錄媒體記上步驟ST102〜步驟ST107之步驟時，便可 自動推測形成控制對·象的結構之程序條件。記錄媒體除有 諸如：CD-ROM(唯讀光碟記憶體）、利用磁性體的磁帶、 FD (軟碟）等之外，也有EEPROM(電子可抹除可程式化唯讀 記憶體）等非揮發性記憶體、DVD(多樣化數位光碟）等，任 何一種均可使用。 再者，實施本發明時，並不需要以程序模擬器實施樣本 結構之所有部分。例如在傾斜組成HBT結構之情形下，採 取像是SiGe層部分或Si表面保護層般會成爲均勻組成之部 分，則如傳統方式直接以膜厚或組成率作爲參數使用，而 只將SiGe傾斜組成層使用程序模擬器之方式，有時可能更 爲方便。在此種情況下，也能較之傳統方法適當地表達 SiGe傾斜組成層之輪廓，因而可比傳統方法格外提高評估 精度。 上述實施形態係針對於以UHV-CVD法製作SiGe傾斜組成 HBT結構，而以光譜橢圓計法進行評估乏情況加以説明， -31 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐)
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506007 A7 B7 五、發明説明（29 惟本發明並非局限於此種組合。例如由於光譜橢圓計法與 光譜反射率測定法具有共同點之處多，在圖i之流程圖所 不t步驟中只要由ψ、△置換爲反射率，幾乎便可同樣地 貫施。除此以外之評估方法，只要能推測樣本結構並計算 物理1的理論預測値，便可實施本發明。 另外，不一定是UHV-CVD法，只要已明白程序條件與使 用該程序條件時即可能形成的結構間之關係，且係屬程序 模擬器可開發的程序，便可實施本發明。例如在依Lp_ CVD(低壓化學汽相沉積法）法、刪（分子束外延生長）法 的外延生長程序等則可容易付諸實施。另外，對於用以擴 散雜質或激活、形成金屬矽化物的RTA處理（快速加熱退火 處理）而言，由於相對於其程序條件可由溫度與時間等極 其少數之參數所控制’但其所形成之結構卻具有極其複雜 的輪廓’因而適合於實施本發明。 另外’即使爲具有如氧化膜、氮化膜等單純結構之膜， 由於依照本發明之方法便可容易求得應加以補正之程序條 件値，因而適用本發明便可獲得程 惟本發明係將之適用於特別具有由複；r元素所構成且 其組成會變化的結構’才特別有其意義存在。在像這樣的 結構情況下，組成若有變化則生長狀態(例如生 半也會跟著變化，因此對於傳統方法而言，如欲掌握正確 結構或施予正確的條件補正則有困難存在。與此相對，如 :發明方式，先掌握改變程序條件時實際可能產生的物理 里（結構）’然後根據其而預^理量的測定値，藉此便可 _______ 师；52- 本紙張尺度適财目s家鮮(CNi) Α4規格(21GX297公爱)-
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506007 A7 B7 五、發明説明（30 ) 將會複雜地變化的膜控制成大致按照設計値之結構。此種 由複數個元素構成之膜除有SiGe結晶膜之外，尚有SiGeC結 晶膜、AlGaA$<鋁鎵砷）結晶膜、SiyCi-y膜、InP(銦磷）膜等化 合物半導體膜，對於任一種半導體膜均可適用本發明。 〔發明之效果〕 如依照本發明，則由於將半導體裝置之要素結構實際可 能產生之結構作爲媒介而預測依光學評估方法的實測値， 並將該預測値與實測値相比較而評估半導體裝置之要素結 構，因此，可達成反映到實際可能產生的結構之正確的結 構評估，及提供利用其之半導體裝置及用以自動執行其之 記錄媒體。 〔圖式之簡要説明〕 圖1係顯示本發明實施形態之樣本評估及薄膜製造程序 之管理步骤流程圖。 圖2係顯示經依光譜橢圓計法測定結果所得△、Ψ光譜 之例子圖。 圖3 (a)〜（d)各自係依序顯示在傾斜組成SiGe-HBT疊層膜 之經予設計的GE組成率輪廓，條件偏離時之輪廓，使用程 序模擬器的條件推測用輪廓，經補正後的樣本結構之輪廓。 圖4係顯示爲獲得圖3 (a)所示梯形輪廓結構所需程序條 件0 圖5係顯示使用程序模擬器的樣本結構之推測步驟流程 圖。 圖6係顯示經由程序模擬器推測之Ge組成率的外延層厚 -33- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公釐) 506007 A7 B7 五、發明説明（31 ) 度方向輪廓圖。 圖7係顯示SiGe層的Ge組成率之鍺烷流量比依存性圖。 圖8係顯示SiGe層生長速率之鍺烷流量比依存性。 圖9係經由本發明人等由具有圖6所示Ge組成率輪廓之 疊層膜進行模擬的A、Ψ之光譜。 圖10係顯示傳統樣本評估及薄膜製造程序中之管理步驟 流程圖。 圖11(a)〜（d)各自係依序顯示在傾斜組成SiGe-HBT疊層膜 之經予設計的Ge組成率輪廓，條件偏離時之輪廓，假定爲一 律結構之傳統推測輪廓，經補正後的樣本結構之輪廓。 -34- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐)

Claims (1)

  1. 506007
    裝
    、申請專利範圍 相關關係予以資料庫化後， 在上述步驟（b)則根據上述相關關係以計算求出上述 要素之結構。 ^ 5·如申請專利範圍第丨至4項中任一項之結構評估方法， 其中之程序係結晶膜之外延生長程序。 6·如申請專利範圍第5項之結構評估方法，其中之結晶膜 係含有複數個元素之結晶膜。 7. 如申請專利範圍第6項之結構評估方法，其中之結晶膜 係包含含有Si及以且帶隙係呈傾斜而變化的結構：：晶 膜0 8. 如申請專利範圍第…項中任_項之結構評估方法， 其中之光學評估方法係使用光譜橢圓計法及光譜反射 測定法中任一種。 9. 一種半導體裝置之製造方法，包括以下之步驟： 步驟（a)，其係對於包含半導體裝 子策罝的要素之複數個 晶圓中一個評估用晶圓，以光學評 子1^在万法取得上述要素 之物理量的複數個實測值； 步驟（b)，其係先假設為形成上述 q y Μ工处P干估用晶圓的要素 所需程序條件，然後以計算求出經由 升 > 疋·，，工田使用該假設程序條 件的程序下所形成上述要素之結構； 步驟（C)，其係計算以上述光學 、尤予汁估万法評估經由上 述步驟（b)所求得上述要辛之处槿的 κ…稱的物理量的複數個測
    定值之預測值； 步驟（d)，其係根據上述評估用晶圓的要素之物理量 的複數個實測值與上述複數個測定值之預測值、推測上 述要素之結構；以及 步驟（e)，其係上述評估用晶圓之上述要素之推測結構 與上述複數個晶圓之設計結構間之差異若在於容許範圍 外時，則在上述複數個晶圓中至少對於上述評估用晶圓 以外之晶圓加以修正上述程序之程序條件。 10·如申請專利範圍第9項之半導體裝置之製造方法，其中 之程序係結晶膜之外延生長程序。 11·如申請專利範圍第10項之半導體裝置之製造方法，其中 之結晶膜係包含複數個元素之結晶膜。 12·如申請專利範圍第u項之半導體裝置之製造方法，其中 I結晶膜係包含Si及Ge且帶隙係呈傾斜而變化的結構之 結晶膜。 13·—種記錄媒體，係可供組配於為以光學評估方法執行半 導體裝置的要素之特性評估所使用之電腦，其記錄著電 腦可讀之供電腦執行的以下之步驟： 步驟（a) ’其係用於取入上述半導體裝置的要素之物 理量的複數個實測值； 步驟（b) ’其係用於先假設為形成上述評估用晶圓的 要素所需程序條件，然後以計算求出經由使用該假設程 -3- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐) 川6007 A8
    序條件的程序下所形成上述要素之結構； 步驟（C)，其係用於計算以上说* 丨井以上迷先學評估方法評估經 由上述步驟（b)所求得上述要去 > 纟士 晋常足、、‘σ構的物理量的複數 個測定值之預測值；以及 步驟（d) ’其係用於根據上述要素之物理量的複數個測 定值之實測值與上述複數個測定值之預測值，推測上述 要素之結構。 14·如申請專利範圍第13項之記錄媒體，其中在上述步驟⑷ 计鼻用以評估上述複數個物理量的實測值與上述複數個 測定值的預測值間之差的數值，並且直至該值成為閾值 以下為止繼、續經由上述步驟（b)、（c)推測上述要素之結 構。 -4- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐)
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